Технология производства керамической плитки: материалы и оборудование

Человек всегда стремился украсить свое жилище и сделать его практичным. Для этих целей он использует различные материалы, многие из которых остаются актуальными на протяжении тысячелетий. Так, первые прототипы керамической плитки были найдены на раскопках Евфрата и Междуречья Тигра. В древности этот материал применяли для отделки стен храмов и домов знати. Со временем его популярность росла, а способы изготовления совершенствовались. Давайте познакомимся поближе с современной технологией производства керамической плитки и узнаем, чем она заслужила такую безукоризненную репутацию.

Состав

Первым делом разберемся, из чего делают керамическую плитку. Основное сырье, используемое в производстве керамики, представлено следующими материалами:

1. Глинистые материалы. Они придают влажной массе пластичность, необходимую для формовки заготовок.
2. Кварцевые материалы (в основном, песок). Выполняют структурную функцию, то есть создают «скелет» изделия. Позволяют ограничить и проконтролировать изменение размеров изделия, неизбежно сопровождающее процесс обжига.
3. Материалы, в состав которых входят полевые шпаты (алюмосиликаты или карбонаты калия, натрия, кальция и так далее). С их помощью, при обжиге изделия, его структура остается плотной и стекловидной.

Процесс изготовления керамической плитки состоит из таких стадий:

1. Смешивание материалов.
2. Формовка.
3. Сушка.
4. Нанесение глазури.
5. Обжиг.
6. Сортировка.

На каждом из этапов остановимся отдельно.

Как происходит процесс формирования плитки?

Технология изготовления керамической плитки подразумевает, что ее формирование происходит путем сухого прессования. В данном случае подготовленный порошок, имеющий в составе все необходимые компоненты, поступает в фасонный пресс. Он позволяет максимально сжать материал, после чего готовые пластины выбрасываются в нижней части плунжера. Такие прессы обычно обеспечивают давление, которое превышает 2500 тонн.

Для получения очень тонкого плиточного материала нужно дополнительно использовать смачивающие агенты. Сочетание экструзии со штамповкой позволяет получить изделия неправильной формы, которые отличаются качеством и небольшой стоимостью. Это можно сделать путем обработки сырья в специальном цилиндре с высоким давлением, после чего оно выдавливается наружу небольшими порциями. В дальнейшем подготовленные образцы подвергаются штамповке при помощи гидравлических или пневматических прессов.

Также существует другой метод формировки плитки. Он подразумевает то, что подготовленные порции сырья сжимаются при помощи гидравлического пресса между двумя половинами жесткой формы. Освобождение полученных образцов происходит при помощи нагнетания воздуха и вакуума.

Смешивание материалов

Все начинается с добычи материалов, но мы ее не будем рассматривать, так как нас интересует именно процесс изготовления керамической плитки. Первым делом, глина смешивается с остальными компонентами по строго рассчитанным пропорциям. Готовая смесь поступает на предварительное перемалывание, где она подвергается измельчению и увлажнению.

Способ приготовления керамической массы зависит от свойств исходного сырья и желаемого продукта. Бывают такие способы:

1. Полусухой. Компоненты сначала дробят, затем немного подсушивают, измельчают, смешивают и отправляют на формование. Полусухим этот метод называется потому, что сами по себе компоненты имеют определенную степень влажности.
2. Пластичный. Глину дробят и отправляют на смеситель, где она перемешивается с добавками и обретает вид однородной пластичной массы.
3. Мокрый. Материалы измельчают и смешивают с добавлением воды (до 60%). Однородная жидкая смесь подается в специальные резервуары.

Вне зависимости от того, какая линия производства керамической плитки используется, для получения хорошего продукта необходимо, чтобы все материалы были тщательно измельчены и смешаны.

Подготовка сырьевой массы

Изготовление керамической плитки невозможно без тщательной подготовки сырья. Его обязательно сортируют по размеру и типу. После этого сырье измельчают до нужной фракции при помощи угловой дробилки или прочего оборудования. В процессе подготовки его могут несколько раз подвергать дроблению для получения высококачественного материала.

Когда все сырье приобрело нужный размер зерен, отдельные компоненты смешивают между собой. В данном случае очень важно подобрать оптимальные пропорции между использованными ингредиентами. От этого зависят основные свойства будущей плитки, ее внешний вид.

Шаровая мельница

Для получения более однородной массы к ней добавляют воду и подвергают обработке в шаровой мельнице. В результате получают особую жидковатую смесь под названием суспензия. В последующем из нее удаляется вода при помощи специального фильтр-пресса. Он способен избавить от 50% влаги. В дальнейшем полученная масса еще раз подвергается размолу, но в сухом виде.

