摘 要：本文介绍了干挂陶板的主要性能、螺旋挤压成形生产技术及其工艺流程，详细论述了干挂陶板的螺旋挤压成形工艺要求及其关键生产设备——螺旋真空挤压成形机。
关键词：干挂陶板；主要性能；螺旋挤压成形；工艺流程；工艺要求；螺旋真空挤压成形
1 前言
以大自然的纯净陶土为原材料，通过精细加工、螺旋挤压成形、干燥、高温烧结等工序形成的具有一定物理机械强度、硬度和表面精度的板材，称为陶土板，简称陶板。在20世纪80年代，德国开始研发生产陶板，于20世纪90年代末陶板进入中国市场销售。我国在2000年左右就开始研发生产制造陶板产品，经多年的潜心钻研，终于在2006年左右成功地生产出令人满意的陶板产品，投放市场后，满足了国内外市场的需要，并深受消费者的青睐，促进了我国幕墙面板装饰材料工业的快速发展。
虽然我国生产制造陶板比较晚，但其生产规模及产品质量提高较快。据不完全统计，目前我国已拥有陶板生产线达30多条，陶板生产制造企业达10多家，其中，福建、浙江和江苏等地的陶板生产量约占全国陶板总产量的70%以上，这些生产制造企业主要是福建华泰集团有限公司、万利（中国）太阳能科技有限公司、晋江腾达陶瓷有限公司、新嘉理（江苏）陶瓷有限公司、浙江瑞高建材系统有限公司和浙江安科陶板有限公司等。同时，考虑到目前国内、外幕墙面板的选材已经由以前单一的追求现代化、高科技含量为主，逐渐转向追求人文艺术气息、天然环保、节能降噪的以人为本的趋势。而陶板所特有的人文艺术气息、天然华丽高档的色彩、质感淳朴、美观耐用以及洋溢着活跃的朝气，是树立城市建筑新形象的幕墙面板的最佳选择。同时，中空结构的陶板具有保温隔热、隔音降噪及其节能环保的优势，达到了房屋建筑节能降耗的要求，已得到了房屋建筑设计师、开发商、幕墙装饰公司及陶板生产商等人士的青睐，这正是近年来国内外陶板幕墙迅速发展的主要原因之一。
2 陶板的主要性能
2.1 陶板的形状及其规格尺寸
目前，陶板产品按其用途可分为实心陶板（也称单层陶板，厚度<18 mm）、空心陶板（也称双层中空式陶板，厚度≥18 mm，如图1所示）和陶板百叶窗俗称陶百叶（如图2所示），按其表面特性可大致区分为上釉陶板和无釉陶板，按表面质地又可区分为平板和槽板。空心陶板不仅减轻了陶板的自重，还提高了陶板的透气性、隔音降噪和隔热保温性能。因此，实践应用中的陶板几乎都是空心陶板（通常也简称陶板，除非另有说明）。
空心陶板产品的宽度常为：200～600 mm，厚度为18 mm（如图1A所示）和30mm（如图1B所示）；长度为：300 mm、600 mm、900 mm和1200 mm等。成品重量（严格地说应为质量）≤50kg/m2，颜色种类较多，如：深红色、铁锈红色、天然红、粉红、橙红、浅褐色、沙黄色、蓝灰色、珠光灰、铁灰色、火山灰色及瓦灰色等。空心陶板及陶百叶的规格如表1、表2所示。
2.2 主要技术性能指标[1]
（1） 吸水率（E）：吸水率分为平均值 E≤0.5%和0.5%<平均值 E≤10%两大类。
（2） 破坏强度：名义厚度≤18 mm，破坏强度的平均值≥2100 N；18 mm<名义厚度<30 mm，破坏强度的平均值≥4500 N。
