FFC泥漿生產(chǎn)衛(wèi)生陶瓷
——兼談超薄型產(chǎn)品的印象

岳邦仁 宋子春

(1 北京金隅集團(tuán)有限責(zé)任公司 北京 100096)(2 惠達(dá)衛(wèi)浴股份有限公司 河北 唐山 063307)

前言

FFC(Fine Fire Clay或Fine Fireclay的縮寫(xiě))泥漿很早就在國(guó)外使用。2005年國(guó)內(nèi)出現(xiàn)了FFC泥漿制作的產(chǎn)品，2006年，國(guó)內(nèi)已有衛(wèi)生陶瓷生產(chǎn)企業(yè)使用FFC泥漿生產(chǎn)產(chǎn)品，其產(chǎn)品主要用于出口和國(guó)內(nèi)市場(chǎng)銷(xiāo)售。

按照國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)GB 6952-2015《衛(wèi)生陶瓷》的規(guī)定，吸水率為0.5%～15.0%屬于炻陶質(zhì)衛(wèi)生陶瓷，可以制作坐便器和蹲便器以外的各種類(lèi)的衛(wèi)生陶瓷。FFC產(chǎn)品的吸水率一般為8%～13%，屬于炻陶質(zhì)衛(wèi)生陶瓷,這類(lèi)衛(wèi)生陶瓷坯體的材質(zhì)屬于“精陶”，施釉后，可稱(chēng)為“施釉精陶”。

我國(guó)的FFC泥漿使用時(shí)間較晚，一是使用普通泥漿制作的瓷質(zhì)衛(wèi)生陶瓷，其可以滿足市場(chǎng)所需的全部產(chǎn)品；二是有一種認(rèn)識(shí)，認(rèn)為陶質(zhì)的坯體強(qiáng)度低，同時(shí)，在使用中坯體會(huì)吸水或吸收潮氣，造成釉裂(事實(shí)證明，技術(shù)上可以克服這個(gè)缺點(diǎn))。因此，人們大多優(yōu)先選用瓷質(zhì)衛(wèi)生陶瓷。

但近年來(lái)，隨著國(guó)內(nèi)外對(duì)大型柜式洗面器，特別是對(duì)直邊直角洗面器的需求量越來(lái)越大，而普通的泥漿由于燒成收縮大、變形大，要么合格率太低，要么根本做不出來(lái)，這樣，F(xiàn)FC泥漿的應(yīng)用，為這類(lèi)產(chǎn)品的生產(chǎn)提供了可能。

經(jīng)過(guò)近幾年的發(fā)展，國(guó)內(nèi)越來(lái)越多的衛(wèi)生陶瓷企業(yè)開(kāi)始使用FFC泥漿制作衛(wèi)生陶瓷，產(chǎn)品包括洗面器、小便器、洗滌槽、淋浴底盤(pán)等，其中各種造型的柜式洗面器，占的比例最大。有的企業(yè)的年產(chǎn)量達(dá)到幾十萬(wàn)件，最大的柜式洗面器產(chǎn)品長(zhǎng)度達(dá)到2.0 m；同時(shí)，隨著國(guó)內(nèi)企業(yè)研發(fā)實(shí)力的提升，有些企業(yè)已經(jīng)擺脫最初的國(guó)外進(jìn)口的高價(jià)原料，全部實(shí)現(xiàn)了國(guó)產(chǎn)化，在降低了生產(chǎn)成本的同時(shí)，也保證了生產(chǎn)過(guò)程中配方的隨機(jī)調(diào)整和工藝參數(shù)的調(diào)配。FFC材料制作的產(chǎn)品可以明顯提高整體的規(guī)整度，最大限度地保證設(shè)計(jì)者的初衷，同時(shí)可以有效地減少燒成過(guò)程中的變形，提高燒成合格率。可以說(shuō)，F(xiàn)FC泥漿制作衛(wèi)生陶瓷已成為我國(guó)衛(wèi)生陶瓷生產(chǎn)中的一個(gè)亮點(diǎn)。

下面以柜式洗面器為例，將FFC泥漿與傳統(tǒng)的普通泥漿進(jìn)行對(duì)比，進(jìn)一步認(rèn)識(shí)FFC泥漿。

1 普通泥漿制作的柜式洗面器

市場(chǎng)上的柜式洗面器的造型種類(lèi)很多，但其中的兩類(lèi)產(chǎn)品占據(jù)了市場(chǎng)的主導(dǎo)地位：

一類(lèi)是市場(chǎng)較為流行的、俗稱(chēng)為“中邊盆”的產(chǎn)品，此類(lèi)產(chǎn)品的臺(tái)面部分為雙層單面吃漿，臺(tái)面厚度為30 mm左右，如圖1所示。

