新型坯體增強劑的應(yīng)用

歐贊彬　　毛元信

摘 要：本文主要研究了新型坯體增強劑的應(yīng)用及其作用機理，并橫向?qū)Ρ攘耸忻嫔嫌写硇缘呐黧w添加劑。實踐證明，新型合成的添加劑可以有針對性解決陶瓷生產(chǎn)中的問題。

關(guān)鍵詞：新型；坯體增強劑；墻地磚；應(yīng)用

1 前言

近年來，由于原料、人力成本的不斷上漲，以及環(huán)保要求的不斷提高，導(dǎo)致傳統(tǒng)方法生產(chǎn)墻地磚的利潤率下降，企業(yè)的生存壓力驟增。如果把墻地磚做薄，不僅可以使原料、能源和排放等大幅度降低，而且還會使建筑負(fù)荷降低。因此，大規(guī)格超薄磚的研究開發(fā)對建筑陶瓷行業(yè)的發(fā)展具有舉足輕重的作用。然而，大規(guī)格超薄瓷質(zhì)磚因其面積大、厚度薄等原因使得在加工與使用過程中還存在不少的技術(shù)難題。相對于傳統(tǒng)的厚磚而言，新型的薄磚在生坯強度上必然更低，所以新型的坯體增強劑的使用對于制造大規(guī)模的超薄磚具有有力的推動作用。

2 一般坯體開裂原因

陶瓷坯體開裂一般在兩個階段容易產(chǎn)生，一是在壓機成型時；二是在坯體干燥中。在壓機成型模壓成型過程中，粉體填進(jìn)陰模型腔后，在壓力的作用下，粉末顆粒之間發(fā)生位移，填充孔隙，被迅速壓實，坯體的密度也迅速增加。當(dāng)瘠性原料經(jīng)初步壓制基本密實后，因粘結(jié)劑的粘合作用和粉體顆粒之間的嚙合作用使得原本分散的粉末結(jié)合成一個完整的生坯整體。如果造粒粉受壓后，不能很好地傳遞壓力和流動，而是在受壓表面處很快被壓縮致密，則其封閉了坯體內(nèi)部的排氣通道，使內(nèi)部氣體很難排出。并且隨著施加壓力的升高，內(nèi)部氣壓也隨之升高。在坯體被推出模腔后，因失去了外壓力，內(nèi)部高氣壓就釋放，當(dāng)坯體顆粒間的結(jié)合力不足以抵抗氣體的壓力時，即造成了坯體的開裂。開裂現(xiàn)象嚴(yán)重的坯體，剛出模腔就會開裂。這就要求造粒粉顆粒在模腔中初受壓的前期，不應(yīng)很快破碎。它應(yīng)保持一定的強度，能夠在壓力的驅(qū)動下，由密度高的地方向密度低的地方流動，使顆粒間保持一定的排氣間隙。到一定程度，它就會產(chǎn)生破碎。

坯體干燥開裂的原因為：坯體在干操過程中，隨著水分的排出，坯體不斷發(fā)生收縮，如坯體干燥過快或不均勻，坯體內(nèi)外層或各部位收縮不一致而產(chǎn)生內(nèi)應(yīng)力。當(dāng)內(nèi)應(yīng)力大于塑性狀態(tài)坯體的屈服值時，就能使坯體發(fā)生變形。當(dāng)內(nèi)引力超過塑性狀態(tài)坯體的破裂點或超過彈性狀態(tài)坯體的強度時，坯體就會發(fā)生開裂。

3 增強劑的增強機理

3.1 有機高分子鏈增強

可用作坯體增強的有機物都是高分子。一般由有機小分子通過一定條件下聚合而成，一般具有鏈狀結(jié)構(gòu)。具有足夠鏈長的高分子聚合物可在陶瓷顆粒之間橋接，產(chǎn)生交聯(lián)作用而形成不規(guī)則網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，并形成凝聚，將陶瓷顆粒緊緊包裹。在坯體斷裂前，附加于坯體上的一部分載荷由增強劑分子長鏈承擔(dān)。同時分子鏈中具有許多可以內(nèi)旋轉(zhuǎn)的單鍵，這種內(nèi)旋轉(zhuǎn)的單鍵使得高分子具有較強的柔性和彈性，因而坯體的強度增加較大。

3.2 氫鍵增強

在不加增強劑的情況下，陶瓷顆粒僅僅依靠范德華力（分子間作用力）結(jié)合。 增強劑的加入使顆粒表面被高分子材料包裹（包裹程度視增強劑加入量不同而異）。同時，增強劑上的支鏈上的極性基團(tuán)會產(chǎn)生比范德華力大得多的氫鍵力，使陶瓷顆粒間吸引力更大，結(jié)構(gòu)更緊密。從而磚坯的強度相應(yīng)變大。

