探討陶瓷坯體增強劑的機理研究

姚青山，聶賢勇，白梅

（佛山市禪城區(qū)科捷陶瓷原料有限公司，佛山 528000）

1 前言

針對陶瓷生產而言，陶瓷配方設計是其關鍵工序，配方設計的好壞對陶瓷產品的成型、干燥、表面裝飾、燒成等有很大的影響；粉料塑性是否合理，不僅關系到陶瓷坯體成型適用性及生坯的強度適合合理性，同時關系到生坯干燥的適應性及干燥強度是否符合工藝要求，否則，導致給后工序造成生產難度，甚至出現(xiàn)大量的破損。目前國內許多陶瓷廠家，尤其是在廣東地區(qū)，優(yōu)質的塑性粘土逐漸缺乏甚至枯竭，陶瓷原料的塑性低達不到成型及干燥等工序的工藝要求。為了解決陶瓷原料塑性低的問題，技術研發(fā)工程師通過外加增強劑提高坯料塑性滿足生產工藝的要求。本文從增強劑的機理研究及發(fā)展趨勢進行分析。

2 陶瓷坯料增強劑在生產中的應用

2.1 增強劑定義及分類

增強劑是對陶瓷粉料為成型及運輸過程中提高強度，避免破損。增強劑一般為高分子有機物，添加到陶瓷坯體配方中后，對生產及產品本身沒有不利影響，且在窯爐燒成容易揮發(fā)，同時為生產各工序順利進行保駕護航。目前陶瓷行業(yè)使用的增強劑分類，從增強劑的成分分類一般有甲基纖維素、聚丙烯酸鈉復合劑、淀粉聚合物、苯多酸酯類、酰胺類等；從增強劑狀態(tài)一般分為粉體及液體兩種，粉體容易運輸?shù)侨菀孜冑|，液體使用更加方便且容易融于泥漿中，同時對漿料性能影響不大。

2.2 陶瓷坯體添加增強劑注意的事項

2.2.1 增強劑種類的選用

根據陶瓷坯體配方中的各種原料選擇合適的增強劑種類至關重要。如果選用的增強劑類型不合理，不僅會導致泥漿流速增大，也可能出現(xiàn)觸變性增大；泥漿性能的變差，會導致制備的粉料質量降低，給后面的生產帶來一系列的問題。因此選擇增強劑的時候，一是需要對選擇的增強劑類型、結構、使用方法進行全面的了解，其二就是對坯體配方中的各種原料的性能了解，其三就是對多種增強劑進行小試及中試，找出合適的增強劑及最佳添加量；其實在條件允許的條件下，最好是復合型的增強劑搭配使用；針對選擇科學合理的增強劑的前提下，還要考慮性價比問題。

2.2.2 增強劑的添加比例

增強劑添加比例需要通過添加不同比例增強劑進行對比試驗，找出最佳的添加比例；不管什么事情都有一個臨界值，添加劑比例也是有一個臨界添加量，如果添加量超過臨界比例后，陶瓷坯體的增強效果會下降；這是因為增強劑添加過多，坯體料里面的粒子表面被增強劑徹底包裹，增強劑越多，包裹層就越厚，導致坯料中各粒子的間距就原來越大，降低了粒子間的吸附力，因此坯體的塑性及強度也隨之降低。

3 增強劑提高陶瓷坯體強度機理分析

3.1 有機聚合物增強機理

有機聚合物長分子鏈是通過一定的溫度及催化劑共同作用下把有機小分子或者單分子聚合連接在一起而成，不同的有機高分子鏈的結構不同，對坯體增塑及增強效果不一。有機聚合物增強陶瓷坯體塑性及強度的原理是長分子鏈的聚合物把坯體中粒子間的連接在一起，粒子間通過長分子鏈的聚合物相互吸附作用形成無規(guī)則網狀，使陶瓷坯體內的粒子包裹起來，提高陶瓷坯體的生坯及干燥坯體強度。

3.2 氫鍵提高陶瓷坯體強度的機理

通過對陶瓷粉料粒子間粘附性的研究，發(fā)現(xiàn)粉料中的粒子與粒子間具有水分及毛細孔的張力促使粉料中粒子與粒子相互吸力而緊密的結合在一起；粉料通過壓制成型為坯體，在成型的過程中，成型壓力不斷的增大，粒子間距離越來越小，從而互相的吸附力越大，坯體強度也越來越大。如果陶瓷粉料中添加增強劑，粉料中的粒子表層被有機高分子的聚合物所包覆（其粒子的包覆度隨增強劑的加入的比例而變化），由于有機聚合物的存在，粉料的粒子間會發(fā)生氫鍵反應而產生氫鍵作用力，從而大大提高了陶瓷生坯和干燥坯體的強度。

3.3 粘結作用提高陶瓷坯體強度的機理

經過粉料粒子間的移動靠近，使得一個粒子的外表上的高分子聚合物與另外一個粒子的外表高分子聚合物相連接或者吸附在一起，使得兩個粒子之間更加牢固的緊密相連，這樣，在陶瓷粉料在壓制成型的過程中，受到來自外界的擠壓，使得粒子之間受到外部壓力進一步互相結合，同時由于泥漿中的高分子聚合物的粘附作用，產生了一個立體的網狀形態(tài)，使得陶瓷粉料經過壓制成型后的坯體綜合強度得到了極大的提升。

3.4 靜電對陶瓷坯體強度增大的機理

根據結晶和硅酸鹽微觀學知識，陶瓷原料中的粒子一般以片狀或者類似片狀結構存在，而粒子上帶有正電和負電，負電存在于粒子表面，正電存在于粒子的邊緣位。陶瓷粉料在壓制成型時，粉料中的粒子主要以面、邊、棱連接為主，帶負的面與帶正電的邊和棱之間因為靜電正負相吸的原料而粘結在一起，再加上對粒子的外部壓力不斷增大，粒子間的間隙越小，而顆粒之間的間隙越小或者粒子間的距離越短，而粒子上的正負靜電的吸附力就越大，最后壓制成型出來的坯體強度就越大。

4 陶瓷增強劑的發(fā)展趨勢

陶瓷增強劑是一種代替粘土的新型材料，它的使用范圍越來越廣泛，幾乎涵蓋了整個陶瓷行業(yè)；隨著研發(fā)技術水平的提升，結合精細化工等跨行業(yè)的技術經驗，增強劑的實用性、可替代性、性價比等方面得到了顯著的提升；從國內外有關陶瓷增強劑的研制和使用情況來看，并結合國內的現(xiàn)狀，深入研究陶增強劑的形成及作用機理，研發(fā)出多種新型的親水性的增強劑，研究每種陶瓷原料的技術特性，盡可能的研究出性價比高且環(huán)保型的陶瓷增強劑。