一种陶瓷研磨球滚动成型用快速凝胶冷水体系及其方法技术

一种陶瓷研磨球滚动成型用快速凝胶冷水体系，属陶瓷研磨球成型技术领域，是凝胶前液‑凝胶诱导剂组成的快速凝胶体系，凝胶前液是凝胶型结冷胶或明胶或琼脂或卡拉胶，凝胶诱导剂是冷水，球坯成型时，凝胶前液及凝胶诱导剂通过各自独立的喷雾系统均匀喷洒到滚动的球坯表面，同时不断进行投料使球坯滚粘粉料，如此形成凝胶与粉料的相互掺和体，球坯滚动长大得到陶瓷坯体，经烧结得到成品。通过设计的快速凝胶体系将凝胶反应诱导引发在正在成型的球坯表面上，起到粘合、保湿、强化等作用，有效降低球坯分层开裂现象，极大提高了成品率以及成型粒径极限。

【技术实现步骤摘要】
一种陶瓷研磨球滚动成型用快速凝胶冷水体系及其方法
本专利技术属陶瓷研磨球成型
，尤其涉及一种陶瓷研磨球滚动成型用快速凝胶冷水体系，以及使用该凝胶冷水体系滚动成型陶瓷研磨球的方法。
技术介绍
目前市场上的陶瓷研磨球主要还是以滚制法成型为主，压制法次之。陶瓷研磨球滚动成型方法有着十分悠久的应用历史，经过不断的优化改进，滚动成型技术越来越成熟。普通的陶瓷球因其使用了较多的天然矿物或者添加了一定比例的粘土，其滚动成型粒径最高可至30mm。然而随着矿山研磨工艺升级和新型磨机的不断出现，高强度高耐磨的陶瓷研磨球需求越来越迫切，与之呼应，高比重、大粒径、高耐磨的陶瓷研磨球的研究开发不断深入，其所用原料要求也越来越高，许多新型原料或是通过化学法与合成法得到的，或是通过化学提纯、烧结提炼、高温合成得到，又或者经过超细研磨与表面改性等方法得到，其材料表面性质较传统陶瓷原材料发生了较大的变化，复合使用会产生亲和性问题。受此影响，新一代的陶瓷研磨球在成型方面面临着球坯强度低、球坯分层包心、球坯保水性差、大粒径球坯成型困难、烧成开裂及成品抗破碎性能差等多方面的问题。常规的成型粘结剂、分散剂、保水剂已经无法完全解决当前问题，急需寻求新的成型工艺。为此，有人提出了溶胶-凝胶滴丸法成型方法，可以很好解决坯体结构一致性问题，极大避免球坯分层包心及其所导致的强度偏低问题，但溶胶-凝胶的抗变形能力和和成型工艺自身的限制决定了滴丸成型的球体粒径范围为0.1-5mm，而陶瓷研磨球直径越大，凝胶素坯的抗变形能力就越差，球形度也越差。可见，溶胶-凝胶滴丸法成型方法可以实现小粒径球的成型，而大粒径球的成型受到了极大限制。寻求一种适用于新型高强度高耐磨陶瓷研磨球滚动成型的方法刻不容缓。我们发现当溶胶发生热、化学变化、或溶剂失去时,使胶体粒子浓度增加,粒子之间距离靠近,或荷电为零,从而使胶体粒子的构成分子之间缩聚或聚合,形成具有分散液体在空隙或胶团内的三维网络结构，有一定的粘附包覆功能，有一定的弹性，保水能力不俗，可以作为载体、可以作为支撑、也可以作为粘结等。与具有相对固定分子链长的粘结剂如PVA、CMC、PEG、聚丙烯酰胺等不同，凝胶分子可以通过相互交联叠加无限扩展成更大的凝胶团，实现凝胶一体化。更可贵的是部分种类的凝胶反应是可以在极短时间内完成的，这也就为我们陶瓷研磨球的成型提供了一种新的可能。
技术实现思路
本专利技术正是为了克服上述不足，提供一种陶瓷研磨球滚动成型用快速凝胶冷水体系。所述的快速凝胶冷水体系主要是：凝胶型结冷胶-冷水体系，明胶-冷水体系，琼脂-冷水体系，κ-型或ι-型卡拉胶-冷水体系。通过设计的快速凝胶冷水体系，将凝胶反应诱导引发在正在成型的球坯表面上，起到粘合、保湿、强化等作用，有效降低球坯分层开裂现象，极大提高了成品率以及成型粒径极限。具体是这样实施的：一种陶瓷研磨球滚动成型用快速凝胶冷水体系，是凝胶前液-凝胶诱导剂组成的快速凝胶体系，其特征在于所述的凝胶前液是凝胶型结冷胶或明胶或琼脂或卡拉胶，所述的凝胶诱导剂是冷水，其中：凝胶型结冷胶，使用浓度为0.05-1%wt；明胶是冻力为150-250Bloomg的明胶，使用浓度为0.5-2%wt；琼脂是凝胶强度为500-1200g/cm²的琼脂，使用浓度为0.5-2%wt；卡拉胶是κ-型或ι-型卡拉胶，使用浓度为0.5-2%wt；冷水是温度为5-15℃的冷水。