提高陶瓷砖防滑性能的工艺研究

盛正强 曹端旭 段国红

摘 要：本文通过对常用的喷、淋特殊干粒法、提高釉温法等，提高陶瓷砖防滑性能的工艺技术方法进行试验研究，提出了一种采用胶辊特殊雕刻辊筒来印刷防滑釉的工艺方法，该方法成本低、使用方便、效果稳定。

关键词：陶瓷砖;防滑性能;防滑釉;胶辊印刷;特殊雕刻;物理检测

1 背 景

近年，由于地面装饰材料光滑而导致意外伤害事件，使消费者对地面铺贴材料的防滑性能格外关注。陶瓷砖作为一种最广泛应用于各种公共场所和家庭装修的地面铺贴材料，对其防滑性能的关注度更高。目前陶瓷防滑瓷砖主要是通过喷洒或涂抹防滑剂、腐蚀剂或选用特殊干粒材料、凹凸模具、提高釉温等方式，将砖体表面制成具有宏观或微观的凹凸结构，利用这种结构，在压力下和鞋底产生的机械咬合作用以及真空吸附作用来达到防滑效果。

2 实验依据和原理

根据理论分析，提高防滑就需要增加陶瓷砖表面的凹凸不平结构，为同步对比，选用相同的300 mm×600 mm平面坯为试验素材，在陶瓷砖釉层表面分别应用不同的工艺，制造出不同的表面凹凸结构，并采用欧标和美标测试这些凹凸表面结构的防滑效果。

2.1 实验对比方案

（1）提高釉温法：通过调整配方组成，只提高面釉温度，使釉料烧成后陶瓷砖表面变粗糙。

（2）淋干粒法：陶瓷砖图案装饰后，表面淋一层合适细度和温度的干粒制造凹凸表面。

（3）喷干粒法：陶瓷砖图案装饰后，表面喷一层合适细度和温度的干粒制造凹凸表面。

（4）印刷防滑釉法：适当提高面釉温度，再增加胶辊印刷防滑釉来增加釉面的粗糙程度。

2.2 实验原理

本实验依然采用提高陶瓷砖表面粗糙程度的方法，来提高产品摩擦系数，以达到防滑的目的，以上（2）（3）（4）淋、喷、印三种方法的表面凹凸结构示意图见下图。

2.3 实验检测设备

2.4 实验检测标准

美国标准：ASTM C 1028 - 07年动滑块标准测试方法。

英国标准：BS 7976 - 2：2002年摆锤测试法。

德国标准：DIN 51097 - 1992年斜坡法，DIN 51130 - 2010标准。

3 实验内容

3.1 样品制备

（1）称取重量100份的底釉釉料矿物原料，添加三聚磷酸钠0.3份，羧甲基纤维素0.35份，水50份。将上述所有组分混合均匀球磨，得到底釉釉浆，调整底釉比重为1.52 g/ml，进行底釉釉浆施釉操作。以此种方法制备样品4片，干燥备用;

（2）采用3D喷墨打印工艺，对施釉干燥后的样品进行图案装饰，打印相同的装饰图案，获得相同装饰图案的样品，备用;

（3）分别对喷墨装饰后的样品，进行以上（2）（3）（4）三类工艺方案进行后续处理，并与（1）工艺方案的样品，在同一窑炉烧成，获得瓷砖实验样品。

3.2 样品检测和数据采集

将制得的瓷砖实验样品进行表面清洁，在常温下根据不同的防滑标准要求，分别采用不同的检测仪器，测定其防滑数据。本实验测定了欧标和美标的两种数值。

3.3 工艺参数

3.3.1 釉料参数

3.3.2 烧成参数

烧成温度：1196℃;烧成周期：52 min。

3.3.3 喷墨打印参数

3.3.4 胶辊雕刻参数

4 实验结果与分析

4.1 实验步骤

4.1.1 基础底釉

根据以上提出的几种对比方案，经过前期一系列实验，初步确定选用一致的底釉配方。其化学组成见表4。

4.1.2 防滑釉

（1）防滑釉的制备与确定。

实验对比方案（4）中，在喷墨装饰前，使用了胶辊印刷防滑釉工艺。称取重量300份的防滑釉料原料，添加印油180份，进行球磨，釉浆的细度为325目筛余全过，比重控制在1.45 g/ml左右，采用胶辊印刷的方式，将制备好的防滑釉料转印到已施底釉的样品表面。经过实验对比，获得以下较为理想的防滑釉配方，其化学组成见表5。

