Ubin Keramik

Latar Belakang

Ubin dinding dan lantai yang digunakan untuk dekorasi interior dan eksterior termasuk dalam kelas keramik yang dikenal sebagai whitewares. Produksi ubin berasal dari zaman dan masyarakat kuno, termasuk orang Mesir, Babilonia, dan Asyur. Misalnya, Piramida Langkah untuk Firaun Djoser, dibangun di Mesir kuno sekitar 2600 SM. , berisi ubin berlapis warna-warni. Kemudian, ubin keramik diproduksi di hampir setiap negara besar Eropa dan di Amerika Serikat. Pada awal abad kedua puluh, ubin diproduksi dalam skala industri. Penemuan kiln terowongan sekitar tahun 1910 meningkatkan otomatisasi pembuatan ubin. Saat ini, pembuatan ubin sangat otomatis.

American National Standards Institute memisahkan ubin menjadi beberapa klasifikasi. Ubin mosaik keramik dapat berupa porselen atau dari komposisi tanah liat alami dengan ukuran kurang dari 39 cm2 (6 in.2). Ubin dinding dekoratif adalah ubin berlapis kaca dengan tubuh tipis yang digunakan untuk dekorasi interior dinding perumahan. Ubin paver adalah porselen berglasir atau tanpa glasir atau ubin tanah liat alami berukuran 39 cm2 (6 in.2) atau lebih. Ubin porselen adalah ubin mosaik keramik atau ubin paver yang dibuat dengan metode tertentu yang disebut pengepresan kering. Ubin tambang adalah ubin berglasir atau tanpa glasir dengan ukuran yang sama dengan ubin paver, tetapi dibuat dengan metode pembentukan yang berbeda.

Eropa, Amerika Latin, dan Timur Jauh adalah produsen ubin terbesar, dengan Italia sebagai pemimpin dengan 16,6 juta ft.2/hari pada 1989. Setelah Italia (pada 24,6 persen pasar dunia) adalah Spanyol (12,6 persen), Brasil dan Jerman (keduanya 11,2 persen), dan Amerika Serikat (4,5 persen). Total pasar untuk ubin lantai dan dinding pada tahun 1990 menurut satu perkiraan adalah $2,4 miliar.

Amerika Serikat memiliki sekitar 100 pabrik yang memproduksi ubin keramik, yang dikirim sekitar 507 juta ft.2 pada tahun 1990 menurut Departemen Perdagangan AS. Impor A.S., berdasarkan volume, menyumbang sekitar 60 persen dari konsumsi pada tahun 1990, senilai sekitar $500 juta. Italia menyumbang hampir setengah dari semua impor, diikuti oleh Meksiko dan Spanyol. Ekspor AS telah mengalami beberapa pertumbuhan, dari $12 juta pada tahun 1988 menjadi sekitar $20 juta pada tahun 1990.

Karena industri ubin merupakan pasar yang relatif matang dan bergantung pada industri bangunan, pertumbuhannya akan lambat. Departemen Perdagangan Amerika Serikat memperkirakan peningkatan tiga sampai empat persen dalam konsumsi ubin selama lima tahun ke depan. Analisis ekonomi lainnya memperkirakan bahwa 494 juta ft.2 akan dikirimkan pada tahun 1992, suatu pertumbuhan sekitar 4 persen dari tahun sebelumnya. Beberapa produsen ubin sedikit lebih optimis; survei American Ceramic Society menunjukkan pertumbuhan rata-rata sekitar 36 persen per produsen selama lima tahun ke depan.

Bahan Baku

Bahan baku yang digunakan untuk membentuk genteng terdiri dari mineral lempung yang ditambang dari kerak bumi, mineral alami seperti feldspar yang digunakan untuk menurunkan suhu pembakaran, dan bahan tambahan kimia yang diperlukan untuk proses pembentukan. Mineral sering dimurnikan atau dimanfaatkan di dekat tambang sebelum dikirim ke pabrik keramik.

Bahan baku harus dihaluskan dan diklasifikasikan menurut ukuran partikel. Penghancur primer digunakan untuk mengurangi gumpalan material yang besar. Baik jaw crusher atau gyratory crusher digunakan, yang beroperasi menggunakan horizontal Inisial langkah dalam pembuatan ubin keramik melibatkan pencampuran bahan. Kadang-kadang, air kemudian ditambahkan dan bahan-bahan digiling basah atau digiling dalam ball mill. Jika penggilingan basah digunakan, kelebihan air dihilangkan menggunakan pengepresan filter diikuti dengan pengeringan semprot. Serbuk yang dihasilkan kemudian dipress menjadi bentuk bodi genteng yang diinginkan. gerakan meremas antara pelat baja atau gerakan berputar antara kerucut baja, masing-masing.

