|
世界陶器产业的起源从历史看有三大区域,东亚区域,西亚、北非、欧洲区域,美区域。美制陶业在哥伦布发现美州大陆之前一直独立、缓慢地发展着。东亚陶瓷主要是中国为源头及核心不断向周边的热南、朝鲜(高丽)、日本及东南亚扩散。
中世纪欧洲陶瓷的发展主要是受中国和西亚的影响,最初阿拉伯人将伊斯兰陶器经西班牙传入意大利,在意大利发展成风格独具的锡釉花饰瓷,制瓷技术再越过阿尔卑斯山脉,在法国出现锡釉软质瓷,直至17世纪荷兰的锡釉陶以仿制中国青花和五彩而闻名天下,中世纪欧洲瓷是在伊斯兰陶器和中国瓷的影响下发展起来的。
虽然陶器在世界的很多地方均有生产,但瓷器却被公认是中国人的发明,自14世纪开始的东西方陶瓷贸中,由于欧洲存在巨大的贸易逆差,造成大量白银流失,为增加本国财富,18世纪欧洲各国都加紧了陶瓷的研制。欧洲最早的瓷器是德国的迈森工厂生产的,然后制瓷技术扩散到意大利及英法等国。
1.日本陶瓷业
1616年,归化日本的朝鲜人李参平在日本有田盯(Arita)发现瓷土并成功烧制出青花瓷,宣告了白本瓷器时代的来临,日本瓷器真正繁荣起来要到17世纪50年代,1644年中国由于清军入关,国内陷入战乱,中国瓷器外销停滞,日本瓷器乘机成为市场宠儿,1658年起,日本成为一个面向亚洲、波斯湾和欧洲市场的重要瓷器出口国。
如今日本依然是世界性的陶瓷强国。日本的陶艺较为发达,存在相当规模的职业陶艺家。日本的日用陶瓷在世界中高档市场中占有很大的市场份额。另外,日本在材料科学领域一直走在世界的前沿,特别是在高技术陶瓷材料方面占有领先、突出的地位。一般来看,日本和欧美乃至中国在陶瓷材料研究方面水平相差并不大,但在新型陶瓷材料的产业方面日本在世界上占有绝对领先的优势。
日本陶瓷产业有如下特点:
在原材料方面,由于国内陶瓷原料供应不足,日本陶瓷企业从国外进口陶瓷原料数量逐年增长,如可塑性高岭土原料需从韩国及新西兰进口,进口量已达总进口量50%以上。另外,从英国与中国进口高岭土原料数量逐年增多。原料进口导致产品成本增加,迫使企业必须生产高附加值的产品,提高产品的档次。在陶瓷原料开发利用方面,日本不再局限于满足过去普通的陶器与瓷器制品生产,而是强调更多地满足日用陶瓷的使用功能与用途,如增强陶瓷餐具的抗菌性能,对于卫生瓷强调产品的防污性、节水效果等。研制新产品时,他们很注意提高环境保护的标准与有利于人体保健的效果,如对于釉料、色料含铅镉溶出所造成的污染进行规划治理。如东陶公司将日本在新材料、电子方面的优势与陶瓷相结合,发挥了电子技术及人工智能优势,其卫浴品牌TOTO已成为世界卫浴的顶级品牌。
日本瓷器在造型、纹饰、色彩及功能上变化之多,是日用瓷强国英、德所无法比拟的,依据其材料科学方面的优势,研究出高可塑性的人造黏土,减少产品的成型难度,为加快设计与开发,日本不仅早已实现计算机化,而且正在实施设计实体化,即采用电脑的CAD/CAM语言,利用光造型等新型制造技术。
日本陶瓷生产工艺与技术装备基本完成了自动化与智能化等高科技改造,如连续式自动化原料加工、高强度磁性除铁工艺等静压与水压成形工艺、自动施釉、自动干燥乃至全自动控制烧成技术等。除极少数工序尚待完善外,凡是可由机械代替人工操作的部分全部实现全自动化操作。
2.欧洲陶瓷业