Также в процессе изготовления плитки полученная суспензия может закачиваться в специальный распылитель. Обычно он состоит из вращающего диска или сопла. В распылителе суспензия освобождается от лишней влаги из-за интенсивного движения потоков воздуха. Также сырье может измельчаться путем сухого помола с гранулированием. Для этого существуют специальные гранулирующие машины.

Формовка

Формовка производится двумя способами: прессованием и экструзией. В первом случае, специальные прессы сдавливают порошкообразную массу в двух направлениях. Находясь под высоким давлением, гранулы подвергаются уплотнению и частично деформации. За счет этого плитка обретает соответствующую плотность и прочность.

При использовании метода экструзии, плитка производится из тестообразной массы, которая формуется путем продавливания через отверстия экструдера. От сухого прессования этот метод отличается наличием в производственном процессе жидкой фазы. Именно благодаря тому, что вязкая масса выдавливается из аппарата и обрезается, есть возможность производить изделия разной формы. Керамическая плитка, сделанная по методу экструзии, может быть выпуклой или вогнутой. При прессовании же варьировать можно лишь размер изделий.

Виды керамической плитки

Керамическая плитка классифицируется по нескольким критериям:

• сырье: котто, керамогранит, клинкер, метлах;
• технология производства: количество обжига, глазурование поверхности;
• способ формовки: вручную, методом литья, прессования, экструзии;
• вид фактуры: пористость, наличие мозаики, вставки камня, эффект искусственного старения;
• назначение: для кухни и пола, ванной, бассейна, камина.

Можно производить плитку сразу нескольких видов. Продукцию следует делать более привлекательной для покупателей — наносить уникальные рисунки, использовать качественные шаблоны, пресс-формы.

Также необходимо выбрать размер изделий. Наиболее востребованные (в см): 20х20, 20х30, 20х40, 33х33, 40х40.

Сушка

Обязательной стадией в технологии производства керамической плитки является сушка. На этом этапе из готовых форм удаляется влага, которая была необходимой для комфортной формовки. Условия сушки играют важнейшую роль в обеспечении целостности и прочности будущего изделия, поэтому они строго контролируются. На современных предприятиях по производству плитки используют сушильные установки, обдающие сырец (отформованное влажное изделие) горячим воздухом. Нагрев приводит к образованию на поверхности полуфабриката влаги, которая быстро испаряется и удаляется системой вентиляции.

Хороший теплообмен, эффективная вентиляция и высокая температура воздуха обеспечивают быстродействие установки. Если подвергнуть сырец обжигу, минуя стадию сушки, то он растрескается. На заключительных стадиях сушки и в процессе обжига происходит усадка плитки, то есть пропорциональное уменьшение ее линейных размеров. Этим и объясняется необходимость в калибровке готовых изделий. Чем выше уровень предприятия, тем больше вероятность того, что его продукция будет иметь одинаковые размеры. Поэтому лучше выбрать варианты среднего ценового диапазона (к примеру, от , «Еврокерамика», «Сокол» и др.), чем получить неровную стену.

Технология производства

Технологический процесс производства керамической плитки состоит из следующих этапов:

1. Приготовление смеси

Существует две технологии приготовления смеси: мокрая и сухая. При мокрой технологии сырьевые ингредиенты подвергаются измельчению и смешиванию в барабанных дробилках в присутствии воды. Дробилка – огромный барабан, вращающийся вокруг своей оси: измельчающие детали(камни или шарики) перемалывают смесь. В результате измельчения получается водная суспензия, она носит название шликер.

Приготовление шликера из трёх фаз:

1. Помол полевого шпата и песка (ведётся от 10 до 12 часов);
2. Добавление глины;
3. Добавление каолина;

Готовый шликер сливается в ёмкости и выдерживается.

При сухой технологии, сырьевые ингредиенты подвергают измельчению в молотковых дробилках, а затем увлажняют в специальных машинах. Мокрая технология дороже, но даёт намного лучшие результаты.

2. Формовка изделия

Формование подразделяется на три группы: А, В, С.

Формование А — пластический способ формования. Пластичная глиняная масса с влажностью 15-25% формуется выдавливанием бруса. Керамическая масса сначала спрессовывается шнекеном ленточного пресса, а затем продавливается сквозь сменный мундштук, который закреплён на конце выходной части пресса. Проходя через этот мундштук, пластичный глиняный брус приобретает форму плитки с заданной толщиной и шириной. Отрезное устройство разрезает выходящий из мундштука пресса отформованный брус на части по длине плитки. Из пресса отформованные плитки выходят сдвоенными, разделяются они после обжига. Таким способ производства получают экструдированные плитки.

