CHƯƠNG 3 TAO HINH

Các yếu tố ảnh hưởng đến phương pháp tạo hình : - Hình dạng và tính chất đặc trưng của các loại sản phẩm.-Tính chất kỹ thuật của phối liệu -Năng suất và giá thành... -Tính dẻo của sét là

các phương pháp sau:

-Ép bán khô

II-Lựa chọn phương pháp tạo hình

-Yêu cầu: phương pháp tạo hình được lựa chọn phải là phương pháp tạo hình tối ưu Các yếu tố ảnh hưởng đến phương pháp tạo hình :

- Hình dạng và tính chất đặc trưng của các loại sản phẩm.-Tính chất kỹ thuật của phối liệu

-Năng suất và giá thành

Tính dẻo và khả năng tạo hình của đất sét

-Khả năng tạo hình của đất sét là do đặc tính quan trọng nhất của đất sét, đó là tính dẻo

-Đặc trưng của tính dẻo của đất sét là vừa có “độ dẻo dai” tốt, lại vừa có “độ chảy dẻo” cao, hay nói cách

khác là vừa có độ bền kéo cao, vừa có ma sát trong thấp, làm tăng khả năng trượt giữa các phần tử.

-Tính dẻo của sét là khả năng tiếp nhận nước để thành một “trạng thái dẻo”, mà dưới tác dụng của lực cơ học trạng thái này bị biến dạng và hình dạng mới hình

thành được giữ nguyên khi lực cơ học ngừng tác động

nhờ có đặc tính này của sét, mà ngay từ thời sơ khai, chỉ bằng hai bàn tay, người cổ xưa đã tạo được hình dạng khác nhau của đồ vật để sau đó qua gia nhiệt thành các sản

phẩm phục vụ cho đời sống của mình

Các yếu tố tác động chủ yếu lên độ dẻo của đất sét

-Nguồn gốc hình thành và lịch sử của khoáng sét chứa trong đất sét.

-Các công đoạn gia công đã thực hiện trước đó.

-Thời gian tiếp xúc giữa phối liệu và nước -Nhiệt độ môi trường xung quanh

-Hàm lượng nước trong hỗn hợp phối liệu -Tỷ trọng chất điện giải chứa trong phối liệu

Vai trò của cấu trúc tinh thể:

Các khoáng sét đều có cấu trúc lớp Đặc điểm của cấu trúc này là lực liên kết giữa các lớp yếu hơn nhiều so với lực liên kết giữa các cấu tử trong cùng một lớp, nhờ vậy các lớp dễ dàng trượt

so với nhau, dễ dàng tách ra thành từng tấm mỏng, tức là có độ phân tách cao

Do đó, nội lực chống lại sự tách rời các hạt trong phối liệu gốm lớn gấp 10 lần lực chống lại sự dịch chuyển (đổi chỗ) tương đối - tức là lực trượt - của chúng Nhờ đặc điểm này mà sét có độ dẻo cao Chính khả năng trượt tốt này tạo ra cảm giác mỡ màng ở những khoáng có cấu trúc lớp hoàn chỉnh và độ phân tách cao

chẳng hạn như talc, mica, các loại sét mịn hoặc bentonit…

Cỡ hạt của sét cũng đóng vai trò quan trọng đối với độ dẻo Nói chung, khoáng sét có cỡ hạt rất mịn, mà cơ hạt càng mịn thì càng thuận tiện cho việc tạo thành phối liệu dẻo, vì ở đó các mao dẫn nhỏ hơn ở các hạt thô nên chỉ cần một lượng nước cần thiết nhỏ hơn để đạt tới độ dẻo cực đại

Vai trò của nước nhào trộn

Nước có vai trò thiết yếu và dễ nhận ra nhất đối với độ dẻo Trong phối liệu, nước bao quanh các hạt sét và nằm trong các

lỗ xốp Nhờ sức căng bề mặt lớn, lớp nước hấp thụ này tạo thành những màng mỏng giữ chặt các hạt vật chất rắn với nhau Khi ta làm giảm sức căng bề mặt của nước bằng một dung môi, qua đó làm yếu hiệu ứng màng giữ này thì sự gắn kết, khả năng hoá dẻo

và tạo hình của tập hợp cũng giảm đi

Do đó là phần lớn phụ gia đưa vào nước đều làm tăng sức

căng bề mặt của nó.

