AGYAG-ADALÉKANYAG KEVERÉKEK REOLÓGIAI VIZSGÁLATA RHEOLOGICAL BEHAVIOUR OF CLAY-ADDITIVE COMPOUNDS

Átírás

1 Anyagmérnöki Tudományok, 37. kötet, 1. szám (212), pp AGYAG-ADALÉKANYAG KEVERÉKEK REOLÓGIAI VIZSGÁLATA RHEOLOGICAL BEHAVIOUR OF CLAY-ADDITIVE COMPOUNDS KOCSERHA ISTVÁN Miskolci Egyetem, Kerámia- és Szilikátmérnöki Tanszék 3515 Miskolc-Egyetemváros A tanulmány szerves és szervetlen adalékanyagok nagy képlékenységű téglaagyag reológiai alakítási tulajdonságaira gyakorolt hatásának vizsgálatát mutatja be. Szerves pórusképző adalékként osztályozott fűrészport és darált napraforgó maghéjat használtam, míg szervetlen adalékként soványító anyagként osztályozott kvarchomokot és őrölt téglaport alkalmaztam. Az agyagkeverékek, 3 és 5 tömegszázalékos adagolás, illetve 2 és 24%-os nedvességtartalom mellett készültek. A reológiai vizsgálatot kapilláris reométerrel végeztük. Az eredmények azt mutatják, hogy mind az etalonként használt adalékmentes agyag, mind a keverékek kis nyírási komponenst tartalmazó dugós áramlással haladnak a kapillárisban, ahol az átáramló anyag nagy részét a fal melletti csúszás továbbítja. Kulcsszavak: téglagyártás, adalékok, reológia, folyásgörbe. Effects of organic and non-organic additives on the rheological behaviour of clay-based compound were investigated in this study. As pore forming additives, saw dust and ground sunflower seed shell, while as opening agent sand and ground brick dust were mixed to the clay matrix in, 3, and 5wt%. The water content was set to 2% and 24% of the compounds respectively. The investigation was carried out on a capillary rheometer. Results showed that the clay and the compounds behaved as Binhgam fluids. The capillary flow showed mainly plug flow with extensive wall slip. Keywords: brick, additives, Bingham flow, wall slip. Bevezetés A hagyományos égetett tégla falazóelemek gyártása során számos adalékanyagot alkalmaznak, amelyek bekeverésével a gyártáshoz használt agyag valamilyen kedvezőtlen tulajdonsága befolyásolható és/vagy az égetett téglatermék valamely tulajdonsága javítható. Ezzel egyidejűleg megtörténik a más iparágból származó hulladék téglaipari adalékanyagként való felhasználása [1, 2, 3, 4]. Az adalékok három nagyobb kategóriába oszthatók fel: pórusképző, soványító és agyagjavító, valamint egyéb adalékok. A pórusképző adalékok olyan szerves, vagy szerves anyagot is tartalmazó természetes vagy mesterséges anyagok, melyek adagolásával a tégla porozitása növelhető, és az adalékok kiégése során felszabaduló energia csökkentheti az égetőkemence tüzelőanyag felhasználását. A faipari alkalmazásokból származnak a legnagyobb mennyiségben felhasznált adalékok a fűrészporok és a faforgácsok különböző fajtái [5, 6]. Ezek adagolása növeli a nyers tégla szilárdságát, és javítja a kiégetett termék hőszigetelését is [7]. A száradási érzékenység befolyásolására alkalmazzák a soványító (zsíros agyagok