Формование В – жёсткий способ формования(сухое прессование). Плитки, состоящие из тщательно перемешанной дисперсной массы, формуются в прессе под высоким давлением. Металлоёмкость этого способа в три раза выше чем пластического. Длительность производственного цикла сокращается в 2 раза, изделия имеют более правильную форму и более точные размеры.

Данный способ также подразделяется внутри на сухой и полусухой способы.

Сухой: Пресс-порошок готовится с влажностью 2-6%. Этим способом изготавливают такие плитки как грес и керамогранит.

Формование С — шликерный способ, при котором изделия изготавливаются из многокомпонентной массы, состоящей из неоднородных и трудно спекающихся глин и добавок. Отливка происходит с содержанием воды до 40%. Такая технология используется для изготовления нестандартных керамических элементов. Широкого применения она не получила.

3. Сушка

Во избежание усадки, растрескиваний и искривлений при обжиге, плитки должны быть высушены до содержания влаги 5-6%. В настоящее время сушка производится искусственно в тоннельных сушилах непрерывного действия или камерных сушилах периодического действия в течении от 2-х до 72-х часов в зависимости от свойств и влажности сырья. Температура сушки 120-150°С.

4. Приготовление глазури и глазуровка

Глазурь – глянцевидный сплав, расплавляющийся на глиняном черепке слоем толщиной 0,12 — 0,40 мм. Глазурь наносится, чтобы прикрыть черепок изделия плотным и гладким слоем, а также для придания изделию с плотным черепком повышенной прочности и привлекательного внешнего вида, для гарантии диэлектрических свойств и защиты декора от механических и химических воздействий.

Приготовление глазури – помол смеси в мельницах с добавлением воды.

По химическому составу глазури бывают:

• Свинцовые – имеют ограниченное применение из-за их ядовитости; располагают богатым цветовым спектром;
• Оловянные – имеют ограниченное применение из-за высокой стоимости;
• С содержанием бора – бор придаёт глазури эластичность, повышает яркость глазури;
• Щелочные глазури – влияют на оксиды металлов, в результате чего получаются ясные и чистые тона;
• Цинковые – при небольшом содержании цинк придаёт глазури яркость, при повышенном – матовость.

Также бывают прозрачные и непрозрачные глазури. Прозрачными глазурями покрывают плитки из беложгущейся глины, они сохраняют и усиливают цвет керамического черепка. Непрозрачные глазури используют для маскировки нежелательной окраски.

Наносят глазурь 2 способами: сухим и мокрым.

Мокрый способ: глазурь представляет собой водную суспензию тонкоизмельчённых ингредиентов.

Сухой способ: глазурь представляет собой вид гранул.

5. Обжиг

После нанесения глазури изделие отправляется на обжиг в печь. Печь укомплектована модулем предварительной сушки, камерами обеспыливания и обдува. Термическая обработка ведётся при температуре 1230 градусов, длина печи составляет порядка 89 метров. Обжиг изделий в печи проходит в продолжение суток.

• Одинарный(однократный) обжиг: После сушки изделия наносится глазурь и обжигают при температуре около 1230°С одновременно с обжигом плитки. Недостаток: в процессе обжига через глазурь проникает газ от разложения смеси, что ведёт к образованию на поверхности плитки мелких следов в форме концов булавок, трещин.

Разновидностью этого метода обжига является метод глазурования плитки под давлением. Глазурование происходит одновременно с приготовлением смеси. Порошкообразный слой глазури подвергается прессованию вместе со смесью и далее — обжиг. Полученная плитка обладает низкой пористостью и повышенной прочностью благодаря большой толщине глазури.

Также есть метод нанесения гранулированной глазурной смеси на раскаленный корпус плитки. Плитка изготавливается прессованием обычной смеси и обжигом без глазури. Чрез отверстие в печи на уже обожженную и ещё раскалённую плитку глазурь в виде гранул. Плитка обжигается до полного обжига глазури. Таким методом изготавливаются особо прочные плитки для мест интенсивного движения.

• Двойной(двукратный) обжиг: Вначале при более высокой температуре обжигают черепок плитки, затем наносят глазурь и обжигают вторично. У этого обжига есть недостаток – более высокая себестоимость, а также меньшая прочность плитки. Его преимуществом является то, что в процессе обжига на поверхности плитки не появляется мелких следов в форме концов булавок, трещин.
• Трехкратный обжиг – плитку декорируют по глазурованной поверхности с последующим обжигом(возможен четвертый и пятый обжиг) при низкой температуре. Преимущества: цветовое разнообразие и возможность использовать драгоценные металлы. В основном с помощью трехкратного обжига производят дорогую плитку высокой художественной ценности.

