不同可塑料、瘠性料配比對泥料輥壓成形性能的影響分析

摘要 濕法輥壓成形是國內外最新成形工藝技術之一，是“節能減排、綠色生產”的需要。本文通過一系列的實驗，探討和分析了不同的可塑料、瘠性料配比對濕法輥壓成形泥料性能的影響。在研究中發現，當配方中的可塑料在45～50％范圍時，泥料輥壓成形性能最好。

關鍵詞 可塑料與瘠性料配比，濕法輥壓成形，成形性能

1 前 言

在注重資源節約、綠色環保的今天，大規格薄形磚的研究開發有著重要的意義。與市場上現有的普通墻地磚相比，其重量明顯降低，可有效解決在建筑裝飾中載荷過大的一大難題，而且原料和能源消耗也明顯降低，大大減少了對非金屬礦的開采，既保護了資源，又節約了能源生產成本：同時，因薄形磚在燒成時傳熱快，燒成溫度和燒成周期可以降低、縮短。從而減少煙氣等有害氣體的排放。現有的制造薄形瓷質磚的技術，幾乎都是半干壓成形，隨著產品尺寸的逐漸加大，投入的成本(包括生產線設備投資和資源成本)也急劇增加，且粉料受壓愈不均勻，易造成各種缺陷；另一方面，粉料制備造成的能耗較大及噴霧干燥帶來的粉塵污染問題，對環保的壓力仍然較大。因此，本文提出了濕法輥壓的成形技術，這種成形方法可以完全克服半干壓成形造粒時產生的粉塵廢氣排放問題，生產過程消耗的動力能源能夠明顯降低且投入的成本也能得到明顯降低，是一種先進的綠色節能制造技術。但坯料在輥壓過程中易產生粘輥、微裂紋等缺陷。輥壓成形后的泥板在傳送帶上會因為局部的應力而導致開裂，這就要求坯料具有很好的成形性能，即要求坯料具有能夠克服一定的局部應力而不產生缺陷(開裂、微裂紋、變形等)的能力。本文通過改變可塑料與瘠性料的配比，討論了不同配比的可塑料與瘠性料對坯料成形性能的影響。

2 實驗

2.1實驗原料

本實驗選擇品質穩定、儲量豐富、價格低廉的多種陶瓷磚通用礦物原料來作為基礎配方用料，各種礦物原料的成分見表1。

實驗流程如下：

坯料→球磨→榨泥→練泥→陳腐→性能測試(干燥、燒成線收縮率、吸水率、可塑性指標)→輥壓→干坯強度測試

坯體示性礦物組成為：

2.2性能測試和表征

2.2.1抗折強度

在微機控制電子萬能試驗機上按國標三點彎曲法測定坯體試樣的干燥強度。試樣的尺寸為：40mm(長)×5mm(寬)×5mm(厚)，跨距20mm，加載速度為0.5mm／min，以四個試樣測試數據的平均值來確定不同組成的抗折強度。三點彎曲法測定抗折強度的計算公式為：

σ=3P·L／2b·h²式中：

σ——抗折強度，MPa

P——試樣斷裂時的最大負荷，N

L——試樣支座間的距離，mm

b——試樣寬度，mm

h——試樣高度，mm

2.2.2可塑性指標

可塑性指標采用SKY-45型可塑儀進行測定。將坯料制成直徑45mm的球，要求表面光滑且無裂紋，壓延至球出現裂紋為止，計算5個試樣，求其平均值，計算公式為：

S=(D—H)·P式中：

S——可塑性指標，cm·kg

D——試樣直徑，cm

H——試樣變形出現裂紋后的高度，cm

P——破壞負荷(包括壓桿重量)，kg

2.2.3成形性能

輥壓測試是在自行設計并制造的輥壓機上進行的，采用多次輥壓方法，將具有一定尺寸厚度的坯料從初始厚度逐級輥壓至要求的厚度。觀察坯料變薄的過程及輥壓后的表面狀況。

3 結果分析與討論

3.1粘土原料的物理性能及選擇

本實驗選擇了四種粘土作為塑性料，瘠性料選擇廣東省低溫瓷砂：各種塑性原料的干燥性能和燒成性能見表2、表3：以45wt％塑性原料與55wt％低溫瓷砂為組成的配方坯料的各性能指標見表4。

