Керамические строительные материалы и изделия (стр. 3 из 5)
Оптимальная влажность порошка зависит от приложенного прессового давления. Экстремум на кривой «объемная масса прессовки — влажность» соответствует оптимальной влажности при данном давлении. Пониженная (против оптимальной) влажность обусловит сухой контакт частиц порошка, повышенное внутреннее трение и пониженную плотность прессовки, а превышение оптимальной влажности—образование водных пленок между прессуемыми частицами и исключит их непосредственное контактирование, что в конечном счете также понизит плотность прессовки.
При шликерном способе подготовки пресс-порошка глину в глиноболтушках распускают горячей водой в шликер влажностью 40—45%. Затем его под давлением 0,25 МПа накачивают для отделения каменистых включений в дуговые сита, откуда очищенным он сливается в открытые шламбассейны вместимостью 2500 или 6000 м3, оборудованные крановыми мешалками. В них также поступает для барботажа компрессорный воздух. Из шламбассейна шликер насосом подают в распылительную сушилку, откуда порошок с влажностью 10% поступает через контрольное сито в расходные бункера.
Шликерный способ имеет большие преимущества перед сушильно-помольным. При нем в одном агрегате— распылительной сушилке — совмещаются процессы сушки и грануляции глины, резко улучшаются условия производственного комфорта, процесс может быть автоматизирован.
Пресс-порошок, полученный в распылительных сушилках, обладает большой влажностной однородностью, практически не содержит пылевидной фракции, по гранулометрическому составу приближается к монофракционному, из него при прессовании легко удаляется воздух, вследствие чего порошок равномерно пропрессовывается при более низких давлениях. Свойства его стабильны благодаря полной автоматизации процесса.
Новые заводы полусухого прессования кирпича строятся только на основе шликерного способа подготовки пресс-порошка.
3.2.Прессование изделий из керамических порошков.
Теория полусухого прессования изучает закономерности, определяющие свойства спрессованного сырца (прессовок) в зависимости от свойств пресс-порошка и условий его прессования.
Керамические порошки представляют собой трехфазную систему, состоящую из твердой минеральной части, жидкой фазы — воды и воздуха. Для получения высокоплотного спрессованного полуфабриката из пластичных масс целесообразно использовать порошки типа монофракционных с выбором конечного давления, обеспечивающего полное устранение расположенных между частицами свободных промежутков за счет пластической деформации частиц.
Начало прессования керамического порошка сопровождается его уплотнением за счет смещения частиц относительно друг друга и их сближения. Это является первой стадией уплотнения. При этом происходит частичное удаление воздуха из системы.
Следующая (вторая) стадия уплотнения характеризуется пластической необратимой деформацией частиц. При этом увеличивается контактная поверхность между частицами. Одновременно с этим уплотнение каждой элементарной частицы сопровождается выжиманием влаги из ее глубинных слоев на контактную поверхность частицы. Оба эти фактора обусловливают возрастание сцепления между частицами. Вода вместе с содержащимися в ней глинистыми коллоидами цементирует крупные частицы прессовки, а с увеличением контактной поверхности возрастает эффект такой цементации. В этой стадии уплотнения может иметь место защемление и упругое сжатие воздуха, который не успел удалиться из порошка.
В третьей стадии уплотнения наступает упругая деформация частиц. Такие деформации наиболее вероятны для тонких удлиненных частиц в виде игл и пластинок, которые могут изгибаться по схеме зажатой консоли или балки, опирающейся на две опоры.
Последняя стадия уплотнения сопровождается хрупким разрушением частиц, при котором прессовка получает наибольшее уплотнение и наибольшее сцепление вследствие сильного дальнейшего развития контактной поверхности. Для осуществления хрупких деформаций требуется очень большое давление, которое при полусухом прессовании большинства керамических изделий практически не достигается .
После прекращения действия прессующего усилия и освобождения изделия из формы происходит его упругое расширение, достигающее в отдельных случаях 8%. Упругое расширение не дает возможности получать прессовки с максимальной плотностью и является причиной образования других пороков изделий, спрессованных из порошков.
