Связка для экструзии керамических масс

 

Изобретение относится к формованию методом экструзии керамических масс, не содержащих или содержащих в незначительном количестве пластичных глинистых материалов, например, на основе оксидов, а также уже синтезированных порошков, и может быть использовано в электротехнической, электронной и химической промышленности. Связка для экструзии керамических масс включает водорастворимый эфир целлюлозы и парафин. В качестве водорастворимого эфира целлюлозы связка содержит водный раствор метилцеллюлозы или карбоксиметилцеллюлозы, в качестве парафина - парафиновую эмульсию и дополнительно водный раствор полиэтиленоксида и карбоновую кислоту из группы: муравьиная, уксусная, пропионовая, лимонная при следующем соотношении компонентов, мас. водный раствор метилцеллюлозы или карбоксиметилцеллюлозы 65 87; парафиновая эмульсия 1 4,5; водный раствор полиэтиленоксида 11 30; карбоновая кислота из группы: муравьиная, уксусная, пропионовая, лимонная 0,5 - 2,5. Изобретение позволило снизить деформацию при изготовлении, повысить точность размеров и увеличить выход годных изделий. 2 табл.

Изобретение относится к формованию методом экструзии керамических масс, не содержащих или содержащих в незначительном количестве пластичных глинистых материалов, например, на основе оксидов, а также уже синтезированных порошков, и может быть использовано в электротехнической, электронной, химической промышленности.

При экструзии керамических изделий часто используют водные растворы эфиров целлюлозы в сочетании с различными пластификаторами.

Известна связка для экструзии керамических масс, содержащая (в мас.ч.) 4-8 метилцеллюлозы или гидроксипропил- целлюлозы, 1-8 глицерина или этиленгликоля, 20-26 воды (сверх 100%) [1] Однако при использовании этой связки наблюдается значительная деформация изделий при экструзии, недостаточная точность размеров, а также низкий выход годных изделий.

Наиболее близкой к предлагаемому изобретению является связка для экструзии керамических масс, содержащая (в мас.ч) 24 водного раствора карбоксиметилцеллюлозы (КМЦ) и 5 парафина (сверх 100) или в пересчете на 100% 82,75% водного раствора КМЦ и 17,25% парафина [2] Однако при использовании указанной связки не удается получить изделия без деформации и с высокой точностью размеров, выход годных изделий при ее использовании около 75-80% Кроме того из-за значительного содержания парафина масса быстро пересыхает и теряет пластичность.

Задачей, на решение которой направлено изобретение, является снижение деформации при изготовлении, повышение точности размеров и увеличение выхода годных изделий.

Поставленная задача достигается тем, что, связка для экструзии керамических масс, включающая водорастворимый эфир целлюлозы и парафин, в качестве водорастворимого эфира целлюлозы содержит водный раствор метилцеллюлозы или карбоксиметилцеллюлозы, в качестве парафина парафиновую эмульсию и дополнительно водный раствор полиэтиленоксида и карбоновую кислоту из группы: муравьиная, уксусная, пропионовая, лимонная при следующем соотношении компонентов, мас.

Водный раствор метилцел- люлозы или карбоксиме- тилцеллюлозы 65-87 Парафиновая эмульсия 1-4,5 Водный раствор поли- этиленоксида 11-30 Карбоновая кислота из группы: муравьиная, ук- сусная, пропионовая, лимонная 0,5-2,5 Неизвестное ранее такое сочетание компонентов связки позволяет получить массу с высокой пластичностью, связностью, низкой зыбкостью, позволяет осуществлять экструзию заготовок сложной геометрической формы, в том числе, трубок с одним или несколькими отверстиями и сотовой структуры, при этом значительно снизить их деформацию в процессе экструзии и получать высокую точность размеров. Высокая пластичность и связность массы и низкая зыбкость способствуют получению плотных и прочных заготовок без трещин, расслоений, что обеспечивает высокий процент выхода годных изделий.

Такие водорастворимые эфиры целлюлозы, как метил- и карбоксиметилцеллюлоза, являются доступными, хорошо распределяются между частицами керамического порошка, обладают высокими связующими свойствами. Водный раствор полиэтиленоксида уже при небольшой концентрации обладает высокими связующими и пластифицирующими свойствами, обеспечивает повышенную прочность экструдируемой заготовки. Парафиновая эмульсия, представляющая собой маловязкую жидкость, хорошо распределяющуюся между частицами порошка, значительно снижает зыбкость массы, обеспечивает высокую точность размеров и уменьшает деформацию экструдированных заготовок. Введение карбоновой кислоты способствует разжижению водных растворов гелей эфиров целлюлозы и полиэтиленоксида и улучшению смачивания частиц керамического порошка связкой.