在欧共体,建筑瓷、日用瓷、卫生瓷工业拥有1500家企业,从业人员大约200000人。建筑瓷是最重要的行业,占据年销售额的60%,余下的日用瓷和卫生瓷基本平均。日用瓷和卫生瓷也有一些集中性生产区域,但不像建筑瓷、卫生瓷生产集中在少数的跨国公司。日用瓷生产分布在欧洲100多个独立的生产企业。
3.英国陶瓷业
英国日用瓷生产占据了欧洲的四分之一,骨质瓷的初始产地在英国。英国骨质瓷价格昂贵,其著名品牌皇家道尔顿和威奇伍德一套20件左右的餐具要卖到3000欧元,产品也是美轮美奂,让人叹为观止。
英国卫生瓷与德国和西班牙共占欧洲的三分之一;英国、西班牙和法国分享世界20%日用及卫生陶瓷设备市场。在英国,制陶业包含范围很广,大致可以分为家用物品、建筑用品和工业用品三大类。许多基础产业都用到陶瓷器具或零件,例如建筑业、能源的生产和使用、运输和娱乐业等。英国对建筑陶瓷产业采取了限制发展的政策,2006年进口量6600万平方米,位居世界进口国第5位。
英国陶业各具体产品销售情况如下。餐具等销售额为5.41亿英镑,其中进口占2.29亿英镑;卫生洁具等销售额为1.99亿英镑,其中进口占0.67亿英镑;陶瓷地砖等销售额为1亿英镑,其中进口占2.34亿英镑。近几年来,英国陶瓷市场一直保持稳定,市场销售额一直保持在20亿英镑左右,陶瓷进口份额不断增加。具体陶瓷产品其销售情况不同,例如餐具、耐火材料和工业用品出口较多,其出口占到年总销售额的50%左右,而砖、瓦、管道等建筑材料的国际交易量较小。从进口的国家来看,以意大利、西班牙的产品居多,中国等东方国家建筑卫生陶瓷产品进入该国的很少,但是中国的艺术陶瓷出口,英国占有相当的分量。
4.德国陶瓷业
德国日用瓷生产占据了欧洲的四分之一,2004年餐具的营业额为5.57亿欧元,其中国内销售2.87亿欧元,出口2.70亿欧元。卫生瓷与英国和西班牙共占欧洲的三分之一,德国的日用瓷和卫生瓷工业设备占世界80%的市场份额,另外的20%则由英国、西班牙和法国分享。德国对建筑陶瓷产业采取了限制发展的政策,2006年进口量8700万平方米,位居世界进口国第3位。
德国产的骨灰瓷质量非常好,价格虽然高,但在市场上有竞争力,很畅销。骨灰瓷咖啡杯每件14.80马克(1美元=1.73马克);骨灰瓷中杯碟23.9马克;骨灰瓷15头茶具1098马克;浮雕小杯碟78马克;大汤杯碟(拓器)32.5马克;美术陈设瓷象10公分高的雕塑小女孩359马克,折合217美元;25公分高的雕塑人物2697马克,折合1625美元,价格高得惊人。
5.法国陶瓷业
法国卫生瓷的生产占欧洲的五分之一,同英国、西班牙分享另外20%的陶瓷设备市场。
法国的日用瓷在欧洲的产量上排英、德、意之后,属世界性日用瓷强国。
法国塞利姆公司(CerlimFrance)是专门生产陶瓷设备的公司,生产的陶瓷设备技术先进,英国的皇家瓷厂就使用此公司生产的陶瓷设备。一台等静压成型机为25万美金,每小时能生产130件产品。
6.意大利陶瓷业
意大利是当今世界陶瓷的一流强国,其日用瓷生产占据了欧洲的四分之一,建筑瓷产量占欧洲总产量的50%左右,卫生瓷生产接近欧洲的三分之一。另外,意大利建筑陶瓷工业设备在世界范围内具有领先地位。意大利除陶瓷种类齐全外,陶瓷产业链非常完整,产业分工较细,各环节均发育良好。
意大利瓷砖工业现有陶瓷墙地砖企业接近270家,这些公司属下共有317家工厂,721条窑,拥有29084名从业人员,2006年产量达到5.7亿平方米,总营业额达到55亿欧元,其中出口量达到总销售的70%。
