رئولوژی رسها
رفتار رئولوژی ذوغابهای رسی کاشی و سرامیک عموماً در سیستمهای غیر نیوتنی بیان میشود. به خصوص آنها را میتوان در سیالات پلاستیک و نیمهپلاستیک نوع تیکسوتروپ طبقهبندی نمود. توجه داشته باشید که یک رس، چه پلاستیک و چه شبهپلاستیک با توجه به مقدار ماده خشک در دوغاب رفتار خاص خود را دارد که در مباحث بعدی، در مورد آن صحبت خواهد شد. این خواص با نظر به کاربردهای صنعتی، تأثیرات مثبت و منفی دارد. در سرامیکها حضور تیکسوتروپی در نقاط تسلیم ، با رفتار پلاستیکی مواد ارتباط دارد. به هر حال در اینجا به این موارد اشاره میشود و چرخه تکنولوژی دوغاب رسی و تأثیرات آن به غیر از فرآیند الک کردن و نگهداری دوغاب در تانک برای زمان طولانی بیان میشود. باید توجه داشت که پارامترهای فیزیکی و شیمیایی، رئولوژی رسها را کنترل میکنند. میتوان گفت که همگی آن فاکتورها مستقیماً روی پتانسیل زتا تأثیر میگذراند. بهخصوص تعویض کاتیونی ، سطح تماس مناطق بین مایع و جامد (که وابسته به توزیع اندازه ذرات رسها است) و حضور نمکهای محلول خصوصاً سولفاتها و نمکهای کلسیم در رس، جزء اولویتهای اولیه هستند. اثر فاکتورهای بالا روی رئولوژی رسها میتواند به چند طریق کنترل شود: راحتترین آن اختلاف درصد رس در دوغاب است. مقدار و نوع ماده دیفلوکولانت نیز میتواند تأثیرگذار باشد و یا فرآیند خردایش میتواند تغییرات بهوجود آورد. در هر حالت نقش خردایش در خواص رئولوژی یک دوغاب، نمود کمتری در سرامیکها دارد ، و این ممکن است یکی از مهمترین فاکتورها در رئولوژی یک سیستم باشد.
خردایش، به خصوص زمان آن، تأثیر مستقیمی روی توزیع اندازه ذرات و دمای دوغاب دارد. بهطور عملی ما میتوانیم خواص رئولوژی یک دوغاب را با خردایش تنظیم نمائیم. در نظر داشته باشیم که میکس طولانیتر، حلالیت نمکها را بیشتر میکند و سطح تماس و برخورد آب و ذرات جامد بیشتر شده در نتیجه سطح تماس و برخورد آب و ذرات جامد بیشتر شده در نتیجه سطح تعویض کاتیونی بالاتر میرود.
این امر بهطور نرمال منجر به کاهش سیالیت و یک افزایش در ویسکوزیته ظاهری، تشدید تیکسوتروپی و ظهور یا افزایش نقطه تسلیم میشود. با بالا رفتن دما این تأثیرات زیاد میشود که این امر همچنین متأثر از افزایش زمان خردایش نیز میباشد. افزایش دما دو نقش دارد: اولاً تأثیر مستقیم بر روی رئولوژی سیستم به عنوان یک عامل منفی در حرارتهای بالای 60درجه سانتیگراد دارد. همچنین بر افزایش سرعت حلالیت نمک و تعویض کاتیونی در دمای بالا تأثیرگذار است. به عنوان مثال کاشیهای پرسلانی که به صورت تک پخت میباشد ، هنگامی که از خشککن خارج میشود دمای بالای 60درجه دارند.
رسها در دوغاب خود سبب تغییرات واضح در رئولوژی دوغاب میشود. نکته آخر اینکه در تمام سیستمهای رسی، میزان درجه تیکسوتروپی با افزایش درصد جامد دیده میشود.
یک سیستم رس- آب میتواند بر اساس استفاده از دیفلوکولانت کنترل شود: مواد سرامیکی مشابه، دیفلوکوله شده با درصدهای مختلف تریپلیفسفاتسدیم (STPP)، بیانگر یک سیستم از اختلاف رئولوژی میباشد. (همراه با حضور نقطه تسلیم و تشدید نمودار هیسترزیز) از علائم دیفلوکولاسیون بالا، ناصحیح بودن سیستم سیالسازی است. با افزایش درصد STPP شرایط رئولوژی مطلوب کاهش مییابد. وضعیتهای مشابه بالا میروند تا جایی که نوع دیفلوکولانت تغییر مییابد.
