探讨陶瓷坯体增强剂的机理研究

姚青山，聂贤勇，白梅

（佛山市禅城区科捷陶瓷原料有限公司，佛山 528000）

1 前言

针对陶瓷生产而言，陶瓷配方设计是其关键工序，配方设计的好坏对陶瓷产品的成型、干燥、表面装饰、烧成等有很大的影响；粉料塑性是否合理，不仅关系到陶瓷坯体成型适用性及生坯的强度适合合理性，同时关系到生坯干燥的适应性及干燥强度是否符合工艺要求，否则，导致给后工序造成生产难度，甚至出现大量的破损。目前国内许多陶瓷厂家，尤其是在广东地区，优质的塑性粘土逐渐缺乏甚至枯竭，陶瓷原料的塑性低达不到成型及干燥等工序的工艺要求。为了解决陶瓷原料塑性低的问题，技术研发工程师通过外加增强剂提高坯料塑性满足生产工艺的要求。本文从增强剂的机理研究及发展趋势进行分析。

2 陶瓷坯料增强剂在生产中的应用

2.1 增强剂定义及分类

增强剂是对陶瓷粉料为成型及运输过程中提高强度，避免破损。增强剂一般为高分子有机物，添加到陶瓷坯体配方中后，对生产及产品本身没有不利影响，且在窑炉烧成容易挥发，同时为生产各工序顺利进行保驾护航。目前陶瓷行业使用的增强剂分类，从增强剂的成分分类一般有甲基纤维素、聚丙烯酸钠复合剂、淀粉聚合物、苯多酸酯类、酰胺类等；从增强剂状态一般分为粉体及液体两种，粉体容易运输但是容易吸水变质，液体使用更加方便且容易融于泥浆中，同时对浆料性能影响不大。

2.2 陶瓷坯体添加增强剂注意的事项

2.2.1 增强剂种类的选用

根据陶瓷坯体配方中的各种原料选择合适的增强剂种类至关重要。如果选用的增强剂类型不合理，不仅会导致泥浆流速增大，也可能出现触变性增大；泥浆性能的变差，会导致制备的粉料质量降低，给后面的生产带来一系列的问题。因此选择增强剂的时候，一是需要对选择的增强剂类型、结构、使用方法进行全面的了解，其二就是对坯体配方中的各种原料的性能了解，其三就是对多种增强剂进行小试及中试，找出合适的增强剂及最佳添加量；其实在条件允许的条件下，最好是复合型的增强剂搭配使用；针对选择科学合理的增强剂的前提下，还要考虑性价比问题。

2.2.2 增强剂的添加比例

增强剂添加比例需要通过添加不同比例增强剂进行对比试验，找出最佳的添加比例；不管什么事情都有一个临界值，添加剂比例也是有一个临界添加量，如果添加量超过临界比例后，陶瓷坯体的增强效果会下降；这是因为增强剂添加过多，坯体料里面的粒子表面被增强剂彻底包裹，增强剂越多，包裹层就越厚，导致坯料中各粒子的间距就原来越大，降低了粒子间的吸附力，因此坯体的塑性及强度也随之降低。

3 增强剂提高陶瓷坯体强度机理分析

3.1 有机聚合物增强机理

有机聚合物长分子链是通过一定的温度及催化剂共同作用下把有机小分子或者单分子聚合连接在一起而成，不同的有机高分子链的结构不同，对坯体增塑及增强效果不一。有机聚合物增强陶瓷坯体塑性及强度的原理是长分子链的聚合物把坯体中粒子间的连接在一起，粒子间通过长分子链的聚合物相互吸附作用形成无规则网状，使陶瓷坯体内的粒子包裹起来，提高陶瓷坯体的生坯及干燥坯体强度。

3.2 氢键提高陶瓷坯体强度的机理

通过对陶瓷粉料粒子间粘附性的研究，发现粉料中的粒子与粒子间具有水分及毛细孔的张力促使粉料中粒子与粒子相互吸力而紧密的结合在一起；粉料通过压制成型为坯体，在成型的过程中，成型压力不断的增大，粒子间距离越来越小，从而互相的吸附力越大，坯体强度也越来越大。如果陶瓷粉料中添加增强剂，粉料中的粒子表层被有机高分子的聚合物所包覆（其粒子的包覆度随增强剂的加入的比例而变化），由于有机聚合物的存在，粉料的粒子间会发生氢键反应而产生氢键作用力，从而大大提高了陶瓷生坯和干燥坯体的强度。

3.3 粘结作用提高陶瓷坯体强度的机理

经过粉料粒子间的移动靠近，使得一个粒子的外表上的高分子聚合物与另外一个粒子的外表高分子聚合物相连接或者吸附在一起，使得两个粒子之间更加牢固的紧密相连，这样，在陶瓷粉料在压制成型的过程中，受到来自外界的挤压，使得粒子之间受到外部压力进一步互相结合，同时由于泥浆中的高分子聚合物的粘附作用，产生了一个立体的网状形态，使得陶瓷粉料经过压制成型后的坯体综合强度得到了极大的提升。

3.4 静电对陶瓷坯体强度增大的机理

根据结晶和硅酸盐微观学知识，陶瓷原料中的粒子一般以片状或者类似片状结构存在，而粒子上带有正电和负电，负电存在于粒子表面，正电存在于粒子的边缘位。陶瓷粉料在压制成型时，粉料中的粒子主要以面、边、棱连接为主，带负的面与带正电的边和棱之间因为静电正负相吸的原料而粘结在一起，再加上对粒子的外部压力不断增大，粒子间的间隙越小，而颗粒之间的间隙越小或者粒子间的距离越短，而粒子上的正负静电的吸附力就越大，最后压制成型出来的坯体强度就越大。

4 陶瓷增强剂的发展趋势

陶瓷增强剂是一种代替粘土的新型材料，它的使用范围越来越广泛，几乎涵盖了整个陶瓷行业；随着研发技术水平的提升，结合精细化工等跨行业的技术经验，增强剂的实用性、可替代性、性价比等方面得到了显著的提升；从国内外有关陶瓷增强剂的研制和使用情况来看，并结合国内的现状，深入研究陶增强剂的形成及作用机理，研发出多种新型的亲水性的增强剂，研究每种陶瓷原料的技术特性，尽可能的研究出性价比高且环保型的陶瓷增强剂。