المقدمة

شهدت صناعة بلاط السيراميك خلال السنوات القليلة الماضية تغييرات كبيرة. وتتميز عمليات تصنيع هذه المواد بالابتكار، حيث تعتمد على عمليات تصنيع مؤتمتة بالكامل، مما يضمن جودة عالية وإنتاجية فائقة.

يواجه مصنّعو بلاط السيراميك عيبًا شائعًا في عملية التصنيع يؤثر سلبًا على جودة المنتج النهائي، ألا وهو عدم تجانس اللون بين البلاطات من نفس الطراز. ووفقًا لعدة دراسات، يُعزى هذا العيب إلى سببين: أولًا، عدم اتساق طبيعة المواد المستخدمة في الزخرفة (الطبقة الأساسية، والطلاءات، والزجاج، والأحبار، إلخ)، وثانيًا، سوء المعالجة، لا سيما في تطبيق الطلاءات والزجاج، وكذلك في عمليات الزخرفة والحرق.

تطبيق

تستخدم معظم أنظمة تغذية طلاء التزجيج الحديثة أنبوبًا معدنيًا يُضخّ داخله الطلاء عبر نظام ضخّ من الأعلى، ليصل إلى ارتفاع ثابت بفضل نظام الفائض. وقد يختلف شكل نظام الفائض باختلاف الشركة المصنّعة. يحتوي الأنبوب على فوهة مخروطية الشكل في أسفله مزوّدة بصمام يسمح بالتحكّم اليدوي بكمية الطلاء المتدفقة إلى الجرس، وبالتالي ضبط كمية الطلاء المطبقة على البلاطات. يوجد بالقرب من الصمام جزء أنبوب مستقيم، يتطابق قطره مع قطر مخرج الصمام، وفي الطرف الآخر من هذا الأنبوب فوهة ذات قطر ثابت، يتدفق من خلالها معلق الطلاء إلى الجرس.

اللزوجة في عمليات تركيب الزجاج

في مجال السيراميك، يُفهم عادةً أن اللزوجة تشير إلى درجة سيولة الملاط أو المعلق أو المخفف (على سبيل المثال، يُستخدم مصطلح "القص" عند الحديث عن اللزوجة، بينما يفهم المهندسون اللزوجة على أنها طبقات من الجزيئات أو الجسيمات التي تُظهر احتكاكًا فيما بينها). واللزوجة هي المفهوم المعاكس للسيولة. فالملاط اللزج لا يتمتع بالسيولة، وبالتالي يكون كثيفًا. تُقاس اللزوجة بأجهزة مخبرية تُسمى مقاييس اللزوجة، والتي تُعطي النتيجة بوحدة تُسمى البويز. كلما ارتفع رقم البويز، زادت لزوجة الملاط.

تُعزى اختلافات اللون وسماكة الطلاء والتشققات إلى اختلافات في عملية التزجيج. ويُسهم رصد اللزوجة والتحكم بها في الحدّ من هذه العيوب بشكل كبير. غالبًا ما يُعزى عدم تجانس اللون بين البلاطات إلى اختلافات في معدل تدفق التزجيج في أنظمة التغذية التقليدية المستخدمة في تطبيقات التزجيج على شكل جرس، وذلك بسبب اختلافات لزوجة التزجيج الموجود في خزانات الخلط والضخ. تُسبب هذه الاختلافات في اللزوجة، والناتجة أساسًا عن تغيرات درجة حرارة التزجيج، اختلافات كبيرة في كمية التزجيج المستخدمة في بلاط السيراميك، مما قد يؤدي إلى اختلافات في اللون. وكما هو موضح أدناه، يُؤدي اختلاف لزوجة التزجيج إلى اختلافات في معدل تدفق التزجيج نتيجةً لاختلافات في فقد الطاقة الميكانيكية التي يتعرض لها أثناء مروره عبر وحدة التغذية.

فقاعات وثقوب صغيرة

أثناء عملية الحرق وبعدها، تتواجد الفقاعات دائمًا في طبقة التزجيج. ومع ذلك، إذا كانت الفقاعات كبيرة جدًا ولم تجف أثناء الحرق، فستظهر كعيوب على سطح طبقة التزجيج.

وعلى العكس من ذلك، تحدث الثقوب الدقيقة بسبب الغازات المنبعثة من الجسم، والتي تشكل ثقوبًا أكبر عندما لا يكون الطلاء سائلاً بدرجة كافية "للشفاء".

يمكن أن يقلل سمك طبقة التغليف المناسب من حجم الفقاعات التي تنتقل عبر طبقة التزجيج. كما يمكن أن يساعد ضبط لزوجة التزجيج المنصهر في تحقيق ذلك بإحدى الطريقتين التاليتين:

• لزوجة أعلى: تبقى الفقاعات أسفل سطح الطلاء
• لزوجة منخفضة للغاية: تنتقل الفقاعات بسرعة عبر الطلاء.

الدمامل

يحدث عيب قشر البرتقال عندما لا تستطيع الفقاعات الخروج من طبقة التزجيج بسبب التوتر السطحي العالي واللزوجة، فتبقى تحت سطح التزجيج. ويؤدي التبريد إلى انكماش الفقاعات، تاركًا انخفاضًا على سطح التزجيج.

