大规格绿色防静电薄瓷板的研究

谢志军

（蒙娜丽莎集团股份有限公司，广东 佛山 528211）



大规格绿色防静电薄瓷板的研究

谢志军

（蒙娜丽莎集团股份有限公司，广东 佛山 528211）

摘要：通过以粉煤灰为主要原料研制的薄瓷板坯体，同时结合以五氧化二钒和氧化锌为半导体原料研制的新型防静电釉，研制出了一种大规格绿色防静电薄瓷板。该产品具有消除静电和防尘的功效，它的理化性能符合GB/T23266-2009的要求，其釉面电阻和体积电阻均在1×106-1×109Ω范围内，符合SJ/T10796-2001标准（≤1×109 Ω）的要求。

关键词：粉煤灰；防静电釉；薄瓷板

E-mail：674875367@qq..com

0　引　言

粉煤灰是我国目前排量较大的工业废渣之一［1］，大量的粉煤灰不加以处理，就会产生扬尘，污染大气；若排入水中则易造成河流淤塞，且其散发出的有毒化学物质还会对人体和生物造成危害，其已成为当前的重大环境问题。而据进一步分析发现，粉煤灰中氧化铝含量颇高，有利于陶瓷结构的稳定。因此，将粉煤灰作为原料引入到薄瓷板坯体配方中，不仅能满足产品结构性能稳定的要求，还能降低生产成本，节能减排。

据市场调研发现，目前在防静电的建筑材料中，研究与应用最多的是聚合物防静电涂料和地面材料［2］，这些材料是在聚合物中添加金属和石墨等导电材料制成的。这类材料在抗老化、防污和耐磨等方面有所改进，但难以解决耐久性和防火性能欠佳等问题。近期出现的防静电水磨石虽然较好的解决了防火问题［3］，但其发尘量指标仍然偏高，限制了其在洁净厂房和机房工程中的应用。

在这种情况下，防静电陶瓷砖就有很好的研发前景［4］。它不仅具有永久、稳定的防静电性能，还具有无毒无味无辐射，生态环保，发尘量小等其他防静电材料所不具备的优点。目前，防静电瓷砖主要有两种，第一种是整体导静电的瓷砖［5］；第二种是表面导静电的瓷砖［6］。整体导静电的瓷砖又分为两种，一种是通过浸泡-烘干的方式在坯体气孔中注入成本较低的吸潮性材料。但这导致瓷砖坯体的吸水率较高，降低了瓷砖的品味和使用性能，同时在铺贴和使用过程中坯体孔中的吸潮性材料会溶出，从而影响整个抗静电系统的性能稳定性，并且由于气孔的存在，瓷砖表面的耐污性以及强度下降，导致瓷砖的综合性能下降；另一种在瓷砖坯体表面和内部均加入锡锑半导体粉末材料，但因锡锑半导体粉末价格较高，导致瓷砖制造成本较高。表面导静电的瓷砖仅表面有导电釉层，成本较低，但坯体上表面边缘存在向内的倒角，这使釉层和侧面导电材料不易连通。

比较当今防静电瓷砖生产技术的优劣势，同时考虑降低成本和节能减排，我们将粉煤灰作为原料引入到薄瓷板的坯体中，并在薄瓷板的表面施上导电釉层（该导电釉引入了五氧化二钒和氧化锌这两种半导体氧化物，降低釉中氧化锡的使用量），成功开发出大规格绿色防静电薄瓷板。

表1　所用原料化学成分（wt.%）Tab.1 The chemical composition of raw materials （wt.%）

图1　试验工艺流程Fig.1 The technological fow diagram of the experiment

1　实　验

1.1实验原料

本实验所用原料的化学成分见表1。

1.2试验配方和工艺

在相关文献和大量试验的基础上，确定了绿色防静电薄瓷板的配方。

引入30%量的粉煤灰的坯体配方化学组成（wt. %）为：SiO265-68，Al2O322-24，Fe2O3+TiO2＜0.6，CaO + MgO 1-2，K2O+ Na2O 5-7。

防静电釉料配方化学组成（wt.%）为：SiO239.5，Al2O314.5，CaO 2.85，B2O31.72，K2O 2.8，Na2O 1.3-1.5，SnO219.0-25.4，Sb2O38.14-10.18，V2O50-4.14，ZnO 0-5.10。试验工艺流程如图1所示。

