Прессование изделий
Изготовление изделий способом прессования порошкообразной массы (из пресс-порошков) широко используется в производстве строительной и технической керамики, но еще не нашло применения в производстве бытовой керамики в нашей стране, несмотря на то, что проведенные исследования и опыт отдельных зарубежных фирм («Дорст», «Нетчш», ФРГ) подтверждают его целесообразность.
Полусухое прессование изделий имеет ряд преимуществ перед пластическим формованием: устраняется длительный и сложный процесс сушки полуфабриката, сокращается производственный цикл, изделия имеют правильную форму и более точные размеры, а также значительно меньшую усадку при обжиге.
Параметры прессования. Структурно-механические свойства изделий, изготовленных полусухим прессованием, формируются в период уплотнения пресс-порошка при прессовании и закрепляются при обжиге. Уплотнение порошкообразной массы при прессовании сопряжено с преодолением сил внутреннего трения между частицами и необходимостью удаления воздуха, препятствующего уплотнению и связыванию частиц при относительно малой влажности массы — обычно 8—12%.
Уплотнение пресс-порошков сопровождается процессами, в которых участвуют все фазы: твердая (минеральные частицы), жидкая (вода) и газообразная (воздух). В начальной стадии прессования твердые частицы перемещаются в разных направлениях, разрушаются крупные поры и арки (мостики), образовавшиеся из зерен в момент заполнения формы, частично удаляется воздух. Увеличивается контактная поверхность между зернами порошка.
С повышением давления происходит дальнейшее уплотнение частиц и их деформация (пластическая, хрупкая, упругая). Влага с глинистых коллоидов выжимается с глубинных слоев на контактную поверхность частиц, цементируя их. В местах контакта зерен происходят необратимые деформации. При этом не успевший удалиться воздух защемляется между зернами порошка и сжимается. При дальнейшем уплотнении порошка перемещение зерен происходит по их увеличенным контактным поверхностям, имеющим водные пленки, возможно частичное разрушение поверхности зерен в местах выступов и на углах. Упругое сжатие воздуха нарастает, и наступает упругая деформация тонких удлиненных частиц, пропорциональная действующим напряжениям. На последней стадии прессования изделие наиболее уплотняется вследствие дальнейшего развития контактных поверхностей.
При уплотнении порошков эти процессы протекают быстро, они как бы накладываются друг на друга, что существенно затрудняет их регулирование. Качество прессования изделий зависит от свойств порошка и режима прессования.
Правильный подбор зернового состава обеспечивает минимальное содержание воздуха в порошке (обычно до 30%), наименьшую среднюю плотность изделия при наивысшей их прочности.
При повышенном содержании крупных зерен, наличии зерен шамота, песка порошок становится сыпучим, при прессовании из него легче удаляется воздух, порошок уплотняется более равномерно, но при этом требуется повышенное давление. Тонкие фракции увеличивают вязкость и уменьшают подвижность порошков, затрудняют прессование ввиду медленного удаления воздуха, увеличивают неравномерность уплотнения и среднюю плотность, а также возможность расслоения изделий.
Влага уменьшает силы внутреннего трения при прессовании, способствует большему сцеплению частиц и уплотнению порошка, снижает прессовое давление, повышает качество сырца и готовых изделий. Прессование порошков пониженной влажности 5—8% сопровождается неоднородностью уплотнения по высоте изделий. Повышение влажности до 13—16% нецелесообразно, так как это вызывает необходимость сушки полуфабриката и интенсивную осадку порошков при относительно небольшом прессовом давлении. При прессовании изделий из неравномерно увлажненного порошка создается рыхлая, неоднородная структура и возникают мелкие трещины на поверхности изделий.
Прогрев порошка (70—90° С) ускоряет процесс гидратации зерен, повышает его пластические свойства, способствует снижению прессового Давления и получению полуфабриката более высокого качества, сокращает продолжительность сушки изделий, уменьшает их растрескивание, снижает износ пресс-форм и расход мощности. Считается, что нагрев массы при прессовании на каждые 10° С равноценен повышению ее влажности на 1%.
Вакуумирование порошка способствует снижению количества воздуха, уменьшает упругое расширение полуфабриката на 20—50% (снижается до 1,7—2,8%) и прессовое давление до 14,7—17,6 МПа, улучшает качество изделий.
Режим прессования характеризуется продолжительностью прессования, условиями приложения давления (одно- или двустороннее), его характером (мгновенное, переменное, нарастающее), а также величиной давления. Режим прессования устанавливается в каждом отдельном случае и зависит от свойств массы, зернового состава, влажности и вида прессуемых изделий.