不同可塑料、瘠性料配比對(duì)泥料輥壓成形性能的影響分析

周健兒　朱禮華　汪永清　胡海泉　趙世凱

摘要濕法輥壓成形是國(guó)內(nèi)外最新成形工藝技術(shù)之一，是“節(jié)能減排、綠色生產(chǎn)”的需要。本文通過(guò)一系列的實(shí)驗(yàn)，探討和分析了不同的可塑料、瘠性料配比對(duì)濕法輥壓成形泥料性能的影響。在研究中發(fā)現(xiàn)，當(dāng)配方中的可塑料在45～50％范圍時(shí)，泥料輥壓成形性能最好。

關(guān)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(jié)約、綠色環(huán)保的今天，大規(guī)格薄形磚的研究開(kāi)發(fā)有著重要的意義。與市場(chǎng)上現(xiàn)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(guò)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(duì)非金屬礦的開(kāi)采，既保護(hù)了資源，又節(jié)約了能源生產(chǎn)成本：同時(shí)，因薄形磚在燒成時(shí)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?，F(xiàn)有的制造薄形瓷質(zhì)磚的技術(shù)，幾乎都是半干壓成形，隨著產(chǎn)品尺寸的逐漸加大，投入的成本(包括生產(chǎn)線(xiàn)設(shè)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(lái)的粉塵污染問(wèn)題，對(duì)環(huán)保的壓力仍然較大。因此，本文提出了濕法輥壓的成形技術(shù)，這種成形方法可以完全克服半干壓成形造粒時(shí)產(chǎn)生的粉塵廢氣排放問(wèn)題，生產(chǎn)過(guò)程消耗的動(dòng)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(jìn)的綠色節(jié)能制造技術(shù)。但坯料在輥壓過(guò)程中易產(chǎn)生粘輥、微裂紋等缺陷。輥壓成形后的泥板在傳送帶上會(huì)因?yàn)榫植康膽?yīng)力而導(dǎo)致開(kāi)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(yīng)力而不產(chǎn)生缺陷(開(kāi)裂、微裂紋、變形等)的能力。本文通過(guò)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(duì)坯料成形性能的影響。

2實(shí)驗(yàn)

2.1實(shí)驗(yàn)原料

本實(shí)驗(yàn)選擇品質(zhì)穩(wěn)定、儲(chǔ)量豐富、價(jià)格低廉的多種陶瓷磚通用礦物原料來(lái)作為基礎(chǔ)配方用料，各種礦物原料的成分見(jiàn)表1。

實(shí)驗(yàn)流程如下：

坯料→球磨→榨泥→練泥→陳腐→性能測(cè)試(干燥、燒成線(xiàn)收縮率、吸水率、可塑性指標(biāo))→輥壓→干坯強(qiáng)度測(cè)試

坯體示性礦物組成為：

2.2性能測(cè)試和表征

2.2.1抗折強(qiáng)度

在微機(jī)控制電子萬(wàn)能試驗(yàn)機(jī)上按國(guó)標(biāo)三點(diǎn)彎曲法測(cè)定坯體試樣的干燥強(qiáng)度。試樣的尺寸為：40mm(長(zhǎng))×5mm(寬)×5mm(厚)，跨距20mm，加載速度為0.5mm／min，以四個(gè)試樣測(cè)試數(shù)據(jù)的平均值來(lái)確定不同組成的抗折強(qiáng)度。三點(diǎn)彎曲法測(cè)定抗折強(qiáng)度的計(jì)算公式為：

σ=3P·L／2b·h²式中：

σ——抗折強(qiáng)度，MPa

P——試樣斷裂時(shí)的最大負(fù)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(biāo)

可塑性指標(biāo)采用SKY-45型可塑儀進(jìn)行測(cè)定。將坯料制成直徑45mm的球，要求表面光滑且無(wú)裂紋，壓延至球出現(xiàn)裂紋為止，計(jì)算5個(gè)試樣，求其平均值，計(jì)算公式為：

