無(wú)鉛玻璃粉粘合劑對(duì)溫度的影響*

黃 駿 王宇旭

(1 江蘇拜富科技有限公司 江蘇 宜興 214221) (2 宜興市科技創(chuàng)業(yè)服務(wù)中心 江蘇 宜興 214221)

前言

隨著科技發(fā)展的進(jìn)步和人們生活條件的改善，人們對(duì)環(huán)保意識(shí)的增強(qiáng)含鉛玻璃粉的毒害對(duì)環(huán)境污染已經(jīng)引起人民及政府的高度重視。無(wú)鉛玻璃粉完全能夠保證各方面的要求，這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%的氧化物組成，混合均勻燒制1 250℃，冷卻后球磨D90=12 μm，過(guò)篩300目。

1 實(shí)驗(yàn)原料及設(shè)備

實(shí)驗(yàn)所用原料，如表1所示。

表1 實(shí)驗(yàn)原料(質(zhì)量%)

工藝流程：熔劑配混→燒制→水冷→干燥→分級(jí)球磨→干燥→過(guò)篩→制漿→造粒→包裝

實(shí)驗(yàn)所用設(shè)備：千分之電子秤、馬弗爐電爐、歐美克粒度儀、臥式球磨機(jī)、攪拌球磨機(jī)、烘箱、噴霧造粒機(jī)、顯微鏡300～500倍、快速測(cè)水分儀。

2 實(shí)驗(yàn)部分

物料按照表1比例配混燒制冷卻后，進(jìn)行分級(jí)球磨。使用臥式球磨機(jī)粗磨，料球水比1∶2.5∶0.45用13 mm球石球磨D90=20 μm左右，經(jīng)歐美克粒度儀測(cè)定后達(dá)到細(xì)度要求，計(jì)算出含水率，倒入攪拌球磨機(jī)進(jìn)行球磨，料球水比1∶5∶0.75用3 mm球石球磨D90=12 μm。經(jīng)過(guò)干燥、過(guò)篩所得釉漿基礎(chǔ)玻璃粉。球石選用氧化鋯球石，氧化鋁球石磨損在0.15%左右，硅酸鋯球石磨損在0.09%，氧化鋯球石磨損在0.05%，球石選用僅對(duì)表1熔劑成分。其中攪拌球磨使用樹(shù)脂球磨內(nèi)襯。

表2 基本配方組成

3 實(shí)驗(yàn)步驟

3.1 HEC水溶液的配制

稱(chēng)取1.5 kg離子水于不銹鋼料筒中，安裝好高速乳化機(jī)或攪拌機(jī)，將攪拌桿放入不銹鋼料筒中，調(diào)節(jié)攪拌桿至合適位置，開(kāi)啟乳化機(jī)開(kāi)關(guān)對(duì)漿料進(jìn)行高速分散，再緩慢加入25 g HEC。添加完畢后，繼續(xù)分散攪拌24 h。過(guò)濾去除未溶物和氣泡。即得到HEC水溶液，密封保存待用。

3.2 PVA水溶液的配制

稱(chēng)取1.5 kg離子水于不銹鋼料筒中，將攪拌桿放入不銹鋼料筒中，調(diào)節(jié)攪拌桿至合適位置，開(kāi)啟乳化機(jī)開(kāi)關(guān)對(duì)漿料進(jìn)行高速分散，緩慢加入25 g PVA, 攪拌分散使PVA充分溶脹，然后通過(guò)水浴一邊加熱，一邊攪拌，待水燒開(kāi)繼續(xù)保溫1～2 h，使其充分溶解。冷卻至室溫并過(guò)濾。將濾液密封保存待用，即制備得到 PVA溶液。

3.3 CMC水溶液的配制

稱(chēng)取1.5 kg離子水于不銹鋼料筒中，將攪拌桿放入不銹鋼料筒中，調(diào)節(jié)攪拌桿至合適位置，開(kāi)啟乳化機(jī)開(kāi)關(guān)對(duì)漿料進(jìn)行高速分散，緩慢加入25 g CMC，然后通過(guò)水浴一邊加熱，一邊攪拌，充分溶解后并過(guò)濾。將濾液密封保存待用，即制備得到CMC 溶液。

3.4 無(wú)鉛玻璃粉細(xì)化實(shí)驗(yàn)步驟

(1)對(duì)玻璃粉料進(jìn)行細(xì)化，采用去離子水、氧化鋯球，料∶球∶水=1∶2.5∶1，采用滾筒球磨(瓷內(nèi)襯)48 h，粒徑測(cè)試D50≤3 μm，然后漿料過(guò)100目不銹鋼篩于不銹鋼盤(pán)或搪瓷盤(pán)內(nèi)進(jìn)烘箱于110 ℃烘干，粉碎過(guò)30目篩裝袋備用，注意工藝衛(wèi)生嚴(yán)禁雜質(zhì)混入。

(2)按照表2中配方表將去離子水、分散劑、消泡劑和HEC水溶液(或者PVA CMC溶液)于球磨罐中，按照料∶球=1∶2.5放入鋯球，緩慢將已細(xì)化的無(wú)鉛玻璃粉加入至球磨罐中，繼續(xù)球磨12 h。球磨完畢后，采用100目篩網(wǎng)進(jìn)行過(guò)濾。

