1 前 言随着陶瓷技术的发展和产品结构的调整,瘠性坯料占的比重越来越大。例骨质瓷、滑石瓷等高档日用细瓷瘠性料含量高达60～80%,致使泥料塑性差,成坯率低,目前已成为影响生产的主要技术障碍。泥料增塑的措施很多,但从国内现有的生产条件和研究情况来看,添加适宜的增塑剂是解决这一问题最为有效的方法。根据陶瓷泥料的塑化机理,增塑剂的作用主要是借助于本身的结构特性对瘠性颗粒进行吸附与水化,通过调整改善泥料的屈服值和变形延伸量从而实现泥料的增塑。那么如何根据以上机理去选择和使用增塑剂呢?一般来讲,增塑剂的微观结构和作用过程是难以检测的,而其溶液特性参数是容易得到的。这就可以通过检测分析溶液的宏观特性及其对泥料塑性参数的影响,去预测、估计增塑剂的作用功能及效果。本文根据骨质瓷泥料的增塑实验结果,分析了增塑剂的溶液粘度、表面张力以及水化体积对泥料屈服值和变形延伸量的影响规律,以期为正确选择和使用增塑剂提供指导作用。
2 实验
2.1 实验准备
坯料:本实验选用山东淄博瓷厂骨质瓷泥料,其氧化物组成见表1。
增塑剂:羧甲基纤维素CMC、藻类JA、多糖HS。
实验仪器:NDJ—1型旋转粘度计,TzhY1—180型界面张力仪,KSY—45型可塑仪。
2.2 实验方法
将增塑剂分别配制成一定浓渡的溶液,然后按照其最佳用量加入到泥料中混磨2～3小时,经石膏模型脱水后手工揉练0.5小时,待泥料陈腐24小时时测其性能参数。实验泥料水份控制在23%左右。
3 结果与讨论
3.1 增塑剂的特性参数
本实验选用的增塑剂都是有机高分子化合物,并且都是水溶性的。在一定条件下,增塑剂的溶液粘度、表面张力以及水化体积等宏观特性参数是其内部结构的反映,它可以作为选择和使用增塑剂的参考指标。为此实验过程中首先对增塑剂的相关特性参数进行了测试,结果见表2。
内,静止48小时测上端清液体积V清,则25-V清25×100%为泥浆水化体积,用来反映增塑剂的水化能力。 必须指出,各种增塑剂都有不同的规格和性能指标(例CMC的取代度等),由此所对应的溶液特性参数就差别很大。另外增塑剂制备工艺的影响也不容忽视,使用时都要注意控制。
3.2 增塑剂特性参数对泥料应力应变的影响 在测定泥料塑性的方法中,可塑指标法较接近于实际的成型过程,它综合反映了泥料的应力应变关系。这里的应力值是指实验泥料裂纹时所加的负荷,用来近似反映屈服值;应变量即为泥料裂纹前的最大变形量。实验中将以上增塑剂溶液分别加入到骨质瓷泥料中(干基用量0.1～0.25%),测得塑性参数见表3。
以上实验数据说明,各增塑剂的作用功能不尽相同,藻类物质JA能显著提高其应变量,而多糖HS却能大幅度提高应力值。下面就增塑剂各特性参数对泥料应力应变的影响规律分别进行讨论。
3.2.1 溶液粘度影响相同浓度下,有机高分子的溶液粘度在某种程度上反映了其分子量的大小或聚合度的高低。表2数据看出,CMC具有较低的粘度,而HS粘度很高,藻类物质JA介于两者之间。这些都足以表明了它们结构属性的差异。实验证明增塑剂的溶液粘度对泥料的塑化过程影响很大。从表2、表3数据看出,高粘度的介质尤其利于提高泥料的应力值。这是因为有机高分子粘附在颗粒表面形成粘性薄膜,同时高分子的长链阻碍了粒子的位移,这些都会提高颗粒间的作用力,使泥料屈服值得到改善。应该强调一点,羧甲基纤维素CMC是陶瓷工业最常用的有机添加剂,市售产品的规格很多,往往是相同浓度下的溶液粘度差别很大。而作为增塑剂使用,其粘度指标应控制在中等偏上。
3.2.2 溶液表面张力的影响通常认为,塑性泥料颗粒间的作用力主要为毛细吸力(ρ)[1]。根据公式ρ=2 rCOSθ可知,吸力大小与介质表面张力 成正比,与毛细半径r成反比。三种增塑剂相比较,HS溶液本身具有较高的表面张力,添加到泥料后可以通过提高介质的表面张力从而增强颗粒间的作用力。根据泥料的塑性理论分析,粒子间作用力越大,致使泥团变形所施加的应力也越大,即屈服值越高。实验结果表明,添加HS的泥料其应力值比B-0#提高10%,说明提高介质表面张力是加强粒子间的作用力、改善泥料屈服值的一个重要方面。
3.2.3 水化体积的影响本实验选用的增塑剂均为亲水的有机高分子化合物,尤其是藻类物质JA具有很强的水化能力,其水化体积高达96.18%。JA是我们在实验室研制的一种以藻类为主体的复合增塑剂,在正确的制备工艺条件下表现出特别强的亲水性。将这种增塑剂添加到骨质瓷泥料中,其应变量比B-0#泥料提高37.9%,具有显著提高变形延伸量的优势。主要原因是该增塑剂能使瘠性颗粒充分水化,在粒子表面形成一层较厚的水化膜,并通过表面活性作用,高分子连同水化膜一起被吸附到颗粒表面上,大大改善了粒子间的润滑作用,从而提高了泥料的变形延伸量[2]。以上分析的增塑剂溶液粘度、表面张力、水化体积只是能从宏观上表现出来的部分特性参数,这些参数及其对泥料塑性的影响规律为我们选择使用增塑剂提供了重要的参考价值和指导作用,但作为一种增塑剂的开发研制还需对其内在的结构属性、作用机理进行深入细致的研究。
4 结 论
增塑剂较高的溶液粘度和表面张力利于提高泥料的屈服值;较强的水化能力利于提高泥料的变形延伸量。
为了全面调节改善泥料的屈服值和变形延伸量,增塑剂最好复合使用。