一種墨水加熱分解裝置與瓷磚表面釉坑缺陷的研究

李國平 何宇奇 何義力 吳亞超 黎天強

摘 要：主要利用陶瓷墨水的某些有機溶劑著火點低容易灼燒的特點，利用天然氣灼燒噴墨打印完成后的瓷磚表面，促使墨水的某些有機溶劑著燒發(fā)生化學分解反應，生成水和二氧化碳，在干燥器里面溫度200℃的環(huán)境下揮發(fā)掉，減少瓷磚表面油性物質的殘留，從而減少瓷磚表面釉坑和縮釉的產生。

關鍵詞：噴火燃燒器，釉坑，燃燒，分解反應

1 引 言

最近幾年本公司生產灰色深色磚版面偏多，噴墨打印的油性墨水和水性釉漿發(fā)生排斥反應形成釉面凹坑缺陷。這個缺陷在2019年的生產缺陷統計中占比5%左右，最嚴重的時候，單批次占比10-20%。技術和車間團隊人員想了很多技術改進措施都不能根治，比如：改進隔離釉的配方，調整隔離釉的厚度，調整拋釉的配方，調整淋釉房的設備，改善淋釉房的硬件環(huán)境等等。以上這些措施都只是暫時緩解，隔不久又不斷出現問題。2020年通過研究和學習墨水的配方組成以及外出參觀學習行業(yè)其他工廠的一些做法，然后在我們自己生產線不斷實驗，2021年得以取得明顯的效果。

2實驗部分

2.1關鍵技術

本項目主要利用陶瓷墨水的某些有機溶劑著火點低容易灼燒的特點，利用天然氣灼燒噴墨打印完成后的瓷磚表面，促使墨水的某些有機溶劑著燒發(fā)生化學分解反應，生成水和二氧化碳，在干燥器里面溫度200℃的環(huán)境下揮發(fā)掉，減少瓷磚表面油性物質的殘留，從而減少瓷磚表面釉坑和縮釉的產生。

2.1 試驗方案

根據有機物燃燒通式為：CxHy+ （x+y/4）O2=xCO2+y/2 H2O. CxHyOz+ （x+y/4-z/2）O2=xCO2+y/2 H2O 和CxHyOz +（x + y/4 -z/2）O2 = xCO2 + y/2 H2O。所有的有機物只要能發(fā)生燃燒反應，都分解出二氧化碳和水。陶瓷墨水的有效組成里包含固體無極原料和溶劑，溶劑由水性溶劑和有機溶劑還有粘結劑以及分散劑、除泡劑等等組成。有機溶劑為乙醇、異丙醇、丙酮、醋酸乙酯和醋酸丁酯中的一種或多種。分散劑為聚丙烯酸銨和聚丙烯吡咯烷酮一種或兩種。粘結劑為聚乙烯醇、聚乙二醇、硅溶膠、聚乙烯醇羧丁醛中的一種或者多種。

設計一個加熱噴火燃燒裝置，通過電輔加熱和燃燒天然氣對噴墨打印后的瓷磚進行加熱燃燒分解墨水里的有機溶高分子物質，燃燒后分解成水和二氧化碳。根據墨水組成結構，墨水里的主要有機物質包含以下種類中的一種或者多種，如表1所示。

2.2設計一個加熱分解裝置

本次研究中的墨水加熱分解裝置由一段加熱干燥器+1/2個噴火燃燒裝置組成。加熱干燥器箱體長10-15米、寬2米左右、高0.5米左右，干燥器里面鋪滿高鋁棍棒，便于瓷磚在干燥器里平穩(wěn)運行，干燥墻頂棚加裝加熱管，干燥器室內溫度最高可到200℃。在干燥器的末端和中間位置各增加一個噴火燃燒裝置，此裝置設計為多孔燒嘴燃燒器如圖1所示，噴嘴孔朝下，點火燒然天然氣后多個燃燒氣孔31的火焰形成一個火幕。瓷磚從火幕中緩慢通過時瓷磚表面的墨水有機物大部分燃燒后生成二氧化碳和水揮發(fā)在空氣中。完整的噴火燃燒裝置如圖2所示，還有一個細節(jié)圖如3，以及左視圖4，承托圖5。燃燒噴火器裝有PLC電磁感應器控制點火裝置如圖3所示，箱體干燥器里面有瓷磚運行的時候點火燃燒，否則斷氣關火，達到節(jié)省能耗的目的。噴嘴管體3，如圖1、圖2所示的位置可以根據箱體內走磚具體的走磚位置調節(jié)偏差，達到均勻加熱燃燒火焰瓷磚表面的效果。噴火燃燒裝置的高度可以調整，如圖4中的10、11根據生產不同厚度的磚坯調節(jié)噴火嘴與高鋁棍棒之間的垂直間距，嘗試過生產5.5mm-15.5mm，從薄磚到羅馬崗石之間的轉換。