圖1 臺(tái)面為單面吃漿的“中邊盆”

另一類(lèi)是近些年開(kāi)始流行的俗稱(chēng)的“薄邊臺(tái)板盆”，這類(lèi)產(chǎn)品除溢水道外，整個(gè)產(chǎn)品包括臺(tái)面絕大多數(shù)均為雙面吃漿，臺(tái)面厚度一般為10～18 mm，如圖2所示。

圖2 臺(tái)面為雙面吃漿的“薄邊臺(tái)板盆”

通常，普通泥漿制作的柜式洗面器的“中邊盆”長(zhǎng)度最大為1 000 mm左右，這類(lèi)產(chǎn)品對(duì)產(chǎn)品的外形和結(jié)構(gòu)、產(chǎn)品成形和半成品修正的過(guò)程中繁雜的預(yù)變形、產(chǎn)品的生產(chǎn)控制都有苛刻的要求，以減少變形，提高合格率。比如前緣帶弧度的產(chǎn)品(如圖3所示)。為了預(yù)防長(zhǎng)直邊的變形，專(zhuān)門(mén)設(shè)計(jì)了弧形邊，但即使這樣，在使用普通泥漿制作時(shí)，也需要根據(jù)產(chǎn)品在燒成中的收縮量和變形量制作較復(fù)雜的預(yù)變形，同時(shí)，半成品的干坯還需要嚴(yán)格按照相關(guān)的預(yù)變形參數(shù)進(jìn)行各部位的控制，這樣才有可能燒制出合格的產(chǎn)品。即使采取這些對(duì)策，產(chǎn)品的燒成合格率也僅為50%左右(不同廠家因?yàn)闄z驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)的不同，合格率有所差異，下同)。如果長(zhǎng)邊是直邊的1 000 mm“中邊盆”，如圖4所示，其制作難度會(huì)更大，產(chǎn)品燒成合格率也會(huì)更低，僅僅為30%左右，同時(shí)，產(chǎn)品的外觀規(guī)整度較差，產(chǎn)品的邊緣部位會(huì)出現(xiàn)很多小的S彎變形，即使勉強(qiáng)不超標(biāo)，但外觀的美觀程度較差。

而柜式洗面器的“薄邊臺(tái)板盆”的制作難度更大，產(chǎn)品燒成合格率也更低，僅有很少的企業(yè)能夠生產(chǎn)此類(lèi)產(chǎn)品。

普通泥漿制作的柜式洗面器“中邊盆”的實(shí)例：

1)1 000 mm柜式洗面器 “中邊盆”1 如圖3所示。

圖3 1 000 mm柜式洗面器“中邊盆” 1

產(chǎn)品相關(guān)參數(shù)：

產(chǎn)品規(guī)格：1 005 mm×505 mm×220 mm。

吃漿：臺(tái)面為單面吃漿。

坯體厚度：?jiǎn)蚊娉詽{部位11 mm，雙面吃漿部位13 mm。

產(chǎn)品質(zhì)量：28 kg。

成形合格率：95%左右。

燒成合格率：50%左右。

吸水率：不大于0.5%。

2)1 000 mm柜式洗面器“中邊盆”2 如圖4所示。

圖4 1 000 mm柜式洗面器“中邊盆”2

產(chǎn)品相關(guān)參數(shù)：

產(chǎn)品質(zhì)量略有增加，燒成合格率：30%左右。其他與圖3所示的1 000 mm柜式洗面器1相同。

2 FFC泥漿

FFC泥漿制作柜式洗面器，難度會(huì)小得多，合格率顯著提升，產(chǎn)品也可以做得更大。

2.1 FFC泥漿的配方的技術(shù)要點(diǎn)

通常，瓷質(zhì)衛(wèi)生陶瓷坯體一般在1 200 ℃左右的高溫下燒成，坯體中含有玻璃相、莫來(lái)石、石英，氣孔(氣相)。燒結(jié)莫來(lái)石的分子式為3Al2O3·2SiO2，其中Al2O3理論含量為71.8%，根據(jù)陶瓷坯體中Al2O3的含量，可以估算出其莫來(lái)石的最大可能含量。

