Свойства глинистых материалов

Свойства глинистых материалов наиболее полно определяются при увлажнении их водой. Глинистые материалы по-разному поглощают влагу из воздуха, взаимодействуют при непосредственном увлажнении, неодинаково отдают влагу при сушке, так как вода по-разному связана с глинистыми частицами.

Формы связи влаги с материалом в системе глина — вода по классификации П. А. Ребиндера можно разделить на три вида: химическую, физико-химическую и физико-механическую. Химическая вода входит в кристаллическую решетку глинистых материалов и удаляется при 550—600° С. Физико-химическая влага может быть в виде адсорбционной (вода гидратных оболочек), осмотической или структурной.

Физико-механическая влага, в свою очередь, подразделяется на влагу макро-(>1 мкм) и микрокапилляров (<1 мкм) и влагу смачивания. Влагу физико-химическую и физико-механическую также можно разграничить на свободно- и прочносвязанную. Прочносвязанная вода входит в гидратную оболочку глинистых частиц.

Общее количество прочносвязанной воды у глин и каолинов различно и составляет: у монтмориллонита 10—25%, часов-ярской глины 9—10, каолинов 2—4%. В фарфоровой массе с влажностью 22—23% по массе объем воды 42—45, а объем прочносвязанной воды 0,8—1% общей влажности материала. Свободносвязанная вода размещается между глинистыми частицами в капиллярах и подчиняется законам гидростатики.

Каждому виду глины и каолина присуще свое определенное водосодержание, при котором в наилучшем виде проявляются их керамические свойства: у каолинов 27—31%, часов-ярской глины 30—32%, трошковской глины 30—36%, Количество роды рабочего водозатворения зависит от минералогического состава, дисперсности и природы обменных катионов и анионов.

Влага в керамических массах выполняет роль смазки при перемещении частиц. При влажности 32—33% керамическая масса разжижается (в присутствии электролитов) и становится пригодной для изготовления изделий методом отливки.

Пластичность — способность тестообразной керамической массы принимать под влиянием внешних усилий любую форму без разрывов и трещин и сохранять ее после внешнего воздействия. Пластичность можно рассматривать как промежуточное состояние между хрупким и вязкотекучим состоянием материала. Мера (число) пластичности определяется как разность между влажностью предела раскатывания (масса крошится) и нижней границей текучести (масса растекается). По пластичности глинистое сырье разделяют на пять групп: высокопластичное, среднепластичное, умереннопластичное, малопластичное и непластичное с числом пластичности соответственно более 25, 25—15, 15—7, менее 7; непластичные не дают пластичного теста. У непластичных материалов пределы раскатывания и растекаемости совпадают. Такое определение пластичности условно и не характеризует истинное значение этого важнейшего свойства глинистых материалов и масс на их основе, которое до настоящего времени еще не полностью изучено.

Более, точно пластичность характеризуется данными, получаемыми при прямом измерении деформации при сжатии, прочности при растяжении и удлинении, срезе (сдвиге) и скручивании, по величине линейной усадки при сушке, прочности на изгиб высушенных образцов. На пластичность влияют природа минералов и количественное соотношение их в массе, величина частиц и их форма, особенности поверхности частиц, ионообменная способность, количество воды и растворенные в ней вещества, величина поверхности, взаимодействующей с водой.

Пластичность можно понизить добавлением непластичных материалов: песка, боя изделий (шамота), более тощих глин. Плавни в сырых массах также играют роль отощающих добавок. Повысить пластичность масс можно вводом пластифицирующих добавок, длительным вылеживанием, вакуумированием,
Ионнообменная способность — вид и количество адсорбируемых катионов — оказывает большое влияние на систему глина — вода. В естественном состоянии на поверхностях глинообразующих минералов чаще всего адсорбируются катионы Ca²⁺, Mg²⁺, Na⁺, H⁺, которые при использовании растворов электролитов в большинстве случаев легко обмениваются с другими ионами. Причиной адсорбции ионов является их неправильное распределение в октаэдрических и тетраэдрических слоях глинистых минералов. Обменные катионы каолинита главным образом адсорбируются на свободной от гидроксильных групп площади основания, содержащей гидроксильные группы по краям кристаллов. Ионную способность глинистых минералов учитывают при подготовке пластичных масс и особенно литейных шликеров.

Мерой емкости обмена (емкость поглощения) принято называть количество катионов или ионов (г/моль ·10³), поглощенных 100 г глины и способных к обмену. Емкость катионного обмена возрастает с уменьшением размера глинистых частиц. Величина емкости поглощения колеблется, у каолинов она составляет 3—15, каолинитовых глин 9—20, гидрослюдистых глин 10—40, бентонитов 40—150 г/моль·10³.