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GRES PORCELANICO. INFLUENCIA DE LAS VARIABLES DE PROCESO · PDF file lineal son motivadas por una falta de uniformidad de la porosidad en crudo de las piezas, bien entre ellas o bien

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  • GRES PORCELANICO. INFLUENCIA DE LAS VARIABLES DE PROCESO SOBRE

    LA CALIDAD DEL PRODUCTO ACABADO

    (*) ITACA, S.A. (**) Instituto de Tecnologfa Ceramica de la Universitat de Valencia.

    Asociación de Investigación de las Industrias Cerámicas (A.I.C.E.). Castellón

    INTRODUCCION

    El Comité Europeo de Normalización (CEN), en la norma EN87 clasifica los pavimentos y re- vestimiento~ cerámicos en doce grupos, según el tipo de moldeo empleado para conformarlos (pren- sado, extrusión, o colado) y según su porosidad abierta, medida como absorción de agua (EN99). (1)

    El tipo de moldeo mayoritariamente empleado en la fabricación de pavimentos y revestimien- tos cerárnicos, es el prensado en seco, aunque conviene aclarar que el término prensado en seco se aplica impropiamente, ya que el polvo que se prensa tiene una humedad comprendida entre el 4 y el 8%. La extrusión se utiliza preferentemente para piezas no esmaltadas y define un campo de productos definidos por su efecto decorativo rústico. El colado tiene una aplicación casi insignifican- te y se emplea para la preparación de algunas piezas complementarias y de geometría difícil.

    En España, país situado entre el segundo y tercer puesto mundial en cuánto a la producción de pavimentos y revestimientos cerAmicos, la casi totalidad de estos productos son esmaltados y se moldean por prensado más del 90%. La absorción de agua de los azulejos varía ampliamente según su utilización; en los que se destinan al revestimiento de interiores, la absorción de agua suele ser superior al 14% (grupo III), en cambio cuando se aplican como pavimento de y/o como pavimento y revestimiento de exteriores esta propiedad no suele superar el 5% (grupos BI y BIIa).

    Existe un gama muy amplia de productos cerámicos de pavimento y revestimiento para un sin número de aplicaciones. Estos uulejos se diferencian no sólo en el formato, dimensión y color, sino tambi6n en sus características técnicas (físicas, químicas, mecánicas, etc.) Figura 1 .

    Los ambientes públicos o los industriales requieren pavimentos con elevada resistencia a la abrasión y elevada resistencia mecanica en general, lo mismo ocurre en pavimentos de uso externo que deben tener una elevada resistencia a la abrasión, puesto que en las zonas circundantes puede existir arena y otro tipo de partículas que actuaran como abrasivo sobre el material cerámico favoreciendo el desgaste.

  • Los pavimentos cerárnicos esmaltados mas comunes (grupos BI y BIIa) no suelen cumplir las exigencias sobre características técnicas de estas aplicaciones, por lo que ha sido necesario la preparación de un producto ceramico que reúna estas propiedades.

    El término gres porcelánico se utiliza para designar un tipo particular de pavimentos y reves- timientos cerárnicos. El gres porcelanico es un material no esmaltado, homogéneo, de muy baja absorción de agua, normalmente menor de 0.1%, lo que indica la elevada compactación de este producto en el proceso de prensado y sus muy altas prestaciones técnicas. (2)

    La porosidad tiene una influencia considerable sobre las caractrísticas técnicas, principalenm- te sobre las características mecánicas (módulo de ruptura) y las superficiales (resistencia a la abra- sión, resistencia a las machas, resistencia a los agentes químicos).

    Figura l. Propiedades físicas de pavimentos y revestimiento~ certimicos.

    En algunos caso, estas caracteristicas técnicas limitan su uso, o son causa de reclamaciones, ademds si la porosidad abierta esta formada por poros de gran tamaño, la porosidad cerrada será muy superior, ya que la superficie debido a la orientación de las partículas arcillosas durante el moldeo, tienen siempre una porosidad muy inferior, y esto define dos líneas de origen de problemas. (3)

    Una de ellas viene dada por la presencia de porosidad cerrada, si la porosidad cerrada es importante, indica que la compacidad de la pieza en crudo ha sido deficiente o bien por una composición de la pasta deficiente la contracción de cocción será mayor y la deformación piroplástica aumentará, así como la diferencia de compacidad dentro de la misma pieza y entre unas piezas y otras lo que podrá ser causa de descuadres y tamaños de pieza diferentes (calibres).

    GRUPO BIIb

    EN 178

    6 < E < 1 0

    6 11

    5 18

    3 16

    >/5

    3 6

    6 540

    *

    \< 9

    ---

    ---

    0.6

    ---

    PROPIEDADES FISICAS

    La otra línea origen de problemas se presenta en los productos de gres porcelánico pulidos, que

    GRUPO BI

    EN176

    4 3

    3.3

    8 27 ---

    3 5

    >,6

    S 205

    *

    S 9

    ---

    ---

    ---

    GRUPO BIII

    EN 159

    > 1 0

    315 esp. 7,5 mm >,12 esp. > 7,5 mm

    3 3 revest.