Phần nước nằm giữa các hạt cũng hoạt động như một chất bôi trơn giúp cho sự di chuyển (dẻo) của các hạt này sẽ dễ dàng hơn

Khi trộn nước vào một phối liệu khô, hỗn hợp sẽ chuyển dần từ trạng thái không dẻo sang trạng thái dẻo và tới một tỷ lệ nước nhất định ta sẽ đạt được”trạng thái tạo hình tối ưu” của phối liệu Lượng nước tương ứng của trạng thái này được gọi là “lượng nước tạo dẻo”

Vai trò của phụ gia

Các phụ gia nói ở đây là những chất điện giải có vai trò quan trọng, ảnh hưởng lớn đến việc hình thành trạng thái dẻo của phối liệu

Trong thực tế ít khi tìm thấy những tinh thể lý thuyết ở sét,

mà thường chỉ là những “tinh thể thực tế” (real crystals) với

những khuyết tật tinh thể khác nhau Dạng thông thường nhất ở khoáng sét là một số cation hoá trị lớn (Al 3+; Si4+ )trong mạng tinh thể được thay thế bởi những cation kiềm hoặc kiềm thổ hoá trị nhỏ hơn

Kết quả của quá trình này là cân bằng điện tích bị phá vỡ, khoáng sét biểu hiện ra bên ngoài như môt điện tích âm Trong một môi trường có điện tích, các Cation sẽ bị kéo vào bề mặt hạt sét

Điều đó giải thích tại bao sự thay đổi giá trị pH thường gây ảnh hưởng rất mạnh đến độ dẻo của sét người ta đã sử dụng các hoá chất tương ứng để xử lý, cải thiện giá trị dẻo cho các loại sét, chẳng hạn natri carbonat cho sét axit và axit acêtic cho sét

kiềm

Việc sử dụng phụ gia ảnh hưởng đến nguyên liệu:

- Dẻo hơn so với khi chưa xư lý,

- Cần ít nước hơn khi gia công đạt độ dẻo mong muốn,

- Cần lực nhỏ hơn để ép vào khuôn (vì dẻo hơn),

- Cấu trúc vật lý được cải thiện, và với những sét dễ phân lớp thì khuynh hướng phân lớp này giảm đi,

- Sản phẩm dễ tạo hình hơn, ít nứt và bể góc hơn,

- Sản phẩm đã sấy khô ít nhạy cảm với nước hơn và có thể ngâm trong nước ~ 10 phút mà không bị tan rã,

- Nhiêt độ nung giảm và vật liệu chặt hơn,

- Sản phẩm nung có độ bền nén và uốn cao hơn,

- Độ hút nước giảm đi, chủ yếu do sự phân lớp giảm đi,

- Màu của phối liệu thường sáng hơn

Vai trò của áp lực tạo hình

Trong quan hệ lưu biến học, hỗn hợp đất sét và cao lanh được coi như vật thể khi có tác dụng của lực bên ngoài, vật thể sẽ đàn hồi, phương trình lưu biến sẽ tuân theo định luật Hook và

định luật Newton

-Biến dạng đàn hồi tức thời: là biến dạng thuận nghịch, có

tác dụng làm xoay hay uốn các hạt vật thể

-Biến dạng đàn hồi chậm: tốc độ biến dạng chậm, khi lực

ngừng tác dụng, biến dạng sẽ phục hồi nhưng rất chậm (vần còn mang tính thuận nghịch) Có tác dụng làm dịch chuyển hay trượt các hạt vật thể nhưng không làm đứt mối liên kết và cấu trúc

-Biến dạng dẻo: xuất hiện khi lực tác dụng vượt quá ứng

suất cắt tới hạn (giới hạn chảy) Khi đó quá trình biến dạng là

không thuận nghịch tuy tốc độ biến dạng không đổi, cấu trúc sẽ bị phá hủy một phần