2 2 Kocserha István esetén), illetve az agyagjavító (sovány agyagok esetén) adalékokat [2]. A leggyakrabban használt ásványi eredetű soványító adalékanyag a homok, de számos egyéb anyag is alkalmazható [2, 8]. A hazai és a nemzetközi szakirodalomban található kutatási eredmények szinte mindegyike az adalékanyagok és a téglatermékek egyes fizikai tulajdonságai között fennálló kapcsolatot mutatja be. Kevés az olyan irodalmi forrás, amely téglaagyagok esetén tudományos alapossággal vizsgálja és írja le az adalékok hatását az agyag-adalékanyag keverék gyártás, azaz extrudálás közbeni viselkedésére. Az adalékok a téglaiparban használt agyagok reológiai (folyási) viselkedésére gyakorolt hatásának vizsgálata még nem kellően feltárt és dokumentált területnek tekinthető. A tanulmány célja, hogy a téglagyártáshoz használt négy jellegzetes adalékanyag hatását vizsgálja meg, a nagy képlékenységű agyagok folyási tulajdonságaira. 1. Elméleti alapok Mikroszkopikus szempontból a vizsgált agyag a kerámia masszák általános kategóriájába sorolható. A kerámia masszák olyan többfázisú rendszerek, melyek legalább egy szilárd és egy folyékony fázisból állnak. Jellemzőjük a diszperzitás, mivel a massza előkészítése során az egyes komponenseket igyekeznek teljesen homogén módon eloszlatni [9,1]. A képlékeny anyagok viselkedésének leírása lehetséges a reológiai folyástörvényekkel anyagegyenletekkel. Az agyagok folyásgörbéi széles sebesség gradiens tartományban (-1 3 1/s) általában szerkezeti viszkózus tulajdonságot mutatnak, mivel a téglaipari extrudálás a -3 1/s tartományba esik [11], ahol a szerkezeti viszkózus folyásgörbe lineáris tartományként közelíthető. A szélesebb tartományban általában a Herschley-Buckley-féle modell a megfelelő, mely a Bingham-féle meghatározás általánosításaként értelmezhető [12]. Téglaagyagok esetén a rendszert a viszkózus víz és a nem viszkózus szilárd szemcsék mellett a plasztikus agyagfrakció alkothatja, sok összetevővel és változó szemcsemérettel. Az agyagkeverékek alakíthatóságának minősítésére léteznek egyszerű, indexáló eljárások, ezek azonban gyakran csak a massza extrudálhatóságára arra adnak választ. Ilyen eljárás az Atterberg-féle plaszticitási index meghatározása, vagy a kúpos penentrációs módszer [13]. Az agyag-adalékanyag keverékek teljes folyási viselkedésének leírása azonban bonyolultabb mérési metódust követel. Ilyen módszer az általam használt kapilláris reometria. A kapilláris reométer tulajdonképpen nem más, mint egy dugattyús extruder. A berendezés felépítése és működése az 1. ábra segítségével érthető meg. A vizsgálandó anyagot tartalmazó préshengert az egyik végéről az extrudálási nyomást biztosító dugattyú, míg másik végéről egy kapilláris furatot magába foglaló záróelem határolja. A dugattyú beállított v d mozgása által az anyagban létrejövő p nyomás hatására az v k sebességgel átfolyik az L hosszúságú és D átmérőjű kapillárison. A kapilláris reometria Hagen Poiseuille féle [12] alapegyenlete csak végtelen hosszú kapillárisokra vonatkozik. A gyakorlati mérések során, a kapillárisokba történő ki- és belépéskor azonban jelentősen megváltozik az áramlási profil. A kialakuló szűkülő és táguló részben nyomásesések keletkeznek. Szükséges tehát a belépési nyomásértékekkel korrigálni a mért értékeket. A probléma megoldására Bagley [14] dolgozott ki korrekciós eljárást, melynek lényege, hogy állandó nyírási sebesség mellett, az R sugarú, különböző L hosszúságú kapillárisokkal végzett mérések eredményeként kapott nyomásokat az L/R függvényében ábrázoljuk. Az L/R értékhez tartozik a korrekciós nyomásérték.

