无铅玻璃粉粘合剂对温度的影响研究

 逞英雄     

随着科技发展的进步和人们生活条件的改善,人们对环保意识的增强含铅玻璃粉的毒害对环境污染已经引起人民及政府的高度重视。无铅玻璃粉完全能够保证各方面的要求,这次研究的玻璃粉的物料百分比是:Bi2O350%~70%、SiO25%~10%、B2O310%~15%、AI2O35%~10%、Li2O 1%~5%、ZnO 1%~5%的氧化物组成,混合均匀烧制1250℃,冷却后球磨D90-12μm,过筛300目。


1、实验原料及设备


实验所用原料,如表1所示。

无铅玻璃粉粘合剂对温度的影响研究

工艺流程:熔剂配混→烧制→水冷→干燥→分级球磨→干燥→过筛→制浆→造粒→包装。


实验所用设备:千分之电子秤、马弗炉电炉、欧美克粒度仪、卧式球磨机、搅拌球磨机、烘箱、喷雾造粒机、显微镜300~500倍、快速测水分仪。


2、实验部分


物料按照表1比例配混烧制冷却后,进行分级球磨。使用卧式球磨机粗磨,料球水比1∶2.5∶0.45用13mm球石球磨D90-20μm左右,经欧美克粒度仪测定后达到细度要求,计算出含水率,倒入搅拌球磨机进行球磨,料球水比1∶5∶0.75用3mm球石球磨D90-12μm。经过干燥、过筛所得釉浆基础玻璃粉。球石选用氧化锆球石,氧化铝球石磨损在0.15%左右,硅酸锆球石磨损在0.09%,氧化锆球石磨损在0.05%,球石选用仅对表1熔剂成分。其中搅拌球磨使用树脂球磨内衬。


3、实验步骤


3.1HEC水溶液的配制


称取1.5kg离子水于不锈钢料筒中,安装好高速乳化机或搅拌机,将搅拌杆放入不锈钢料筒中,调节搅拌杆至合适位置,开启乳化机开关对浆料进行高速分散,再缓慢加入25g HEC。添加完毕后,继续分散搅拌24h。过滤去除未溶物和气泡。即得到HEC水溶液,密封保存待用。


3.2PVA水溶液的配制


称取1.5kg离子水于不锈钢料筒中,将搅拌杆放入不锈钢料筒中,调节搅拌杆至合适位置,开启乳化机开关对浆料进行高速分散,缓慢加入25g PVA,搅拌分散使PVA充分溶胀,然后通过水浴一边加热,一边搅拌,待水烧开继续保温1~2h,使其充分溶解。冷却至室温并过滤。将滤液密封保存待用,即制备得到PVA溶液。


3.3CMC水溶液的配制


称取1.5kg离子水于不锈钢料筒中,将搅拌杆放入不锈钢料筒中,调节搅拌杆至合适位置,开启乳化机开关对浆料进行高速分散,缓慢加入25g CMC,然后通过水浴一边加热,一边搅拌,充分溶解后并过滤。将滤液密封保存待用,即制备得到CMC溶液。


3.4无铅玻璃粉细化实验步骤


(1)对玻璃粉料进行细化,采用去离子水、氧化锆球,料∶球∶水=1∶2.5∶1,采用滚筒球磨(瓷内衬)48h,粒径测试D50≤3μm,然后浆料过100目不锈钢筛于不锈钢盘或搪瓷盘内进烘箱于110℃烘干,粉碎过30目筛装袋备用,注意工艺卫生严禁杂质混入。


(2)按照表2中配方表将去离子水、分散剂、消泡剂和HEC水溶液(或者PVA CMC溶液)于球磨罐中,按照料∶球=1∶2.5放入锆球,缓慢将已细化的无铅玻璃粉加入至球磨罐中,继续球磨12h。球磨完毕后,采用100目筛网进行过滤。


4、喷雾造粒工序


(1)喷雾造粒使用喷雾干燥机,进风温度设置为220℃,出风温度设置为110℃,雾化器转速为40Hz,进料使用调速蠕动泵,转速设置为25r/min左右。喷雾之前,若料浆出现大量泡沫,可滴加滴磷酸三丁酯或正辛醇消除。按造粒机使用要求进行喷雾干燥。喷雾造粒完成后,测粉料净重量。喷雾结束后,取1kg获得的粉料,进行含水率测试,含水率测得分别是0.38%、0.41%、0.35%。


将喷雾造粒完成后所得粉料过100目标准筛(剔除结块部分),过筛后的粉料采用分样筛测试颗粒级配,采用粉料流动性仪测试粉料流动性。


从分级过筛可以看出不同粘度的浆料,造粒的均匀性还有一定的差异,如表3所示。

无铅玻璃粉粘合剂对温度的影响研究

(2)釉浆离心喷雾造粒,如图1所示。

无铅玻璃粉粘合剂对温度的影响研究

(3)钮扣实验,在马弗炉烧制500℃,保温90min,如图2所示。

无铅玻璃粉粘合剂对温度的影响研究

(4)静电喷涂在电阻片进行烧制,温度时间和纽扣测试一样。显微镜观察表面,如图3所示。


5、分析及结论


从烧出结果可以看1号造粒料,表面比较均匀及致密,没有明显针孔。2号、3号致密程度明显没有1号好而且针孔比较多,尤其是3号。可以说在这个烧成制度下粘度大,排胶需要的时间越长所需的热能越多。1号PVA聚乙烯醇的粘度在这个温度时间正好达到了使用要求,从造粒料(见图1),也可以看出1号的均匀性也优于2号HEC乙基纤维素、3号CMC甲基纤维素,3种样品虽然都是苹果型颗粒,但1号大颗粒分布明显要少,在静电喷涂时大颗粒撞击很容易形成凹坑影响釉面。


静电喷涂使用喷枪将粉末涂料喷涂到工件表面。喷出的粉末涂料与工件之间产生高压静电场。在气流和电场的作用下粉末涂料按照受力的方向飞至待涂工件,受静电引力的作用吸附在工件表面,也就相当于固态烧结,细颗粒优于增加了烧结的推动力,缩短了原子扩散距离和提高了颗粒在液相中的溶解度,而导致烧结过程的加速,加了PVA、HEC、CMC可以相对影响固态烧结,PVA的粘度正好在这个烧成制度内达到了最佳,PVA聚乙烯醇的分解温度在180~200℃,HEC乙基纤维素的分解温度210~220℃左右,CMC甲基纤维素的温度更高在不同区间变化更复杂,分解温度在300℃以上。


从图3可以看出,温度更高的CMC甲基纤维素在这个烧成状态下排胶效果,影响了釉面结合导致凹坑面较多,从而影响产品的整体性能。PVA聚乙烯醇的聚合度分为超高聚合度(分子量25~30万)、高聚合度(分子量17~22万)、中聚合度(分子量12~15万)和低聚合度(2.5~3.5万)。醇解度一般有78%、88%、98%这3种。这次实验选用的时低聚合度、醇解度98%,型号选用PVA17-99,它的共聚改性、共混改性、后反应改性,降低PVA分子间作用力,降低熔点。可能在另外的烧成制度HEC、CMC也能达到使用要求。


总之,影响烧结温度因素有堆积密度、加热速度、保温时间、物料的粘度分布等,而且相互之间的关系也较复杂,在研究烧结温度时如果不充分考虑这众多因素,并给予恰当的运用就不能获得具有重要性和高致密度的制品。


来源:黄骏王宇旭陶瓷杂志

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