6. Контроль качества, сортировка, упаковка.

Нанесение глазури

Глазурь (эмаль) – стекловидное покрытие, которое наносится на лицевую сторону плитки и закрепляется в процессе обжига. Глазуровка выполняется с целью декорирования и укрепления изделия. В состав глазури могут входить различные материалы и соединения (песок, окислы, фритты, красящие пигменты и прочее). Она может быть глянцевой и матовой, цветной и одноцветной, а иногда, даже прозрачной. Окраска достигается за счет добавления в состав оксидов и солей металлов (железо-красный, хром – зеленый, кобальт – синий и т. д.). Эмаль имеет стекловидную структуру и отличается от основания керамики не только внешним видом, но и характеристиками, важнейшей из которых является водонепроницаемость.

На сегодняшний день, завод по производству керамической плитки может использовать несколько десятков способов нанесения глазурей на свои изделия. Эмаль может применяться в виде распыленной суспензии, пасты или гранул. В базовом варианте, она наносится на отформованные заготовки с помощью большого круглого барабана, который, совершая один круг, обрабатывает сразу несколько плиток. Нанесение может производиться до или после обжига, а в некоторых случаях, даже во время обжига.

Для того чтобы изделие имело более эстетичный вид, процесс эмалирования может сопровождаться нанесением изображения. Керамическая плитка с рисунком гораздо популярнее, нежели однотонная. Чтобы каждая плитка имела неповторяющиеся изображение, но сохраняла стилистику серии, барабан просто смещают по оси вращения. Конечно же, это касается моделей с абстрактными картинками.

Отличия способов производства

Все исходные материалы сначала основательно измельчаются, после чего размешиваются и увлажняются до образования гомогенной массы. На следующем этапе следует формование, для чего может использоваться прессование либо экструзия. Прессованная плитка вырабатывается из сырья, размельченного в порошок. Сначала порошок уплотняется, после чего подвергается прессованию под большим давлением. Такой способ дает возможность более жестко соблюдать типоразмер изделий и формировать высококачественную поверхность.

В производстве керамической плитки технология экструдирования предусматривает прохождение пастообразной смеси основных материалов сквозь специальную фильеру нужной формы. В процессе прохождения подготовленной смеси сквозь форму создаются изделия необходимой ширины и толщины. Использование такого способа формования отличается простотой и меньшей стоимостью по сравнению с методом прессования. После этого действия керамическая плитка сушится и подвергается обжигу.

Обжиг

Обжиг керамической плитки производится для того, чтобы сделать ее достаточно твердой и прочной. Происходит это за счет химических и физических изменений в составе материала и глазури, которые проходят под воздействием высоких температур. Обычно, производители керамической плитки используют с этой целью печи непрерывного действия. По сути, такая печь представляет собой тоннель, перемещаясь по которому с помощью специального транспортера, плитка поддается сначала предварительному нагреву (позволяет избавиться от остатков влаги), а затем обжигу.

Характерным свойством глины является ее способность превращаться при обжиге в прочную камневидную массу. В зависимости от типа изделия, температура обжига колеблется от 900 до 1300°С. Пробыв определенное время в печи, плитка последовательно охлаждается до такой температуры, при которой, ее, без ущерба для качества, можно будет выгрузить из печи.

Необходимые материалы и оборудование

Для изготовления керамической плитки потребуются следующие материалы:

• для сохранности размеров после высыхания в изделие добавляют кварцевый песок;
• для получения необходимой вязкости смести требуется фелдшпатовый и карбонатный состав;
• эластичная смесь получается благодаря использованию огнеупорной или тугоплавкой глины;

В процессе производства кафельной плитки используются следующие добавки:

1. Глазурь нужна для повышения эстетических характеристик изделия. Глазуровать кафель нужно и для его защиты.
2. Для повышения пластичности и уменьшения усадки материала используют отдающие добавки.
3. С целью уменьшения температуры плавления глины добавляют плавни.
4. Добавка ангоб нужна для декоративной обработки керамического изделия.
5. Для повышения пористости материала добавляют парообразующие компоненты.

Технология изготовления керамической плитки на заводе подразумевает использование следующего оборудования:

1. Для уплотнения приготовленной бетонной смеси используют вибростанок.
2. Для приготовления глиняной массы и смешивания всех ингредиентов применяется бетономешалка.
3. Форма нужна для заливки массы и формирования геометрического изделия.
4. Напыление глазури и нанесение рисунка производится в специальных камерах.
5. Сушка сформированных изделий осуществляется в печи.
6. Набор трафаретов для профессионального нанесения рисунка.

