세라믹 타일

<시간 />

배경

내부 및 외부 장식에 사용되는 벽 및 바닥 타일은 화이트웨어로 알려진 도자기 종류에 속합니다. 기와의 생산은 고대 이집트인, 바빌로니아인, 아시리아인을 포함한 민족으로 거슬러 올라갑니다. 예를 들어, 기원전 2600년경 고대 이집트에 건설된 조세르 파라오의 계단 피라미드. , 다채로운 유약 타일이 포함되어 있습니다. 나중에 세라믹 타일은 거의 모든 주요 유럽 국가와 미국에서 제조되었습니다. 20세기 초까지 타일은 산업적 규모로 제조되었습니다. 1910년경 터널 가마의 발명은 타일 제조의 자동화를 증가시켰습니다. 오늘날 타일 제조는 고도로 자동화되어 있습니다.

American National Standards Institute는 타일을 여러 분류로 구분합니다. 세라믹 모자이크 타일은 도자기 또는 크기가 39 cm2(6 in.2) 미만인 천연 점토 조성. 장식 벽 타일은 주거용 벽의 실내 장식에 사용되는 얇은 몸체의 유약 타일입니다. 포장 타일은 크기가 39cm2(6인치2) 이상인 유약 또는 무광 도자기 또는 천연 점토 타일입니다. 포세린 타일은 건식 프레싱(dry press)이라는 일정한 방법으로 만들어진 세라믹 모자이크 타일 또는 포장 타일입니다. 채석 타일은 포장 타일과 크기는 같지만 성형 방법이 다른 유약 또는 무광 타일입니다.

유럽, 라틴 아메리카, 극동은 1989년 기준으로 이탈리아가 1660만 ft.2/day로 가장 큰 타일 생산국입니다. 이탈리아(세계 시장의 24.6%)에 이어 스페인(12.6%), 브라질과 독일(둘 다 11.2%), 미국(4.5%). 한 추정에 따르면 1990년 바닥 및 벽 타일의 총 시장은 24억 달러였습니다.

미국 상무부에 따르면 미국에는 1990년에 약 5억 700만 ft.2를 선적한 세라믹 타일을 제조하는 약 100개의 공장이 있습니다. 1990년 미국의 수입은 약 5억 달러에 달하는 소비량의 약 60%를 차지했습니다. 이탈리아는 전체 수입의 거의 절반을 차지하며 멕시코와 스페인이 그 뒤를 잇습니다. 미국 수출은 1988년 1200만 달러에서 1990년 약 2000만 달러로 약간의 성장을 보였습니다.

타일 ​​산업은 상대적으로 성숙한 시장이고 건축 산업에 의존하기 때문에 성장이 더딜 것입니다. 미국 상무부는 향후 5년 동안 타일 소비가 3~4% 증가할 것으로 추정합니다. 또 다른 경제 분석에서는 1992년에 4억 9,400만 ft.2가 선적될 것으로 예측하며 이는 전년도보다 약 4% 증가한 수치입니다. 일부 타일 제조업체는 좀 더 낙관적입니다. American Ceramic Society의 조사에 따르면 향후 5년 동안 제조업체당 평균 약 36%의 성장률을 보였습니다.

원자재

타일을 만드는데 사용되는 원료는 지각에서 채취한 점토광물과 소성온도를 낮추는 데 사용되는 장석 등의 천연광물, 성형공정에 필요한 화학첨가물로 구성된다. 광물은 세라믹 공장으로 선적되기 전에 광산 근처에서 정제되거나 선광되는 경우가 많습니다.

원료를 분쇄하고 입자 크기에 따라 분류해야 합니다. 1차 분쇄기는 재료의 큰 덩어리를 줄이는 데 사용됩니다. 수평으로 작동하는 조 크러셔 또는 회전식 크러셔가 사용됩니다. 이니셜 세라믹 타일 제조의 단계는 재료를 혼합하는 것입니다. 때때로 물을 첨가하고 재료를 습식 밀링하거나 볼 밀에서 분쇄합니다. 습식 밀링을 사용하는 경우 필터 프레싱을 사용하여 과도한 물을 제거한 후 분무 건조합니다. 생성된 분말은 원하는 타일 본체 모양으로 압착됩니다. 각각 강판 사이의 압착 운동 또는 강철 콘 사이의 회전 운동.

2차 분쇄는 더 작은 덩어리를 입자로 감소시킵니다. 해머 또는 뮬러 밀이 자주 사용됩니다. 뮬러 밀은 얕은 회전 팬에서 강철 바퀴를 사용하는 반면, 해머 밀은 빠르게 움직이는 강철 망치를 사용하여 재료를 부수는 것입니다. 롤러 또는 원뿔형 크러셔도 사용할 수 있습니다.