3.3 粘合強度

分子的熱運動增加，使包裹在一個顆粒表面的高分子與包裹在另一個顆粒外表面的高分子纏繞或者鏈合，把兩個顆粒更加緊密地粘合在一起。從而在生坯成形時，既有外部對泥料的施加壓力，形成顆粒間的機械結(jié)合，又有泥料內(nèi)部的高分子粘合效應(yīng)，形成三維網(wǎng)狀體型結(jié)構(gòu)，最終使經(jīng)過處理的生坯強度提高。

3.4 靜電力

土顆粒往往形成片狀結(jié)構(gòu)，板面帶負(fù)電，四棱邊常帶正電，由于片狀很薄，粒度的磨細(xì)往往使板面面積減少，棱邊變化不大，顆粒成多棱角狀，負(fù)電荷作用減弱，相對的正電荷作用增強。在成形過程中，顆粒以面—棱連接為主導(dǎo)，而邊—邊、棱—棱連接很少。因而帶負(fù)電荷的面與帶正電荷的邊，由于靜電引力作用而相互凝聚起來，隨著成形壓力增加，顆粒間空隙減少，顆粒間距離進(jìn)一步縮小，顆粒接觸數(shù)目增多，靜電引力再度增加，從而使坯體具有一定的強度。

4 實驗內(nèi)容及結(jié)果分析

4.1 試劑及原料

本實驗所采用的原料及產(chǎn)地為羥甲基纖維素鈉（CMC）——山東任丘、膨潤土——河北靈壽、聚丙烯酸鈉（PAAS）——廣東江門、聚乙烯醇（PVA）——中石化、VDT-1——佛山遠(yuǎn)大、（LC-2、T-20）——上海、某陶瓷公司提供坯體泥漿料。

4.2 實驗方法

將某陶瓷公司提供的坯體泥漿料置臥式球磨機內(nèi)球磨8 h，放漿待用。將球磨好的坯體泥漿加入配比稱量的增強劑，球磨3 min，并作空白實驗。放漿干燥至水分達(dá)到7.5%，造粒、壓磚，置于200 ℃烘4 h。然后在PSK電動坯料抗折試驗機上測試其強度，并記錄數(shù)據(jù)。

4.3 實驗數(shù)據(jù)及分析

不同增強劑對干坯強度的影響如表1所示。

由表1實驗數(shù)據(jù)可知，高分子類有機增強劑效果與無機類的膨潤土相比，增強效果明顯。同時，膨潤土屬于高塑性的泥料，加入量升高，對坯料配方設(shè)計存在影響，會對燒成溫度造成影響。有機類的增強劑在加入坯體內(nèi)燒成后一般不會有殘留，對坯體的設(shè)計不會存在影響。故有機類的添加劑會是生產(chǎn)中的首選。

在增強效果上，合成的聚乙烯醇和聚丙烯酸鈉效果比現(xiàn)在大規(guī)模使用的甲基要好，但存在加入后流速大，觸變較大的問題，是由于前二者的鏈?zhǔn)浇Y(jié)構(gòu)更緊密，支鏈端的極性基團(tuán)更多，電荷更密集，使其產(chǎn)生較強的氫鍵，吸水性更強，在泥漿中容易吸水，坯體顆粒粘附于溶脹的分子鏈中。使泥漿難以流動。而甲基其固有的纖維素結(jié)構(gòu)特點，使其比較同意發(fā)生腐敗變質(zhì)，在陳腐的過程中不斷衰減，失去原有的作用。

現(xiàn)在新型的坯體增強劑相對于傳統(tǒng)的增強劑具有一定的解膠效能，并不會對泥漿的流動性產(chǎn)生較大的影響。T-20和VDT-1都只是輕微的增加了泥漿的流速，通過合理的配比，增加減水劑的用量，完全可以達(dá)到生產(chǎn)的要求，同時新型的增強劑在增強效果上有明顯的優(yōu)勢。VDT-1為新研發(fā)的坯體添加劑，是用羥基纖維素與丙烯酸酯的功能性單體共聚合成，其丙烯酸和纖維素支鏈可以通過橋聯(lián)，氫鍵力等形成一定網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，其丙烯酸酯的功能性基團(tuán)形成靜電空間穩(wěn)定機制，達(dá)到穩(wěn)定分散作用。

5 結(jié)語

通過上述的分析，單一類的坯體增強劑會存在一定的缺陷，如：泥漿黏度增大，容易發(fā)生觸變。而通過結(jié)構(gòu)設(shè)計的新型增強劑有一定的針對性，可很好地解決黏度、觸變和強度之間的平衡。新型的高分子增強劑可以很好取代傳統(tǒng)的單一型增強劑，同時，在企業(yè)研發(fā)大規(guī)模超薄磚中提供了一個思路。