（3） 抗热震性：经10次抗热震性试验后无裂纹或无剥离、剥落等问题。
（4） 抗冻融性：经100次抗冻融性试验后无裂纹或无剥离、剥落等问题。
（5） 耐化学腐蚀性：低浓度酸或碱溶液试验，有釉陶板产品低于GLB， 无釉陶板产品不低于ULB。
（6） 耐污染性：有釉陶板产品不低于3级， 无釉陶板产品不低于2级。
3 陶板的螺旋挤压成形生产技术
如图1所示，陶板通常为扁平多孔的空心条状制品，与陶瓷墙地砖相比，陶板具有复杂的多孔洞的中空扁平状截面，且长度尺寸比宽度大很多，导致陶板不可能像陶瓷墙地砖一样采用干压成形方式获得陶板坯体，因为无法成形多孔洞的中空截面。同样，也不可能像卫生洁具一样采用注浆成形方式形成坯体；更不可能像多孔混凝土砖一样采用半干压成形方式进行工业化大生产，因为孔洞深度尺寸（即：陶板的长度尺寸）过大，即使采用上、下面两面加压的方式，也不可能获得多孔洞的中空扁平状截面的陶板坯体。目前，国内外广泛应用的陶板的成形方法可大致区分为：陶瓷泥料的柱塞顶压成形和陶瓷泥料的螺旋挤压成形，柱塞顶压成形按柱塞的动作方式又可细分为油缸作用式柱塞顶压成形和机械作用式（如：丝杆、螺母型螺旋运动式或齿轮、齿条传动型或曲柄、连杆、滑块型往复式运动）顶压柱塞成形，由于采用陶瓷泥料的柱塞顶压成形的生产过程中，因陶瓷泥料难于实施真空脱气处理，其所得陶板坯体的致密度及物理机械强度较差。考虑到柱塞顶压成形的间歇性，模具型腔内上次顶压成形后的尾料与本次重新投入的陶瓷泥料的连接处形成贯穿整个断面的横向裂纹（横向接痕），每次成形后须切除上次遗留在模具型腔内的成形工艺尾料（俗称废泥头）。因此，其生产过程中产生了大量的废泥头，需返回化浆池重新处理。所以，陶瓷泥料的柱塞顶压成形已逐渐被陶瓷泥料的螺旋挤压成形所取代。
如图3所示，陶板的螺旋挤压成形就是将含水量约18%左右的陶瓷泥料加入螺旋挤压成形机后，经上部两搅泥绞刀（也称搅泥螺旋或搅泥螺旋叶）的充分破碎、搅拌、揉捏练及混合均匀后，通过筛板切割成细泥条，细泥条在真空室（也称抽气室）经抽真空脱气处理后，再由下部挤泥绞刀（也称挤泥螺旋或挤泥螺旋叶）及最末端挤泥绞刀（也称螺旋推进器）进一步地搅拌、揉练、混合均匀及挤压紧密后，再由螺旋推进器推入挤压筒。陶瓷泥料在脱离螺旋推进器进入挤压筒后，经挤压筒挤压紧密后再经成形模具（也称机嘴）挤出成为具有一定形状尺寸、物料分布趋于均匀、结构致密（贯入度仪测定值不小于2.5 kg/cm2）、物理机械强度较大、各向同性、含水量较低及表面平整光洁的陶板坯体。显然，陶板的螺旋挤压成形生产方式具有连续式生产（陶板长度尺寸不受限制，按用户要求的尺寸切割）、物料分布趋于均匀、产量大、产品致密度高、物理机械强度大、各向同性及绝无废泥头等优点，所以，陶瓷泥料的螺旋挤压成形是目前生产陶板的最佳成形生产方式。
4 陶板的螺旋挤压成形工艺
事实上，陶板的生产工艺流程就是从螺旋挤压成形劈开砖的生产工艺流程演变而来的，生产制造陶板的原材料配方及其工艺流程都与螺旋挤压成形劈开砖的生产方式基本相似。可以说，陶板就是超大规格的劈开砖产品。目前，国内外常用的陶板生产工艺流程[1，2]大致如下：