Внимание! На некоторых заводах используют многофункциональные камеры, в которых производится напыление рисунка и глазури на элементы. Хоть это оборудование довольно дорогое, оно быстро окупается.

Сортировка

Прежде чем поступить на линию упаковки и склад, готовая плитка тщательно сортируется. Эта процедура позволяет решить три задачи:

1. Отбраковать изделия с дефектами.
2. Отделить плитку первого сорта от плитки более низких сортов.
3. Сгруппировать торговые партии по сортам и цветности.

Обычно, производители керамической плитки производят сортировку следующим образом – после выхода из печи она проходит три участка: дефектоскопический, калибровочный, визуального контроля. Для выявления дефектов, каждое изделие подается на рельсы и прокатывается роликом. За счет того, что рельсы располагаются по краям плитки, а ролик давит в центр, бракованные образцы ломаются, не выдержав нагрузки. Дефекты покраски проверяются визуально, вместе с определением тональности. Остается лишь отсортировать изделия по партиям и отправить на склад.

Как можно заметить, технология производства керамической плитки довольно проста. Однако, чтобы получить высококачественное изделие, необходимо подойти к каждой стадии с полной ответственностью и соблюдением всех технологических правил. Вот почему многие начинающие предприниматели, которые открыли завод по производству керамической плитки, не могут добиться должного качества своей продукции. Теперь вкратце узнаем, какими свойствами должна обладать керамическая плитка.

Износостойкость

Безусловно, это одно из важнейших качеств напольной плитки, так как оно характеризует ее устойчивость к истиранию и способность сохранять привлекательный внешний вид после длительной эксплуатации. Несмотря на то, что материал в целом является достаточно прочным, его тип стоит подбирать в зависимости от условий эксплуатации. Так, предназначенная для простой ванной комнаты, напольная керамическая плитка с рисунком, положенная в общественном туалете, быстро вытрется и потеряет свой внешний вид.

Водопоглощение

Водопоглощением называют отношение массы воды, поглощаемое плиткой при ее полном погружении под воду, к массе сухого изделия, выраженном в процентах. У глазурованных плиток для пола оно не должно быть выше 3%. Для настенных марок этот показатель возрастает до 10%. В этой связи для облицовки бассейнов, к примеру, подойдет далеко не любая плитка. Крупные производители, к примеру, предприятие «Шахтинская керамическая плитка», могут выпускать на своих мощностях разные типы специализированной продукции, начиная от плитки для ванн и заканчивая керамикой для бассейнов.

Процесс облицовки поверхностей керамическими плитками

Процесс облицовки поверхностей керамической плиткой также обладает своими особенностями. Основой для создания клея, который применяется для керамической плитки, становится смесь цемента с гипсом в различных соотношениях, процесс можно посмотреть на видео. К основной смеси добавляются полимерные добавки, которые могут замедлить или ускорить процесс отвердевания раствора, а также уменьшить пористость вещества и увеличить его стойкость к низким температурам.

Существуют растворы, которые применяются для облицовки бассейнов, ванн и резервуаров – они обладают устойчивостью к воздействию влаги.

Другие растворы применяются для поверхностей, расположенных на улице, которые постоянно подвергаются интенсивной нагрузке – террасы, тротуары, цоколи, балконы и другие. Особой технологии требует укладка плитки для лестниц, поверхностей крыльца – такие поверхности не должны скользить, они должны быть влагостойкими и очень прочными, чтобы выдерживать интенсивные нагрузки.

Морозостойкость

Так же как и водопоглощение, это свойство зависит от пористости изделия. В независимости от технологии производства, в керамической плитке остаются поры, в которые может проникнуть влага. Как известно, при замерзании, вода увеличивается в объеме. Способность плитки насыщенной влагой, выдерживать частое попеременное замораживание, называется морозостойкостью. Это показатель важен при выборе наружного отделочного материала. Чем меньше в керамике пор, тем ниже показатель ее водопоглощения, и тем выше показатель морозостойкости.

Химическая устойчивость

Так называют характеристику эмали плитки, отражающую ее способность переносить контакт с химическими веществами (кислоты, основания, бытовая химия, добавки для дезинфекции воды в бассейнах и прочее). Плитка не должна претерпевать внешних изменений под агрессивным воздействием этих веществ. Кстати говоря, рассматривая стойкость керамики к тем или иным воздействиям, не стоит забывать, что швы между плитками также могут быть подвержены разрушающему воздействию. Чтобы этого избежать, их покрывают защитными составами.