세 번째 입자 크기 감소 단계가 필요할 수 있습니다. 텀블링 유형의 밀은 연삭 매체와 함께 사용됩니다. 이러한 압연기의 가장 일반적인 유형 중 하나는 구형 연삭 매체로 부분적으로 채워진 대형 회전 실린더로 구성된 볼 압연기입니다.

스크린은 특정 크기 범위의 입자를 분리하는 데 사용됩니다. 그들은 경사진 위치에서 작동하며 재료 흐름을 개선하기 위해 기계적으로 또는 전기 기계적으로 진동합니다. 스크린은 스크린 표면의 선형 인치당 개구부의 수인 메쉬 수에 따라 분류됩니다. 메쉬 번호가 높을수록 개구부 크기가 작아집니다.

유약은 소성 중에 타일 표면에 녹고 냉각 중에 타일 표면에 부착되도록 설계된 유리 재료입니다. 유약은 착색되거나 특별한 질감을 생성할 수 있으므로 습기 저항 및 장식을 제공하는 데 사용됩니다.

제조
프로세스

원재료가 가공되면 완제품을 얻기 위해 여러 단계가 수행됩니다. 이러한 단계에는 일괄 처리, 혼합 및 분쇄, 분무 건조, 성형, 건조, 유약 처리 및 소성이 포함됩니다. 이러한 단계의 대부분은 이제 자동화 장비를 사용하여 수행됩니다.

일괄 처리

<울>

1 타일을 비롯한 많은 세라믹 제품의 체성분은 원료의 양과 종류에 따라 결정됩니다. 원료는 또한 사용된 철 함유 원료의 양에 따라 색상이 빨간색 또는 흰색일 수 있는 타일 본체의 색상을 결정합니다. 따라서 원하는 특성을 얻기 위해 적절한 양을 함께 혼합하는 것이 중요합니다. 따라서 배치 계산이 필요하며, 이는 원자재의 물리적 특성과 화학적 조성을 모두 고려해야 합니다. 각 원료의 적절한 중량이 결정되면 원료를 함께 혼합해야 합니다.

혼합 및 분쇄

<울>

2 재료를 칭량한 후 쉘 믹서, 리본 믹서 또는 인텐시브 믹서에 함께 첨가합니다. 쉘 믹서는 V로 결합된 두 개의 실린더로 구성되며, 회전하여 재료를 텀블링하고 혼합합니다. 리본 믹서는 나선형 날개를 사용하고 집중 믹서는 빠르게 회전하는 쟁기를 사용합니다. 이 단계는 재료를 더 분쇄하여 후속 성형 공정을 개선하는 더 미세한 입자 크기를 생성합니다(아래 단계 #4 참조).

때로는 여러 성분 배치의 혼합을 개선하고 미세 분쇄를 달성하기 위해 물을 추가해야 합니다. 이 공정을 습식 밀링이라고 하며 종종 볼 밀을 사용하여 수행됩니다. 생성된 물로 채워진 혼합물을 슬러리 또는 슬립이라고 합니다. 그런 다음 필터 프레싱(수분의 40-50% 제거)으로 슬러리에서 물을 제거한 다음 건식 밀링합니다.

분무 건조

<울>

3 습식 밀링을 처음 사용하는 경우 일반적으로 분무 건조를 통해 과량의 물을 제거합니다. 이것은 빠르게 회전하는 디스크 또는 노즐로 구성된 분무기로 슬러리를 펌핑하는 것을 포함합니다. 슬립의 액적은 상승하는 뜨거운 공기 기둥에 의해 가열될 때 건조되어 형성에 적합한 분말을 생성하는 작고 자유롭게 흐르는 과립을 형성합니다.

타일 ​​본체는 건식 연삭 후 과립화하여 준비할 수도 있습니다. 과립화는 이전에 건조 분쇄된 재료의 혼합물을 물과 혼합하여 입자를 과립으로 형성하고 다시 형성할 준비가 된 분말을 형성하는 기계를 사용합니다.

형성

<울>

4 대부분의 타일은 건식 프레스로 형성됩니다. 이 방법에서는 유기 결합제 또는 낮은 비율의 수분을 함유한 자유 유동 분말이 호퍼에서 성형 다이로 흐릅니다. 재료는 강철 플런저에 의해 강철 공동에서 압축된 다음 하단 플런저에 의해 배출됩니다. 자동 프레스는 최대 2,500톤의 작동 압력으로 사용됩니다.

