بررسی دانش فنی و فرآیند تولید کاشی و سرامیک

سفالگری یکی از قدیمی‌ترین صنایع بشری است و جالب آن است که سفال در واقع حاصل استفاده از چهار عنصر یا یعنی آب، خاک، باد و آتش است و در تمامی تمدن‌های شناخته شده جهان سفال یکی از صنایع، حرفه‌ها و هنرهای مطرح و سفالگری عرصه‌ای برای بروز خلاقیت هنری گروهی از صنعت گران و هنرمندان آن بوده است. امروزه سفال، سرامیک و کاشی جزئی از دانش وسیع و گسترده سرامیک است و در تمامی کشورهای جهان از پایگاه و منزلت بالایی برخوردار بوده است. باید خاطر نشان کرد که زادگاه سفال سازی در ایران است و اولین سفالینه‌هایی که مربوط به حدود ۱۰۰۰۰ سال قبل از میلاد است مؤید پیشینه این هنر-صنعت است. ضمن آن که برخی از نمونه‌های کاشی که در کاوش‌های باستان شناسی به دست آمده و مربوط به ۱۴۰۰۰ سال پیش است قدمت سفال و سرامیک سازی در ایران را به ۱۲۰۰۰ سال قبل از میلاد می‌رساند.

معرفی محصول

کلمه کاشی (Tile)از کلمه لاتین (Tegula)گرفته شده که مترادف فرانسوی TUILE می‌باشد به معنای گل پخته سقف و کلمه انگلیسی TILE نیز به معنای پوشش بر روی ساختمان است. کلمه سرامیک (ceramic)نیز از ریشه یونانی آن یعنی کراموس KERAMOS گرفته شده به معنی سفالگری Potiery و چیزی که سوخته شود.

کاشی فراورده‌ای سرامیکی، متشکل از دانه‌های ظریف متبلور و متخلخل است که معمولاً در حرارت بالاتر از ۱۰۰۰ درجه سانتی‌گراد پخته شده و در انواع لعاب‌دار و بدون لعاب تولید می‌شود. رویه لعابی کاشی ممکن است براق، نیمه براق، مات، ساده، گلدار، سفید و یا رنگی باشد. البته می‌دانیم که بطور کلی به مواد غیر آلی غیر معدنی جامد و غیر فلزی، سرامیک گفته می‌شود که با توجه به این تعریف کاشی‌ها نیز نوعی سرامیک محسوب می‌شوند. کاشی به دو دسته کفی و دیواری تقسیم می‌شود. نوع کفی آن اصطلاحاً در بازار سرامیک نامیده می‌شود. بنابراین با توجه به تعریف اصلی سرامیک‌ها، سرامیک مصطلح در بازار در حقیقت همان کاشی کفی است و منظور ما از سرامیک همان کاشی کفی می‌باشد و نه تعریف عام سرامیک‌ها. به عبارت دیگر تفاوت کاشی دیوار با کاشی کف در استحکام، درصد جذب آب و کیفیت لعاب روی آن دارد و اگر لعاب روی کاشی از جنس سرامیک باشد به آن اصطلاحاً سرامیک گویند.

کاشی و سرامیک از محصولات عمـده خـاک رس و سـفال مـی‌باشـند. کاشـی‌هـای سـرامیکی سـطوح مکان‌های بهداشتی در داخل منازل و همچنین بیمارستان‌ها را به صورت فراگیر در بر می‌گیرند. امروزه به علت تنوع طرح و اندازه، از آن‌ها در سایر فضاهای عمومی و خصوصی استفاده می‌کنند و به علـت تنـوع در مقاوت لعاب در محیط‌های شیمیایی مختلف و فضاهایی مانند کارخانجات دارای محیط شیمیایی و یـا آزمایشگاه‌ها، کاشی تنها مصالح مورد مصرف می‌باشد.

معرفی مواد اولیه تولید

مواد اولیه مورد استفاده در تهیه بدنه و لعاب بسیار متنوع بوده و با توجه به نوع محصول و درصد هر یک از آنها در بدنه کاشی متفاوت می‌باشد، به طوری که بیش از ده‌ها نوع ماده شامل اکسیدهای فلزی، کانی‍‌های رسی، غیر رسی و … را در بر گرفته و به سه دسته زیر تقسیم می‌شوند:

الف) مواد پلاستیک (شکل پذیر)

رس‌ها یا کانی‍‌های رسی پرمصرف‌ترین و قدیمی‌ترین مواد اولیه در صنعت سرامیک می‌باشند که دارای خاصیت پلاستیسیته بوده و خاصیت شکل‌پذیری را به بدنه می‌دهند. رس‌ها در واقع آلومینوسیلیکات‌هایی می‌باشند که بعضا ساختمان آبدار داشته و بعضی از آنها دارای خاصیت جذب آب بالایی می‌باشند. مهم‌ترین ماده معدنی این کانی‌ها کائولینیت است. عمده‌ترین کانی‌های رسی مورد استفاده در این صنعت، خاک چینی یا کائولن و بال کلی هستند.