تموج

عادةً ما ينتج سطح التزجيج المتموج عن لزوجة عالية للتزجيج المنصهر، مما يمنعه من التمدد أثناء الحرق. عادةً ما يكون الحل الأول هو زيادة درجة الحرارة أو مدة النقع في الفرن، ولكن للكاولين دورٌ هامٌ أيضاً. فكلما كان الكاولين أنعم، كان سطح التزجيج أكثر نعومة.

طرق التحكم الحالية في اللزوجة

تعتمد طريقة التحكم المستخدمة لتصحيح الاختلافات في معدل تدفق التزجيج على إجراء قياسات يدوية منتظمة (كل نصف ساعة، في أفضل الحالات) للوزن المطبق على لوحة تحكم معدنية مصممة لعبور ستارة التزجيج التي يشكلها الجرس، بحيث عندما تنحرف كمية التزجيج المقاسة عن القيم المحددة مسبقًا، يقوم المشغل بضبط الصمام لزيادة أو تقليل معدل تدفق التزجيج.

إن طريقة العمل هذه، نظراً لدوريتها، لا تضمن تطبيق كمية ثابتة من الطلاء، وتؤدي إلى عيوب مرتبطة بعدم تجانس اللون في المنتج النهائي.

مثال: كيفية إدارة اللزوجة والكثافة في آلة تطبيق الطلاء الزجاجي النموذجية

تبدأ آلة الخلط بمادة أولية عالية الكثافة، والتي غالبًا ما تكون كثافتها عالية تتراوح بين 1.9 و2.1 غ/سم³. تحتوي هذه الآلة على خلاطات وصمامات للتحكم في مختلف أنواع التغذية. غالبًا ما تُقاس الكثافة يدويًا أو باستخدام مستشعر مدمج، بينما تُقاس اللزوجة دائمًا تقريبًا باستخدام كوب قياس نظرًا لعدم توفر مستشعر موثوق به حتى الآن يُعطي قياسات قابلة للتكرار.

ثم تقوم آلة الخلط بإضافة المواد المضافة والماء والمعادن لضبط الكثافة واللزوجة. تتراوح الكثافة العامة للتطبيقات بين 1.3 و 1.6 غ/سم³. أما اللزوجة فهي ما يستخدمه المشغلون حاليًا باستخدام كوب فورد 4 مم.

الطلاء الزجاجي سائل معقد للغاية، وغالبًا ما تكون مُعدِّلات اللزوجة المستخدمة فيه قديمة نوعًا ما. قد تتغير لزوجته بشكل كبير خلال ساعات قليلة بينما تبقى كثافته ثابتة. هذا يعني أن الطلاء الزجاجي قد يتحول من كونه صالحًا تمامًا للاستخدام إلى غير صالح للاستخدام. ولذلك، تزداد أهمية التحكم الدقيق في اللزوجة ومراقبتها. أحد مكونات الطلاء الزجاجي هو الغراء، الذي يُسبب تغيرًا كبيرًا في اللزوجة.

المصدر: تطوير نظام تزجيج غير حساس للاختلافات في لزوجة التزجيج، جي. مالول وآخرون.

مستشعر مدمج لسهولة دمجه في أنظمة تحضير الطلاء والتزجيج

Rheonics تتميز أجهزة الاستشعار بسهولة تركيبها وتشغيلها. يمكن تركيب مقياس اللزوجة المدمج في أي خزان أو أنبوب باستخدام قاعدة تثبيت بسيطة. تستغرق عملية تركيب المستشعر وبدء قياس اللزوجة في الوقت الفعلي أقل من 30 دقيقة. Rheonics تحتوي أجهزة الاستشعار على خاصية قياس درجة الحرارة المدمجة، مما يسمح بمراقبة كل من لزوجة ودرجة حرارة خليط الملاط في جميع المراحل، بدءًا من الخلط وحتى التغليف. ويمكن تعديل قراءات اللزوجة وفقًا لدرجة الحرارة، وهو أمر ضروري لضمان إنتاج متسق في ظل التغيرات اليومية والموسمية المعتادة في درجات الحرارة.

يتميز مقياس اللزوجة بتغليفه المحكم وعدم تأثره بالضوضاء الخارجية للجهاز، وبالتالي لا يتأثر أداؤه بالاضطرابات أو عدم تجانس السائل. يُغني القياس الآلي للزوجة عبر الإنترنت باستخدام جهاز قياس اللزوجة بالرش (SRV) أو جهاز قياس اللزوجة بالرش (SRD) عن التباينات في أخذ العينات وتقنيات المختبر. يُثبّت المستشعر في خزان الخلط/الطلاء، حيث يقيس باستمرار لزوجة النظام المُصنّع (والكثافة في حالة جهاز SRD). يتم ضمان اتساق سائل التزجيج الخزفي من خلال أتمتة نظام الجرعات عبر وحدة تحكم في العملية تعتمد على قياسات اللزوجة ودرجة الحرارة في الوقت الفعلي.