-Nguyên liệu có khả năng biến dạng đàn hồi chậm lớn

thì dễ tạo hình, do vật liệu có khả năng bù trừ cho ứng suất xuất hiện trong vật thể, tạo điều kiện cho phối liệu ít bị đứt,

vỡ khi tạo hình

-Lượng nước ứng với trạng thái phối liệu có độ bền dẻo cực đại chính là lượng nước tạo hình thích hợp Giá trị này thường nằm trong giới hạn giữa độ ẩm hấp phụ và độ ẩm của các hạt sét được hydrat hóa hòan toàn

-Do đó: đất sét có độ mịn càng mịn, độ dẻo càng cao

và độ ẩm tạo hình thích hợp càng lớn

-Để đánh giá tính tạo hình của phối liệu, trong sản xuất người

ta thường xác định theo chỉ số dẻo

1-Tạo hình dẻo

-Phương pháp tạo hình dẻo:

-Tạo hình trên bàn xoay-Tạo hình bằng máy ép dẻo-Độ ẩm tạo hình: 18-24%

-Phương pháp lựa chọn thiết bị tạo hình dẻo:

-Phối liệu có độ dẻo cao: tạo hình trên máy, ép dẻo hay tiện dẻo

-Phối liệu dẻo vừa: ép dẻo

-Nguyên liệu sử dụng: đất sét, cao lanh có độ dẻo cao.

-Lực ép tạo hình :

-Đất sét dẻo: 0,2 -0,3 MPa-Đất sét ít dẻo: 0,8- 0,9 Mpa-Tốc độ tạo hình : 7- 21 m/ph (10- 18.000 viên/h)

Nguyên tắc hoạt động:

-Tạo ra áp lực ép lên vật liệu sét-Phá vỡ các liên kết cấu trúc của khoáng sét-Tạo thành dòng phối liệu liên tục

-Tạo thành dòng phối liệu có mức độ đồng tăng dần

2 Tạo hình bán khô

-Quá trình tạo hình dẻo sẽ tiêu tốn thời gian sấy, năng lượng sấy, tăng chu kỳ sản xuất, sản phẩm sau khi sấy bị

khuyết tật nhiều Do đó, việc giảm độ ẩm tạo hình, tạo áp lực

ép lớn sẽ tăng độ chính xác của sản phẩm, giảm phế phẩm, tiết kiệm năng lượng

Lý thuyết quá trình ép bán khô

-Quá trình ép bán khô là sự làm chặt hỗn hợp bột ép cùng với quá trình biến đổi hóa lý giữa các pha rắn, lỏng và khí

Khi bị ép chặt, phối liệu bột ép chuyển dịch theo nhiều hướng khác nhau, phá vỡ các lỗ rỗng lớn, các hạt lấp đầy lỗ rỗng

cùng với không khí thoát ra, diện tích tiếp xúc tăng lên

-Áp lực ép càng tăng thì các hạt nén lại, cùng với sự biến dạng xuất hiện, lượng ẩm được phân phối đều , kết dính các hạt lại

-Càng tăng lực ép thì lượng không khí không kịp thoát ra

bị nén lại, ngăn cản sự tiếp xúc của các hạt bột Quá trình biến dạng làm các hạt thay đổi hình dạng, có sự phân phối lại ứng suất bên trong các hạt Lực ép càng tăng thì ứng suất tác dụng càng tăng

-Quá trình ép bán khô phụ thuộc vào

-Tính chất bột ép-Chế độ ép

-Độ ẩm của phối liệu và trị số ép

Tạo hình bằng thiết bị ép bán khô

-Độ ẩm 5-8%: bột áp có độ ẩm thấp, làm giảm tính không đồng đều của sản phẩm mộc, cần lực ép lớn, áp lực ép đạt đến

15 MPa

-Độ ẩm 8-12%: độ ẩm vừa đủ, làm tăng lực liên kết giữa các hạt bột ép, lực ép tạo hình vừa đủ, áp lực ép 7-10 MPa

-Độ ẩm 12 -18%: độ ẩm lớn, tính không đồng nhất cao, làm giảm tác dụng của lực ép tạo hình, cần sấy để giảm độ ẩm bột

