增塑劑在高檔白瓷坯料中的應(yīng)用

摘 要：通過在高檔白瓷坯料中添加少量的改性膨潤土作為增塑劑，來彌補(bǔ)可塑性粘土的不足，以及解決坯料可塑性較差的問題。結(jié)果表明：增塑劑可明顯提高坯料的可塑性，可有效減少因坯料可塑性不足而產(chǎn)生的開裂、變形等問題。

關(guān)鍵詞：高檔白瓷；增塑劑；可塑性

1 引 言

隨著陶瓷行業(yè)的迅速發(fā)展，優(yōu)質(zhì)高可塑性粘土原料日益匱乏，原料的品質(zhì)也越來越差，F(xiàn)e2O3與TiO2的含量偏高。如果配方中泥料使用過多，則會嚴(yán)重影響陶瓷產(chǎn)品的白度。但若泥料添加量不足，其可塑性又不能滿足生產(chǎn)加工的要求，成形時開裂較多，嚴(yán)重影響產(chǎn)品質(zhì)量。高檔白瓷要求產(chǎn)品的白度值為72以上，通過試驗發(fā)現(xiàn)，配方中強(qiáng)塑性粘土的添加量不能超過10%，否則產(chǎn)品白度就不能達(dá)到要求。當(dāng)顧客對產(chǎn)品的外觀要求越來越高時，產(chǎn)品形狀將會更復(fù)雜，這就要求泥料有較高的可塑性能，單純靠加入強(qiáng)塑性粘土已不能滿足生產(chǎn)要求。因此，尋找一種泥料增塑劑，增加坯料的可塑性能成為非常緊迫的任務(wù)。

常用的日用瓷坯料增塑劑有纖維素、藻類、多糖等。但纖維素、藻類及多糖在泥料中使用會存在一些缺陷，如泥料存放時間稍長時，該類物質(zhì)容易變質(zhì)，影響坯料可塑性能。經(jīng)過大量的試驗發(fā)現(xiàn)，由某公司生產(chǎn)的B4增塑劑是一種改性膨潤土，應(yīng)用到配方中，取得比較理想的效果，異形制品及大件制品在成形時出現(xiàn)的開裂、粘模缺陷大大降低，半成品出坯率提高了20%以上。

2 B4增塑機(jī)理分析

粘土之所以具有可塑性是由于粘土顆粒之間、顆粒與介質(zhì)之間存在作用力。據(jù)分析，粘土顆粒之間存在兩種作用力：

（1） 吸引力。吸引力主要是指范德華力、局部邊-面靜電引力和毛細(xì)管力，這三種力中又以毛細(xì)管力為主。在粘土塑性范圍內(nèi)的含水量下，堆聚的粘土粒子表面形成一層水膜，在水的表面張力作用下，使粘土顆粒緊緊地吸引在一起，賦予粘土良好的可塑性能。

（2） 排斥力。是由帶電粘土表面的離子之間引起的靜電斥力。粘土顆粒之間的這兩種作用力，在塑性泥料中粘土顆粒處于吸引力與排斥力的平衡中，粘土顆粒僅在一定距離范圍內(nèi)才顯示出粒子間的吸力。水量過少，不能維持顆粒間水膜的連續(xù)性，在外力作用下顆粒位移到新的位置，由于水膜中斷，導(dǎo)致毛細(xì)管力下降，斥力增強(qiáng)，泥團(tuán)出現(xiàn)裂紋而塑性破壞；如果加水過多，水膜過厚，致使顆粒之間距離過大而無毛細(xì)管力作用，塑性破壞。

瘠性料無可塑性，是因為它的粒子本身不能水化，不能象粘土粒子那樣形成水化膜和吸附層，因而顆粒之間難以形成足夠的毛細(xì)管力來滿足可塑性要求。膨潤土的結(jié)構(gòu)是由一層（SiO4）四面體和兩層（AlO8）八面體組成，對水有很強(qiáng)的親和力，吸水后產(chǎn)生膨脹而破壞粘土的層間結(jié)構(gòu)，使顆粒分散成很細(xì)小的粒子，因而有很強(qiáng)的可塑性能。B4增塑劑是一種改性膨潤土，在普通的膨潤土中，CaO的含量一般較高，Ca-粘土占有很大比例。B4增塑劑是普通膨潤土經(jīng)過淘洗、細(xì)磨，并加入某種鈉鹽添加劑，經(jīng)過充分的物理及化學(xué)反應(yīng)，使膨潤土中的Ca-粘土中的大部分Ca2+被Na+置換而形成Na-粘土。由于Na-粘土的結(jié)合水量為75g/100g土，而Ca-粘土的結(jié)合水量僅為24.5g/100g土，所以普通膨潤土經(jīng)過改性后，粘土顆粒更細(xì)，水化能力更大，遇水后能分散成很多粒徑約零點(diǎn)幾微米的膠體顆粒，這樣細(xì)小的膠體顆粒水化使膠粒周圍帶有一層粘稠的水化膜，水化膜外圍是松結(jié)合水。瘠性料與改性膨潤土B4構(gòu)成不連續(xù)相，均勻分散在連續(xù)介質(zhì)中。在外力作用下，粒子之間沿連續(xù)水膜滑移，當(dāng)外力去除后，細(xì)小的B4顆粒間的作用力仍能使它維持原狀，這時泥團(tuán)也就呈現(xiàn)出強(qiáng)可塑性。所以B4是一種增塑效果比較明顯的增塑劑，有必要在陶瓷生產(chǎn)中擴(kuò)大其應(yīng)用，提高泥料可塑性能。