通過表2、表3可以看出，在四種粘土原料中2#粘土的干燥收縮最小，干燥強度最大。且燒成收縮數據居中；在表4可以看出，2#粘土和低溫瓷砂配方系列其綜合性能指標(坯料收縮小、可塑性指標高、干燥強度大、吸水率低)優良。因此本實驗確定2#粘土和低溫瓷砂的配方坯料為基礎配方，進而考察不同的2#粘土、低溫瓷砂配比對坯料輥壓成形性能的影響。

3.2不同配比的坯料的燒成性能分析

在本實驗的坯料中分別引入40％～55％的塑性料進行性能測試，實驗結果見表5。

針對上述實驗結果，進而討論塑性料與瘠性料的配比對坯料成形性能的影響。

3.2.1不同配比的塑性料、瘠性料對成形性能的影響

在兩元配方中，隨著塑性料成分的逐漸增加，坯料的可塑性也呈現出變化，塑性料成分對坯料可塑性的影響見圖1。

由圖1可以看出，坯料的可塑性指標隨著坯料中塑性料成分的增多而逐漸增加，呈現出線性變化。

在自行設計并制造的輥壓機器上對四種坯料做輥壓實驗，結果列于表6。

由表6的數據可看出，泥料中塑性料成分愈多，其可塑性愈好，其成形性能也得到了改善。

3.2不同配比的可塑料、瘠性料與干燥收縮和燒成收縮的關系

在坯料中，隨著塑性料成分的增多，坯體的干燥收縮和燒成收縮與塑性料的關系如圖2和圖3所示。

坯料中塑性料的多少直接影響其干燥收縮和燒成收縮，從圖2、3可以看出，塑性料越多，其收縮越大。粘土或配成的坯料如果收縮太大，在干燥與燒成中，將產生有害的應力，容易導致坯體變形和開裂，這時就應調整配方，加以防止。塑性料含量的增加加大了坯體的收縮，由于塑性料顆粒之間存在水化膜和吸附的自由水，在干燥時脫水所致。

3.3不同配比的可塑料、瘠性料與干坯強度的關系

圖4的結果表明，隨著坯料中塑性料含量的增加，其干坯強度也直線上升，近似線性關系。塑性料的增加直接導致了坯體整體結合強度的提高，坯體的干坯強度一定程度上決定于可塑料的結合性。粘土的這一性質能保證坯體有一定的干燥強度，是坯體干燥、修坯、上釉等能夠進行的基礎。粘土的結合性主要表現為其能粘結其它瘠性物料的結合力的大小，粘土的這種結合力在很大程度上由粘土礦物的結構所決定。一般來說，可塑性強的粘土結合力大，其干坯強度就愈高。

根據上述實驗進行分析：隨著可塑料的逐漸增多，坯體的成形性能變好。干坯強度、可塑性指標均有提高，但其干燥、燒成收縮逐漸變大，且燒結情況變差，吸水率提高，這在瓷質磚生產中應該盡量避免。所以坯料中可塑料含量不能太高，要在兩者之間尋找平衡點，既能滿足成形要求，又有較小的收縮率和良好的燒結狀況。實驗證明，當坯料配方中可塑料含量為45～50％時，最為符合成形工藝要求，且在1180℃、2h燒結，其吸水率<0.5％。

4 結論

(1)坯料配方中可塑料在45～50％范圍時，坯料的工藝性能最符合成形工藝要求，既有良好的成形性能，又有較小的收縮，且在1180℃、2h可燒結，其吸水率<0.5％。

(2)坯體的可塑性指標、干坯強度與塑性料的含量呈線性正比關系。