隨著陶瓷技術(shù)的發(fā)展和產(chǎn)品結(jié)構(gòu)的調(diào)整,高品位的塑性原料越來越貧乏,瘠性原料占的比例越來越大。雖然生產(chǎn)工藝和技術(shù)已基本到位,但泥料可塑性較差,半成品率低,目前已成為影響陶瓷生產(chǎn)的主要技術(shù)障礙。尤其是對(duì)于大件制品的可塑成形,這個(gè)問題更為突出。例如,骨質(zhì)瓷屬于CaO·Al2O3·P2O5·SiO2系統(tǒng),它的成瓷物理化學(xué)基礎(chǔ)是以Ca2（PO4）2-SiO2-Ca[Al2Si2O8]三元相圖為依據(jù)（如圖1所示）,其組成一般位于三元低共熔點(diǎn)E的附近。由此可限定了原料的配比范圍（質(zhì)量%）:骨粉占40~50,長(zhǎng)石、石英共占20~30。配方中高達(dá)60~80的瘠性料,致使泥料塑性差,適當(dāng)增加配方中塑性粘土含量,嚴(yán)格控制原料細(xì)度對(duì)于改善骨質(zhì)泥料的塑性是*可行的,但是僅靠這些增塑的程度還是有限的。泥料增塑的措施很多,添加適當(dāng)?shù)?font color="#336699">增塑劑是解決這一問題zui為有效的方法。

增塑劑在泥料中的應(yīng)用 src="http://img.hc360.com/plas/info/images/200904/200904241000142286.jpg" border=0>

圖一增塑劑在泥料中的應(yīng)用

    1增塑劑的作用與機(jī)理分析

    瘠性泥料之所以不具有可塑性,主要是由于本身的粒子不能水化,更不能象粘土粒子那樣有一層厚厚的水化膜和吸附層,它的顆粒級(jí)配難以形成足夠的毛細(xì)吸力來滿足可塑性能的要求;根據(jù)陶瓷泥料的塑化機(jī)理,增塑劑的作用主要是借助于本身的結(jié)構(gòu)特性對(duì)瘠性顆粒進(jìn)行吸附與水化;通過調(diào)整改善泥料的屈服值和變形延伸量來實(shí)現(xiàn)泥料的增塑。那么如何根據(jù)以上機(jī)理去選擇和使用增塑劑呢?首先它們是親水的,同時(shí)又是極性的,因此這種分子在水溶液中能生成水化膜。并通過表面活性作用,高分子連同水化膜一塊被吸附到瘠性顆粒的表面上。這種泥料粒子的周圍既有一層厚厚的水化膜,又有一層粘性很強(qiáng)的有機(jī)高分子。同時(shí)這種蜷曲的線性分子在水化膜的作用下,能把松散的顆粒粘接在一起,賦于泥料流變性能,從而達(dá)到增加塑性,提高生坯強(qiáng)度的作用。一般來講,增塑劑的微觀結(jié)構(gòu)和作用過程是難以檢測(cè)的,而其溶液特性參數(shù)是容易得到的。這就可以通過檢測(cè)分析溶液的宏觀特性及其對(duì)泥料塑性參數(shù)的影響,去預(yù)測(cè)、估計(jì)增塑劑的作用功能及效果。下面就骨質(zhì)泥料增塑實(shí)驗(yàn)結(jié)果,分析探討增塑劑的溶液粘度、表面張力及水化體積對(duì)泥料屈服值和變形延伸量的影響規(guī)律,為正確選擇和使用增塑劑提供參考。

    2實(shí)驗(yàn)

    2.1實(shí)驗(yàn)材料與儀器

    泥料選用骨灰泥料,其氧化物組成見表1。增塑劑,羧甲基纖維素CMC、藻類JA、多糖HS。儀器,旋轉(zhuǎn)粘度計(jì)、界面張力儀、可塑儀。

表一

    將增塑劑分別配制成一定濃度的溶液,然后按照其*用量加入到泥料中混磨2~3h,經(jīng)石膏模型脫水后手工揉練0.5~1.0h,泥料陳腐24h后測(cè)其性能參數(shù)。實(shí)驗(yàn)?zāi)嗔纤挚刂圃?3%左右。

    3結(jié)果與討論

    3.1增塑劑特性參數(shù)

    本實(shí)驗(yàn)選用的增塑劑都是有機(jī)高分子化合物,并且都是水溶性。在一定條件下,增塑劑的溶液粘度、表面張力以及水化體積等宏觀特性參數(shù)是其內(nèi)部結(jié)構(gòu)的反映,它可以作為選擇和使用增塑劑的參考指標(biāo)。為此我們應(yīng)對(duì)增塑劑的相關(guān)特性參數(shù)進(jìn)行測(cè)試,見表2。

表二

    必須指出:各種增塑劑都有不同的性能指標(biāo),由此所對(duì)應(yīng)的溶液特性參數(shù)就差別很大;另外增塑劑制備工藝的影響也不容忽視,使用時(shí)都要注意控制。