FFC泥漿的配方中一般加入30%左右的煅燒高嶺土，少量的長(zhǎng)石(在同樣的溫度下燒成)。有資料表明：FFC泥漿坯體中，由于加入的長(zhǎng)石量減少，玻璃相明顯減少，含量一般為30%以下，主要是由于煅燒高嶺土帶入一部分莫來(lái)石，莫來(lái)石的含量明顯提高，通常為30%左右，氣孔(氣相)大幅度提高(表現(xiàn)為吸水率的大幅度提高)。這就使得其燒成收縮和燒成變形遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于普通泥漿，產(chǎn)品的規(guī)整度也得到明顯改善，同時(shí)保持足夠的坯體燒成抗折強(qiáng)度。

2.2 FFC泥漿性能

坯料配方中使用的煅燒原料要盡量國(guó)產(chǎn)化，這樣可以降低原料價(jià)格。雖然坯料配方中加入了大量的煅燒原料，但仍然要確保干坯的抗折強(qiáng)度，這就要求技術(shù)人員在配方的研制過(guò)程中，注意坯體的干燥抗折強(qiáng)度，確保半成品運(yùn)輸過(guò)程中保持完好。同時(shí)，要確保FFC泥漿產(chǎn)品的燒成溫度與現(xiàn)有普通泥漿產(chǎn)品的燒成溫度相一致，因?yàn)樵诖蠖鄶?shù)情況下，F(xiàn)FC泥漿的產(chǎn)品要和普通泥漿的產(chǎn)品一起燒成。當(dāng)然，如果FFC泥漿的產(chǎn)品有足夠的訂單量，也可以單獨(dú)燒成，設(shè)定專(zhuān)用的燒成制度，這樣，對(duì)此類(lèi)產(chǎn)品的質(zhì)量控制更有好處。對(duì)于FFC泥漿的產(chǎn)品，企業(yè)要根據(jù)自身的情況確定合理的吸水率，吸水率的大小直接影響最終產(chǎn)品的燒成收縮和燒成變形，直至產(chǎn)品的燒成合格率，同時(shí)，吸水率也和坯體的燒成抗折強(qiáng)度有很大關(guān)系，特別是要保證洗面器的耐承重性指標(biāo)。吸水率的高低與FFC泥漿產(chǎn)品的坯釉結(jié)合性有很大的關(guān)系，直接影響到產(chǎn)品的使用壽命。

由于加入了大量的煅燒高嶺土，F(xiàn)FC泥漿配方的原料成本明顯提高，但由于產(chǎn)品燒成合格率得到提高，所以生產(chǎn)總成本還是有所下降。

2.3 FFC泥漿化學(xué)成分

某企業(yè)的FFC泥漿與普通泥漿化學(xué)成分的對(duì)比見(jiàn)表1。

由表1可以看出，F(xiàn)FC泥漿與普通泥漿相比，燒失量明顯降低，Al2O3含量明顯提高， K2O、Na2O含量明顯降低。

表1 泥漿化學(xué)成分比較(質(zhì)量%)

2.4 FFC泥漿性能

表2 泥漿性能指標(biāo)比較

成形性能出裂時(shí)間(min)重復(fù)性非常差,沒(méi)可比性干燥收縮(%)2.8～3.82.0～3.0V0 (s)40～6040～60V30 (s)80～12080～120燒成收縮(%)8～102～6燒成彎曲(mm/200mm跨距)20～306～10燒成性能吸水率(%)≤0.511熱膨脹率(10-6/℃)相同相同燒成抗折強(qiáng)度(MPa)70～10030～70

某企業(yè)的FFC泥漿與普通泥漿性能指標(biāo)的對(duì)比見(jiàn)表2。

由表2可以看出，F(xiàn)FC泥漿與普通泥漿相比，粒度有所降低，干燥收縮有所減小，燒成收縮、燒成彎曲明顯減小，燒成抗折強(qiáng)度有所降低，但吸水率大大提高。

2.5 FFC泥漿使用的釉漿

FFC產(chǎn)品與普通產(chǎn)品的釉漿一樣，通常是通過(guò)調(diào)整泥漿的配方，以增強(qiáng)坯釉結(jié)合的能力，當(dāng)然也可以坯、釉雙向調(diào)整，增強(qiáng)坯釉結(jié)合的能力。

2.6 FFC泥漿生產(chǎn)

配制FFC泥漿，要適應(yīng)與之匹配的釉漿，注意監(jiān)測(cè)抗裂性，也要防止在使用中產(chǎn)生釉裂。其他生產(chǎn)工藝與普通泥漿的相同。

1)FFC泥漿產(chǎn)品坯體結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)。FFC泥漿產(chǎn)品的單、雙面吃漿的分布沒(méi)有變化，F(xiàn)FC產(chǎn)品在成形階段只需對(duì)坯體做不大的預(yù)變形，成形操作更加簡(jiǎn)單。