7.西班牙陶瓷业
西班牙建筑瓷产量占欧洲总产量的三分之一左右,大约80%的瓷砖集中在发达地区(Castellon,卡斯特利翁省)。卫生瓷与德国和英国共占欧洲的三分之一,同英国和法国分享20%的世界日用及卫生陶瓷设备市场。
(一)建筑陶瓷
目前,国内外建筑陶瓷发展主要定向于三个方向:善用资源、功能化、表面处理技术、生产过程自动化。
1.善用资源的研究方向包括陶瓷砖薄型化、短流程生产技术、免烧施釉技术、原料均化和劣质原料的使用等五个子方向。
(1)陶瓷砖薄型化目前主要有三条思路:陶瓷薄板、超薄外墙砖、地砖和墙砖减薄,在这三条思路的引导下,目前已经制作出3 mm-6mm,宽度达1.2m,长度1.8m甚至可以随意延伸的、具有韧性、内含无机纤维的陶瓷板产品,外墙砖已经制作出3.5 mm-5.5mm的超薄外墙砖产品,地砖和墙砖已经把减薄15%~20%作为减薄目标,正在工艺技术、装备技术、可靠性方面进行基础研究;同时,国际标准化组织ISO/TC189也成立了薄砖技术委员会,意大利陶瓷学会、西班牙陶瓷学会、日本陶瓷学会也将薄型化作为一个重要的研究课题。
(2)短流程生产的核心技术主要是使用大型干法造粒机和流化床来代替建筑陶瓷的主要电耗工序球磨工序和重要能耗工序喷雾干燥工序。
由于能源的紧缺,世界各国均在考虑更加节能的工序设计,短流程是探索的一条主要路子,由于我国压机布料技术的创新,目前在我国处于领先水平。
(3)免烧施釉技术是指通过高压静电喷涂方式将无机粉料喷涂于素坯之上的工艺过程,可以减少有釉陶瓷砖的釉烧工序。
(4)均化技术主要是通过料性的不同和产地不同,建立不同工艺过程的大型标准化原料加工基地,可以借鉴水泥行业或其他矿产行业的原料均化技术,确保建立在矿山的原料加工厂直接供应标准化原料。这样一来,会大大提高原料的使用效率,同时又能保证后续工序的稳定,为进一步提高行业的自动化水平做出贡献;目前我国与意大利、西班牙等建筑陶瓷行业发达国家尚有很大差距,后者在工厂基本上不再设原料加工车间。
(5)劣质原料的使用主要是寻求多种配方方案,力求使用劣质粘土和页岩等为主要原料生产陶瓷产品。另一方面,通过劣质原料做底料,优质原料做面料的方案也可以解决使用劣质原料的问题;目前,西班牙和意大利在这一方面也领先于我国,尤其是西班牙,使用劣质原料制作出了装饰效果非常好的高档瓷砖,这一方面,也值得中国同行学习。
2.功能化即赋予建筑陶瓷除了装饰效果以外更多的功能,其研究方向包括基于陶瓷材料的外墙内墙保温系统研究、噪声吸收功能研究、防静电功能研究、太阳能与光伏技术结合陶瓷砖的研究、环境调节功能陶瓷砖的研究等。无机保温材料的研究目前是国际建筑材料行业的重要课题,而陶瓷材料的高耐火性使其成为关注的焦点,陶瓷基保温材料、岩棉材料、玻璃纤维成为三个主要研究方向,目前均处于研发阶段。处于降低噪声的考虑,酒店和娱乐场所使用了大量易燃材料装饰内墙,这大大增加了火灾隐患。
另一方面,地铁及隧道中的噪声污染非常严重,基于这方面的原因。几年来,我国部分研究院所和工厂致力于气孔率很高的轻质陶瓷板的研发,虽然已经有一定产能,但是由于吸声效果有限,产品仍不成熟,目前仍处于推广期。防静电瓷砖主要适用于对防静电要求较高的场所,如精密仪器实验室、手术室、机房等,主要通过增加陶瓷砖表面的导电率来实现,目前已经开发出一些具有较低表面电阻率的产品,效果不是很理想,推广迟缓。
