La produzione delle piastrelle
In questo paragrafo spiegheremo come si producono le piastrelle in grès. Se già conosci il processo produttivo o se non ti interessano questi aspetti tecnici puoi saltare il paragrafo.
In estrema sintesi le piastrelle in ceramica sono prodotte utilizzando argille macinate che vengono pressate e poi cotte ad altissima temperatura.
Da terra ed argille a polveri
La prima fase del processo prevede la preparazione delle materie prime che vengono frantumate in polveri a granulometrie di dimensioni adeguate.
Queste argille vengono macinate miscelandole con acqua ed ottenendo, prima, la cosiddetta barbottina ceramica che viene poi essiccata e darà origine ad una polvere con granulometria ed umidità idonea alla pressatura.
Le miscele di polveri leganti e additivi per la preparazione di sospensioni e granulati sono miscelate e omogeneizzate in mulini rotativi orizzontali con biglie ceramiche a fare da mezzi macinanti. La preparazione dell'impasto si svolge con modalità diverse a seconda della granulometria dell'argilla, del tipo e della qualità del prodotto che si vuole ottenere.
Le argille così macinate hanno diverse componenti:
- Una componente plastico (argilla, caolino) che favorisce la lavorabilità; conferisce coesione e solidità; è responsabile della forma dei nuovi composti durante la cottura; impartisce la colorazione.
- Una componente inerte (silice, chamotte) che diminuisce la plasticità; può contribuire alla formazione della fase vetrosa e di nuovi composti; costituisce lo scheletro della ceramica.
- Una componente fondente e vetrificante (feldspati, rocce carbonatiche) che diminuisce la plasticità e la porosità; abbassa la temperatura di fusione; contribuisce alla resistenza meccanica.
Differenze tra materie prime
Le materie prime differiscono tra loro in base a purezza, dimensione delle particelle e reattività.
La presenza di impurezze influenza le proprietà della futura piastrella, ad esempio la sua resistenza meccanica, resistenza a rottura, resistenza all’usura ed altre proprietà, per esempio quelle elettriche. Una materia molto pura influisce anche sull'estetica della piastrella, sulla trasparenza e profondità degli smalti, sulla riflessione della luce. Infine va evidenziato che anche la lavorabilità della piastrella è funzione della qualità e purezza delle argille: tagli e fori sono tanto più precisi e facili da eseguire (senza rischi di rottura) su lastre in ceramica ottenute da materie prime pure.
Un secondo parametro altrettanto importante è rappresentato dalla dimensione delle particelle che è direttamente correlata alla porosità. Quest’ultima, infatti, diminuisce al diminuire delle dimensioni delle particelle. Per ottenere una bassa porosità è ottimale impiegare particelle di dimensioni diverse, in modo che le più piccole possano riempire i vuoti esistenti tra quelle più grandi. La dimensione delle particelle influenza anche la reattività in quanto le particelle più piccole densificano più facilmente delle particelle più grandi a causa della maggiore area superficiale. Nel caso si voglia privilegiare la resistenza meccanica, bisogna ridurre al massimo la porosità ed avere grani di piccole dimensioni partendo quindi da polveri molto fini, inferiori al mm.
Formazione delle piastrelle
Come abbiamo detto le fasi della lavorazione dei ceramici prevedono le seguenti fasi:
- 1. Preparazione delle argille
- 2. Formatura
- 3. Trattamento termico con essiccamento e cottura
Una volta che le polveri sono state macinate si passa quindi alla fase della formatura dell’impasto.
La pressatura consiste nel comprimere il materiale di partenza in uno stampo. Essa può essere uniassiale a secco e a umido, isostatica a freddo e a caldo. L’applicazione di una pressione, quando il materiale si trova ancora allo stato solido, permette una riduzione della frazione di vuoti dovuta alla variazione della forma dei granuli. Per le piastrelle in ceramica viene usata principalmente la pressatura uniassiale a umido in quanto i materiali argillosi usati come materie prime contengono circa un 10% di acqua all'interno.
Questi materiali sottoposti all’azione di una pressione, si deformano plasticamente ed assumono la forma della cavità dello stampo.
Lo svantaggio di tale tecnica è rappresentata dall’usura degli stampi che vengono utilizzati e dalla disuniformità della densità della miscela in quanto si creano delle forze di attrito sia tra le particelle stesse che tra le particelle e lo stampo.
Oltre a questa tecnica, utilizzata per le tradizionali piastrelle, si sta diffondendo la tecnica della laminazione che prevede il compattamento mediante cilindri rotanti di un nastro continuo di argille, tecnica utilizzata per la produzione delle grandi lastre.