S=(D—H)·P式中：

S——可塑性指標(biāo)，cm·kg

D——試樣直徑，cm

H——試樣變形出現(xiàn)裂紋后的高度，cm

P——破壞負(fù)荷(包括壓桿重量)，kg

2.2.3成形性能

輥壓測(cè)試是在自行設(shè)計(jì)并制造的輥壓機(jī)上進(jìn)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(jí)輥壓至要求的厚度。觀(guān)察坯料變薄的過(guò)程及輥壓后的表面狀況。

3結(jié)果分析與討論

3.1粘土原料的物理性能及選擇

本實(shí)驗(yàn)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(jiàn)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(biāo)見(jiàn)表4。

通過(guò)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(qiáng)度最大。且燒成收縮數(shù)據(jù)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(biāo)(坯料收縮小、可塑性指標(biāo)高、干燥強(qiáng)度大、吸水率低)優(yōu)良。因此本實(shí)驗(yàn)確定2#粘土和低溫瓷砂的配方坯料為基礎(chǔ)配方，進(jìn)而考察不同的2#粘土、低溫瓷砂配比對(duì)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(shí)驗(yàn)的坯料中分別引入40％～55％的塑性料進(jìn)行性能測(cè)試，實(shí)驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表5。

針對(duì)上述實(shí)驗(yàn)結(jié)果，進(jìn)而討論塑性料與瘠性料的配比對(duì)坯料成形性能的影響。

3.2.1不同配比的塑性料、瘠性料對(duì)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(xiàn)出變化，塑性料成分對(duì)坯料可塑性的影響見(jiàn)圖1。

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

在自行設(shè)計(jì)并制造的輥壓機(jī)器上對(duì)四種坯料做輥壓實(shí)驗(yàn)，結(jié)果列于表6。

由表6的數(shù)據(jù)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(guān)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(guān)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(chǎn)生有害的應(yīng)力，容易導(dǎo)致坯體變形和開(kāi)裂，這時(shí)就應(yīng)調(diào)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(shí)脫水所致。

3.3不同配比的可塑料、瘠性料與干坯強(qiáng)度的關(guān)系

圖4的結(jié)果表明，隨著坯料中塑性料含量的增加，其干坯強(qiáng)度也直線(xiàn)上升，近似線(xiàn)性關(guān)系。塑性料的增加直接導(dǎo)致了坯體整體結(jié)合強(qiáng)度的提高，坯體的干坯強(qiáng)度一定程度上決定于可塑料的結(jié)合性。粘土的這一性質(zhì)能保證坯體有一定的干燥強(qiáng)度，是坯體干燥、修坯、上釉等能夠進(jìn)行的基礎(chǔ)。粘土的結(jié)合性主要表現(xiàn)為其能粘結(jié)其它瘠性物料的結(jié)合力的大小，粘土的這種結(jié)合力在很大程度上由粘土礦物的結(jié)構(gòu)所決定。一般來(lái)說(shuō)，可塑性強(qiáng)的粘土結(jié)合力大，其干坯強(qiáng)度就愈高。

根據(jù)上述實(shí)驗(yàn)進(jìn)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(qiáng)度、可塑性指標(biāo)均有提高，但其干燥、燒成收縮逐漸變大，且燒結(jié)情況變差，吸水率提高，這在瓷質(zhì)磚生產(chǎn)中應(yīng)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(diǎn)，既能滿(mǎn)足成形要求，又有較小的收縮率和良好的燒結(jié)狀況。實(shí)驗(yàn)證明，當(dāng)坯料配方中可塑料含量為45～50％時(shí)，最為符合成形工藝要求，且在1180℃、2h燒結(jié)，其吸水率<0.5％。

4結(jié)論

(1)坯料配方中可塑料在45～50％范圍時(shí)，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(jié)，其吸水率<0.5％。

(2)坯體的可塑性指標(biāo)、干坯強(qiáng)度與塑性料的含量呈線(xiàn)性正比關(guān)系。