타일 ​​본체가 더 젖고 성형 가능한 형태인 경우 몇 가지 다른 방법도 사용됩니다. 압출 플러스 펀칭은 불규칙한 모양의 타일과 얇은 타일을 더 빠르고 경제적으로 생산하는 데 사용됩니다. 여기에는 고압 실린더에서 플라스틱 덩어리를 압축하고 재료가 실린더에서 짧은 슬러그로 흘러나오게 하는 것이 포함됩니다. 그런 다음 이러한 슬러그는 유압 또는 공압 펀칭 프레스를 사용하여 하나 이상의 타일에 펀칭됩니다.

램 프레싱은 프로파일이 많은 타일에 자주 사용됩니다. 이 방법을 사용하면 타일 본체의 압출된 슬러그를 유압 프레스에 장착된 단단하거나 다공성인 몰드의 두 반쪽 사이에 눌러 넣습니다. 형성된 부품은 먼저 금형의 상단 절반에 진공을 적용하여 하단 절반에서 부품을 제거한 다음 상단 절반을 통해 공기를 강제로 밀어 상단 부품을 제거함으로써 제거됩니다. 부품에서 과도한 재료를 제거해야 하며 추가 마감이 필요할 수 있습니다.

압력 글레이징이라고 하는 또 다른 공정이 최근에 개발되었습니다. 이 공정은 유약(분무 건조 분말 형태)을 타일 본체 분말로 채워진 다이에 직접 눌러 유약과 성형을 동시에 결합합니다. 장점은 글레이징 라인의 제거와 기존 방법으로 생성되는 글레이징 폐기물(슬러지라고 함)을 포함합니다.

건조

<울>

5 세라믹 타일은 특히 습식 방법을 사용하는 경우 성형 후 일반적으로 건조(높은 상대 습도에서)해야 합니다. 며칠이 걸릴 수 있는 건조는 수축 균열을 방지하기에 충분히 느린 속도로 물을 제거합니다. 가스 또는 오일, 적외선 램프 또는 마이크로파 에너지를 사용하여 가열되는 연속식 또는 터널식 건조기가 사용됩니다. 적외선 건조는 얇은 타일에 더 적합하고 마이크로파 건조는 두꺼운 타일에 더 적합합니다. 또 다른 방법인 임펄스 건조는 재료 흐름 방향으로 연속적으로 흐르는 대신 가로 방향으로 흐르는 뜨거운 공기의 펄스를 사용합니다.

글레이징

<울>

6 유약을 준비하기 위해 타일 본체와 유사한 방법이 사용됩니다. 배치 제형을 계산한 후 원료의 무게를 재고 혼합하고 건식 또는 습식 밀링합니다. 밀링된 유약은 사용 가능한 많은 방법 중 하나를 사용하여 적용됩니다. 원심 유약 또는 디스크 처리에서 유약은 타일에 유약을 던지거나 던지는 회전 디스크를 통해 공급됩니다. 벨/폭포 방식에서는 유약의 흐름이 타일 아래의 컨베이어를 통과할 때 타일 위로 떨어집니다. 때때로, 유약은 단순히 뿌려집니다. 다중 유약 적용의 경우 습식 유약 처리된 타일 위, 아래 또는 사이에 스크린 인쇄가 사용됩니다. 이 과정에서 고무 스퀴지 또는 기타 장치에 의해 유약이 스크린을 통해 강제로 통과됩니다.

건식 유약도 사용됩니다. 여기에는 분말, 분쇄된 프릿 적용이 포함됩니다. (유리 재료) 및 습식 유약 타일 표면에 과립 유약. 소성 후 유약 입자가 서로 녹아 화강암과 같은 표면을 생성합니다.

발사

<울>

7 유약을 칠한 후 타일을 강하게 가열하여 강화하고 원하는 다공성을 부여해야 합니다. 두 가지 유형의 오븐 또는 성형 후 파일을 천천히(며칠 동안) 높은 습도에서 건조시켜 균열 및 수축 방지 . 다음으로 유약을 바르고 화로나 가마에서 타일을 굽습니다. 일부 유형의 타일에는 2단계 소성 과정이 필요하지만 습식 밀링 타일은 화씨 2,000도 이상의 온도에서 한 번만 소성됩니다. 소성 후 타일을 포장하여 배송합니다. 가마는 타일을 굽는 데 사용됩니다. 습식 밀링(위의 #2 및 #3 참조) 대신 건식 연삭으로 준비된 타일 또는 벽 타일은 일반적으로 2단계 프로세스가 필요합니다. 이 과정에서 타일은 유약을 바르기 전에 비스크 소성이라는 저온 소성 과정을 거칩니다. 이 단계는 재료에서 휘발성 물질을 제거하고 수축의 대부분 또는 전부를 제거합니다. 몸체와 유약은 광택 소성(gloss firing)이라는 과정에서 함께 소성됩니다. 두 가지 소성 과정은 터널이나 연속 가마에서 이루어지며, 이 가마는 내화 배트의 컨베이어(고온에 견디는 재료로 만들어진 선반) 또는 saggers라고 불리는 용기에서 도자기를 천천히 움직이는 챔버로 구성됩니다. 터널 가마에서 소성은 2~3일이 소요될 수 있으며 소성 온도는 화씨 2,372도(섭씨 1,300도)입니다.