（1） 无釉陶板工艺流程
原料拣选→研磨细碎→过筛、除铁→按配方配料→粉料混匀（干混、双轴搅拌机或涡轮式混粉机）→剂量加水湿混均匀（双轴搅拌机）→真空练泥→陈化（陈腐）→破碎（圆盘筛式捏合机）→螺旋挤压成形（螺旋挤压成形机）→定尺切坯（自动切割）→坯体输送→干燥（室式干燥器或辊道式干燥器等）→清灰→干坯输送→烧结（隧道窑或辊道窑）→烧成品检验→烧成品切割及精磨加工→成品检验→包装出厂
（2） 上釉陶板工艺流程
原料拣选→研磨细碎→过筛、除铁→按配方配料→粉料混匀（干混、双轴搅拌机或涡轮式混粉机）→剂量加水湿混均匀（双轴搅拌机）→真空练泥→陈化（陈腐）→破碎（圆盘筛式捏合机）→螺旋挤压成形（螺旋挤压成形机）→定尺切坯（自动切割）→坯体输送→干燥（室式干燥器或辊道式干燥器等）→清灰→施釉→干燥（辊道式干燥器等）→清灰→干坯输送→烧结（隧道窑或辊道窑）→烧成品检验→烧成品切割及精磨加工→成品检验→包装出厂
5 陶板的螺旋挤压成形工艺要求
原料处理（包括：原料的拣选及原料的粉碎研磨过筛除铁等）后获得一定细度范围和级配比例的颗粒混合物，针对陶板产品的种类规格优选原料的配方组成，将配合料干混均匀后，再剂量加水湿混均匀、真空练泥及陈化（陈腐）处理后获得含水量约18%左右的陶瓷泥料，满足塑性螺旋挤压成形的工艺要求，并获得具有一定形状尺寸、物料分布趋于均匀、致密度较高（贯入度仪测定值不小于2.5 kg/cm2）、机械强度较大、各向同性、含水率较低及表面平整光洁的陶板坯体。所以，陶板的螺旋挤压成形工艺要求用于制作陶板的原料必须具有以下工艺性能：
5.1 原料的配比及其组成
在一定范围内，陶瓷原料的配比中塑性物料含量较多时，所需挤压成形压力较小，但坯体的干燥收缩及烧结收缩变形较大；反之，陶瓷原料的配方中塑性物料含量较小时，即癠性物料较多，显然坯体的干燥收缩及烧结收缩变形较小，但所需的挤压成形压力较大，单位产品所需能耗较高，生产成本偏高。
5.2 颗粒大小及其级配比例
颗粒级别较多且级配比例又合理的陶瓷原料干混均匀及剂量加水湿混均匀形成陶瓷泥料后，各组分颗粒互相移近靠拢以致挤压致密成形为陶板坯体所需螺旋挤压成形压力较小；反之，颗粒级别较小且级配比例又不合理的陶瓷原料干混均匀及剂量加水湿混均匀形成陶瓷泥料螺旋挤压成形时，所需挤压成形压力较大，单位产品所需能耗较高，生产成本偏高。
5.3 含水率
在一定范围内，陶瓷原料按配比组成干混均匀并添加适宜水量（剂量加水）湿混均匀、真空练泥及陈化处理后制成的陶瓷泥料，如果含水率较高，便于各组分颗粒互相移近靠拢以致挤压紧密密实成形为陶板坯体，显然所需的挤压成形压力较小，但其干燥收缩及烧结收缩变形较大；反之，若制成含水率较低的陶瓷泥料时，显然陶板坯体的干燥变形及烧结收缩变形较小，但各组分颗粒互相移近靠拢所产生的摩擦阻力较大，所需挤压成形压力较大。实践生产经验表明，陶瓷泥料的含水率约18%时，螺旋挤压成形为陶板所需挤压成形压力适宜，可获得预定质量要求的陶板坯体而且螺旋挤压成形机的功率消耗又不是太大，且陶板产品的综合经济性能指标最佳。