Tạo hình bằng thiết bị ép bán khô

Khi lực ép đạt giá trị max thì bề mặt tiếp xúc giữa các hạt tăng lên ,cường độ lớn nhất

Nếu độ ẩm cao ,hạt nhỏ nó cản trở quá trình thoát khí ,dễ gây hiện tượng phân lớp

Hệ số nén :

Trong đó : H chiều cao bột ép trước khi ép

h Chiều cao sản phẩm sau khi ép Hệ số Kn có mối quan hệ với Khối lượng thể tích bột ép và sản phẩm sau khi ép :

γ sau nén = γbột ép .Knén

h H

kn 

3-Tạo hình đổ rót

-Phương pháp đúc rót hồ là phương pháp chủ yếu tạo hình các sản phẩm có hình dáng phức tạp, chủ yếu là tạo hinh trong khuôn thạch cao.

-Nguyên tắc:

-Khả năng của đát sét tạo ra các huyền phù ổn định

-Tính lưu biến của hồ phối liệu.

-Quá trình hấp thụ của các hạt trên ống mao dẫn để tạo thành sản phẩm trên bề mặt khuôn.

Các yếu tố ảnh hưởng đến khả năng tạo thành hồ

-Vận tốc tạo thành lớp sản phẩm trên bề mặt khuôn phụ thuộc vào:

-Vận tốc hút nước hồ của khuôn.

-Thành phần hạt của phối liệu -Tỷ lệ giữa pha rắn và pha lỏng trong hỗn hợp hồ

-Vận tốc khuyếch tán của hồ và nước qua lớp xương mộc của sản phẩm

-Độ ẩm hồ phối liệu: 30-36%

-Độ ẩm xương sản phẩm mộc: 20-22%.

-Nhược điểm: khuôn gồm nhiều mảnh, hình dáng khuôn phức tạp

-Phương pháp đúc rót hồ thừa:

-Quá trình bám khuôn tạo thành sản phẩm mộc diễn ra một thành của khuôn thạch cao.

-Dùng để chế tạo các sản phẩm có hình dáng phức tạp, thành mỏng.

-Hồ phối liệu được đổ rót vào khuôn thạch cao, chiều cao lớp hồ thường nhiều hơn yêu cầu sản phẩm.

-Sau khi sản phẩm đạt yêu cầu thì phần hồ thừa được thu hồi lại.

-Nhược điểm: chiều dày thành sản phẩm không đồng đều.

-Phương pháp liên hợp:

-Quá trình tạo hình sản phẩm bằng cách kết hợp cả phương pháp đúc rót hồ thừa và đúc rót hồ đầy.

-Sản phẩm được tạo hình trong khuôn thạch cao, sau đó được tháo khuôn, chỉnh sửa hình dạng kích thước

và gắn lại vào khuôn thạch cao , sau đó quá trình tạo hình giai đoạn tiếp theo.

-Phương pháp này có thể tự động hóa, tạo hình trên dây chuyền.

-Nhược điểm: quá trình tạo hình gồm nhiều giai đoạn, một số công đoạn còn thủ công, chi phí đầu tư ban đầu lớn.

4 Các khuyết tật của quá trình tạo hình:

-Tạo hình dẻo:

-Phân thành từng lớp riêng biệt do chưa gia công kỹ

-Vết rạn nứt trên cạnh và góc sản phẩm mộc -Vết nứt do hơi nước nhào trộn quá nhiệt

-Khuyết tật trên bề mặt do chế độ nhào trộn không thích hợp.

-Khuyết tật do tạo hình gây ra bởi sự phân bố ẩm.

-Tạo hình bán khô:

-Vết nứt phân lớp trên các cạnh -Vết lõm trên bề mặt sản phẩm mộc -Khuyết tật trên mặt.

-Độ ẩm sản phẩm mộc không đồng đều -Kích thước sản phẩm không đều.

-Tạo hình đúc rót:

-Các vết đúc rót -Lỗ thông hơi và bọt khí -Cấu trúc không đồng nhất -Chiều dày không đồng đều -Biến dạng sản phẩm

-Vết nứt