3 Agyag-adalékanyag keverékek reológiai vizsgálata ábra. A kapilláris reométer Az irodalmi adatok szerint a különböző agyagásványokat tartalmazó plasztikus kerámia masszák [15] vagy nem plasztikus kerámia porokból folyósítós szerrel készített masszák [16] esetén a reometriás mérések során előfordul, hogy a massza nemcsak nyíródik, de csúszik is a fal mentén. Ekkor tehát a kapillárisban a nyírás mellett fellép egy másik sebességkomponens is (2. ábra). Ha a csúszás jelensége fellép, akkor a különböző átmérőjű, de azonos L/D viszonnyal rendelkező kapillárisok esetén eltérő nyírófeszültség érték adódik, azaz függést mutat a kapilláris geometriától. A csúszási jelenség a nedvességtartalom és a finom szuszpenziók nyomás hatására történő felületre mozgása miatt lép fel. Az agyagot alkotó szemcsék közötti hézagok a tömörítés hatására teljesen telítődnek vízzel, majd a további tömörítés miatt megindul a nedvesség felületre áramlása. 2. ábra. A fal melletti csúszás jelensége A szilárd szemcsék mintegy szűrőként [1] viselkednek, így a víznek az agyagszemcsékkel alkotott szuszpenziója mintegy átmosódik a szűrőn és a felületre vándorol. Ekkor a kapillárison átáramló Q teljes térfogatáram egy nyírási és egy csúszási részből áll, melyeket a folyásgörbe meghatározásához szét kell választani. A fal melletti csúszás és a nyírt frakció elkülönítésére Mooney [17] dolgozott ki módszert, mely a (1) kifejezésen alapszik: 4v ɺ γ csúszási látszólago s =γɺ nyírt + [1/s] (1) R ahol: γ látszólagos a számolt sebesség gradiens, γ nyírt valódi sebesség gradiens, v csúszási a fal melletti csúszási sebesség, R a kapilláris rádiusza. Az állandó csúsztató-feszültség mellett mért látszólagos sebesség gradienst ábrázolva az alkalmazott kapilláris sugár reciprokának függvényében, a kapott görbe kimetszi az adott csúsztatófeszültséghez tartozó valódi nyírási sebesség gradienst.

4 22 Kocserha István 2. Anyagok és mérési módszerek A vizsgálatokhoz nagy képlékenységű agyagot használtam, annak érdekében, hogy a különböző adalékok soványító hatása érvényesülni tudjon. Az agyag a Mályi Tégla Kft. agyagbányájából származott. A fellelhető három szürke, kék és sárga agyag közül a sárga agyag a legképlékenyebb, mivel az Atterberg-féle képlékenységi vizsgálatot elvégezve, a sárga agyag képlékenységi száma 21,9-re adódott, ami alapján a nagy képlékenységű agyagok közé sorolható. A keverékkészítéshez az alábbi adalékanyagok d<1mm frakcióját használtam: soványító adalékként kvarchomok és égetett mályi téglából pofástörővel készített téglapor; pórusképző adalékként fűrészpor (faipari hulladék) és napraforgómag darált héja (élelmiszeripari hulladék). Az agyagkeverékek nedvességtartalmának alsó határa az ipari keverékekben átlagosan használt w = 2%-os, míg a felső határ w = 24%-os relatív nedvességtartalom volt. E feletti értékek esetén az extrudálási előkísérletek nagyon képlékeny nem öntartó terméket eredményeztek. Az adalékok az agyag tulajdonságaira gyakorolt hatásának vizsgálatához, etalonként az adalékmentes agyagot használtuk fel. A használt keverékek összetételét és jelölését az 1. táblázat foglalja össze. Nr. Keverék neve Keverék jele Keverék rel. nedvességtart. (%) Adalék neve Adalék mennyisége (m/m%) 1. Tiszta agyag 1 w Tiszta agyag 2 w Kavrchomok1 h3w2 2 homok 3 4. Kvarchomok2 h5w2 2 homok 5 5. Kvarchomok3 h3w24 24 homok 3 6. Kvarchomok4 h5w24 24 homok 5 7. Tégla1 t3w2 2 téglapor 3 8. Tégla2 t5w2 2 téglapor 5 9. Tégla3 t3w24 24 téglapor 3 1. Tégla4 t5w24 24 téglapor Mag1 m3w2 2 darált maghéj Mag2 m5w2 2 darált maghéj Mag3 m3w24 24 darált maghéj Mag4 m5w24 24 darált maghéj Fűrészpor1 f3w2 2 fűrészpor Fűrészpor2 f5w2 2 fűrészpor Fűrészpor3 f3w24 24 fűrészpor Fűrészpor4 f5w24 24 fűrészpor 5 1. táblázat. A használt keverékek összetétele és jelölése A keverékek homogenizálása és a nedvesség adagolása laboratóriumi kollerjárat segítségével történt. A keverés időtartama minden esetben 4 perc volt, megelőzve az agyag esetleges kiszáradását. Megtörtént a keverékek beállított nedvességtartalmának ellenőrzése is, több pontról történő mintavételezéssel és szárítással. A keverési művelet után minden keveréket légmentesen, dupla polietilén zsákba zárva 1 hétig pihentetettem. A folyásgörbék meghatározásához szükséges méréseket egy saját fejlesztésű, kalibrált kapilláris reométeren végeztem, a 2. táblázatban megadott különböző hosszúságú (L) és átmérőjű (D) kapillárisok felhasználásával. A sebesség-gradiens mérési tartományának felső határa 47 1/s-volt.

5 Agyag-adalékanyag keverékek reológiai vizsgálata Eredmények Kapilláris átmérő D, mm L/D viszony Kapilláris hossz L,mm 3 2, 4; 8; 12 6; 12; 24; , 4; 8; 12 8; 16; 32; 48 5,25; 2, 4; 1; 1; 2 2. táblázat. A méréshez használt kapillárisok jellemző paraméterei Az agyag nem-newtoni folyadékként viselkedik, ezért a reológiai jellemzés első fázisában csak a látszólagos folyásgörbe vehető fel. Ehhez meg kell határozni a különböző alakító-sebességekhez tartozó, fal melletti nyírófeszültséget. Valamennyi keverék esetén a vizsgálatok háromszori ismétléssel készültek. Az átlagolt nyomásértékeket a látszólagos sebesség-gradiens függvényében ábrázolva egy nyomásgörbékhez jutunk, melyet a fentebb leírtaknak megfelelően Bagley-korrekció segítségével korrigálni szükséges. A korrekciós számításokat minden keveréknél (1. táblázat) és a D = 3; 4 és 5 mm átmérőjű kapilláris mérőfejnél (2. táblázat) el kellett végezni, így összességében 54 db Bagley-diagram készítettem. A látszólagos folyásgörbék mind az adalékmentes agyag, mind a keverékek esetén, a korrigált nyomásértékek segítségével kerültek meghatározásra. A 3. ábrán az adalék nélküli agyag látszólagos folyásgörbéje látható.,4,35,3 y =,4x +,257 R² =,982 Látszólagos folyásgörbe, tiszta agyag (w=2%) y =,2x +,242 R² =,967 Nyírófeszültség, x1 5 Pa,25,2,15,1,5, y =,1x +,229 R² =,973 d4 Nyírófeszültség d3 Nyírófeszültség d5 Nyírófeszültség Látszólagos sebességgradiens (1/s) 3. ábra. Látszólagos folyásgörbe adalék nélküli agyag esetén, (w = 2%; D = 3;4 és 5 mm) A mért adatokra egyenes illeszthető, az illeszkedés korrelációs együtthatója mindhárom esetben,95 feletti érték. Az agyag tehát Bingham-folyadékként viselkedik a vizsgált sebesség-gradiens tartományban. A látszólagos viszkozitás azonban nem volt egyértelműen meghatározható, mert a nyírófeszültség értékek eltértek a különböző D átmérőjű, de azonos L/D viszonnyal rendelkező kapillárisok esetén (3. ábra). Ez az eltérés jelzi, hogy a kapillárison történő átáramláskor nem csak tiszta nyírás történik az agyagban, hanem fellép