工艺参数：

制粉工艺：泥浆比重：1.70-1.72

球磨细度：0.5-0.8%（250目筛余）

颗粒级配：30目上： 8-15%

30～60目：≥70%

60～80目：≤12%

80目下：≤6%

粉料水份：7.2-7.8%

成型工艺：压机机型：KD6800

成型压力：61000kN

压制周期：1.4 次/min

干燥工艺：干燥温度：180 ℃

干燥时间：30 min

干燥坯体水份：≤0.5%

施釉工艺：比重：1.5-1.52

施釉量：800-820 g/片

烧成工艺：窑炉：144 m辊道窑

最高烧成温度：1200 ℃（表温）

烧成周期：50 min

2　实验结果分析与讨论

2.1坯体配方的研究

粉煤灰在坯体中掺入的配方设计不仅要遵循陶瓷产品的配方原则，还应该与釉面具有良好的结合效果，配方的化学成分应与常规配方设计一致。对粉煤灰进行严格的除铁处理后，将所选原料按不同比例设定不同配方，分别进行浆料性能、化学成分分析，并对烧制后样品进行理化性能检测，根据结果选择最佳方案。采用S8 TIGER型X射线荧光光谱仪分析坯体化学成分见表2所示，且经德国耐驰提供的DIL-402 PC型热膨胀系数测定仪测试，该坯体膨胀系数见表3所示。

表2　薄瓷板坯体化学成分（wt.%）Tab.2 The chemical composition of the thin porcelain plate body （wt.%）

表3　薄瓷板坯体热膨胀系数Tab.3 The coeffcient of thermal expansion of the thin porcelain plate body

表4　防静电釉的化学成分（wt.%）Tab.4 The chemical composition of anti-static glaze （wt.%）

2.2防静电釉料配方的研究

目前化学性能和电性能最为稳定的是锡、锑型防静电釉，但当前氧化锡市场价格居高不下，增大了防静电釉的成本，导致防静电釉很难广泛使用。在这种情况下，我们利用五氧化二钒、氧化锌这两种带有半导体性质的氧化物替代部分氧化锡，研制出新型防静电釉，其化学成分见表4。将不同配方的釉粉与水混合，配制成比重为1.50的釉浆，分别喷于规格600×600 mm的素坯上，每片砖的施釉量为183 g，并在1200 ℃温度下烧成，烧成周期为50min，得到试样A1、A2和A3。用SL-030表面电阻测试仪测量试样A1、A2和A3的表面电阻，其表面电阻值见图2所示。由图2并结合表4可知，用五氧化二钒、氧化锌这两种带有半导体性质的氧化物替代部分氧化锡制备出的防静电釉是有效的。将A3压制烧结成4×4×50 mm的瓷条，用DIL-402 PC型热膨胀仪测其热膨胀系数，结果见表5所示，其膨胀系数与坯体膨胀系数相近。

图2　试样A1、A2和A3的表面电阻Fig.2 The surface resistance of samples A1， A2 and A3

表5　试样A3釉面的热膨胀系数Tab.5 The coeffcient of thermal expansion of sample A3 glaze

图3　试样表面施釉量与表面电阻的关系Fig.3 The relationship between the surface glaze weight and the surface resistance of the sample

2.3施釉量对表面电阻的影响

将比重为1.50的釉浆A3分别施于3片规格600×600 mm的薄瓷板素坯上，各片砖的施釉量分别为146 g、183 g和220 g，并在1200 ℃温度下烧成，烧成周期为50min，得到试样。用SL-030表面电阻测试仪测量试样的表面电阻，其不同施釉量对应表面电阻情况如图3所示。由图可知，单位面积内施釉量越大，其表面电阻越小；反之，表面电阻越大。根据相关文献可知［7］，防静电釉的导电性能主要是由于釉中析出了能够导电的晶相，而施釉量越大，釉面截面上的导电通路越多，表面电阻越小，防静电可靠性就越高。

2.4喷墨印花装饰工艺的研究

为了增强产品的装饰性，在不影响其防静电性能的前提下，我们采用了目前最先进的喷墨打印技术，可以将自然界存在的各种形式如仿木、仿石、仿树叶、仿皮、仿毛、仿竹等各种装饰图案运用到防静电薄瓷板上，制备出图案色彩丰富的防静电产品，拓宽了它的使用范围。