4 噴霧造粒工序

(1)噴霧造粒使用噴霧干燥機(jī)，進(jìn)風(fēng)溫度設(shè)置為220 ℃，出風(fēng)溫度設(shè)置為110 ℃，霧化器轉(zhuǎn)速為40 Hz，進(jìn)料使用調(diào)速蠕動(dòng)泵，轉(zhuǎn)速設(shè)置為25 r/min左右。噴霧之前，若料漿出現(xiàn)大量泡沫，可滴加滴磷酸三丁酯或正辛醇消除。按造粒機(jī)使用要求進(jìn)行噴霧干燥。噴霧造粒完成后，測(cè)粉料凈重量。噴霧結(jié)束后，取1 kg獲得的粉料，進(jìn)行含水率測(cè)試，含水率測(cè)得分別是0.38 %、0.41 %、0.35 %。

將噴霧造粒完成后所得粉料過(guò)100目標(biāo)準(zhǔn)篩(剔除結(jié)塊部分)，過(guò)篩后的粉料采用分樣篩測(cè)試顆粒級(jí)配，采用粉料流動(dòng)性?xún)x測(cè)試粉料流動(dòng)性。

從分級(jí)過(guò)篩可以看出不同粘度的漿料，造粒的均勻性還有一定的差異，如表3所示。

表3 造粒料200 g分級(jí)過(guò)篩

(2)釉漿離心噴霧造粒，如圖1所示。

圖1 造粒料500倍顯微鏡觀察

(3)鈕扣實(shí)驗(yàn)，在馬弗爐燒制500 ℃,保溫90 min，如圖2所示。

圖2 馬弗爐燒制530 ℃

(4)靜電噴涂在電阻片進(jìn)行燒制，溫度時(shí)間和紐扣測(cè)試一樣。顯微鏡觀察表面，如圖3所示。

5 分析及結(jié)論

從燒出結(jié)果可以看1號(hào)造粒料，表面比較均勻及致密，沒(méi)有明顯針孔。2號(hào)、3號(hào)致密程度明顯沒(méi)有1號(hào)好而且針孔比較多，尤其是3號(hào)?？梢哉f(shuō)在這個(gè)燒成制度下粘度大，排膠需要的時(shí)間越長(zhǎng)所需的熱能越多。1號(hào)PVA聚乙烯醇的粘度在這個(gè)溫度時(shí)間正好達(dá)到了使用要求，從造粒料(見(jiàn)圖1)，也可以看出1號(hào)的均勻性也優(yōu)于2號(hào)HEC乙基纖維素、3號(hào)CMC甲基纖維素，3種樣品雖然都是蘋(píng)果型顆粒，但1號(hào)大顆粒分布明顯要少，在靜電噴涂時(shí)大顆粒撞擊很容易形成凹坑影響釉面。

圖3 燒成表面500倍顯微鏡

靜電噴涂使用噴槍將粉末涂料噴涂到工件表面。噴出的粉末涂料與工件之間產(chǎn)生高壓靜電場(chǎng)。在氣流和電場(chǎng)的作用下粉末涂料按照受力的方向飛至待涂工件，受靜電引力的作用吸附在工件表面，也就相當(dāng)于固態(tài)燒結(jié)，細(xì)顆粒優(yōu)于增加了燒結(jié)的推動(dòng)力，縮短了原子擴(kuò)散距離和提高了顆粒在液相中的溶解度，而導(dǎo)致燒結(jié)過(guò)程的加速，加了PVA、HEC、CMC可以相對(duì)影響固態(tài)燒結(jié)，PVA的粘度正好在這個(gè)燒成制度內(nèi)達(dá)到了最佳，PVA聚乙烯醇的分解溫度在180～200 ℃，HEC乙基纖維素的分解溫度210～220 ℃左右，CMC甲基纖維素的溫度更高在不同區(qū)間變化更復(fù)雜，分解溫度在300 ℃以上。

從圖3可以看出，溫度更高的CMC甲基纖維素在這個(gè)燒成狀態(tài)下排膠效果，影響了釉面結(jié)合導(dǎo)致凹坑面較多，從而影響產(chǎn)品的整體性能。PVA聚乙烯醇的聚合度分為超高聚合度(分子量25～30萬(wàn))、高聚合度(分子量17～22萬(wàn))、中聚合度(分子量12～15萬(wàn))和低聚合度(2.5～3.5萬(wàn))。醇解度一般有78%、88%、98%這3種。這次實(shí)驗(yàn)選用的時(shí)低聚合度、醇解度98%，型號(hào)選用PVA17-99，它的共聚改性、共混改性、后反應(yīng)改性，降低PVA分子間作用力，降低熔點(diǎn)?？赡茉诹硗獾臒芍贫菻EC、CMC也能達(dá)到使用要求。

總之，影響燒結(jié)溫度因素有堆積密度、加熱速度、保溫時(shí)間、物料的粘度分布等，而且相互之間的關(guān)系也較復(fù)雜，在研究燒結(jié)溫度時(shí)如果不充分考慮這眾多因素，并給予恰當(dāng)?shù)倪\(yùn)用就不能獲得具有重要性和高致密度的制品。