Для оценки деформации (точности размеров) определяли отношение наружных диаметров, измеренных по вертикальной и горизонтальной оси в нескольких местах (начале, конце, середине) трубчатых заготовок, полученных экструзией из мундштука диаметром 40 мм с толщиной стенки 5 мм, длиной 300-500 мм, высушенных в естественных условиях в горизонтальном положении. Выход годных изделий определяли после обжига на 50 трубках с несколькими продольными отверстиями, при этом браковали изделия с раковинами, трещинами, посечками и с низкой точностью размеров (при соотношении D_max/D_min ≥ 1,08).

Технология приготовления связки и пластичной массы для экструзии заключается в следующем. Сухой порошок метилцеллюлозы или карбоксиметилцеллюлозы, а также полиэтиленоксида растворяют в воде и выдерживают примерно 1 сут для набухания, причем водный раствор метилцеллюлозы готовят 2-4%-ной концентрации, карбоксиметилцеллюлозы 4-8%-ной концентрации, а полиэтиленоксида 0,3-1,0% -ной концентрации. Далее тонкоиз- мельченный порошок керамического материала, например, на основе глинозема, кварца, синтезированного кордиерита, диоксида титана и др. подвергают смешению в лопастном смесителе с компонентами связки водными растворами метилцеллюлозы или карбоксиметилцеллюлозы, полиэтиленоксида. Парафиновую эмульсию и карбоновую кислоту добавляют небольшими порциями при постоянном перемешивании.

После смешения в течение 20-30 мин массу выгружают из смесителя, подвергают промину для усреднения по влажности, после чего экструдируют заготовки изделий на шнековом или поршневом вакуум-прессе. Затем изделия подвергают медленной сушке при температуре 100-120^оС, после чего обжигают до требуемой температуры.

Составы разработанных связок и результаты их применения для экструзии некоторых керамических масс приведены в примерах 1, 2, 3 и табл. 1, 2 (для масс на основе глинозема).

П р и м е р 1. Порошок технического глинозема с размером частиц 1-5 мкм смешивали с 4% -ным водным раствором метилцеллюлозы, 0,5%-ным водным раствором полиэтиленоксида, парафиновой эмульсией и лимонной кислотой. Соотношение компонентов связки составляло 75, 20, 2,5 и 2,5% соответственно.

Содержание связки составляло 26,5% по отношению к сухому веществу (сверх 100% ). После смешения и промина экструдировали трубки наружным диаметром 40 мм с толщиной стенки 5 мм. Отношение диаметров трубки D_max/D_min 41/39 1,05. Выход годных изделий (без деформации, трещин и т.д.) составляет 93% П р и м е р 2. Порошок кордиеритовой керамики, синтезированной при температуре 1340^оС, с размером частиц 1-3 мкм смешивали с 4%-ным водным раствором карбоксиметилцеллюлозы, 0,8% -ным водным раствором полиэтиленоксида, парафиновой эмульсией и уксусной кислотой. Соотношение компонентов связки составляло 67, 30, 1,5 и 1,5% соответственно. Содержание связки составляло 26,2% по отношению к сухому веществу (сверх 100%). Из полученной массы экструдировали трубки по примеру 1. Отношение диаметров трубки D_max/D_min 40,5/39,5 1,02. Выход годных изделий составляет 94%
П р и м е р 3. Массу на основе диоксида титана в форме анатаза (с содержанием TiO₂ на менее 75%) с размером частиц менее 1 мкм смешивали с 3%-ным водным раствором метилцеллюлозы, 0,5%-ным водным раствором полиэтиленоксида, парафиновой эмульсией и пропионовой кислотой. Соотношение компонентов связки составляло 70, 28, 1 и 1,0% Содержание связки составляло 27% Из полученной массы экструдировали трубки по примеру 1. Отношение диаметров трубки D_max/D_min 41,3/38,71,067. Выход годных изделий составляет 90%

Формула изобретения

СВЯЗКА ДЛЯ ЭКСТРУЗИИ КЕРАМИЧЕСКИХ МАСС, включающая водорастворимый эфир целлюлозы и парафин, отличающаяся тем, что она в качестве водорастворимого эфира целлюлозы содержит водный раствор метил-или карбоксиметилцеллюлозы, в качестве парафина парафиновую эмульсию и дополнительно водный раствор полиэтиленоксида и карбоновую кислоту из группы муравьиная, уксусная, пропионовая, лимонная при следующем соотношении компонентов, мас.

Водный раствор метил-или карбоксиметилцеллюлозы 65 87
Парафиновая эмульсия 1,0 4,5
Водный раствор полиэтиленоксида 11 30
Карбоновая кислота из группы муравьиная, уксусная, пропионовая, лимонная 0,5 2,5