Penghancuran sekunder mengurangi gumpalan kecil menjadi partikel. Pabrik palu atau penggilingan sering digunakan. Sebuah pabrik penggilingan menggunakan roda baja dalam panci berputar dangkal, sementara pabrik palu menggunakan palu baja yang bergerak cepat untuk menghancurkan material. Penghancur jenis rol atau kerucut juga dapat digunakan.

Langkah pengurangan ukuran partikel ketiga mungkin diperlukan. Jenis penggilingan yang jatuh digunakan dalam kombinasi dengan media penggilingan. Salah satu jenis penggilingan yang paling umum adalah penggilingan bola, yang terdiri dari silinder berputar besar yang sebagian diisi dengan media penggilingan bulat.

Layar digunakan untuk memisahkan partikel dalam kisaran ukuran tertentu. Mereka beroperasi dalam posisi miring dan bergetar secara mekanis atau elektromekanis untuk meningkatkan aliran material. Layar diklasifikasikan menurut nomor mesh, yang merupakan jumlah bukaan per inci linier permukaan layar. Semakin tinggi nomor mesh, semakin kecil ukuran bukaan.

Glasir adalah bahan kaca yang dirancang untuk meleleh ke permukaan ubin selama pembakaran, dan kemudian menempel pada permukaan ubin selama pendinginan. Glasir digunakan untuk memberikan ketahanan kelembaban dan dekorasi, karena dapat diwarnai atau dapat menghasilkan tekstur khusus.

Manufaktur
Proses

Setelah bahan mentah diproses, sejumlah langkah dilakukan untuk mendapatkan produk jadi. Langkah-langkah ini termasuk batching, pencampuran dan penggilingan, pengeringan semprot, pembentukan, pengeringan, kaca, dan pembakaran. Banyak dari langkah-langkah ini sekarang dicapai dengan menggunakan peralatan otomatis.

Mengelompokkan

• 1 Untuk banyak produk keramik, termasuk ubin, komposisi bodi ditentukan oleh jumlah dan jenis bahan baku. Bahan baku juga menentukan warna badan genteng, yang dapat berwarna merah atau putih, tergantung pada jumlah bahan baku yang mengandung besi yang digunakan. Oleh karena itu, penting untuk mencampur jumlah yang tepat bersama-sama untuk mencapai sifat yang diinginkan. Perhitungan batch dengan demikian diperlukan, yang harus mempertimbangkan baik sifat fisik dan komposisi kimia dari bahan baku. Setelah berat yang sesuai dari masing-masing bahan baku ditentukan, bahan baku harus dicampur bersama-sama.

Mencampur dan menggiling

• 2 Setelah bahan ditimbang, bahan-bahan tersebut ditambahkan ke dalam shell mixer, ribbon mixer, atau intensive mixer. Sebuah shell mixer terdiri dari dua silinder bergabung menjadi V, yang berputar untuk jatuh dan mencampur bahan. Mixer pita menggunakan baling-baling heliks, dan mixer intensif menggunakan bajak yang berputar cepat. Langkah ini selanjutnya menggiling bahan, menghasilkan ukuran partikel yang lebih halus yang meningkatkan proses pembentukan berikutnya (lihat langkah #4 di bawah).

  Terkadang perlu menambahkan air untuk meningkatkan pencampuran beberapa bahan sekaligus untuk mencapai penggilingan yang halus. Proses ini disebut penggilingan basah dan sering dilakukan dengan menggunakan penggilingan bola. Campuran berisi air yang dihasilkan disebut bubur atau slip. Air kemudian dikeluarkan dari bubur dengan pengepresan filter (yang menghilangkan 40-50 persen kelembaban), diikuti dengan penggilingan kering.

Pengeringan semprot

• 3 Jika penggilingan basah pertama kali digunakan, kelebihan air biasanya dihilangkan melalui pengeringan semprot. Ini melibatkan pemompaan bubur ke alat penyemprot yang terdiri dari disk atau nozzle yang berputar cepat. Tetesan slip dikeringkan saat dipanaskan oleh kolom udara panas yang naik, membentuk butiran kecil yang mengalir bebas yang menghasilkan bubuk yang cocok untuk dibentuk.

  Badan ubin juga dapat disiapkan dengan penggilingan kering diikuti dengan granulasi. Granulasi menggunakan mesin di mana campuran bahan yang sebelumnya digiling kering dicampur dengan air untuk membentuk partikel menjadi butiran, yang sekali lagi membentuk bubuk siap untuk dibentuk.

Membentuk

• 4 Sebagian besar ubin dibentuk dengan pengepresan kering. Dalam metode ini, bubuk yang mengalir bebas—mengandung bahan pengikat organik atau persentase kelembaban yang rendah—mengalir dari hopper ke cetakan pembentuk. Bahan dikompresi dalam rongga baja oleh plunger baja dan kemudian dikeluarkan oleh plunger bawah. Pengepres otomatis digunakan dengan tekanan operasi setinggi 2.500 ton.