    3.2增塑劑特性參數(shù)對(duì)泥料應(yīng)力應(yīng)變的影響

    在測(cè)定泥料塑性的方法中,可塑指標(biāo)法較接近于實(shí)際的成形過程。它綜合反映了泥料的應(yīng)力應(yīng)變關(guān)系。這里的應(yīng)力值是指泥料裂紋時(shí)所加的負(fù)荷,用來近似反映屈服值;應(yīng)變量即為泥料產(chǎn)生裂紋前的zui大變形量。實(shí)驗(yàn)中將以上增塑劑溶液分別加入到骨質(zhì)瓷的泥料中（干基用量為0.1%~0.25%）,測(cè)得塑性參數(shù)見表3。表3數(shù)據(jù)表明,各增塑劑作用功能不盡相同,2#藻類物質(zhì)JA能顯著提高其應(yīng)變量,而3#多糖HS卻能大幅度提高應(yīng)力值。下面就增塑劑各特性參數(shù)對(duì)泥料應(yīng)力應(yīng)變的影響規(guī)律分別進(jìn)行討論。

表三

    3.2.1溶液粘度影響

    相同濃度下,有機(jī)高分子的溶液粘度在某種程度上反映了其分子量的大小或聚合度的高低。從表2可以看出,CMC具有較低的粘度,而HS粘度很高,藻類物質(zhì)JA介于兩者之間,這些都足以表明了它們結(jié)構(gòu)屬性的差異。實(shí)驗(yàn)證明,增塑劑的溶液粘度對(duì)泥料塑化過程影響很大。從表2、表3可以看出,高粘度介質(zhì)尤其有利于提高泥料的應(yīng)力值。這是因?yàn)橛袡C(jī)高分子粘附在顆粒表面形成粘性薄膜,同時(shí)高分子的長(zhǎng)鏈阻礙了粒子的位移,這些都會(huì)提高顆粒間的作用力,使泥料屈服值得到改善。而羧甲基纖維素CMC是陶瓷工業(yè)zui常用的有機(jī)添加劑,市售產(chǎn)品的規(guī)格很多,往往是相同濃度下的溶液粘度差別很大,而作為增塑劑使用,其粘度指標(biāo)應(yīng)控制在中等偏上。

    3.2.2溶液表面張力的影響

    通常認(rèn)為塑性泥料顆粒間的作用力主要是毛細(xì)吸力ρ。根據(jù)公式:

溶液表面張力

    可知,吸力大小與介質(zhì)表面張力λ成正比,與毛細(xì)半徑γ成反比。3種增塑劑相比較,HS溶液本身有較高的表面張力,添加到泥料后可以通過提高介質(zhì)的表面張力從而增強(qiáng)顆粒間的作用力。根據(jù)泥料的塑性理論分析,粒子間的作用力越大,致使泥團(tuán)變形所施加的應(yīng)力也越大,即屈服值也越高。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明,添加HS的泥料其應(yīng)力值3#比1#提高10%,說明提高介質(zhì)表面張力是加強(qiáng)粒子間的作用力,是改善泥料屈服值的一個(gè)重要方面。

    3.2.3水化體積的影響

    增塑劑是親水的有機(jī)高分子化合物,尤其2#藻類物質(zhì)JA具有很強(qiáng)的水化能力,其水化體積高達(dá)96.18%。在正確的制備工藝條件下表現(xiàn)出特別強(qiáng)的親水性。因?yàn)樗菑暮Ｔ逯刑崛〉囊环N天然聚合物,溶于水后形成粘稠的膠狀液體,其水溶液具有良好的粘合性,在水化膜的作用下,能夠?qū)⒘Ｗ诱辰釉谝黄?使泥料具有塑性。應(yīng)特別指出的是,海藻類物質(zhì)水溶液能與骨灰中大量的Ca2+形成海藻酸鈣凝膠而均勻地分散在泥料中,這種凝膠對(duì)粒子的受力過程起緩沖、穩(wěn)定的作用,這是其他增塑劑所不具備的。將這種增塑劑添加到泥料中,其應(yīng)變量比1#泥料提高37.9%,具有顯著提高變形延伸量的優(yōu)勢(shì)。主要原因是該增塑劑能使瘠性顆粒充分水化,在粒子表面形成一層較厚的水化膜,并通過表面活性作用,高分子連同水化膜一起被吸附到顆粒表面上,大大改善了粒子間的潤(rùn)滑作用,從而提高了泥料的變形延伸量,但在使用過程中要注意pH值的影響。

    以上分析的增塑劑溶液粘度、表面張力、水化體積只是能從宏觀上表現(xiàn)出來的部分特性參數(shù)。這些參數(shù)及其對(duì)泥料塑性的影響規(guī)律為我們選擇使用增塑劑提供了重要的價(jià)值和指導(dǎo)作用;但作為一種增塑劑的開發(fā)研制還需對(duì)其內(nèi)在的結(jié)構(gòu)屬性、作用機(jī)理進(jìn)行深入細(xì)致的研究。

    4結(jié)論

    1）正確選擇有機(jī)增塑劑是現(xiàn)代陶瓷技術(shù)生產(chǎn)中提高泥料塑性的捷徑。

    2）增塑劑較高的溶液粘度和表面張力有利于提高泥料的屈服值;較強(qiáng)的水化能力有利于提高泥料的變形延伸量。

    3）為了全面調(diào)節(jié)改善泥料的屈服值和變形延伸量,增塑劑復(fù)合使用。