太阳能陶瓷板目前已经有工厂制作出样品,但是仍然定位为太阳能加热热水,热水提供家庭用水的低技术含量的技术路线,已经有专家提出光伏产业与建筑陶瓷嫁接后的光伏电子陶瓷产品,目前尚是概念,但是有一定的可行性,具有很好的开发前景。具有环境调节功能的陶瓷砖致力于吸收空气中的硫化物和氮物化,是调节空气的湿度,日本TOTO开发出TiO2瓷砖在紫外线作用下能够吸收空气中的硫化物和氮物化,同时可减小水膜润湿角,在外墙使用时,具有自洁功能。我院开发出的透水砖,能够将雨水尽快导入地下,在干燥环境下,水分又通过毛孔回到空气中,起到调节空气湿度的作用。
2.表面处理技术的研究方向包括:防滑性研究、耐污染性研究、表面装饰效果的研究。防滑性是一个看似简单,实则非常复杂的研究课题,位于意大利博洛尼亚的意大利陶瓷技术中心专门成立了摩擦技术研究实验室。该课题主要研究陶瓷砖表面的性状和使用环境的匹配性,不同的使用场所发生滑动的机理有很大差别,最终研究成果应当给性状不同的砖分别规定适当的使用场所。同样,耐污染性的研究,包括耐磨性的研究,也是一个表面处理技术的课题,如何减少减小表面气孔,降低污物的附着能力,提高表面耐磨性都需要对产品的表面性状进行深入的研究。
这一方面,在国际本专业领域内尚属于空白。表面装饰效果主要有仿石、仿皮、仿布、仿石、金属光泽、贝壳光泽、仿古效果等,依赖于色釉料配方技术、各种抛光技术、各种布料技术、各种印花技术(包括目前比较前沿的喷墨打印技术)等,这是目前国际上创新最活跃的部分,属于应用技术的创新,我国目前企业的产品创新也多是这类创新。
3.自动化水平提升的重点包括:窑头窑尾监控、成品分选、检验、包装等工序,更加成熟的生产线在线监测系统、在线分选检验系统和在线包装系统,可以大大降低对于劳动力的需求。
(二)卫生陶瓷
目前,国内外卫生陶瓷发展主要定向于四个发展方向:生产过程自动化、表面处理技术、复合材料及替代材料的研发、配套产品智能化和功能化。
1.生产过程自动化是目前本行业技术创新中所研究的主要课题。卫生陶瓷行业目前仍然处于对有经验的技术工人依赖性很强的半自动化半手工化或全手工化阶段,但是,目前面临劳动力回迁,年轻人不愿做苦活的劳动力急缺的时候,自动化过程成了必须要走的路。自动化过程包括原料均化和制备技术、注浆成型技术和干燥技术三个方面。现阶段,我国卫生陶瓷原料的标准化技术仍然远远落后于发达国家,这为后续工序的稳定和自动化进程带来了很大阻力,但是,由于原料均化很难反映到工厂的经济效益上,推进及发展非常迟缓,需要进行应用基础研究的研究院所来承担这一责任。
注浆技术的自动化经过咸阳陶瓷研究设计院接连承担的“八五”攻关项目和“九五”攻关项目的成果的转化,已经在我国取得了长足的进步,目前已经有少数卫生陶瓷装备制造企业具备了全自动压力注浆机组制造能力,但是目前由于模具技术和原料均化技术的落后,推广仍然很艰难。传统的卫生陶瓷模具及坯体干燥过程需要高温高湿的环境,使得工人工作环境非常恶劣,干燥周期很长,占用了很大的工作时间和空间,同时消耗了大量的能源,能源使用效率也非常低,所以干燥技术创新也是目前技术工作的重点,目前,在这一方面我国与国际水平也有很大差距。