ب) پرکننده ها

پر کننده‌ها موادی غیرپلاستیک با نقطه ذوب و مقاومت شیمیایی بالا هستند که به بدنه اضافه می‌گردند تا از تغییر شکل بدنه در خلال پخت جلوگیری کنند. مهم‌ترین و رایج‌ترین پرکننده‌ها در این صنعت، سیلیس و آلومینا هستند که از کائولینیت به دست می‌آیند. از انواع سیلیس آزاد موجود در طبیعت که در صنعت کاشی و سرامیک مورد استفاده قرار می‌گیرد، کوارتز صخره‌ای، ماسه، ماسه سنگ، کوارتزیت و فلینت می‌باشد.

ج) گدازآورها

این مواد به عنوان یکی از مواد اولیه در این صنعت و به منظور کاهش نقطه ذوب بدنه یا لعاب مصرف می‌گردند. در هنگام پخت بدنه، گدازآورها ذوب گردیده و در هنگام سرد شدن فاز شیشه‌ای را در بدنه به وجود می‌آورند و به سرامیک استحکام می‌دهند.

بررسی دانش فنی و فرآیند تولید کاشی و سرامیک

به طور خلاصه پروسه تولید کاشی را در شماتیک زیر مشاهده می‌نمایید:

شماتیک تولید کاشی و سرامیک

به طور کلی دو روش برای ساخت محصولات کاشی و سرامیک در حال حاضر در دنیا مطرح است که تفاوت آنها در روش پخت و خشک کردن کاشی می‌باشد. یک روش پخت دو آتشه (double firing) می‌باشد که در این روش پس از خشک کردن کاشی در خشک کن (dryer)، کاشی یک بار تحت حرارت بالا در کوره پخته می‌شود و سپس به آن لعاب اضافه می‌شود و آنگاه برای پخت مجدد به داخل کوره می‌رود. در روش دوم که تک آتشه (single firing) نامیده می‌شود، فرایند پخت اول حذف می‌شود و کاشی پس از خشک شدن در خشک کن به لعاب آغشته می‌شود و بعد به کوره پخت می‌رود. اگر چه روش دوم اندکی سریع تر و کم مصرف‌تر از روش اول می‌باشد اما کم انعطاف‌تر از روش دو آتشه است و در روش تک پخت کارخانه سازنده مجبور است روند پیچیده‌تری را در پیش بگیرد که در نتیجه ممکن است سازنده کاشی به دلیل عدم مهارت لازم ضایعات زیادی را داشته باشد. این مسأله تا اندازه‌ای مهم است که بسیاری از کارخانه‌های سازنده از روش دو آتشه استفاده می‌کنند.

تشریح فرآیند تولید کاشی و سرامیک

۱- توزین مواد اولیه:

همه مواد اولیه به دقت وزن میشوند، بطوریکه کیفیت محصول حفظ گردد، بنابراین ضروری است که مقیاس دقیقی مورد استقاده قرار گیرد.

۲- بالمیل کردن (آسیاب کردن)

بالمیل و یا به عبارتی آسیاب گلوله‌ای عبارت است از یک استوانه که درون آن گلوله‌هایی وجود دارد و استوانه با سرعت ثابتی توسط یک الکتروموتور چرخیده و چرخ آن سبب غلتیدن گلوله‌ها بر روی یکدیگر می‌گردد. در اثر این عمل خاک در داخل آسیاب به دلیل تماس با گلوله‌ها ساییده می‌شود که عموما همراه با آب می‌باشد. لایه داخلی آسیاب و همچنین گلوله‌ها باید از جنس مقاومی باشد تا در مقابل سایش از خود مقاومت نشان دهند در غیر این صورت در طی آسیاب این مواد ساییده شده و وارد ترکیب خاک می‌گردند در نتیجه این عمل فرمول آن را تغییر می‌دهد و موجب تغییر کیفیت بدنه می‌شود.