Причинами упругого расширения могут быть обратимые деформации твердых частиц, расширение запрессованного воздуха, а также адсорбционное расклинивание контактов влагой, выжатой при прессовании из контактных поверхностей в более крупные поры.
Суммарный эффект уплотнения характеризуется коэффициентом сжатия Ксж:
где Н—высота засыпки порошка в форму пресса; h—высота полученной прессовки.
Разницу между высотой засыпанного в форму порошка и высотой полученной прессовки называют «осадкой» (рис.97).
Зависимость коэффициента сжатия от величины прессового давления выражают уравнением прессования. Для глиняных грубозернистых порошков наиболее удовлетворительное совпадение с опытом дает уравнение вида
где Р—величина прессового давления; а и n—константы, определяемые экспериментом.
Графическую зависимость между осадкой и удельным давлением прессования изображают в виде компрессионной кривой. Она является основной характеристикой деформативных свойств (прессуемости) порошка. Компрессионные кривые некоторых порошков приведены на рис. 98. Из графика видно, что с увеличением удельного давления и влажности осадка возрастает.
| Рис. 97. Схема к определению понятия «осадки» |
По мере возрастания давления осадка сначала интенсивно развивается, затем начинает затухать и при достижении некоторого давления, характерного для каждого порошка с данными свойствами, почти полностью прекращается. Это указывает на то, что для каждого порошка с присущими ему прессовочными свойствами существует определенное давление, превышать которое не имеет смысла, так как за его пределами дальнейшего уплотнения прессовки почти не происходит.
Прессовое давление, приложенное к штампу, затухает в направлении толщины изделия. Закон распределения давления по толщине прессуемого изделия выражается уравнением
где РН– давление на расстоянии Н от пуансона; Р0– давление у пуансона; R–гидравлический радиус прессовки
Перепады давления и плотности по толщине прессовки могут быть снижены пластификацией порошков повышением влажности (технологической связки), введением ПАВ, смазывающих веществ и подогревом пресс-формы. Эти же мероприятия снижают неравноплотность в горизонтальных направлениях.
На равноплотность прессовки очень большое влияние оказывает режим прессования. По направленности прессовых усилий различают прессование одностороннее (рис.99,а) и двусторонние (рис.99,б), по кратности их приближения– однократное и многократное прессование, по интенсивности приложения—ударное и плавное прессование.
Двухстороннее прессование уменьшает степень неравноплотности прессовки, поскольку путь необходимого перемещения штампа, т. е. величина Н в уравнениях (92) и (93), сокращается вдвое. Поэтому современные прессы изготовляют с двухсторонним прессованием даже для формования сравнительно тонких изделий.
На рис. 99, б показана схема двухстороннего прессования, осуществляемого при помощи двух подвижных штампов. Но двухстороннее прессование может быть также при одном подвижном штампе и плавающей (свободно-подвижной) форме, как это показано на рис. 100. В этом случае нижний штамп неподвижен, а форма может перемещаться относительно штампов, для которой они являются направляющими.
При многократном (ступенчатом) прессовании чередуются между собой стадии нагрузки, когда штамп давит на порошок, со стадиями разгрузки, когда штамп несколько приподнимается и прессовка освобождается от прессующего давления.
Факторы, определяющие качество прессовки, в значительной степени зависят от длительности приложения прессующей нагрузки. Наихудшие результаты получаются при ударном прессовании, наилучшие—при плавном приложении нагрузки. При этом увеличивается плотность прессовки, возрастает ее равноплотность, снижается упругое последействие и воздух наиболее полно удаляется из прессуемого порошка.
Для изделий, спрессованных из порошков, характерными являются так называемые трещины расслаивания. Они возникают на боковых поверхностях прессовки, перпендикулярно направлению прессующего усилия (рис. 102), и выводят изделия в брак. В производственном обиходе их возникновение объясняют обычно «пере-
Рис. 102. Трещины расслаива-ния в изделиях полусухого прессования