أثناء عملية تحضير الملاط قبل الطلاء (وحتى أثناء الطلاء بالغمس)، يمكن مراقبة عملية الخلط باستخدام Rheonics أجهزة استشعار قادرة على التحقق من أن محتوى المواد الصلبة وتجانسها (استقرارها) مثاليان، دون الحاجة إلى القلق بشأن عدد لا يحصى من العوامل التي قد تؤثر عليهما. إدارة اللزوجة المدمجة مع Rheonics يمكن أن تساعد أجهزة الاستشعار في التخفيف من معظم المشكلات الشائعة مثل اختلافات الألوان، وتفاوت سمك الطلاء، والتشققات التي يمكن أن تؤثر سلبًا على جودة المنتجات النهائية.

Rheonics يوفر نظامًا متكاملًا ومستقلًا لمراقبة والتحكم في اللزوجة والكثافة ودرجة الحموضة. Rheonics يستخدم نظام مراقبة وضبط الملاط مقاييس لزوجة ومجسات أس هيدروجيني مدمجة لمراقبة لزوجة الملاط ودرجة حرارته ودرجة حموضته في الوقت الفعلي. ويتم تشغيل صمامات تصحيح لإضافة الجرعة الصحيحة لضمان التحكم الكامل في خصائص الملاط طوال عملية الخلط والطلاء.

بينما يسعى المصنعون إلى أن يصبحوا أكثر مرونة في التكيف مع متطلبات الصناعة، فإنهم يدركون الحاجة إلى الاستثمار في أنشطة البحث والتطوير وتقنيات التحكم المتقدمة في العمليات لتطوير تركيبات جديدة ذات خصائص مصممة خصيصًا.  Rheonics تُمكّن أجهزة قياس اللزوجة المدمجة المصنّعين من تنفيذ عمليات التزجيج بجودة عالية وتنوع كبير، مع أقل قدر من تدخل المشغلين في أرضية المصنع - وهي ميزة كبيرة مقارنةً ببدائل القياس الأخرى أو حلول التحكم في العمليات. البيانات مقدمة من Rheonics تُسهم أجهزة قياس اللزوجة والحلول المتكاملة في تسريع عملية التعلم واستيعاب تغييرات تركيبات المواد السائلة بشكل متكرر، مما يُسهم في عملية تصنيع أكثر كفاءة في استخدام الموارد، واقتصادية، وصديقة للبيئة. يُعالج المزج المباشر مع حلول مراقبة اللزوجة المستمرة التحديات الرئيسية لعمليات الإنتاج الدفعي، مثل الفاقد أثناء تغيير المنتجات وعدم كفاءة مناولة المواد في النهج القائم على الوصفات. كما يُسهّل توسيع نطاق العمليات.

مزايا فريدة مع Rheonics تشمل أجهزة قياس اللزوجة SRV وقياس الكثافة SRD المدمجة في خط الإنتاج لتطبيقات خلط وتغطية السيراميك ما يلي:

• يعمل بدقة في جميع أنظمة الطلاء تقريبًا مع نطاق واسع من التركيبات/الصيغ
• يحافظ على لزوجة الملاط المحددة في خزانات الخلط بغض النظر عن تقلبات درجة الحرارة والرطوبة، أو حالة معدات الخلط، أو المواد الأساسية، أو المذيبات، أو التركيبات، أو مكونات الجرعات.
• رأس مستشعر متين ومحكم الإغلاق. يمكن تنظيف مسبار المستشعر أثناء عمليات التنظيف والتعقيم القياسية، أو يدويًا بقطعة قماش مبللة، دون الحاجة إلى فك أو إعادة معايرة.
• لا توجد أجزاء متحركة معرضة للتقادم أو التلوث بالرواسب.
• غير حساس للجسيمات الدقيقة؛ لا توجد فجوات ضيقة لتتراكم فيها الجسيمات.
• جميع الأجزاء الملامسة للسائل مصنوعة من الفولاذ المقاوم للصدأ 316L - لا توجد مشاكل تآكل
• معتمد وفقًا لمعايير ATEX و IECEx باعتباره آمنًا بطبيعته للاستخدام في البيئات الخطرة
• نطاق تشغيل واسع وتكامل بسيط - تجعل خيارات الإلكترونيات الخاصة بالمستشعرات والاتصالات من السهل للغاية دمج وتشغيل أنظمة التحكم المنطقية القابلة للبرمجة (PLC) الصناعية وأنظمة التحكم.

Rheonics تصمم وتصنع وتسوق أنظمة استشعار ومراقبة السوائل المبتكرة. مصنعة بدقة في سويسرا. Rheonicsتتميز مقاييس اللزوجة ومقاييس الكثافة المدمجة بالحساسية المطلوبة للتطبيق والموثوقية اللازمة للعمل في بيئات قاسية. نتائج ثابتة حتى في ظل ظروف التدفق المعاكسة، دون أي تأثير لانخفاض الضغط أو معدل التدفق. وهي مناسبة تمامًا لقياسات مراقبة الجودة في المختبر، دون الحاجة إلى تغيير أي مكون أو معيار للقياس عبر النطاق الكامل.