برش کاشی

از این رو ترکیب آسیاب و گلوله‌ها را طوری انتخاب می‌کنند تا در صورت سایش و ورود آن به داخل ترکیب چندان اثری بر روی فرمول نگذارد، معمولا در تنظیم بدنه این مسئله در نظر گرفته شده است و با توجه به آن فرمول بچ حاصل می‌شود. میزان شارژ در مواد و گلوله‌ها در بالمیل بایستی طوری باشد که اولا گلوله‌ها سطح یکنواختی را ایجاد می‌کنند و ثانیا سطح گلوله‌ها نصف حجم بالمیل را اشغال نماید.

در صورت ریختن مواد نیز بایستی مجموعه آب ومواد حجم بالمیل را بپوشاند و باقی مانده بالمیل خالی باشد تا مواد بتوانند به راحتی بچرخند. در این صورت سطح تماس گلوله‌ها و بالمیل حداکثر ممکن می‌باشند.

۳- اسپری درایر

هدف از استفاده از اسپری درایر در کارخانجات تولید کاشی و سرامیک تهیه پودری با دانسیته یکنواخت، توزیع اندازه ذرات ثابت و رطوبت یکسان است. جهت آماده سازی پودر از دوغاب از خشک کن‌های افشان یا پاشنده یا اسپری درایر استفاده می‌شود. دوغاب حاصل از آسیاب‌ها پس از دپو در مخازن دوغاب که موجب هموژن شدن دوغاب و بهبود خاصیت پلاستیسیته آن می‌گردد وارد مخازن دوغاب اسپری درایر می‌گردد. پمپ‌های پیستونی با فشار نسبتاً بالا دوغاب را به محفظه استوانه ای اسپری درایر که داغ می‌باشد اسپری نموده و دوغاب پس از برخورد با هوای داغ و تبخیر آب به پودر با رطوبت مشخص و دانه بندی مشخص تبدیل می‌شود. هوای محفظه و بخار آب پس از عبور از سلیکن‌ها و گردگیری از خروجی اسپری درایر خارج می‌شود و محصول آن که پودر می‌باشد از زیر قلف بر روی نوار نقاله ریخته و در داخل سیلوهای پودر دپو می‌شود.

تولید و برش کاشی و سرامیک

۴- شکل دهی

پس از آماده‌سازی مواد اولیه به صورت پودر به وسیله فشار پرس آن را تبدیل به بدنه کاشی می‌نمایند که در اصطلاح به این عمل تهیه بیسکوییت می‌گویند. در مواردی که مقدار آب موجود در پودر بدنه (گرانول) بیشتر از حدود ۴ درصد باشد (حداکثر تا ۹ درصد)، اصطلاح پرس نیمه خشک و یا مترادف آن اصطلاح پرس پودر را بکار می‌برند. در مواردی که مقدار آب موجود در پودر بدنه کمتر از ۴ درصد باشد، از اصطلاح پرس خشک استفاده می‍‌شود. روش پرس پودر در مجموع برای شکل‌های نسبتاً ساده مورد استفاده قرار می‌گیرد.

فرایند تولید سرامیک

نمایی از یک نمونه دستگاه پرس ساخت شرکت sacmi ایتالیا

۵- خشک کردن

بیسکوییت تهیه شده به داخل یک خشک کن می‌رود، این فرآیند آب موجود در بیسکویت خام را به کمتر از ۱ درصد کاهش می‌دهد و آنرا برای پخت آماده می‌سازد. خشک کن‌های جدید عمودی توانسته‌اند مشکل خشک کردن طولانی را در خشک کن‌های تونلی قدیمی که گاهاً تا چند روز طول می‌کشیده به کوتاه‌ترین زمان ممکن و حدود ۲۰ دقیقه و حتی کمتر کاهش دهند.

ضایعات در خشک کن‌های تونلی که به صورت ترک و شکستگی خود را نشان می‌داده گاهاً به دلایل مختلف خیلی خیلی بالا می‌رفته و مشکلات دیگری به علت سیستم پیل چینی کاشی‌های خام (روی هم قرار دادن کاشی‌ها) اثر برجستگی‌های پشت کاشی بر روی سطح کاشی‌های زیرین نقش می‌بسته و پس از لعاب خوردن و پختن‌های کاملاً روی سطح لعاب دیده می‌شده در حالی که این مشکلات در سیستم جدید خشک کردن تقریباً حذف شده است.

