1 前 言  與其它陶瓷產(chǎn)品不同,電瓷絕緣子由于其產(chǎn)品結(jié)構(gòu)及工藝流程不同,對(duì)坯料的可塑性能要求很高。隨著電瓷行業(yè)在我國的迅速發(fā)展,行業(yè)一直沿用的優(yōu)質(zhì)可塑性粘土原料日益貧乏,然而輸變電事業(yè)的發(fā)展,對(duì)電瓷絕緣子的性能要求越來越高,產(chǎn)品結(jié)構(gòu)更加復(fù)雜,其成型加工過程對(duì)坯料泥料的可塑性能要求也越來越高,僅*粘土原料已不能滿足產(chǎn)品制造加工過程對(duì)坯料可塑性的要求了。因此,尋找一種在高可塑性粘土原料日益減少的情況下增加坯料可塑性能的方法已成為電瓷工作者的緊迫任務(wù)。在陶瓷坯料中使用糊精、CMC、PVA等粘結(jié)劑都能增加泥料的可塑性和提高坯體強(qiáng)度,但存在有效作用時(shí)間短,燒后會(huì)或多或少留有殘灰或氣孔,影響瓷材料電性能和力學(xué)性能的缺陷。自1994年起,筆者就如何提高坯料可塑性進(jìn)行了大量試驗(yàn),最終通過在電瓷坯料中添加1303增塑劑,使坯料的可塑性得到了提高,產(chǎn)品坯檢合格率也隨之而上升。本文就這種坯料增塑劑及其應(yīng)用效果進(jìn)行介紹。 

      2 增塑劑粘土由于其顆粒間存在范德華力、局部邊一面靜電引力和毛細(xì)管力等吸力而具有可塑性。這三種力中又以毛細(xì)管力為主,在塑性范圍內(nèi)的含水量下,堆聚的粒子表面形成一層水膜,在水的表面張力作用下,緊緊地吸引,從而使泥料具有良好的可塑性能。在外力作用下,粘土粒子層間發(fā)生錯(cuò)位,直至水膜斷裂,泥料崩裂時(shí)外力的大小即可表示泥料可塑性的優(yōu)劣。膨潤土由一層(SiO4)四面體和兩層(AlO8)八面體組成,對(duì)水有很強(qiáng)的親和力,吸水后產(chǎn)生膨脹,破壞層間結(jié)構(gòu),使顆粒分散成很細(xì)的粒子,因而具有很強(qiáng)的可塑性。但膨潤土過強(qiáng)的吸水能力使陶瓷泥漿壓濾和坯體干燥困難,在燒結(jié)過程中因鹽類的分解往往產(chǎn)生較多氣體使陶瓷燒結(jié)時(shí)易產(chǎn)生缺陷,同時(shí)含有較高量Na2O等堿金屬離子會(huì)使瓷材料電性能劣化,因此,在陶瓷坯料中使用量不宜過大。1303增塑劑是通過對(duì)膨潤土進(jìn)行淘洗、細(xì)磨等工藝加工過程使粘土粒子更一步細(xì)化,同時(shí)分兩個(gè)步驟加入外加劑,一是以Na+部分替代Ca2+,增加粘土粒子的結(jié)合水量,利用Na—粘土比Ca—粘土高的結(jié)合水量(分別為75g/100g土和24.5g/100g土),二是使結(jié)合水充分定向排列。通過對(duì)膨潤土的深加工,充分破壞粘土顆粒的層間結(jié)構(gòu)和改變粘土吸附陽離子種類,使粘土在可塑性水份范圍內(nèi)受壓時(shí)能釋放出更多量的水而形成連續(xù)水膜,使泥料具有更高的屈服值,進(jìn)一步提高了膨潤土的可塑性能。使用1%左右的增塑劑便能達(dá)到添加3%膨潤土的增塑效果。 

     2.1 化學(xué)成分增塑劑有較高量的CaO、MgO、K2O、Na2O含量,與膨潤土一致。但其在常態(tài)(自然放置狀態(tài))下含有10~12%的自由水,遠(yuǎn)高于膨潤土自身水平,說明改性后粘土層間結(jié)構(gòu)被破壞,吸附水增多(見表1)。 

    2.2 差熱分析增塑劑在100~200℃有一吸熱谷,500~800℃范圍內(nèi)有一寬大的吸熱復(fù)谷,這是排放吸附水和結(jié)晶水引起的,TG曲線表明在這兩個(gè)階段同時(shí)伴隨著大的失重。DSC曲線和TG曲線與膨潤土的基本一致,在第一個(gè)吸熱谷無復(fù)谷出現(xiàn),說明主要為Na—粘土。 