  Beberapa metode lain juga digunakan di mana badan ubin dalam bentuk yang lebih basah dan lebih mudah dibentuk. Ekstrusi plus punching digunakan untuk menghasilkan ubin yang bentuknya tidak beraturan dan ubin yang lebih tipis lebih cepat dan lebih ekonomis. Ini melibatkan pemadatan massa plastik dalam silinder bertekanan tinggi dan memaksa material mengalir keluar dari silinder menjadi siput pendek. Siput ini kemudian dilubangi menjadi satu atau lebih ubin menggunakan mesin press hidrolik atau pneumatik.

  Penekanan ram sering digunakan untuk ubin yang sangat diprofilkan. Dengan metode ini, slug yang diekstrusi dari badan ubin ditekan di antara dua bagian cetakan keras atau berpori yang dipasang di mesin press hidrolik. Bagian yang terbentuk dihilangkan dengan terlebih dahulu menerapkan vakum ke bagian atas cetakan untuk membebaskan bagian dari bagian bawah, diikuti dengan memaksa udara melalui bagian atas untuk membebaskan bagian atas. Bahan berlebih harus dihilangkan dari bagian dan finishing tambahan mungkin diperlukan.

  Proses lain, yang disebut kaca bertekanan, baru-baru ini dikembangkan. Proses ini menggabungkan pelapisan dan pembentukan secara bersamaan dengan menekan glasir (dalam bentuk bubuk semprot kering) langsung di cetakan yang diisi dengan bubuk bodi ubin. Keuntungannya termasuk penghapusan garis kaca, serta bahan limbah kaca (disebut lumpur) yang diproduksi dengan metode konvensional.

Pengeringan

• 5 Ubin keramik biasanya harus dikeringkan (pada kelembaban relatif tinggi) setelah dibentuk, terutama jika digunakan metode basah. Pengeringan, yang bisa memakan waktu beberapa hari, menghilangkan air pada kecepatan yang cukup lambat untuk mencegah retak susut. Pengering terus menerus atau terowongan digunakan yang dipanaskan menggunakan gas atau minyak, lampu inframerah, atau energi gelombang mikro. Pengeringan inframerah lebih cocok untuk ubin tipis, sedangkan pengeringan microwave bekerja lebih baik untuk ubin tebal. Metode lain, pengeringan impuls, menggunakan pulsa udara panas yang mengalir dalam arah melintang alih-alih terus menerus dalam arah aliran material.

Kaca

• 6 Untuk menyiapkan glasir, metode serupa digunakan untuk badan ubin. Setelah formulasi batch dihitung, bahan baku ditimbang, dicampur dan digiling kering atau basah. Glasir giling kemudian diterapkan menggunakan salah satu dari banyak metode yang tersedia. Dalam kaca sentrifugal atau cakram, glasir diumpankan melalui cakram berputar yang melemparkan atau melemparkan glasir ke ubin. Dalam metode lonceng/air terjun, aliran glasir jatuh ke ubin saat melewati konveyor di bawahnya. Terkadang, glasir hanya disemprotkan. Untuk beberapa aplikasi glasir, digunakan sablon di atas, di bawah, atau di antara ubin yang telah diglasir basah. Dalam proses ini, glasir dipaksa melalui layar oleh penyapu karet atau perangkat lain.

  Kaca kering juga digunakan. Ini melibatkan aplikasi bedak, hancurkan frit (bahan kaca), dan glasir butiran ke permukaan ubin berlapis basah. Setelah menembak, partikel glasir meleleh satu sama lain untuk menghasilkan permukaan seperti granit.

Menembak

• 7 Setelah kaca, ubin harus dipanaskan secara intensif untuk memperkuatnya dan memberikan porositas yang diinginkan. Dua jenis oven, atau Setelah terbentuk, file dikeringkan perlahan (selama beberapa hari) dan pada kelembaban tinggi, untuk mencegah retak dan susut . Selanjutnya, glasir diterapkan, dan kemudian ubin dibakar di tungku atau kiln. Meskipun beberapa jenis ubin memerlukan proses pembakaran dua langkah, ubin giling basah hanya dibakar sekali, pada suhu 2.000 derajat Fahrenheit atau lebih. Setelah menembak, ubin dikemas dan dikirim. kiln, digunakan untuk menembak ubin. Ubin dinding, atau ubin yang dibuat dengan penggilingan kering dan bukan penggilingan basah (lihat #2 dan #3 di atas), biasanya memerlukan proses dua langkah. Dalam proses ini, ubin melewati pembakaran suhu rendah yang disebut pembakaran bisque sebelum kaca. Langkah ini menghilangkan volatil dari material dan sebagian besar atau semua penyusutan. Tubuh dan glasir kemudian dibakar bersama dalam proses yang disebut pembakaran kilap. Kedua proses pembakaran berlangsung di terowongan atau tanur kontinu, yang terdiri dari ruang di mana barang dipindahkan secara perlahan di atas konveyor pada tongkat tahan api—rak yang terbuat dari bahan yang tahan terhadap suhu tinggi—atau dalam wadah yang disebut sagger. Penembakan di tungku terowongan dapat memakan waktu dua hingga tiga hari, dengan suhu pembakaran sekitar 2.372 derajat Fahrenheit (1.300 derajat Celcius).