خشک کن سرامیک و کاشی

۶- پخت

در کوره‌های تونلی قدیم ۴۸ ساعت پخت بیسکوییت و ۱۲ ساعت پخت لعاب به طول می‌انجامد. اما نسل جدید کوره‌ها که از سال ۱۳۷۶ به بازار عرضه شد کوره‌های پخت سریع بودند که به آنها کوره‌های رولری نیز می‌گویند زیرا در این نوع کوره‌ها غلتک‌هایی وجود دارند که بیسکوییت‌ها بر روی آنها قرار گرفته و به در درون کوره حرکت می‌کنند. این رولرهای دیرگدز از جنس آلومینا می‌باشد تا شوک پذیری بالایی داشته باشند.

سرامیک

رولرهای ورودی نیز از جنس فلز با روکش لاستیکی می‌باشند، کاشی‌ها ردیف به ردیف وارد کوره می‌شوند. سیکل پخت بیسکووییت ۳۰ دقیقه می‌باشد و سیکل پخت لعاب ۳۵ دقیقه می‌باشد.

۷- انگوب زنی و اعمال لعاب

مرحله بعدی اعمال انگوب و سپس لعاب بر روی بیسکووییت‌هاست.

– انگوب:

انگوب پوششی است که به منظور پوشاندن رنگ سطح بدنه قبل از اعمال لعاب روی آن اعمال می‌شود. این عمل هنگامی صورت می‌پذیرد که بدنه تا حدودی آب خود را از دست داده ولی هنوز به طور کامل خشک نگردیده است. انقباض‌تر به خشک انگوب‌ها و نیز درجه حرارت پخت انگوب بایستی بین بدنه و لعاب باشد بنابراین ترکیب انگوب در نهایت نمی‌تواند تفاوت خیلی زیادی با ترکیب بدنه داشته باشد. انگوب زیر کاشی نیز معمولا شامل ۷۰% ترکیب بدنه ۳۰% کائولن است و بوسیله رولرها خاصی اعمال می شود. انگوب دیر گدازتر از بدنه است و از تماس مستقیم کاشی با رولرها جلوگیری می‌کند تا زود آلوده نشود. در مورد انقباض‌تر به خشک انگوب بهترین وضعیت هنگامی است که انقباض انگوب به مقدار بسیار کمی کمتر از انقباض بدنه باشد زیرا انگوب هنگامی مورد استفاده قرار می‌گیرد که بدنه تا حدی خشک گردیده.

دلایل استفاده از انگوب

۱- پوشاندن رنگ بدنه

۲- تطابق بیشتر ضریب انبساط حرارتی بدنه و لعاب

۳- جلوگیری از بروز عیوبی مثل pin hole و جوش در لعاب که از واکنش های مزاحم حاصل می‌شود.

۴- تنظیم کننده جذب آب بدنه

۵- افزایش چسبندگی خام لعاب به بدنه

۶- اصلاح کننده تاب حاصل از بر هم کنش لعاب و بدنه بویژه در تکنیک دو پخت سریع

– لعاب:

لعاب لایه شیشه‌ای نازکی است که سطوح بدنه سرامیکی را پوشانده و به وسیله ذوب مواد معدنی در سطح بدنه به وجود می‌آید. لعاب همیشه در دمای کمتری نسبت به بدنه‌های سرامیکی به حالت خمیری ومذاب در می‌آید یعنی نقطه خمیری پایین تری دارد.

در تولید کاشی‌های کف و دیوار هدف از پوشاندن سطح بیسکووییت‌ها به وسیله لعاب به طور عمده زیبا نمودن فراورده‌ها، افزایش مقاومت شیمیایی و مکانیکی آنها، غیر قابل نفوذ نمودن بدنه‌های متخلخل و بهداشتی نمودن سطوح فراورده‌ها می‌باشد. لعاب کاری موجب تراکم، سختی، صیقلی و رنگی بودن آن می‌گردد و آن را در مقابل عوامل شیمیایی مستحکم و پایدار می‌سازد. لعاب اجسام سرامیکی را کاملا متراکم و از نفوذ مایعات و گازها به داخل بافت آنها جلوگیری می‌کند و در نتیجه تاثیر خوردگی و عوامل نا مساعد دیگر را می‌کاهد.