（2）确定胶辊雕刻参数。

本实验采用了厚版凸釉胶辊印刷方式，其胶辊雕刻选用纵横交错的布纹方格状纹理图案，人为制造出表面凹凸的结构。厚版胶辊印刷是通过设计相应的雕刻纹理，加大雕刻激光强度形成的特殊雕刻方法，改变雕刻孔的形状及深度，使胶辊孔洞的藏釉量增加，从而能获得转印到砖坯上的釉量增大，形成凸起而厚实的印刷质感与效果。

4.1.3 干粒釉

（1）干粒釉配方

实验对比方案（2）使用了淋干粒工艺，需选择合适的耐磨干粒和保护釉浆进行实验。按照理论以及试验检测结果，对耐磨干粒的配方组成进行试验，引入了亚纳米级刚玉，增加耐磨及高温成分，比较理想的耐磨干粒的粒徑要求为80～200目，配方范围：亚纳米刚玉7～8%;长石等熔剂原料70～88%;粘土类15～22%; 所选择的耐磨干粒化学组成见表6。

（2）淋釉干粒釉工艺的参数。

耐磨干粒属瘠性料，其细度较粗，使用方式与普通釉浆存在着一定的区别。故此需与合适的保护釉浆进行匹配使用。称取100份的保护釉原料，添加三聚磷酸钠0.3份，羧甲基纤维素0.35份，水45份，将上述所有组分混合均匀球磨制成保护釉浆。将制备好的保护釉浆与耐磨干粒进行一定比例的混合，并添加合适的悬浮液，保证釉浆的使用性能，最终获得理想的组合：悬浮液100，耐磨干粒35～42，保护釉浆30～35。

（3）喷釉干粒釉工艺的参数。

实验对比方案（3）使用了喷干粒工艺，喷干粒法主要为了在砖坯表面形成部分凹凸结构，产生摩擦阻力来提高陶瓷砖的防滑系数。考虑到耐磨干粒的粒径、生产使用的可行性等因素，经过多种配比的喷干粒工艺实验，结合其表面效果，最终确定较为合理的耐磨干粒釉组成：悬浮液100，耐磨干粒8～10，保护釉浆10～15。

4.1.4样品检测结果

陶瓷砖样品烧成后进行物理性能检测，主要检测陶瓷砖的光泽度及防滑性能，防滑检测进行美标及欧标性能检测。检测数据见表7。

从表7的检测数据分析，针对美标数据，4个不同的工艺都能达到合格标准（≥0.42）。方案（2）防滑数据最好，釉面质量最高，但以欧洲防滑标准判定，方案（2）却无法获得R值（标标R9）;故综合效果方案（4）最好，光泽度最低，有粗糙的手感却柔和不刺手，而其余3种方案表面粗糙且都有较为明显的刺手感。

4.2 底釉温度对防滑性能的影响

根据以上4种工艺对比方案的检测数据结果，我们选择第（4）种印刷防滑釉工艺方案进行了改进试验。固定防滑釉各项印刷参数，试验不同的底釉温度对陶瓷砖最终防滑性能的影响，本次工艺改进进行了三种釉温梯度实验，其底釉化学组成见表8。

按上述制备样品制备方法，获得三种温度梯度的样品，胶辊印刷相同的防滑釉料，并进行数码喷墨打印，装饰相同的喷墨图案，烧成后获得最终样品。对以上3种不同温度的样品进行防滑指标检测，结果见表9。