2)防止坯體吸水造成后期龜裂的對(duì)策。需研制專(zhuān)用的FFC泥漿用釉漿，或?qū)Ｓ玫钠胀ㄓ詽{用FFC泥漿，解決好FFC泥漿的產(chǎn)品坯體與釉層的膨脹系數(shù)的匹配問(wèn)題，保證產(chǎn)品的抗裂性檢驗(yàn)合格，同時(shí)，確保產(chǎn)品在長(zhǎng)期使用中不會(huì)因?yàn)榕黧w吸潮出現(xiàn)釉面裂紋。

3)隱蔽部位的施釉。如產(chǎn)品在使用中有接觸水的部位(包括內(nèi)部空腔)，普通泥漿產(chǎn)品的做法可以不施釉，但FFC泥漿產(chǎn)品必須要施釉，以免坯體吸水，造成產(chǎn)品的變色，甚至是發(fā)毛，更有甚者會(huì)出現(xiàn)漏水的問(wèn)題。

2.7 FFC泥漿生產(chǎn)的產(chǎn)品

1)14 000 mm洗面器“中邊盆”如圖5所示。

圖5 14 000 mm柜式洗面器“中邊盆”

2)1 200 mm雙盆柜式洗面器“中邊盆” 如圖6所示。

3)1 000 mm柜式洗面器“中邊盆” 如圖7所示。

相關(guān)參數(shù)中與普通泥漿的1 000 mm柜式洗面器2不同之處為 ：

圖6 1 200 mm雙盆柜式洗面器“中邊盆”

圖7 1 000 mm柜式洗面器“中邊盆”

燒成合格率為90%左右，比普通泥漿制作的柜式洗面器提高40%左右。

吸水率：11%左右。

抗裂性，耐荷重性，產(chǎn)品急冷熱性能的試驗(yàn)試驗(yàn)的結(jié)果均為合格。

4)800 mm柜式洗面器“中邊盆” 如圖8所示。

圖8 800 mm柜式洗面器“中邊盆”

2.8 FFC泥漿成形模式

高壓注漿和普通注漿均可。對(duì)于批量較大的產(chǎn)品，采用高壓注漿或者低壓快排水注漿的模式，會(huì)顯著提升產(chǎn)品的生產(chǎn)效率，而對(duì)于小批量多品種的產(chǎn)品，采用普通注漿模式，以便靈活應(yīng)對(duì)。

2.9 FFC泥漿產(chǎn)品的減薄和燒成節(jié)能

由于FFC泥漿的產(chǎn)品在燒制過(guò)程中的變形較小，在保證合格率的前提下，可以適當(dāng)減薄坯體的厚度，600 mm以上的中大型產(chǎn)品，雙面吃漿的厚度通常在12 mm左右，有些企業(yè)最低雙面吃漿的厚度達(dá)到10 mm。產(chǎn)品越小，減薄的效果越明顯，如洗面器類(lèi)中的洗手碗(也稱(chēng)藝術(shù)盆)的邊沿，最薄的部位的厚度可以減薄到5 mm。

近幾年，國(guó)內(nèi)日用陶瓷生產(chǎn)企業(yè)使用日用陶瓷的坯釉料、燒成溫度也在制作，這類(lèi)產(chǎn)品坯體厚度也比較薄，但在產(chǎn)品的造型和尺寸方面，受到較大的制約。

還有一些稱(chēng)作減薄的產(chǎn)品，是將洗面器最上部的邊緣部位做的比較薄，之下部分仍為普通產(chǎn)品厚度，產(chǎn)品的質(zhì)量幾乎沒(méi)有變化，炒作的成分更大一些。

在制作減薄產(chǎn)品的過(guò)程中，確定合理的坯體的厚度與FFC泥漿成瓷坯體的抗折強(qiáng)度有關(guān)，也與產(chǎn)品的大小有關(guān)。不要為了減薄而減薄，在減薄時(shí)，首先保證產(chǎn)品的使用性能及耐荷重性，其次要考慮產(chǎn)品在運(yùn)輸，搬動(dòng)，使用中的特殊情況等因素，厚度不應(yīng)過(guò)薄，以免發(fā)生破裂，要確保其安全性能。

