Partner portalu:
REKLAMA
×

Szukaj w serwisie

Jednym z głównych wyzwań, które stoi przed technologami przemysłu ceramicznego jest zmniejszenie nakładów pracy i czasu formowania tworzonych przedmiotów przed ich finalnym wypaleniem. Niemal od zarania przemysłowego wytwarzania wyrobów ceramicznych etap ten stanowił słaby punkt procesu technologicznego.

REKLAMA

Jednym z głównych wyzwań, które stoi przed technologami przemysłu ceramicznego jest zmniejszenie nakładów pracy i czasu formowania tworzonych przedmiotów przed ich finalnym wypaleniem. Niemal od zarania przemysłowego wytwarzania wyrobów ceramicznych etap ten stanowił słaby punkt procesu technologicznego.

Opracowanie konkretnych rozwiązań w zakresie procesu technologicznego sprowadza się często do znalezienia kompromisu pomiędzy właściwościami fizykochemicznymi stosowanego materiału (masy ceramicznej) wyrażającym się m.in. stosunkową zawartością wody lub innych substancji rozrzedzających, a czasem, w jakim ten materiał może przybrać odpowiedni kształt konkretnego wyrobu i być gotowy do wypalania.

FORMOWANIE TRADYCYJNE. Konwencjonalne odlewanie ceramiki w formie stosowanej do dnia dzisiejszego (występujące w opozycji do formowania ciśnieniowego), było wykorzystywane w Belgii już w XVIII wieku do wytwarzania elementów zastawy stołowej. Technika ta funkcjonująca na zasadzie filtracji wykorzystuje naturalną przy kontakcie z wodą, trwałą spoistość masy ceramicznej. Średnia zawartość wody w masie ceramicznej wynosi 30 proc. Po umieszczeniu tego materiału w gipsowej formie, zawarta w nim woda jest absorbowana przez powierzchnię formy, co skutkuje tworzeniem się warstwy materiału stosunkowo ubogiej w wodę. Zapewnia to materiałowi zdolność zachowania trwałego kształtu po usunięciu formy. Dzieje się to do czasu, gdy formowana część będzie na tyle wytrzymała, żeby mogła utrzymywać swój ciężar i nie ulegać samoistnej dezintegracji. Po finalnym ukształtowaniu się wspomnianej warstwy (stanowiącej w istocie późniejszy produkt ceramiczny) pozostała w formie reszta materiału ceramicznego jest usuwana, najczęściej poprzez wypłukiwanie. Aby cały proces formowania zaszedł poprawnie, forma musi zaabsorbować ponad połowę wody zawartej w masie ceramicznej. Wymaga to oczywiście czasu poświęconego na absorpcję wody z masy oraz na suszenie i odpowiednie przygotowanie formy gipsowej do następnego cyklu osuszania. Sprawia to, że nawet obecnie, przy znacznym udoskonaleniu tej techniki, z pojedynczej formy można skorzystać maksymalnie 2 razy w ciągu dnia roboczego (produkcja zmianowa).

WYMUSZONE WTŁACZANIE MASY. Niedostatki tradycyjnego formowania wyrobów z masy ceramicznej od dawna próbowano przezwyciężyć poprzez stosowanie rozmaitych technik ukierunkowanych w pierwszym rzędzie na przyspieszenie samego procesu schnięcia/usuwania wody z formowanego półproduktu. Jedną z takich metod zdobywających coraz powszechniejsze zastosowanie są rozmaite techniki formowania ciśnieniowego. Jak na razie znajdują one zastosowanie prawie wyłącznie w przypadku ceramicznych wyrobów sanitarnych o prostszych kształtach, takich jak umywalki, postumenty i półpostumenty oraz zbiorniki do spłuczek itp., Wytwórcy zaczęli od niedawna również produkcję misek ustępowych taką techniką.