5.4 流动性
陶瓷原料按配比组成干混均匀、剂量加水湿混均匀、真空练泥以及陈化（又称陈腐）处理后获得的陶瓷泥料应具有一定的流动性。陶瓷泥料的流动性能良好，便于各组分颗粒互相移近靠拢以致挤压致密成形为陶板坯体，显然所需挤压成形压力较小；反之，如果制成的陶瓷泥料的流动性较差，那么各组分颗粒互相移近靠拢所产生的摩擦阻力较大，所需挤压成形压力较大，单位产品所需能耗较高。目前，陶瓷泥料流动性的测量还比较困难，但我们可以通过陶瓷粉料流动性的测量来粗略地估算陶瓷泥料的流动性。
目前，陶瓷粉料流动性的测量，通常是让一定重量的陶瓷粉料通过标准漏斗（出料口内径常为5 mm），通过测定陶瓷粉料流经漏斗出料口的时间，即可确定陶瓷粉料的流动性[3]。同时，理论分析及实践生产经验也表明：球状和（或）近似球状的颗粒物料因表面光滑，移近靠拢等运动时所产生的摩擦阻力小，所以其流动性能好；而棱角状的颗粒物料因表面粗糙凹凸不平，移近靠拢等运动时所产生的摩擦阻力较大，其流动性能差。事实上，采用悬辊式磨粉机（俗称雷蒙磨）、冲击式磨粉机及轮碾式磨粉机等获得的粉料颗粒大多是劈裂的多棱角状的颗粒，而很少是球状和（或）近似球状颗粒，并且颗粒的分布范围窄，不利于粉料颗粒的流动及物料的均匀混合等。而采用球磨机研磨尤其是湿法研磨生产方式，可以获得大量的球状和（或）近似球状颗粒的混合料，并且颗粒的分布范围宽，有助于粉料颗粒的流动及物料的均匀混合等。同时考虑到陶瓷泥料是陶瓷原料按配比组成干混均匀、剂量加水湿混均匀及陈化处理后制成的近似“膏状物”。我们可近似地认为它是一种非牛顿型粘性流体，但在一定范围内其流动性也可近似地认为是由其组成的粉料颗粒的流动性来表示。通常由流动性能良好的粉料颗粒制成的陶瓷泥料其流动性能也较好。
为了使陶瓷泥料获得良好的流动性，可采用流动性能优良的球状和（或）近似球状颗粒状的陶瓷原料按配方组成经干混均匀、剂量加水湿混均匀、真空练泥及陈化处理后制成的流动性能好的陶瓷泥料，或者直接采用陶瓷原料按配方一同加入湿法球磨机细碎研磨成陶瓷泥浆，然后陶瓷泥浆经过筛、除铁及压滤脱水后制成泥饼，泥饼经真空脱气处理及陈腐后获得流动性能优良的陶瓷泥料。此陶瓷泥料经螺旋挤压成形机处理后，有利于获得具有一定形状尺寸、物料分布趋于均匀、致密度较高（贯入度仪测定值应≥2.5 kg/cm2）、物理机械强度较大、各向同性、含水率较低及表面平整光洁的陶板坯体。
值得注意的是，陶瓷粉料剂量加水制成陶瓷泥料的过程中，欲使水完全湿润颗粒混合物需要很长的时间，并且其中还卷吸入大量的气体夹杂物，没有湿润和（或）湿润不完全的颗粒混合物制成的陶瓷泥料不但塑性差；而且还夹杂有大量的气体等有害物质，虽然真空练泥的脱气处理及陈化（陈腐）处理可以排除部分气体，但加大了陶瓷泥料的脱气工作量，恶化了陶板的螺旋挤压成形工艺性能。陶板坯体中甚至产生了许多肉眼看不见的微细裂纹，直到干燥工序和（或）烧结工序才暴露出来并形成废品，这就是上述陶板常用生产工艺流程的缺陷，也是提高陶板烧成品合格率困难的主要原因之一。