    2.3 物理性能顆粒粒度小于200目/ ,具有高的吸濕膨脹性,經(jīng)水浸泡后溶液呈乳濁狀,懸浮性能良好,在浸泡濃度為10%情況下,溶液呈弱堿性,pH值≈10,在坯料中使用具有一定的減水性,絕對(duì)粘度≥0.9Pa·s。綜合對(duì)增塑劑進(jìn)行的各項(xiàng)性能測(cè)試,說明1303增塑劑是對(duì)膨潤土通過一系列物理、化學(xué)加工,破壞粘土層間結(jié)構(gòu)和吸附陽離子種類,使粘土具有更高可塑性能,從本質(zhì)上講,它還是一種膨潤土。通過改性,在坯料中使用1%左右的1303增塑劑即可達(dá)到使用3%的膨潤土所能達(dá)到的增塑效果。 

    3 增塑劑在坯料中的應(yīng)用及效果過小的使用量不能使坯料的可塑性得以明顯改善,但使用量過大,又會(huì)由于其吸濕性及其它因素給干燥、燒成等帶來不利影響。經(jīng)過大量試驗(yàn),我們選擇了在坯料中加入1%增塑劑這一較為合適的量。以下為在我廠某種電瓷坯料中使用1303增塑劑后幾個(gè)主要性能指標(biāo)的變化情況和在生產(chǎn)中應(yīng)用后的效果。 

    3.1 性能測(cè)試結(jié)果試樣制備和測(cè)試方法均按電瓷行業(yè)的標(biāo)準(zhǔn)方法進(jìn)行。性能測(cè)試結(jié)果表明:在坯料中使用1303增塑劑后,有效地改善了坯料的可塑性能,濕坯壓縮強(qiáng)度提高了8%,干燥強(qiáng)度提高了16%,吸濕強(qiáng)度提高了13%,可塑性指數(shù)拓寬了0.2%;而坯料吸濕水分增加量在可接受范圍內(nèi),通過適當(dāng)?shù)恼{(diào)整配方,燒成溫度范圍保持不變,瓷材料力學(xué)性能保持原有水平。這說明在這種坯料配方中使用1%1303增塑劑有效地提高了坯料的可塑性而未產(chǎn)生不利影響。除這種坯料外,我們還對(duì)其它坯料進(jìn)行了添加1303增塑劑的性能對(duì)比試驗(yàn),坯料干燥強(qiáng)度都獲得了不同程度的提高,提高幅度最大的達(dá)到了31.8%,總的趨勢(shì)是原來可塑性越差的坯料,使用增塑劑后增塑效果越明顯。 

    3.2 生產(chǎn)使用效果自1999年下半年起,我廠正式在棒型支柱電瓷絕緣子中使用1303增塑劑,使用后在生產(chǎn)工藝(成型、干燥、燒成等)上未進(jìn)行任何調(diào)整,產(chǎn)品性能滿足要求,坯檢合格率得到了大大的提高。圖2是1999年上半年未使用增塑劑時(shí)1至6月與2000年使用增塑劑后1至6月的坯檢合格率同期對(duì)比。除2月份因春節(jié)和氣候影響2000年坯檢合格率較低外,其它月份均較1999年有大幅提高。1999年1至6月坯檢合格率平均為71.38%,2000年1至6月坯檢合格率平均為85.81%,同期相比,坯檢合格率提高了14.43%。經(jīng)分析。在坯料中使用后有效地提高了坯料的可塑性能,因可塑性不足而產(chǎn)生的傘內(nèi)外裂等缺陷大幅減少,在產(chǎn)品結(jié)構(gòu)復(fù)雜化的情況下,坯檢合格率達(dá)到了我廠同類產(chǎn)品歷史最好水平。僅因坯檢合格率提高,我廠即可每年降低生產(chǎn)成本40萬元以上。 

    4 結(jié)束語通過對(duì)膨潤土進(jìn)行物理化學(xué)深加工,而使其具有更高可塑性的1303增塑劑,在陶瓷坯料中使用后能有效地提高坯料的可塑性能,起到少量高效的目的。運(yùn)用在電瓷坯料中明顯地提高了坯料的可塑性,減少了產(chǎn)品因可塑性不足而產(chǎn)生的缺陷,對(duì)可塑性差的坯料更加明顯。在實(shí)際應(yīng)用中,已有多家日用陶瓷、電子陶瓷生產(chǎn)廠家在坯、釉料中成功使用。因此,1303增塑劑值得在陶瓷行業(yè)中推廣使用。