提高衛生陶瓷注漿成形速度的添加劑研究

摘要 在本研究中，為了提高衛生陶瓷的注漿成形速度，須研究和探討添加劑的應用對注漿料流變性能的影響。為此，本試驗完成了將添加劑加入到混合攪拌制漿工序和球磨制漿工序研究，試驗結果表明上述兩種工藝下均能顯著地提高衛生陶瓷的注漿成形速度。同時，試驗結果證實添加劑不會改變注漿成形制品的物理特性。

關鍵詞 衛生陶瓷，注漿成形，添加劑

1 研究的目的和范疇

對每一個衛生陶瓷生產企業而言，增加產品的出口創匯能力和提高產量都非常重要。為實現這一目標，不斷研發出新的生產工藝技術，如:成形速度遠大于石膏模具普通注漿成形速度的高壓注漿生產技術;另一種方法是研發出能縮短注漿成形時間的新添加劑。這些添加劑要求能減小普通注漿成形時間30%或高壓注漿成形時間的50%。本研究試制的產品(瑞士Dow Europe S.A.生產的“castmate”)以及瑞士Dow Europe S.A.與土耳其EczacibasiSeramik A.S.合作生產的產品VITRA都證實，這些添加劑能顯著提高產量。同時，要求添加劑能作為漿料的減水劑，提高注漿料的滲透能力。此外，也要求添加劑能促使注漿料具有良好的流動性以便于快速注漿，但添加劑也可使注漿料具有較高的觸變性以便于模具的快速吃漿(坯體的快速成形)。

本研究探討了添加劑對注漿料觸變性和注漿成形產品物理特性的影響，然后在未降低注漿料性能的前提下，檢測了獲得最大注漿成形速度時添加劑的最佳添加量。

2試驗內容和結果

2.1 原料和配方

原料及其化學組成如表1所示，為了獲得綜合性能最好的注漿料，其配方需由三種球粘土和兩種瓷質粘土混合而成，除此之外，長石、石英，以及少量的廢次品碎屑也添加進去。經全面研究分析后，其最終的配方如表2所示。

所用添加劑為聚甲胺聚合物，具有下列物理特性:

沸點(℃):102

凝固點(℃):2

水溶液:乳濁液

汽化壓強(kPa/20℃):<2.7

容重(g/cm³):1.03(20℃)

外觀顏色:乳白色液體

添加劑的質量含量在0.1%、0.15%、0.20%和0.25%之間變動，此外，增加添加劑的用量時，為了獲得穩定的觸變性，需使用硅酸鈉作為電解質。電解質添加量如下:

(1) 混合工序應用的添加劑

混合工序應用的添加劑如表3所示。

(2) 球磨工序應用的添加劑

球磨工序應用的添加劑如表4所示。

為了比較添加劑的不同添加方式對注漿料性能的影響，添加劑可在混合攪拌機中添加和在球磨機中添加。

2.2 添加劑應用于混合工序

2.2.1 觸變性的測定

注漿料觸變性由扭矩粘度計檢測。扭矩粘度計是由直徑為0.3mm的鋼絲和直徑為17.5mm的鋼制圓柱體所組成，鋼制圓柱體懸掛在直徑為0.3mm的鋼絲上，并能自由旋轉360°，它所擺過的角度(α)能夠直接測量出來。測定從攪拌機中直接流出來的注漿料(粘度1)以及從攪拌機中直接流出來靜置6min后的注漿料(粘度2)對鋼制圓柱體的旋轉阻力，不同添加劑含量的4種注漿料對鋼制圓柱體的旋轉阻力的實測結果如表5所示。

觀察表明，隨著添加劑含量的增多，注漿料觸變性變動不明顯。

2.2.2 注漿速度

注漿料注漿速度的測定就是讓具有最大固含量、最大電解質含量和不同添加劑含量的注漿料注入直徑為50mm、模腔高度為50mm的圓柱形石膏模具內，然后記錄注漿料“吃漿”脫水5min、10min、20min、40min和60min后所獲得的干坯厚度，其結果如圖1所示。不同添加劑含量的注漿料的注漿速度如表6所示。

觀察表明，隨著添加劑含量的增多，注漿料的注漿速度明顯增大。

2.2.3 干燥和燒成收縮率

收縮率的測定就是測定體積為100mm×50mm×10mm(長×寬×高)的注漿件軸向方向表面的對角線的線性收縮率。同等重量的注漿件在100℃時的干燥收縮率和1200℃時的燒成收縮率的實測值如表7所示。

觀察表明，試樣收縮率的表現特征不受添加劑含量的影響。

2.2.4 吸水率、干坯彎曲強度和燒成變形

本試驗測定不同添加劑含量對試樣物理特性的影響，如:吸水率、干坯彎曲強度和燒成變形。觀察表明，這些特性不受添加劑含量的影響，其結果如表8所示。

2.3 添加劑應用于球磨工序

球磨機原料的入球配方(wt%)如下:鈉長石44%、石英35%、廢次品碎屑7%和14%的球粘土3，同時加入37%的水和0.025%的硅酸鈉到球磨機中。此外，添加劑的含量在0.1%至0.25%之間變動，其球磨時間為16h;其余配方的泥漿在單獨攪拌均勻后再加入到球磨機中放漿。

這些注漿料的流變性特性，如:粘度、觸變性、注漿速度、注漿料層(初坯體層)的濾過性(即排水性)以及試樣的物理特性，如:收縮率、干坯強度、吸水率和變形都能測定。在混合工序中加入添加劑時，也會獲得同樣的結果。然而觀察到的結果是，球磨工序加入添加劑有助于提高注漿料層(初坯體層)的排水行為和硬化性能。全部注漿料的測定結果對比如表9所示。

3 結 論

本試驗對比研究了攪拌工序和球磨工序中加入添加劑制備注漿料的性能，在球磨工序中加入添加劑制備的注漿料具有較好的排水性和硬化特性，然而在攪拌工序中加入添加劑制備的注漿料的排水性和硬化特性并不滿意。上述兩種工藝，添加劑添加量提高到0.2wt%時均能增加注漿成形速度約2%;進一步增至0.25wt%不會顯著地增加注漿成形速度(0.96mm²/min，與0.2%添加劑的添加量時的0.89mm²/min相比)，但是也不會引起注漿料排水性和硬化特性的變壞。由此可見，添加劑0.2wt%的添加量是注漿料最適宜的添加量，它有助于提高注漿成形速度，從而大幅度地提高衛生陶瓷的生產效率。