    3 5 pavim.

    ---

    *

    \< 9

    ---

    ---

    ---

    ---

    EN 99

    EN 'O0

    EN 101

    EN 102

    EN 154

    EN l o 3

    EN 104

    EN lo5

    EN 155

    EN 202

    GRUPO BIIa

    EN177

    3 < E < 6

    4 6.6

    a 22 +20

    3 5

    3 6

    345

    *

    $ 9

    ---

    ---

    --e

    ---

    Absor. de agua (% en peso). Valor medio

    Módulo de ruptura (N/mm2)nValor medio

    Dur. al rayado (Mohs) a) Azulejos esmaltados b) Azul. no esmaltados

    es't. a la abr si 'n pr funda. &u\. no esrnaata~los.dqnmo vol. abrasionadoen mm Resi st. a la abrasiósupeficial Azul. esmaltados. Tipos de

    Coeficiente de dilatación lineal desde 25 a 100" C (x 10SK-l)

    Resistencia al choque tkrmico

    Resistencia al cuarteo Azulejos esmaltados

    Expansión por humedad Azulejos no esmaltados (m/nn)

    Resistencia a la helada

  • presenten una porosidad cerrada importante. Al pulir las piezas cocidas se abrasiona la superficie y deja al descubierto el interior de la pieza con lo que en este caso disminuye la resistencia a las manchas y a la abrasión.

    La investigación planteada h a consistido en el estudia de las relaciones entre las variables de prensado (distribución granulombtrica, humedad y presión de prensado) con las características de las piezas obtenidas (en crudo y en cocido), con objeto de definir los intervalos óptimos de trabajo de las variables del proceso y llegar a relaciones que definan las características del producto acabado en función de las variables del proceso.

    Como se ha indicado anteriormente la estabilidad de las dimensiones y l a geometría correcta (ortogonalidad, planaridad, etc.) de las piezas cocidas son requisitos que anteriormente debe cumplir el producto acabado.

    La falta de estabilidad dimensional de las piezas cerámicas cocidas, que se manifiestan en la obtención de varios calibres o tamaños muy próximos, se debe generalmente a que aqukllas experimentan diferente contracción lineal durante la cocción. En cambio los descuadres (falta de ortogonalidad de la pieza) son consecuencia de que en las distintas partes de una misma pieza se producen contracciones desiguales durante la cocción. En ambos casos las diferencias de contracción lineal son motivadas por una falta de uniformidad de l a porosidad en crudo de las piezas, bien entre ellas o bien dentro de ellas y10 por desigualdades en la temperatura de cocción. Los defectos de falta de planaridad pueden ser debidos a deformaciones piroplásticas, además de las causas anteriormente enunciadas.

    Para que no se presenten los defectos mencionados, es preciso lograr que la compacidad (en crudo) de las piezas prensadas sean uniformes (dentro de la pieza y entre ellas) y que la composición del material utilizado, para confeccionar dichas piezas, cumpla los requisitos siguientes:

    a) Debe poseer un intervalo de cocción lo suficientemente amplio para que las variaciones de contracción lineal que puedan tener lugar dentro de una misma pieza o entre las piezas, como consecuencia de las alteraciones de la temperatura de cocción que inevitablemente se presentas en esta operación, sean lo suficientemente reducidas para que no produzcan diferencias apreciables en su tamaño (calibres distintos) o en su forma (descuadres, falta de planaridad, etc,).

    b) Debe conferir a la pieza, en el intervalo de temperaturas de cocción, las propiedades físicas requeridas (absorción de agua, resistencia mecánica, etc.) sin que se presenten deformaciones piroplásticas. El índice piroplástico (I.P.) de la composición debe ser lo suficientemente bajo para que las tensiones externas a que están sometidas las piezas durante la cocción (golpes, fuerza de gravedad, etc.) no ocasionen defectos de falta de planaridad en el producto acabado.

    c) Es necesario que no requiera temperaturas de cocción demasiado altas, para reducir el consumo energético en lo posible, durante la etapa de cocción.

    Intervalo de cocción

    En la cocción de productos cerámicos de gres porcelánico, la vitrificación o sinterización, en presencia de una fase Iíquida viscosa, es el proceso de densificación que mayoritariamente contribuye a reducir la porosidad de las piezas cocidas y a conferirles las propiedades deseadas. Durante la cocción de estos productos se desarrolla una fase vítrea viscosa que rodea a las partículas más refractarias y que bajo las fuerzas de tensión superficial que se generan en los finos poro

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