Formowanie ciśnieniowe jest procesem technologicznym zbliżonym do opisanego poprzednio, z tą różnicą, że masa ceramiczna jest finalnie wtłaczana do form przy zastosowaniu podwyższonego ciśnienia. Zatem odsysanie kapilarne właściwe technice opartej na zastosowaniu form gipsowych (efekt podciśnienia wytwarzanego w formie) zostało zastąpione wymuszonym wtłaczaniem masy ceramicznej do form. Znacząco poprawia to sprawność i szybkość usuwania wody z masy ceramicznej. Efekt zastosowania techniki formowania ciśnieniowego obrazuje wykres. Przerywana linia po prawej stronie ukazuje czas potrzebny do osiągnięcia niezbędnej, zaprogramowanej grubości masy ceramicznej przy technice bezciśnieniowej. Ciśnienie 1 atmosfery=1 bar=105 Pa. Jak można zauważyć, zastosowanie ciśnieniowych metod wtłaczania pozwala na zdecydowane skrócenie czasu wymaganego dla osiągnięcia odpowiedniej grubości przez formowaną masę ceramiczną.

Podstawę dla stosowania tej techniki stanowi spełnienie czterech grup wymaganych parametrów, a mianowicie: odpowiedniego ciśnienia, stosunkowo niskiej lepkości masy ceramicznej, optymalnego z technologicznego punktu widzenia kształtu formy i znacznej porowatości (przepuszczalności) jej powierzchni. To właśnie prawidłowo skonstruowana forma stanowi serce całego systemu. Techniki ciśnieniowe wymagają stosowania specjalnych form, a ściślej wytrzymalszych

materiałów, z których są one wykonywane (konieczność odporności na oddziaływanie stosunkowo wysokich ciśnień). Z uwagi na fakt, że standardowe formy gipsowe nie spełniają założonych wymagań w tym zakresie w ich miejsce stosuje się materiały plastyczne, cechujące się dodatkowo wysoką porowatością, wytrzymałością mechaniczną i elastycznością, głównie polimery. Inna ważna w tym przypadku właściwość tego materiału to jego odporność na duże siły przykładane na krańcach form w celu zapewnienia należytej szczelności. Tak użytkowana forma nie może np. pęknąć. Polimerowe formy legitymują się przy tym znacznie większą trwałością, liczoną w tysiącach cykli odlewania. W przypadku form gipsowych trwałość tę można liczyć w setkach możliwych do wykonania półproduktów ceramicznych.

Formy do odlewania ciśnieniowego różnią się też porowatością; ich pory są znacznie większe, co w naturalnych warunkach decyduje o znacznie niższej od form gipsowych absorpcji wilgoci z masy ceramicznej. Jednak w przypadku stosowania znacznie podwyższonego ciśnienia, pod którym masa wtłaczana jest do form, umożliwiają one szybkie odprowadzanie płynu na zasadzie filtracji. Ciśnienie to w ekstremalnych przypadkach może sięgać wielkości 40 bar, choć w przypadkach konkretnych zastosowań jest ono z reguły kilkakrotnie niższe (maksymalnie 10 bar). Nawet tak zredukowana wartość ciśnienia i tak znacznie przekracza siłę sorpcji wilgoci w klasycznych formach gipsowych odpowiadającą ciśnieniu tłoczenia na poziomie maks. 1-2 barów. W konkretnych zastosowaniach ciśnienie to wytwarzane jest zwykle przez wysokowydajne pompy tłokowe lub kombinowane systemy przeponowo-tłokowe.

Poprawne funkcjonowanie linii odlewania ciśnieniowego nie byłoby możliwe bez stosowania mas ceramicznych o ściśle określonych właściwościach. Współczesne masy ceramiczne (nie tylko te stosowane przy odlewaniu ciśnieniowym) są wytwarzane ze sproszkowanych materiałów ceramicznych o mikroskopijnie małych cząsteczkach (różnego typu glinki, azotki krzemu itp.). Wysokie ciśnienie mogłoby powodować powstawanie niedrożności w porach, a co za tym idzie w zdecydowany sposób pogarszałoby przebieg procesu odlewania. Poza tym masa ceramiczna musi charakteryzować się też szeregiem innych parametrów, których określone wartości są pożądane z punktu widzenia optymalizacji procesu produkcyjnego. Pierwszą z nich jest odpowiednio