快速凝胶冷水体系的凝胶原理是这样的：凝胶型结冷胶，加热到70-120℃可溶于水，冷却至40℃以下时分子之间会自动聚集形成双螺旋结构，稳定双螺旋结构的作用力主要是分子间氢键，双螺旋进一步聚集可形成三维网状结构，便于截留水分子而产生凝胶现象，阳离子可促进分子内的交联作用、稳定双螺旋结构和加速双螺旋形成三维网络状结构。进一步地，凝胶型结冷胶可以选择低酰基结冷胶或者高酰基结冷胶或者低酰基结冷胶与高酰基结冷胶的组合，低酰基结冷胶与高酰基结冷胶的浓度均为0.05-1%wt。他们的主要区别是低酰基可形成透明的较硬的凝胶，高酰基可形成柔软有弹性的凝胶，以上两种规格的结冷胶可以按照不同比例进行混合，高酰基结冷胶含量越多，混合胶的弹性和保水性越好。明胶，是胶原变性的产物，是一种热可逆性的混合物。配制明胶溶液时，先将明胶放在冷水中，可加入一定量的甘油促进溶胀，浸泡30分钟，使其充分吸水膨胀，然后在70-100℃的水浴环境中对明胶进行溶化，温度越高明胶粘度越低。当明胶溶液冷却至40℃以下时，可以快速形成柔软有弹性的凝胶。琼脂，其一大特点是它的冷凝点和熔点之间的温度相差很大。通常将琼脂充分溶胀后加热到90-100℃熔化，熔化后的溶液温度需降到40℃时才开始凝固，形成坚实的凝胶。卡拉胶，加热溶解于水，常用温度一般为80℃-100℃，形成粘性、透明或轻微乳白色的易流动溶液，在40-60℃之间形成的一系列凝胶的类型取决于卡拉胶的种类和阳离子的浓度。κ型卡拉胶与钾离子作用，形成硬且脆的凝胶，ι型卡拉胶与钠、钙离子相互作用得到典型的柔软有弹性的凝胶。另外，卡拉胶与刺槐豆胶、魔芋胶、黄原胶等胶体产生协同作用，能提高凝胶的弹性和保水性。快速凝胶冷水体系的凝胶前液内，可适配地加入一些保湿剂、降粘剂或粘结剂等辅助助剂，所述辅助助剂是甘油、PVA、CMC、羟丙基甲基纤维素、9300、六偏磷酸钠、黄原胶中的一种或多种组合，以调节浆液性能，更好发挥其对球坯成型的增益效果。辅助助剂的使用浓度一般根据凝胶前液的种类适配，常用的使用浓度为0.05-2%wt。优化的配置，凝胶型结冷胶以及卡拉胶中均可以添加粘度为600-3000mPas的黄原胶作为协同助剂，黄原胶使用浓度为0.2-1.0%wt，可使其凝胶硬度降低而弹性增强。凝胶型结冷胶中，还可以添加CaCl2溶液作为凝胶改进剂，CaCl2溶液使用浓度为0.1-1%wt，CaCl2溶液提供的阳离子可促进结冷胶分子内的交联作用、稳定双螺旋结构和加速双螺旋形成三维网络状结构，加速凝胶形成并形成稳定结构。使用上述快速凝胶冷水体系滚动成型陶瓷研磨球的方法是：首先溶解凝胶型结冷胶、明胶、琼脂、κ-型或ι-型卡拉胶形成溶液，并在60-80℃下保温，其次适配地加入辅助助剂，制作形成凝胶前液；然后准备5-15℃冷水，作为凝胶诱导剂；通过独立的喷雾系统将高温凝胶前液与低温的冷水凝胶诱导剂分别喷洒到正在成型的球坯表面上，两液相互接触，急剧降温，将凝胶反应诱导引发球坯表面上，同时不断进行投料使球坯滚粘粉料，如此形成凝胶与粉料的相互掺和体，球坯滚动长大得到陶瓷坯体，经烧结得到成品。这种陶瓷研磨球的成型方法，将凝胶反应诱导引发到球坯表面上，同时还与粉料发生参合，起到粘合、保湿、强化等作用，有效降低球坯分层开裂现象，极大提高了成品率以及成型粒径极限。成型方法中，喷雾系统适配有搅拌、加热保温、冷却装置。快速搅拌能防止浆液剪切变稀、静置变稠、静置凝胶，加热恒温是防止浆液凝胶稠化或者提前凝胶，影响使用，另外，还需要冷水进行快速降温诱导凝胶，喷雾系统中需配置冷水机系统。成型方法中，独立本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种陶瓷研磨球滚动成型用快速凝胶冷水体系，是凝胶前液-凝胶诱导剂组成的快速凝胶体系，其特征在于所述的凝胶前液是凝胶型结冷胶或明胶或琼脂或卡拉胶，所述的凝胶诱导剂是冷水，其中：凝胶型结冷胶，使用浓度为0.05-1%wt；明胶是冻力为150-250Bloomg的明胶，使用浓度为0.5-2%wt；琼脂是凝胶强度为500-1200g/cm²的琼脂，使用浓度为0.5-2%wt；卡拉胶是κ-型或ι-型卡拉胶，使用浓度为0.5-2%wt；冷水是温度为5-15℃的冷水。/n