단일 소성을 요구하는 타일(보통 습식 밀링으로 준비되는 타일)의 경우 일반적으로 롤러 가마가 사용됩니다. 이 가마는 롤러 컨베이어로 상품을 이동하며 배트 또는 단검과 같은 가마 가구가 필요하지 않습니다. 롤러 가마의 소성 시간은 60분 정도로 짧을 수 있으며 소성 온도는 화씨 2,102도(섭씨 1,150도) 이상입니다.

8 소성 및 테스트가 끝나면 타일을 포장하여 배송할 준비가 됩니다.

부산물

다양한 제조 단계에서 다양한 오염 물질이 생성됩니다. 이러한 배출은 공기 제어 표준을 충족하도록 제어되어야 합니다. 타일 ​​제조에서 생성되는 오염 물질 중에는 소성 및 유약 처리 중에 생성되는 불소 및 납 화합물이 있습니다. 최근 무연 또는 저연 유약의 개발로 납 화합물이 크게 감소했습니다. 불소 배출은 유해한 오염 물질을 제거하기 위해 기본적으로 가스에 물을 분사하는 장치인 스크러버로 제어할 수 있습니다. 석회로 코팅된 섬유 필터와 같은 건식 공정으로도 제어할 수 있습니다. 이 석회는 미래 타일의 원료로 재활용될 수 있습니다.

타일 ​​산업은 밀링, 글레이징 및 분무 건조 중에 생성된 폐수 및 슬러지를 재활용하는 공정도 개발하고 있습니다. 이미 일부 공장에서는 유약을 칠하는 동안 생성된 과분무뿐만 아니라 건식 압착 중에 생성된 잉여 분말을 재활용합니다. 폐기물 유약 및 거부된 타일도 재사용을 위해 본체 준비 프로세스로 반환됩니다.

품질 관리

대부분의 타일 제조업체는 이제 제조 공정의 각 단계에 대해 통계적 공정 제어(SPC)를 사용합니다. 또한 많은 업체가 원료 공급업체와 긴밀하게 협력하여 자재를 사용하기 전에 사양이 충족되도록 합니다. 통계적 공정 제어는 입자 크기, 밀링 시간, 건조 온도 및 시간, 압축 압력, 압축 후 치수, 밀도, 소성 온도 및 시간 등과 같은 다양한 공정 매개변수를 모니터링하는 데 사용되는 차트로 구성됩니다. 이 차트는 사양 조건을 벗어난 장비의 문제를 식별하고 최종 제품이 완성되기 전에 수율을 개선하는 데 도움이 됩니다.

최종 제품은 물리적 및 화학적 특성에 관한 특정 사양을 충족해야 합니다. 이러한 특성은 미국재료시험협회(ASTM)에서 제정한 표준 테스트에 의해 결정됩니다. 측정된 속성에는 기계적 강도, 내마모성, 내화학성, 흡수성, 치수 안정성, 내한성 및 선형 열팽창 계수가 포함됩니다. 최근에는 마찰 계수를 측정하여 결정할 수 있는 미끄럼 저항이 문제가 되었습니다. 그러나 적절한 바닥 설계 및 관리와 같은 다른 요인으로 인해 결과가 무의미해질 수 있으므로 표준이 아직 설정되지 않았습니다.

미래

시장 성장을 유지하기 위해 타일 제조업체는 모듈식 또는 클래딩 타일, 대형 타일, 미끄럼 방지 및 내마모성 타일, 광택 처리된 화강암 또는 대리석 마감 타일을 포함한 새로운 타일 제품 개발 및 홍보에 집중할 것입니다. 이것은 다양한 바디 제형, 새로운 유약 및 유약 응용 프로그램의 개발과 새롭고 향상된 처리 장비 및 기술을 통해 달성되고 있습니다. 자동화는 생산량을 늘리고 비용을 낮추며 품질을 개선하기 위한 노력에서 계속해서 중요한 역할을 할 것입니다. 또한 환경 및 에너지 자원 문제로 인한 생산 기술의 변화는 계속될 것입니다.