۸- پخت:

حال زمان آن است که لعاب سطح کاشی ذوب شده و به صورت شیشه درآید پس باید وارد کوره شود. کوره پخت لعاب این عمل را انجام می دهد دمای کوره لعاب از دمای کوره بیسکووییت کمتر است. از۱۰۰۰ تا۱۰۴۰ درجه و حدودا ۳۵ دقیقه طول می کشد تا کاشی از کوره خارج شود.

پخت سرامیک و کاشی

مشخصات کوره همانند کوره پخت بیسکووییت می باشد و تنها تفاوت در درجه حرارت و زمان یا به عبارتی منحنی پخت می باشد.

بعد از کوره تسترهای کاشی قرار دارد و کاشی بلافاصله بعد از خروج از کوره تحت تست استحکام (خمش سه نقطه) و تست تاب سنجی قرار می‌گیرد. در تست استحکام، چرخ تستر یک فشار معینی به کاشی وارد می‌کند، اگر کاشی ترک داشته باشد می‌شکند واز خط خارج می‌شود.

پس از این مر حله کاشی‌ها به سمت قسمت درجه‌بندی حرکت می‌کنند. در طول این مسیر دستگاهی بنام ذخیره ساز یا بافر وجود دارد که اگر در قسمت بسته‌بندی یا درجه‌بندی توقف ایجاد شود کاشی‌ها به وسیله ذخیره ساز یا بافر ذخیره گردند.

۹- درجه بندی و سورتینگ

درجه بندی:

چون در هنگام پخت ممکن است اشکالات و عیوب زیادی برای لعاب پیش آید نیاز است که کاشی‌ها قبل از بسته‌بندی از نظر کیفیت ظاهری درجه‌بندی شوند. کلاً کاشی‌ها براساس ظاهر سطح، تاب و سایز درجه‌بندی می‌شوند این عمل توسط اپراتور و با چشم صورت می‌گیرد، اپراتورها براساس عیوب وجود در کاشی مثل لعاب برگشتی، ترک، جوش، کیفیت چاپ، رنگ، لب پریدگی و غیره کاشی‌ها را درجه‌بندی می‌کنند. اپراتور درجه کاشی‌ها را با دست و به وسیله ماژیک فسفری خاصی درجه آن را مشخص می‌کنند. در خط تولید این کارخانه کاشی‌ها در ۵ کلاس درجه بندی می‌شوند که درجه یک تا سه قابل عرضه در بازار و درجه چهار و پنج استوک (stock) یا به عبارتی دور ریز است.

خط تولید سرامیک

دسته بندی (Sorting):

بعد از این قسمت کاشی به بخش سورتینگ منتقل می‌شود، در این بخش دو عدد سنسور مادون قرمز علامت روی کاشی را می خواند و آنها را به سمت استیکرها هدایت می کند، در این بخش ۱۲ عدد استیکر (STAKER) وجود دارد که کاشی‌های درجات مختلف جدا را از هم می‌کند. کاشی‌های هم علامت به وسیله استیکر‌ها مرتب شده و روی هم قرار می‌گیرند. تعداد کاشی‌هایی بر روی هم قرار می‌گیرند بر اساس متراژ تعیین می‌شود و سعی بر این است که هر دسته کاشی به اندازه یک متر مربع باشد. در خط ساحل که اندازه کاشی‌ها ۴۰×۲۵ است، کاشی‌ها را به صورت ۱۰ تایی روی هم می‌چینند و به سمت قسمت بسته بندی هدایت می‌کنند.

۱۰- بسته بندی:

در این قسمت کاشی‌های جدا شده برای کارتن شدن منتقل می‌شود. در دستگاه بسته بندی کاشی‌ها توسط چند بازو به صورت مرتب و در یک ردیف قرار می‌گیرند بعد کارتن‌ها به وسیله مکش باد به داخل دستگاه ورودی داده می‌شود و دور کاشی‌ها قرار داده شده و چسب زده می‌شوند. کارتن‌ها بعد از دستگاه شیرینگ برداشته شده و هر کارتن براساس درجه خورده شده روی یک پالت چوبی یا فلزی گذاشته شده و با دستگاه دیگری دور آن نایلون استرچ پیچیده می‌شود. بعد پالت ها توسط ماشین (لیفتراک) به قسمت انبار فرستاده می‌شوند تا از آنجا به بازار مصرف حمل شوند.

درباره نویسنده
نظر بدهید

آدرس ایمیل شما منتشر نخواهد شد. جاهای ستاره دار را پر کنید *

کد امنیتی * محدودیت زمانی لطفا دوباره امتحان کنید

پاک کردن فرمثبت