La cottura
Il trattamento termico è la fase più importante per la fabbricazione delle piastrelle. Esso avviene in due fasi: la fase di essiccamento e la fase di cottura.
Essiccamento: lo scopo è la rimozione del solvente e di altri additivi dalla massa ceramica plastica. Ha inoltre lo scopo di abbassare il contenuto di acqua nel manufatto crudo prima di poterlo immettere in forno.
Per l’acqua l’essiccamento avviene intorno ai 100°C mentre per gli altri additivi intorno ai 400-500°C. La prima fase dell’essiccamento prevede l’evaporazione dell'acqua presente in superficie mentre nella seconda fase vi è la diffusione attraverso canali capillari dell'acqua presente all'interno della massa ceramica. L'eliminazione dell'acqua provoca una contrazione di volume detta ritiro, equivalente alla quantità di acqua evaporata, dovuta allo scorrimento delle particelle, ancora allo stato plastico, che vanno ad occupare gli spazi lasciati liberi dall'acqua. Quando, in seguito alla perdita di acqua, la massa non è più plastica, l'ulteriore essiccamento provoca la formazione della porosità.
Dal un punto di vista meccanico e dimensionale, l’integrità del manufatto è strettamente vincolata al corretto equilibrio tra le velocità con cui avvengono i due fenomeni.
La facilità con cui avviene la rimozione dell’acqua dipende da numerosi fattori quali: la quantità di pori presenti, la dimensione e l’interconnessione tra i pori, la tensione di vapore e lo spessore del pezzo. La dimensione e l’interconnessione dei pori sono due fattori molto importanti in quanto i pori grandi ed interconnessi permettono una facile rimozione dell’acqua, ma danno luogo ad una pasta (detta verde) avente bassa densità, soggetta ad un forte ritiro in seguito ad essiccamento ed avente una struttura a grano grosso dopo la fase di sinterizzazione; mentre un verde avente particelle ben compattate e pori piccoli, risulta difficile da essiccare ma al tempo stesso densifica facilmente dando luogo ad un materiale sinterizzato a grano fine.
Sinterizzazione (o cottura): processo mediante il quale piccole particelle di un materiale vengono consolidate attraverso fusione. Durante questo processo il materiale viene riscaldato a temperature piuttosto elevate; in questo modo aumenta gradualmente la mobilità degli atomi del materiale all’interno e soprattutto lungo la superficie delle particelle di polvere.
I processi di diffusione tendono a ridurre le superfici libere saldando i grani; si riducono in questo modo gradualmente anche i vuoti fra grano e grano e la densità del materiale aumenta. La sinterizzazione prevede temperature molto elevate e può avvenire sotto pressione o senza pressione.
La fase di sinterizzazione avviene attraverso tre stadi:
- nel primo stadio si osserva un riarrangiamento delle particelle ed il sistema viene assimilato ad un insieme di sfere uniformi con la formazione di colli e dei primi legami in corrispondenza dei punti di contatto tra le particelle.
- nel secondo stadio il sistema si rappresenta come un insieme di grani uniformi con facce in comune e pori cilindrici lungo i bordi dei grani. All’inizio dello stadio la fase porosa viene considerata continua; si verifica una diminuzione della porosità ed un avvicinamento tra i centri delle particelle, che causano un ritiro equivalente alla riduzione di porosità. Questa fase è la responsabile della maggior parte del ritiro.
- nel terzo stadio si hanno pori isolati in ciascuno degli angoli del grano. La porosità residua si elimina per diffusione delle vacanze lungo il bordo dei grani.
Nella sinterizzazione si possono verificare tre diversi meccanismi tra cui va annoverata la vetrificazione (sinterizzazione viscosa) con cui vengono sinterizzati la maggior parte dei materiali ceramici tradizionali. In questa fase si ha la formazione di una fase liquida accompagnata dalla conseguente eliminazione della fase gassosa e dei pori intergranulari.
La fase liquida, infatti, va ad inserirsi tra i pori delle particelle. Durante l'eliminazione dei pori e delle bolle si verifica la riduzione dell’area superficiale che porta alla densificazione. Durante la fase di raffreddamento, il liquido dà origine ad una fase vetrosa.
La fase di cottura generalmente avviene mediante appositi forni a tunnel.
Buongiorno,
devo acquistare 700 metri quadri di grees cerco delle offerte anche di prodotti fuori produzione o fuori tono vista la quantità.
Cordialità.
Giovanni Riviera