从两次防滑数据中分析，各种标准无明显的对应关系，美标数值高的样品并不代表欧标就能合格。而英标与德标具有一定的匹配关系，英标数值高的话，德标数值也会相应较高，其对应关系见表10。

釉料的烧成温度对检测结果影响很大，在其余因素相同的条件下，釉温越高其防滑性能越好，且光泽度越低，但釉面的手摸触感会变差，变粗糙，且图案效果显现能力也变差。高温的底釉对应的产品光泽度会降低，美标和欧标的检测数据都会随底釉温度的提高而增加。

本实验最终获得较为稳定的底釉，其配方化学组成见表11。

4.3 结果与讨论

（1） 通过设计特殊雕刻胶辊辊筒印刷防滑釉，对比了3种提高陶瓷砖防滑性能的工艺方案的实验，最终获得一种成本较低、操作简单、效果稳定，性能较优的防滑陶瓷砖工艺技术。

（2） 单纯提高釉面温度法，利用了釉料本身的高温耐火性能，釉面不能很好的熔平，形成自然不规则的凹凸面，从而增大表面的粗糙程度，虽可以提高瓷砖表面的防滑性能，但釉面粗糙刺手，光泽度低，控制难度大且不够稳定，对喷墨图案的装饰发色影响也很大，深色产品颜色变浅、发白。

（3） 淋干粒法和喷干粒法是通过使用一定粒径范围耐磨高温干粒，配以合适的釉料，在陶瓷砖表面形成高低不平、间隙相对均匀的凹凸面，从而改变瓷砖表面的粗糙程度，也能取得较好的防滑性能，但受生产工艺、干粒参数的稳定性影响，波动较大，成本相对较高。

（4） 胶辊印刷防滑釉法是通过雕刻胶辊特殊的纹理，将防滑性能的釉料转印到陶瓷砖表面，因印刷图案的均匀性和稳定性，能在陶瓷砖表面形成统一固定的图案形状，其纹理均匀、高度一致，起到了提高陶瓷砖表面防滑性能的效果，同时砖面手摸触感柔和，不具有明显的颗粒或刺手感，温度易控制，操作简单方便，易于生产控制。

（5） 无论是欧标还是美标，其防滑数值都会随着底釉温度的变化成线形关系。

（6） 本实验创新的工艺技术使用简单、操作方便、性能稳定、容易推广，适合多种规格应用。

5 结 论

（1） 通过对底釉配方的优化，结合胶辊印刷防滑釉工艺，可以获得防滑性能更好陶瓷砖。

（2） 胶辊的不同雕刻方式对印刷的防滑釉性能有较大影响，选择特殊的深度雕刻既能满足欧标防滑又能满足美标防滑的要求。

（3） 釉料的成熟温度对检测结果影响很大，提高釉温会促进防滑性能。对于有防滑要求的产品，其釉面温度需比常规产品温度稍高则有利于防滑性能的改善。

（4） 本研究中所获得多次实验样品的防滑检测结果，从数据分析来判断，美标与欧洲防滑标准并不完全统一，且无明显相对应关系。而欧洲标准里面英标与德标具有一定的匹配关系，英标数值高的德标数值也高。

参考文献

[1] 美国标准：ASTM C 1028 - 07 Standard Test Method for Determining the Static Coefficient of Friction of Ceramic Tile and Other Like Surfaces by the Horizontal Dynamometer Pull-Meter Method.

[2] 英国标准：BS 7976-2： 2002 Pendulum testers-Part 2： Method of operation.

[3] 德國标准：DIN 51097 - 1992 Testing of floor coverings - determination of the anti-slip properties - wet-loaded barefoot areas， walking method - ramp test.

[4] 德国标准：DIN 51130 - 2010 Testing of floor coverings- determination of the anti-slip properties - Workrooms and fields of activities with slip danger， walking method - ramp test.

[5] 刘杰. 防滑釉的研制及性能研究[D]. 武汉理工大学， 2010.

[6] 王永强， 陈志川， 王少华，等. 陶瓷砖防滑性能检测与应用探讨[J]. 陶瓷， 2016（8）：31-36.