6 24 Kocserha István a fal melletti csúszás jelensége is, ezért a számolt sebesség-gradiens értékek csak látszólagosak. A csúszási komponenst el kell különíteni a nyírás által szállított anyagmennyiségtől. Felvéve a Mooney-féle diagramot látható (4. ábra), hogy ebben az esetben a pontokra fektetett egyenesek a negatív értéktartományban metszik a sebességgradiens tengelyt, tehát a nyírási frakció negatív, amely fizikálisan nem lehetséges. A negatív érték egyben azt is jelenti, hogy a Mooney-féle feltételezés, miszerint lineáris kapcsolat van a kapilláris rádiusz reciproka és a látszólagos sebesség-gradiens között, nem alkalmazható a vizsgált nagy képlékenységű agyag esetén. Az irodalomban találhatók különböző eljárások, amelyekkel korrigálható a Mooney-módszer. Több szerzőtől származó eljárást vizsgáltam meg, annak érdekében, hogy a valódi folyásgörbét fel lehessen venni. A Jastrebsky [17] és a Crawford [18] által javasolt módszerek esetén az eredmények nem voltak kielégítőek. A Jastrebsky-módszernél szintén negatív volt a nyírási frakció, míg a másik korrekciós módszerrel a látszólagos és a számolt átfolyó mennyiségek között nagy eltérés jelentkezett. Látszólahos sebességgradiens, 1/s ,27,28,295,35 Mooney diagram y = 43,6x -16,6 R² =,951 τ= 41kPa=áll. y = 353,9x -141,7 R² =,95 y = 279,5x -113,5 R² =,949 y = 229,8x -94,63 R² =,948,35,4,45,5,55,6,65,7,75,8 1/R τ= 37 kpa=áll. τ= 31 kpa=áll. τ= 27kPa=áll. 4. ábra. Mooney diagram adalék nélküli agyag esetén (w = 2%) Geiger [19] EPD monomer gumikeverékek kapilláris reométerrel történő vizsgálatánál a hagyományos Mooney módszerrel szintén negatív korrigált valódi sebesség-gradiens értékekhez jutott hasonlóan több kutatóhoz. A vizsgálataiból kiindulva nem lineáris Mooney-görbe használatát javasolta, ahol a látszólagos értékek korrekciójára a (2) szerinti összefüggést használja, amely a csúszási sebesség és a kapilláris rádiusz reciproka között fennálló kapcsolatot adja meg: a( τ ) R vs( τ, R) = RA( τ ) e 1 [m/s] (2) Az A(τ) jelenti a tiszta nyíráshoz tartozó sebesség-gradienst (y metszet), míg a(τ) a közelítés együtthatója. A Geiger által bevezetett elméletet sikeresen alkalmazták sztirénbutadién gumik, termoplasztikus anyagok, élelmiszeriparban használt különböző tészták reológiai viselkedésének leírásakor, valamint több kerámia massza [11] esetén, ahol a

7 Agyag-adalékanyag keverékek reológiai vizsgálata 25 vizsgálatok Mooney-szerinti korrekciója szintén negatív nyírási komponenst eredményeztek. A Laenger [11] által vizsgált különböző kerámiaipari anyagok a vizsgálat tárgyát képező témakörbe esnek, azonban az általa megadott valódi folyásgörbéket nem köti semmilyen konkrét anyagösszetételhez, azokat csak általánosságban mutatja be. A mérésekre Geiger-féle közelítést alkalmazva, az 5. ábrán látható eredményt kaptam. Az exponenciális közelítést használva, az adatok között jó korreláció adódik, a nyírási frakció pedig pozitív értékre adódik. A Geiger-féle kompenzációs eljárással kapott modellel tehát jól közelíthető az agyag viselkedése, mivel így a teljes anyagáramból leválasztható a csúszási komponens által szállított anyagmennyiség. A valódi folyásgörbe tehát a Bagley-korrekcióval a véges hosszúságú kapilláris hosszra kompenzált nyírófeszültségnek a nyírt frakcióból kapott valódi sebesség-gradiens értékek függvényében történő ábrázolásával felvehető. 