niska lepkość (wyrażająca się odpowiednio wysokimi współczynnikami przepływu). Pozwala ona na odpowiednio intensywną penetrację wszystkich części formy przez masę ceramiczną bez jednoczesnego tworzenia się pęcherzy powietrznych. Drugą z wymaganych cech jest odpowiednio wysoki ciężar właściwy masy. Dzięki niemu skróceniu ulega bezwzględny czas jej utwardzania, zmniejsza się kurczliwość materiału wynikająca z jego schnięcia oraz, co ważne, ilość wody wymagana do poprawnego przebiegu procesu produkcyjnego jest mniejsza. Poza tym po wstępnym usunięciu wody materiał masy musi być odpowiednio sztywny i wytrzymały oraz musi być w łatwy sposób możliwy do oddzielenia od formy. Nadmiar masy ceramicznej musi też w odpowiednio łatwy sposób poddawać się wypłukiwaniu. Wreszcie sama masa musi w stabilny sposób zachowywać się w trakcie tłoczenia, m.in. w jak największym stopniu powinna być wolna od zjawiska tiksotropii (skłonność gęstwy (masy ceramicznej) do zwiększania płynności pod wpływem mieszania i do ponownego gęstnienia w stanie spokoju). Zapewnienie tych wymogów sprowadza się do wzbogacania składu mas ceramicznych o szereg specjalnych składników. Jednym z niekorzystnych zjawisk związanych z właściwościami masy ceramicznej jest flokulacja będąca skutkiem tendencji cząsteczek do skupiania się. Jednym ze sposobów przezwyciężenia tego problemu jest nadanie cząsteczkom jednoimiennych ładunków elektrycznych, co powoduje ich wzajemne odpychanie. W tym celu stosowane są rozmaite środki deflokulacyjne, takie jak np. szkło wodne (wodny roztwór krzemianu sodu), węglan sodu, sole sodowe kwasu fosforowego, trójpolifosforan sodu (STP, wzór sumaryczny Na5P3O10), karbometyloceluloza sodu (Na-CMC) i wiele innych.

ZALETY SYSTEMU. Finalnie technika odlewania ciśnieniowego zapewnia szybkie otrzymywanie stosunkowo suchych i trwałych elementów przeznaczonych do dalszego wypalania. Mogą być one wyjmowane z form szybko i bez większych trudności, a same formy po krótkim przygotowaniu można wykorzystywać do następnego cyklu odlewania. Nie bez znaczenia jest otrzymywanie elementów z dużą wiernością zachowanych kształtów i lepszą tolerancją wymiarów. Jak już wspomniano, przy tradycyjnej linii produkcyjnej z formami gipsowymi, odpowiednie stwardnienie masy ceramicznej warunkowane jej pozostawaniem w formie zajmuje stosunkowo dużo czasu, więc jedynym sposobem na zapewnienie odpowiedniej wydajności i rytmiczności produkcji jest równoczesne stosowanie wielu form. Przemysłowe zastosowanie formowania ciśnieniowego pozwala na znaczne zmniejszenie bezwzględnej wielkości parku maszynowego, w tym zwłaszcza ilości form niezbędnych do zachowania odpowiedniej rytmiczności produkcji.

Przykładowo, przy wykorzystaniu linii technologicznej opartej o wykorzystanie maszyn ciśnieniowych z 14 formami w ciągu jednej doby można wyprodukować więcej sztuk wyrobów ceramicznych niż w przypadku odlewni tradycyjnej z 500 formami gipsowymi. Cały ciąg technologiczny zajmuje przy tym znacznie mniej miejsca (nawet 20 razy mniej), a do jego obsługi potrzeba kilkakrotnie mniej pracowników, mniej aparatury pomocniczej. Mniejsze jest też zużycie mediów niezbędnych do podtrzymania procesu technologicznego (woda, energia elektryczna itp.

ANDRZEJ TOPCZEWSKI

REKLAMA

REKLAMA

Newsletter

Najciekawsze artykuły z naszego serwisu codziennie w Twojej skrzynce
REKLAMA