【技术特征摘要】
1.一种陶瓷研磨球滚动成型用快速凝胶冷水体系，是凝胶前液-凝胶诱导剂组成的快速凝胶体系，其特征在于所述的凝胶前液是凝胶型结冷胶或明胶或琼脂或卡拉胶，所述的凝胶诱导剂是冷水，其中：凝胶型结冷胶，使用浓度为0.05-1%wt；明胶是冻力为150-250Bloomg的明胶，使用浓度为0.5-2%wt；琼脂是凝胶强度为500-1200g/cm²的琼脂，使用浓度为0.5-2%wt；卡拉胶是κ-型或ι-型卡拉胶，使用浓度为0.5-2%wt；冷水是温度为5-15℃的冷水。


2.根据权利要求1所述的一种陶瓷研磨球滚动成型用快速凝胶冷水体系，其特征在于凝胶型结冷胶是低酰基结冷胶或者高酰基结冷胶或者低酰基结冷胶与高酰基结冷胶的组合，低酰基结冷胶与高酰基结冷胶的使用浓度均为0.05-1%wt。


3.根据权利要求1所述的一种陶瓷研磨球滚动成型用快速凝胶冷水体系，其特征在于凝胶前液内，适配地加入辅助助剂，所述辅助助剂是甘油、PVA、CMC、羟丙基甲基纤维素、9300、六偏磷酸钠、黄原胶中的一种或多种组合，辅助助剂的使用浓度为0.05-2%wt。


4.根据权利要求3所述的一种陶瓷研磨球滚动成型用快速凝胶冷水体系，其特征在于凝胶型结冷胶以及卡拉胶中添加粘度为600-3000mPas的黄原胶，黄原胶使用浓度为0.2-1.0%wt。


5.根据权利要求1或2所述的一种陶瓷研磨球滚动成型用快速凝胶冷水体系，其特征在于凝胶型结冷胶中添加CaCl2溶液改进剂，CaCl2溶液的使用浓度为0.1-1%wt。


6.使用权利要求1-5...

【专利技术属性】
技术研发人员：王俊甫，罗甲业，李强，周雄，
申请(专利权)人：江苏金石研磨有限公司，
类型：发明
国别省市：江苏;32