14 Geiger-féle módosított Mooney diagram, w2 Látszólagos sebességgradiens, 1/s ,27,28,295,35 y =,254e 9,196x R² =,997 τ= 41 kpa=áll. y =,175e 9,547x R² =,996 τ= 37 kpa=áll. y =,74e 1,47x R² =,992 τ= 31 kpa=áll. 4 y =,25e 11,82x R² =,982 2 τ= 27 kpa=áll.,35,4,45,5,55,6,65,7,75,8 1/R 5. ábra. Geiger-korrekcióval módosított Mooney diagram adalék nélküli agyag esetén (w = 2%) 3.1. A valódi folyásgörbék felvétele Az adalékmentes agyag esetén alkalmazott eljárási lépések mind a négy adalékanyaggal készített (18 db) keverék esetén értékelhető eredményt hoztak. A kvarchomok soványítóval készült keverék valódi folyásgörbéje w = 2%-os nedvességtartalom esetén a 6. ábrán látható.

8 26 Kocserha István Nyírófeszültség, x1 5 Pa,55,5,45,4,35,3,25,2,15,1,5 Valódi folyásgörbe homok adalék esetén, w=2% y =,17x +,275 R² =,996 y =,72x +,22 R² =,997 y =,74x +,242 R² =,992 h5w2 h3w2 w2 adalék nélkül,,2,4,6,8 1, 1,2 1,4 1,6 1,8 2, 2,2 Valódi sebességgradiens, 1/s 6. ábra. A kvarchomok adalékkal készült keverék valódi folyásgörbéi, w = 2% A vizsgált alakítási sebesség tartomány alsó határát kellően alacsonyra választva, a 1/s alakítási sebesség-gradienshez történő extrapolációval az agyag folyáshatára (τ ) meghatározható. Mind az adalékmenetes agyag, mind pedig a keverékek esetén, a valódi folyásgörbékből a Bingham-anyagmodell (3) volt leolvasható, a folyáshatárral és a plasztikus viszkozitással: τ = τ + η ɺ B γ (3) A 6. ábrán látható valódi és a 4. ábrán látható látszólagos folyásgörbék összevetéséből kiderül, hogy a látszólagos és a valódi folyásgörbét leíró egyenletből származtatható η B viszkozitás érték között közelítőleg két nagyságrend különbség van. A viszkozitás értéke, kizárólag a látszólagos folyásgörbéket használva, nagyon alábecsülhető. A nyírófeszültség értéke azonban csak kismértékben különbözik. Megállapítható az is, hogy a nyírófeszültségekhez nagyon alacsony értékű alakítási sebesség-gradiens tartozik, a nyírt frakció tehát kicsi. Ebből következően a kapillárisban az agyag szinte teljes egészében dugós áramlással (plug flow) halad. Az egyes folyásgörbékhez tartozó paraméterek összehasonlítása érdekében, valamennyi adalékanyag együttesen került ábrázolásra. A 7. ábrán a Bingham viszkozitások, míg a 8. ábrán a folyáshatárok értéke van feltüntetve a beadagolt mennyiség és a nedvességtartalom tekintetében. Az egyes pontok az áttekinthetőség miatt egyenesekkel vannak összekötve. A 2%-os nedvességtartalom esetén a kvarchomok 3%-os és 5%-os adagolása 7, illetve 3%-kal csökkenti, míg a téglapor adagolása mintegy 6%-kal növeli a viszkozitás értékét. A téglapor adagolása tehát több mint duplájára növelte az adalékmentes agyag esetén mért viszkozitás értéket. A pórusképzőknél nincs túl nagy eltérés a viszkozitás értékekben, de a maghéj esetén nagyobb értéket kapunk. A 24%-os nedvességtartalmú keverékek esetén a soványítók csökkentik a Binghamviszkozitás értékét. 5%-os kvarchomok adagolása a nedves massza viszkozitásának jelentős mértékű csökkenését eredményezi. A téglapor 3%-os adagolása csak mintegy 2%-kal, míg 5%-os adagolása már több mint 4%-kal csökkenti a viszkozitás értékét. Téglapor esetén