圖9 柜式洗面器“中邊盆”燒成的立裝產(chǎn)品

除減薄外，還有一種可以減輕產(chǎn)品質(zhì)量的方法。由于FFC泥漿的產(chǎn)品在燒制過(guò)程中的變形較小，可以由傳統(tǒng)的立裝式產(chǎn)品(如圖9所示)，轉(zhuǎn)變?yōu)槎鄬悠窖b式產(chǎn)品(如圖10所示)，將燒成時(shí)立裝產(chǎn)品的裝窯支撐面全部取消，明顯減少了產(chǎn)品的重量，有的產(chǎn)品的重量甚至可以減少30%左右。

同時(shí)，采用新型的組裝式多層燒成架支(如圖11所示)，取代傳統(tǒng)的平裝燒成架支(如圖12所示)，這樣既減輕了窯具的質(zhì)量，又可以充分利用窯爐的高度，明顯提高了裝窯空間利用效率，達(dá)到燒成節(jié)能的效果。

圖10 柜式洗面器“中邊盆”燒成的多層平裝產(chǎn)品

圖11 組裝式多層燒成架支

圖12 傳統(tǒng)的平裝燒成架支

綜上所述，F(xiàn)FC泥漿的產(chǎn)品能夠明顯提高產(chǎn)品整體的規(guī)整度，減少燒成變形的缺陷，提高燒成合格率，對(duì)部分產(chǎn)品可以減輕產(chǎn)品質(zhì)量，燒成節(jié)能等優(yōu)點(diǎn)，F(xiàn)FC泥漿有著廣泛的使用前景。由于國(guó)內(nèi)生產(chǎn)企業(yè)對(duì)FFC泥漿的認(rèn)識(shí)程度還不夠深入，與國(guó)外一些企業(yè)的FFC泥漿產(chǎn)品相比，在變形程度、坯釉的結(jié)合狀態(tài)等方面存在一定的差距，同時(shí)，在配方研制的過(guò)程中，如何擺脫對(duì)國(guó)外高價(jià)原料的依賴(lài)，這些都是企業(yè)今后的研發(fā)課題。

3 超薄型產(chǎn)品的印象

2012年開(kāi)始，歐洲的某企業(yè)開(kāi)始推出超減薄的材質(zhì)的產(chǎn)品，從公開(kāi)的資料可以看到，給此類(lèi)產(chǎn)品命名為Saphir Keramik(藍(lán)鉆陶瓷)。從展會(huì)的展品及相關(guān)的資料顯示，此類(lèi)產(chǎn)品僅限于尺寸較小的洗面器類(lèi)產(chǎn)品，洗面器最大長(zhǎng)度可以做到900 mm，通常深度都偏淺。產(chǎn)品很多部位的厚度不超過(guò)6 mm，上部邊沿的邊緣部位，甚至是3～4 mm。其產(chǎn)品如圖13所示。

這類(lèi)產(chǎn)品的燒后坯體的化學(xué)成分如表3所示。

圖13 藍(lán)鉆陶瓷洗面器

表3 藍(lán)鉆陶瓷洗面器化學(xué)成分(質(zhì)量%)

藍(lán)鈷陶瓷吸水率為8.5%。

資料顯示，這種材質(zhì)是在坯料中加入了Al2O3含量更高的煅燒過(guò)的原料，使坯體中莫來(lái)石的含量更高，坯體在明顯減薄之后，使坯體抗折強(qiáng)度更高，燒成變形更小，為坯體的大幅度減薄創(chuàng)造條件。

由于產(chǎn)品的坯體很薄，在施釉的過(guò)程中僅有很薄的一層釉附著在坯體的邊緣部分，為了避免成品邊緣發(fā)生“漏黑邊”缺陷,坯體的白度很高。產(chǎn)品燒成溫度在1 250 ℃或更高。

此種坯體已與普通泥漿、FFC泥漿的長(zhǎng)石質(zhì)瓷的坯體有很大的差別，應(yīng)屬于另一類(lèi)材質(zhì)，也許屬于莫來(lái)石材質(zhì)。

2018年度最新發(fā)布的美國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)ASME A112.19.2-2018/CSA B45.A-18中規(guī)定，減薄產(chǎn)品的定義范圍為坯體厚度低于6 mm，但最薄不能低于3 mm的洗面器類(lèi)的產(chǎn)品。

這種產(chǎn)品的出現(xiàn)，提高了國(guó)內(nèi)企業(yè)制作減薄衛(wèi)生陶瓷的熱度。與國(guó)內(nèi)經(jīng)常提到的減薄產(chǎn)品相比，這種產(chǎn)品稱(chēng)為超薄型產(chǎn)品也許更加準(zhǔn)確。其原料的選用、生產(chǎn)工藝、生產(chǎn)成本、產(chǎn)品的特點(diǎn)、市場(chǎng)的前景等值得關(guān)注。