而采用按配比组成称取各原料后，将所需陶瓷原料加水后共同进入球磨机研磨细碎的生产过程中，陶瓷原料与水的接触时间很长，水能够完全湿润甚至渗进浸透所有的陶瓷原料，并最终将陶瓷原料研磨细碎成具有一定细度、颗粒分布范围宽且级配比例合理的球状和（或）近似球状颗粒组成的混合均匀的悬浮液——陶瓷泥浆。陶瓷泥浆经过筛、除铁及压滤脱水后制成泥饼，泥饼经真空练泥脱气处理及陈腐处理后获得流动性能优良的陶瓷泥料，有利于提高陶板的螺旋挤压成形工艺性能。因此，为了提高陶板的产品质量、烧成品的合格率及其生产能力，建议采用以下生产工艺流程：
（1） 无釉陶板工艺流程
原料拣选→按配方配料→加水球磨细碎（湿法球磨机）→过筛、除铁→压滤脱水→真空练泥→陈化（陈腐）→破碎（圆盘筛式捏合机）→螺旋挤压成形（螺旋挤压成形机）→定尺切坯（自动切割）→坯体输送→干燥（室式干燥器或辊道式干燥器等）→清灰→干坯输送→烧结（隧道窑或辊道窑）→烧成品检验→烧成品切割及精磨加工→成品检验→包装出厂
（2） 上釉陶板工艺流程
原料拣选→按配方配料→加水球磨细碎（湿法球磨机）→过筛、除铁→压滤脱水→真空练泥→陈化（陈腐）→破碎（圆盘筛式捏合机）→螺旋挤压成形（螺旋挤压成形机）→定尺切坯（自动切割）→坯体输送→干燥（室式干燥器或辊道式干燥器等）→清灰→施釉→干燥（辊道式干燥器等）→清灰→干坯输送→烧结（隧道窑或辊道窑）→烧成品检验→烧成品切割及精磨加工→成品检验→包装出厂
5.5 挤压成形力
目前，通常采用塑性螺旋挤压成形的生产方式制造陶板。考虑到陶板的截面规格比较大，为了最大限度地减少陶板塑性螺旋挤压成形缺陷，获得高质量的陶板坯体，除陶瓷泥料具有良好的塑性螺旋挤压成形工艺性能外，还要求螺旋挤压成形机对物料的搅拌、揉练、混合均匀及挤压紧密等作用良好，并具有较大的挤压成形压力。如图3所示，陶板坯体螺旋挤压成形所需的挤压成形力是由陶瓷泥料流经螺旋挤压成形机挤泥机构的挤压筒及成形模具内腔所形成的摩擦阻力以及陶瓷泥料各组分颗粒间因互相移近靠拢密实成形过程中所产生的摩擦阻力等；而不是螺旋挤压成形机本身所产生的。但螺旋挤压成形机应能对陶瓷泥料产生适宜的挤压成形力并能承受由此挤压成形力所造成的负荷而不致于停机甚至被破坏等，即可满足要求。
如果螺旋挤压成形机对陶瓷泥料所产生的挤压成形压力较小，显然获得的陶板坯体结构疏松，致密度及物理机械强度等较低，不利于陶板的螺旋挤压成形及后续工序的转运和干燥等，并且废次品率偏高。如果螺旋挤压成形机对陶瓷泥料所产生的挤压成形压力过大，虽然所得陶板坯体结构致密，表面坚硬，物理机械强度高，便于后续工序的转运及干燥等，但螺旋挤压成形机的功率消耗过大，单位产品所需能耗高，生产成本高，同样也不利于陶板的螺旋挤压成形。只有螺旋挤压成形机对陶瓷泥料所产生的挤压成形压力适宜时，迫使陶瓷泥料各组分颗粒易于互相移近靠拢直至密实成形，并获得具有一定形状尺寸、物料分布趋于均匀、致密度较高（贯入度仪测定值不小于2.5 kg/cm2）、机械强度较大、各向同性、含水率较低及表面平整光洁的陶板坯体。便于陶板坯体后续工序的转运及干燥等，易于获得高质量的陶板产品。
（未完待续）