9 Agyag-adalékanyag keverékek reológiai vizsgálata 27 tehát a tendencia megfordult a 2%-os nedvességtartalomhoz képest. A pórusképző anyagok 3-4% közötti mértékben növelték meg a viszkozitás értékét az adaléknélküli agyaghoz viszonyítva, a vizsgált nedvességtartalom és adagolási mennyiség mellett. Bingham viszkozitás, Pas Viszkozitás változása az adalékok mennyiségének függvényében w2 homok w2 téglapor w2 maghéj w2 fűrészpor 5 Adaléknélküli agyag, 2% nedvességtartalom Az adalékanyag mennyisége (m%) a) 12 1 Viszkozitás változása az adalékok mennyiségének függvényében Adaléknélküli agyag, 24% nedvesságtartalom Bingham viszkozitás, Pas w24 homok w24 téglapor w24 maghéj w24 fűrészpor Az adalékanyag mennyisége (m%) b) 7. ábra. A Bingham-viszkozitás változása a nedvességtartalom és az adalékok mennyiségének függvényében, nedvességtartalom w = 2 (a) és 24% (b) A 8. ábrán a folyáshatár értékek változása követhető a beadagolási mennyiség és a nedvességtartalom függvényében. A 2%-os nedvességtartalom esetén a kvarchomok, mint soványító adalék átlagosan 2%-kal csökkentette a massza folyáshatárát. A téglapor ezzel ellentétben 3%-os adagolás esetén mintegy 7%-kal, míg 5%-os adagolással már 23%-kal magasabb folyáshatárt eredményezett. A pórusképzők a várakozásnak megfelelően növelték a folyáshatár értékét. A maghéj 46-56%-os mértékű növekedést okoz, amely

10 28 Kocserha István együtt jár a plaszticitás csökkenésével. A fűrészpor esetén kiemelkedően magas folyáshatár értékeket kaptam, mely az adalék nélküli agyag folyáshatárának több mint háromszorosa Folyáshatár az adalékanyagok mennyiségének függvényében w2 homok w2 téglapor w2 maghéj w2 fűrészpor Folyáshatár, Pa Adalék nélküli agyag 2% nedvességtartalom Az adalékanyag mennyisége (m%) a) Folyáshatár, Pa Folyáshatár az adalékanyagok mennyiségének függvényében w24 homok w24 téglapor w24 maghéj w24 fűrészpor 1 5 Adalék nélküli agyag 24% nedvességtartalom Az adalékanyag mennyisége (m%) b) 8.ábra A folyáshatár a nedvességtartalom és az adalékok mennyiségének függvényében, nedvességtartalom w = 2 (a) és 24% (b) A 24%-os nedvességtartalmú keverékek vizsgálata a viszkozitás értékekhez hasonló tendenciát eredményezett. A kvarchomok adagolása harmadára csökkenti a folyáshatárt. Ez egyébként a mérések során is tapasztalható volt, mert a kapillárisokat elhagyó agyagkeverék már finom tapintásra is deformálódott. A téglapor adagolása 1-15%-ban csökkenti a folyáshatár értékét az adaléknélküli agyaghoz viszonyítva. A pórusképzők növelték a folyáshatár értékét, a maghéj 3%-os adagolása 1%-kal, míg 5%-os adagolása már mintegy 54%-os növekedést eredményez. A 2%-os értékhez hasonlóan a fűrészporral