3 試 驗

3.1試驗原料與組成

試驗中所采用的原料為生產(chǎn)高檔白瓷用原料，主要有內(nèi)蒙長石、石英、龍巖土、龍巖洗泥、云南精泥、汶南土、B4增塑劑、氧化鋁粉等，其化學(xué)組成如表1所示。

3.2試驗內(nèi)容

本實驗是在原配方的基礎(chǔ)上添加增塑劑B4，來研究B4對泥料的應(yīng)力和應(yīng)變，以及對產(chǎn)品品質(zhì)的影響。

4結(jié)果分析

4.1B4在坯料中的添加量

B4是一種改性膨潤土，它過強(qiáng)的吸水性能使泥漿壓濾比較困難，且其含有較多的CaO和MgO，在燒結(jié)過程中因鹽類的分解產(chǎn)生較多的氣體易使產(chǎn)品出現(xiàn)缺陷，同時CaO與MgO在燒結(jié)時在坯體中出現(xiàn)液相較早，使產(chǎn)品變形傾向加大，因而在坯料中使用量一般不能超過5%。經(jīng)過大量試驗，在坯料中加入2.5%的B4，同時對配方結(jié)構(gòu)進(jìn)行微調(diào)，泥料的各項性能指標(biāo)比較理想。原配方及試驗配方的化學(xué)組成如表2所示。

4.2B4對泥料應(yīng)力及應(yīng)變的影響

應(yīng)力是指泥料出現(xiàn)裂紋時所加的負(fù)荷，應(yīng)變量指泥料產(chǎn)生裂紋前的最大變形量。泥料的可塑指標(biāo)反映了泥料的應(yīng)力與應(yīng)變的關(guān)系。為研究B4對泥料可塑性能的影響，對加入B4增塑劑前后泥料的應(yīng)力與應(yīng)變分別進(jìn)行測量，有關(guān)測試數(shù)據(jù)如表3所示。

由表3可知，在坯料中加入B4后，對泥料的水分影響較小，但坯料的應(yīng)力值、應(yīng)變量、可塑指標(biāo)、干燥強(qiáng)度都明顯提高，說明增塑劑有效改善了泥料的可塑性能，有利于制品的后續(xù)加工。

4.3B4對燒成及產(chǎn)品品質(zhì)的影響

B4對燒成及產(chǎn)品的品質(zhì)有一定的影響，具體內(nèi)容如表4所示。

由表4可知，加入B4后，經(jīng)過適當(dāng)調(diào)整配方，產(chǎn)品的燒成溫度基本保持不變，產(chǎn)品品質(zhì)保持原有水平。由于配方中適當(dāng)減少了長石的用量以及B4的增塑作用，產(chǎn)品的變形傾向減小。雖然收縮率增大了0.1%，但對產(chǎn)品尺寸影響不大，可以不予調(diào)整。

5使用效果分析

自2008年，在筆者公司的高檔白瓷配方中使用B4增塑劑以來，生產(chǎn)的各項工藝參數(shù)保持不變，保證了生產(chǎn)的連續(xù)性和穩(wěn)定性。由于泥料可塑性的提高，在產(chǎn)品成形中出現(xiàn)的坯體開裂、粘膜的問題基本得到解決，坯檢合格率由平均78%提高到95%以上，給公司帶來可觀的經(jīng)濟(jì)效益。

6 結(jié) 論

（1） 優(yōu)質(zhì)可塑性粘土原料日益匱乏，使用增塑劑提高泥料的可塑性能是可行的。

（2） B4增塑劑是一種改性膨潤土，它對泥料的增塑效果比較顯著，有必要在陶瓷生產(chǎn)中進(jìn)一步擴(kuò)大應(yīng)用。

參考文獻(xiàn)

[1] 劉康時.陶瓷工藝原理[M].廣州：華南理工大學(xué)出版社，1990.

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