  Untuk ubin yang hanya membutuhkan satu pembakaran — biasanya ubin yang disiapkan dengan penggilingan basah — biasanya digunakan roller kiln. Kiln ini memindahkan barang pada roller conveyor dan tidak memerlukan furnitur kiln seperti batt atau sagger. Waktu pembakaran di roller kiln bisa serendah 60 menit, dengan suhu pembakaran sekitar 2.102 derajat Fahrenheit (1.150 derajat Celcius) atau lebih.

• 8 Setelah pembakaran dan pengujian, ubin siap untuk dikemas dan dikirim.

Produk Sampingan

Berbagai polutan dihasilkan selama berbagai langkah pembuatan; emisi ini harus dikontrol untuk memenuhi standar kontrol udara. Di antara polutan yang dihasilkan dalam pembuatan ubin adalah senyawa fluor dan timbal, yang dihasilkan selama pembakaran dan pelapisan kaca. Senyawa timbal telah berkurang secara signifikan dengan perkembangan terbaru dari glasir tanpa timbal atau rendah timbal. Emisi fluor dapat dikontrol dengan scrubber, perangkat yang pada dasarnya menyemprotkan gas dengan air untuk menghilangkan polutan berbahaya. Mereka juga dapat dikontrol dengan proses kering, seperti filter kain yang dilapisi kapur. Kapur ini kemudian dapat didaur ulang sebagai bahan baku untuk ubin masa depan.

Industri ubin juga mengembangkan proses untuk mendaur ulang air limbah dan lumpur yang dihasilkan selama penggilingan, pembuatan kaca, dan pengeringan semprot. Sudah beberapa tanaman mendaur ulang kelebihan bubuk yang dihasilkan selama pengepresan kering serta semprotan berlebih yang dihasilkan selama pelapisan. Limbah glasir dan ubin yang ditolak juga dikembalikan ke proses persiapan tubuh untuk digunakan kembali.

Kontrol Kualitas

Sebagian besar produsen ubin sekarang menggunakan kontrol proses statistik (SPC) untuk setiap langkah proses manufaktur. Banyak juga yang bekerja sama dengan pemasok bahan baku mereka untuk memastikan bahwa spesifikasi terpenuhi sebelum bahan digunakan. Kontrol proses statistik terdiri dari grafik yang digunakan untuk memantau berbagai parameter pemrosesan, seperti ukuran partikel, waktu penggilingan, suhu dan waktu pengeringan, tekanan pemadatan, dimensi setelah pengepresan, densitas, suhu dan waktu pembakaran, dan sejenisnya. Bagan ini mengidentifikasi masalah dengan peralatan, kondisi di luar spesifikasi, dan membantu meningkatkan hasil sebelum produk akhir selesai.

Produk akhir harus memenuhi spesifikasi tertentu mengenai sifat fisik dan kimia. Properti ini ditentukan oleh tes standar yang ditetapkan oleh American Society of Testing and Materials (ASTM). Sifat yang diukur meliputi kekuatan mekanik, ketahanan abrasi, ketahanan kimia, penyerapan air, stabilitas dimensi, ketahanan beku, dan koefisien linier ekspansi termal. Baru-baru ini, resistensi slip, yang dapat ditentukan dengan mengukur koefisien gesekan, telah menjadi perhatian. Namun, belum ada standar yang ditetapkan karena faktor lain (seperti desain dan perawatan lantai yang tepat) dapat membuat hasil menjadi tidak berarti.

Masa Depan

Untuk mempertahankan pertumbuhan pasar, produsen ubin akan berkonsentrasi pada pengembangan dan promosi produk ubin baru, termasuk ubin modular atau kelongsong, ubin berukuran lebih besar, ubin tahan slip dan abrasi, dan ubin dengan lapisan poles, granit atau marmer. Hal ini dicapai melalui pengembangan formulasi bodi yang berbeda, glasir baru, dan aplikasi glasir, dan dengan peralatan dan teknik pemrosesan yang baru dan lebih baik. Otomasi akan terus berperan penting dalam upaya meningkatkan produksi, menurunkan biaya, dan meningkatkan kualitas. Selain itu, perubahan teknologi produksi karena masalah lingkungan dan sumber daya energi akan terus berlanjut.