11 Agyag-adalékanyag keverékek reológiai vizsgálata 29 készített keveréknek van a legnagyobb folyáshatára, mely 45%-kal és 85%-kal magasabb az adaléknélküli agyagnál 3 és 5%-os bekeverés esetén. Összefoglalás Az adalékokkal képzett keverékek mindegyike kis nyírási komponenst tartalmazó dugós áramlással haladt a kapillárisban, ami alapján jól extrudálhatónak tekinthető. Az összes szárazanyagra vonatkoztatott, w = 2%-os nedvességtartalom esetén (az adalékmentes agyaghoz viszonyítva) a kvarchomok 3 és 5 m/m %-os adagolása csökkenti a keverékek Bingham-viszkozitását és folyáshatárát. Ugyanakkor a téglapor, a darált napraforgó maghéj és az osztályozott fűrészpor adagolása különböző mértékben növeli ezeket a paramétereket. w = 24%-os relatív nedvességtartalom esetén, az adalékmentes agyaghoz viszonyítva, a kvarchomok és a téglapor adagolása csökkenti a Bingham viszkozitást és a folyáshatár értékeket, míg a többi adalék különböző mértékben, de növeli azt. Az összes szárazanyagra vonatkoztatott w = 2%-os és 24%-os nedvességtartalom esetén a viszkozitás növekedése legjobban darált napraforgó maghéj adagolásával érhető el. A folyáshatárra azaz a nyers minták szilárdságára a fűrészpor bekeverése gyakorolja a legnagyobb hatást. Irodalom [1] V. Ducman, T. Kopar: The influence of different waste additions to clay-product mixtures, Materials and technology 41/6, 27, pp [2] K. Junge: Additives in the brick and tile industry, Ziegelindustrie International 12, 2, pp [3] Kutassy L.: Különleges hulladék anyagok felhasználása a durvakerámia iparban. Építőanyag, 1982/9. [4] Z. Xuanye: The use of residual materials in the Chinese brick and tile industry. Ziegelindustrie International 4, 23, pp [5] M. Sveda: The influence of sawdust on the physical properties of clay body, Ziegelindustrie International 11, 2, pp [6] M. J. Murray, R. M. Liversidge: The use of cubic shaped sawdust in heavy clay products Ceramurgia International 4/3, 1978, pp [7] Bánhidi V., Gömze A. L: Improvement of insulation properties of conventional brick products. Materials science forum 589, 28. p [8] Bohlmann: Reduction of mixing water with additives a contribution to energy cost saving. Ziegelindustrie International 1-2, 1998, pp [9] W. Hoffmann. H. Berger: Rheology of a heavy clay extrusion body. Ziegelindustrie International 4, 21, pp [1] J. J. Benbow, J. Bridgwater: Paste Flow and Extrusion. Clarendon Press, [11] F. Laenger: Designing an extruder with allowance for the properties of ceramic extrusion compounds. Part 1-5. German Ceramic Society Report, vol 69/3-8, [12] C. W. Macosko: Rheology. Principles, Measurements and Applications. Wiley-VCH, [13] F. Handle: Extrusion in Ceramics. Springer-Verlag, 27. [14] E. B. Bagley: End corrections in the capillary flow of polyethylene. Journal of Applied Physics 28, 1957, pp

12 21 Kocserha István [15] P. J. Martin, D. I. Wilson, P. E. Bonnett: Rheological study of a talc-based paste for extrusiongranulation. Journal of the European Ceramic Society 24, 24, pp [16] R. N. Das, C. D. Madhusoodana, K. Okada: Rheological studies on cordierite honeycomb extrusion; Journal of the European Ceramic Society 22, 22, pp [17] M. Mooney: Explicit formulas for slip and fluidity. Journal of Rheology 3, 1931, pp [18] Z. D. Jastrzebski: Entrance effects and wall effects in an extrusion rheometer during the flow of concentrated suspensions, Industrial & Engineering Chemical Fundament 6, 1967, pp [19] K. Geiger: Rheologische Charakterisierung von EPDM Kautschukmischungen mittels kapillarrheometer Systemen. Kautsch Gummi Kunstst 42, 1989, pp