2.3打印文件灰度總和的瓷磚燃燒對比實驗

本次研究中的墨水就是普通噴墨打印的墨水，是我們日常生產中使用的藍色、棕色、米黃色、檸檬黃色、黑色、包裹紅色等。因打印機打印出來的墨水重量不方便稱量，所以本次實驗采用PS軟件中圖案的6不同顏色通道的灰度信息（S1-S2-S3-S4-S5-S6）總和M6來作為衡量墨水量（簡稱墨量）的標準，不以單一通道灰度信息參加實驗，M6=S1+S2+S3+S4+S5+S6。S的范圍從0到100，M的范圍從0到600.實驗中采集不同灰度信息總和的數據進行試驗。實驗中影響墨量的因素有兩個方面因素：圖案灰度和打印機本身。打印機本身因素包含：噴頭型號，打印電壓，波形文件三個大方面。本次實驗打印機型號是美嘉D10-704/1152-7/10-11，6個通道噴頭為星光1024型號。在保持打印機的噴頭型號，打印電壓，波形文件三個因素不變的前提下，通過改變PS文件的灰度信息總和來改變噴墨打印機打在瓷磚表面的總墨量，圖案灰度信息打印到瓷磚后做燃燒實驗，根據實驗瓷磚按照灰度總和的大小，把打印文件分三個范圍，M6小于30～50，M6大于50而小于80，M6大于80，這三個灰度的范圍大概和我們平時稱的低灰度，中灰度，高灰度依次對應。具體實驗如表格2所示。

2.4瓷磚坯體厚度的瓷磚燃燒對比實驗

考慮到此款加熱分解裝置的適應性，是否適應多種類瓷磚，多生產線。本公司生產瓷磚種類豐富多樣，涉及瓷磚坯體厚度從 3.0mm～5.5mm～10.5mm～15.5mm～17.5mm，特選擇5.5mm、10.5mm、15.5mm三個不同厚度，不同灰度總和的產品進行對比試驗。如表3所示。

2.5施釉工藝的瓷磚燃燒對比實驗

考慮到不同施釉工藝種類的瓷磚在通過加熱分解裝之后，釉坑缺陷是否得到明顯改善，本實驗選擇三款有代表性的產品，分別采用噴釉工藝，淋釉工藝，干粒打點工藝，如表4所示。

3結果與討論

3.1打印文件灰度總和對瓷磚燃燒實驗的影響

為了研究清楚這款加熱分解裝置對噴墨打印瓷磚的不同墨量的處理能力我們特意設置了一批對比實驗，按照灰度總和的大小范圍選了三款有代表性的瓷磚做實驗，如表5所示，由表格可以看出，這款裝置的噴火燃燒處理后的三個不同灰度總和的瓷磚表面釉坑缺陷百分比都比較低，每一1000片瓷磚里面，釉坑缺陷占比分別是0.29%～0.56%，0.41%～0.50%，0.31%～0.52%，已經滿足生產要求。

3.2瓷磚坯體厚度對燃燒實驗的影響

根據對比實驗得知，瓷磚坯體厚度不會影響這款加熱分解裝置對釉坑的處理能力。加熱裝置的噴火高度是可以根據瓷磚厚度來調整燃燒火焰的火幕高度。通過加熱分解裝置后的瓷磚入窯燒成，還產生釉坑缺陷的概率極低，實驗選擇三款代表瓷磚占比從0到0.5%，基本符合生產需要。如表6所示：

3.3瓷磚施釉工藝對瓷磚燃燒實驗的影響

考慮不同工藝種類的瓷磚在通過加熱分解裝之后，釉坑缺陷是否得到明顯改善，選擇三款有代表性的產品，分別噴釉工藝，淋釉工藝，干粒打點工藝，如表7所示，在15-90FMB3020M木紋磚表面，釉坑主要表現為縮釉。

本小節(jié)從瓷磚施釉工藝，瓷磚坯體厚度，瓷磚打印文件的灰度總和三個方面來測試分析這款裝置的釉坑處理能力，實踐證明，本實驗中設計使用的加熱分解裝置對釉坑的處理能達到了生產需求，適應性廣，值得大力推介。

4? 結論

通過對比實驗得出，加熱燃燒裝置對瓷磚表面的有機物質充分燃燒分解成水和二氧化碳，自從安裝了此設備的生產線，今年的釉坑缺陷，全年沒有超過1.0%，發(fā)生大批量的釉坑缺陷次數為零。根據生產數據統計了幾款常規(guī)生產產品關于釉坑缺陷的記錄如以下表格8-10所示：

據表格8可知，0027這款產品同比2021年和2020年生產，在不同生產線上生產，釉坑缺陷的占比是有很大的變化，2021年在2D2有明顯下降。據表9，表10，對比分析可知，同一款產品不管是0026還是0022，在同一生產線對比2021、2020不同的年份，2021年的釉坑比2020年有明顯下降。這兩條生產線在2020年年底技改，沒有做大的改動，只在箱體干燥器末尾加裝了一臺噴火燃燒分解器。排除其他因素的影響，這臺噴火燃燒分解器對解決釉坑這個缺陷有明顯的效果，如表11所示，上半年釉坑情況改善非常明顯。

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