2.卫生陶瓷表面处理技术主要包括超平滑自洁釉面技术、非釉质表面处理技术和表面修补技术。有自洁功能的“智洁釉”为日本TOTO首创,目前国内技术也已接近于日本技术,主要是通过釉面的超平滑效果来解决挂污的问题和通过在釉面中重金属离子来提高表面抑菌效果。关于非釉质表面处理,武汉理工大学也尝试过使用有机的树脂材料使得卫生陶瓷表面更加丰富多彩并且有弹性,潮州工厂也曾做过此类尝试,目前尚未成为成熟产品。
表面修补技术是卫生陶瓷大有可为的一项技术,卫生陶瓷一般有15%的不合格率,其中10%左右为表面落脏等缺陷,目前多使用打磨喷釉回烧的工艺,耗能巨大,比较前沿的是激光修补技术、局部回烧修补技术及有机喷涂修补技术,但是技术成熟度有待提升,目前并未在行业中大规模推广。
3.复合材料及替代材料的研发是卫生陶瓷(卫生洁具)发展的又一方向,目前已经尝试用亚克力、树脂—硅灰石、树脂—石灰石、密胺树脂、以及由上述材料结合陶瓷材料的卫生洁具在行业内出现,这种产品装饰效果非常好,并且排水量非常稳定,也是一类有前途的产品。另外,将家具与卫浴产品合二为一的木材、陶瓷、玻璃镜组合的浴室柜产品也已经成为本行业的主流产品。
4.配套的智能化和功能化的研究方向包括实用性和美学结合的产品配套性的研究、基于自动感应技术的智能化研究和带有除菌除臭配件的功能化研究。产品配套性需要解决两方面的问题,一是使用功能优化的问题,坐便器水箱配件与坐便器本身的配套性直接决定了坐便器的冲洗效果,盖板的寿命、手感、强度也是使用功能的一部分,这一方面的研究可以使产品的使用效果达到最佳;二是装饰效果,整个卫浴空间内各类产品的搭配需要非常强的美学效果,这方面的研究的目的主要是追求美学和功能的和谐统一。
自动感应技术的智能化研究包括能够自动感应人体的红外或光学感应系统、能够便后自动水洗身体并烘干的自洁系统以及座圈的自动加热系统,这方面的研究工作属于集成创新,主要是基于人体工程学的使用功能的研究,目前这方面的创新在卫浴行业异常活跃。带有除菌除臭配件的坐便器产品也是一个研究的方向,我国有一个研究机构推出一种新产品,把便池中的臭气通过真空抽入水箱,在水箱中通过空气净化系统除去臭气,也是一个值得研究的发展方向。
(三)卫浴五金水嘴类产品
卫浴产品中最重要的五金水嘴类产品,目前主要发展趋势是解决无铅铜的使用问题、智能化和表面处理的问题,无铅铜使用在第二部分中已经详细说明,不再累述。
智能化问题目前的发展趋势是如何确保水嘴出水口的水温恒定。恒温水嘴的研究在国外起步于本世纪初,近年来,福建南安地区也有企业使用记忆合金与可以无极调整的弹簧使得水嘴出水口的水温能够在一定范围内自由设定,出水口水温变化不超过设定水温的±3℃,另外,控制距离可以精确调整的非接触式水嘴也是一个重要的研究方向。
卫浴产品的表面处理技术目前也是一个非常活跃的研究领域,这方面需要解决的问题主要是美观、牢固、良好的耐腐蚀性和低污染的工艺过程。
总之,随着资源日益枯竭、劳动力日渐紧缺、节能减排要求不断提高以及国际碳减排的压力,建筑卫生陶瓷行业产业调整刻不容缓。在产业调整过程中,技术创新是原动力之一,而以应用基础研究为核心的原始技术创新又必将取代引进消化吸收再创新的技术创新模式,与集成创新一起扮演技术创新的主角,行业内的核心企业、研究院所和大学应当建立起科技创新产业联盟,肩负起行业技术创新的重担,尽快建立起产业的结构调整和技术创新体系框架,为使我国建筑卫生陶瓷行业尽快达到国际先进水平做出贡献。