مطالعات ما نشان میدهد که فسفاتها (خصوصاً تریپلیفسفات) در محدوده رسهای شناخته شده به واسطه کنترل مطلوبی که روی تیکسوتروپی دارند، نتایج قابل قبول از خود دارند.
سیلیکاتها با رسها نتایج خوبی میدهند ولی ضعیف هستند یا محتوی کائولین بالایی هستند. لذا کنترل تیکسوتروپی آنها مشکلتر از فسفاتها است.
محصولات آلی عموماً دیسپرزکنندههای خوبی بوده و ثابت هستند. اما کارائی کمتری در کنترل ویسکوزیته ظاهری دارند. در مورد نسبت بین دیفلوکولانتها و نقطه تسلیم و ویسکوزیته پلاستیک در سیستمهای آب-رس اطلاعات کمی در دسترس است. خصوصاً در انواع صنعتی آن، این مشکل وجود دارد.
مینرالوژی و رئولوژی رسها
عمده مینرالهای رسی موجود در رسها، مورد استفاده در صنعت سرامیک، کائولن، ایلیت، سمنتیت (مونت موریونیت، ناترونیت) و کلریتها هستند. خصوصیات رئولوژی رس وابسته به نوع و مقدار مینرالهای رسی محتوی آن است. گرچه نتوانستهاند آن را بهصورت یک تابع از درصد رس مرتب نمایند. که دلیل آن هم حضور مینرالهای اضافی میباشد که در ویژگیهای رئولوژی یک رس نقش تعیینکنندهای دارند.
در اینجا به طور خلاصه توضیحاتی در مورد ویژگیهای رئولوژی مینرالهای ذکر شده بالا به میان میاید. هر چند که این مطالعات و مشاهدات در حالت خالص مواد بهدست آمده، در حالی که برای رسهای مصرفی در صنعت پارامترهای دیگری نیز تأثیرگذار هستند.
کائولین دارای ساختار مینرالی است که از حضور آب بین لایهها جلوگیری میکند، عدم ظرفیت تعویض کاتیونی و معمولاً در کائولینهای خلوص بالا، نمکهای محلول وجود ندارد.
این فاکتور در رفتار رئولوژی غیر پلاستیکی تأثیرگذار است. در نتیجه نقطه تسلیم مشاهده نمیشود به غیر از جایی که شرایط رئولوژی به طرز خاصی نامطلوب هستند. (مثلاً غلظتهای بالا، دیفلوکولانتهای نامناسب، خردایشهای زیاد، گرچه در بین مینرالهای مختلف رسی، کائولین کمترین تأثیر را در خردایش دارد.)
بهطور نرمال مقدار PH در کائولین بین 5-6 میباشد. که بهطور اپتیمم امکان دیفلوکوله کردن با سیلیکات - سدیم، کربناتسدیم را میدهد و در شرایط خیلی مطلوب در محصولاتی که میزان PH آنها از 7 تا 9 سوق پیدا میکند، هیدراتسدیم را میتوان استفاده نمود. البته فسفاتها و نمکهای آلی نیز تأثیر اپتیمی روی سیستم آب-کائولین دارند. در حالی که استفاده از مواد با PH اسیدی منع میگردد. مشاهدات بالا برای کائولین خالص کاربرد دارد. با این حال برای رسهای کائولینیتی سفید و قرمز معتبر است. تا جائی که مقادیر الودگی مانند نمکهای محلول یا مینرالهای رسی مختلف در طبیعت درصد محدودی هستند.
ایلیت ایلیتی که خلوص آن قابل قیاس با کائولینها باشد، وجود ندارد. این تنها دلیلی است که در سیستمهای رسی مقادیر مختلفی ایلیت وجود دارد. این حقیقت وجود دارد که ویژگیهای رئولوژی را نمیتوان به درصد حضور مینرالها نسبت داد و تعیین درصد این قبیل مینرالها با دقت زیاد، مشکل است.
اجازه دهید یک ارزیابی داشته باشیم. برای مثال یک رس ایلیت- کائولینی با فرض اینکه مینرالهای دیگر و ناخالصیها در آن وجود ندارد را در نظر میگیریم. دراین مورد یک کائولین مقایسه میشود، تمام شرایط دیگر مساوی میباشند، رفتار پلاستیک در سیستم افزایش می یابد .