2.5烧成制度的研究

在绿色防静电薄瓷板的制备过程中，烧成制度的制定是最为关键的环节之一。相比现有的薄瓷板生产，防静电薄瓷板的施釉量更大，砖面的水分更多，需要将烧成窑前温段适当延长，以便水分的排出，避免釉裂和炸砖。另外由于掺入粉煤灰的坯体若氧化不好易鼓包，因而需延长氧化带时间。再者，由于施釉量大，砖型控制难度也明显加大。经过调试最终确定的绿色防静电薄瓷板烧成制度见图4。

图4　绿色防静电薄瓷板的烧成制度Fig.4 The fring schedule of the green anti-static thin porcelain plate

2.6防静电薄瓷板导电网络的研究

目前，表面导静电的瓷砖表面边缘存在向内的倒角，导致釉层和侧面导电材料不易连通。因而在铺贴和使用过程中，此种防静电瓷砖的表面导静电釉和侧面导静电材料的连接稳定性差，效果不好。大规格防静电薄瓷板规格为900×1800 mm，相对来说表面边缘少，且倒角极小，使得其边缘之间更容易连通，保证了导静电通路的稳定性和完整性。同时由于防静电薄瓷板单片面积大，可减少侧面导电材料的用量，降低生产成本。

3　结　论

通过将粉煤灰引入到薄瓷板坯体配方中；同时采用五氧化二钒和氧化锌这两种半导体氧化物，开发出特殊的防静电釉，成功的研制出新型的大规格绿色防静电薄瓷板。

该产品不仅理化性能优异，而且釉面电阻和体积电阻均在1×106-1×109Ω范围内，符合行业标准SJ/T10796-2001（≤1×109 Ω）的要求，具有消除静电以及防尘功效；同时由于该产品使用了工业废渣—粉煤灰，降低了生产成本，结合其表面丰富的图案装饰，进一步拓宽了它的使用范围，市场潜力较大。

参考文献：

［1］ 王伟， 周华强. 粉煤灰对环境的危害及其综合利用［J］. 建材技术与应用， 2007（05）： 4-6.

［2］ 易波， 王群， 郭红霞. 聚苯胺/环氧树脂防静电涂料的研制［J］.化工新型材料， 2010（06）： 112-114.

［3］ 姜英硕， 刘永健， 汪东华， 朱万美. 不发火花水磨石地面的试验及施工［J］. 煤气与热力， 2005（12）： 52-53.

［4］ 李惠成. 防静电瓷质地面材料应用前景宽广［J］. 电子质量，1999（04）： 29-30.

［5］ 王春华， 王改民. 常压烧结碳化硅陶瓷的制备及导电性能［J］.中国陶瓷， 2008（07）： 52-53.

［6］ 王玉成， 傅正义. TiB2与BN复相陶瓷的渗流模型［J］. 复合材料学报，2002（01）： 50-53.

［7］ 汪永清， 吴建青， 周健儿， 赵英， 毛旭琼. 釉中晶相对防静电陶瓷电性能的影响探讨［J］. 中国陶瓷， 2005（ 02）： 10-13.

通信联系人：谢志军，男，高级工程师。

Received date：2015-11-15.Revised date： 2015-11-18.

Correspondent author：XIE Zhijun， male， Senior Engineer.

Large-sized Green Anti-Static Thin Porcelain Plate

XIE Zhijun

（Monalisa Industry Co. Ltd.， Foshan 528200， Guangdong， China）

Abstract：A large-sized green anti-static thin porcelain plate was prepared， using fy ash as main raw material， coated in a new type of antistatic glaze derived from semiconductor materials， vanadium pentoxide and zinc oxide. The product can eliminate static shock and dust， and its physicochemical properties conform to the national standard of GB/T23266-2009 with its glaze resistance and volume resistance within 1 ×106-1×109Ω， in line with the requirements of SJ/T10796-2001 （≤1×109 Ω）.

Key words：fy ash； anti-static glaze； thin porcelain plate

中图分类号：TQ174.76

文献标志码：A

文章编号：1006-2874（2016）01-0001-05

收稿日期：2015-11-15。

修订日期：2015-11-18。