CN1410385A - 陶瓷结构体的生产方法和陶瓷蜂窝结构体的生产方法 - Google Patents

陶瓷结构体的生产方法和陶瓷蜂窝结构体的生产方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供一种陶瓷结构体的生产方法，该方法能够使得陶瓷结构体挤出过程中的挤出率系数高于现有技术中的。在陶瓷结构体的生产方法中通过下述步骤进行：混合和捏合一种至少含陶瓷粉末和水的陶瓷批料，挤出如此捏合的混合物，并干燥和烧结最终的挤出物，将一种由酰基甘油和/或一种衍生物组成的水不可溶液体润滑剂加入到该陶瓷批料中。

Description

陶瓷结构体的生产方法和陶瓷蜂窝结构体的生产方法
发明领域
本发明涉及一种陶瓷结构体或陶瓷蜂窝结构体的生产方法。该方法包括通过使用专用模具挤出陶瓷材料。本发明特别涉及在挤出过程中改进挤出率。
背景技术
例如，组装到汽车的废气净化装置中的蜂窝结构体是一种由陶瓷如堇青石制得的结构体(例如，参考日本未审专利申请公开号8-11528)。该蜂窝结构体包括圆柱形的外包层，以网格状设置在该外包层内侧的间隔，和许多由间隔分隔出的延轴向方向延伸的孔。
为了制备该陶瓷蜂窝结构体，将含陶瓷粉末、水、粘合剂和润滑剂的陶瓷材料混合、捏合、挤出，而后干燥和烧结。
在上述蜂窝结构体中，需要减少间隔的厚度和孔的宽度，从而提高废气净化装置的性能。为了满足上述需求，必须减少挤出用模具中形成间隔的狭缝的宽度。
但是，减少挤出用模具中狭缝的宽度将影响挤出步骤，并最终影响整个生产工艺的生产率。换句话说，当采用具有减少狭缝宽度的模具的挤出机进行挤出时，在相同的挤出率下挤出压力高于当狭缝宽度大时的压力。因此，只要采用与现有的挤出机具有相同压力性能的挤出机，那么挤出率不可避免地下降。这种挤出率的下降影响蜂窝结构体的整个生产过程，并且生产率下降。
当使用较大的挤出机来提高压力时，挤出率可以提高到一定程度。但是，在此种情况下，最终的模温升高并且不能保持挤出的形状。因此，必须增加冷却器以冷却挤出机，或必须增加冷却器的容量。其结果是，设备成本增加。
当压力过度增加时，挤出用模具破裂，或者由于模具的偏转而造成产生挤出缺陷。因此，压力的增加是有限的。
由于这些原因，一直以来希望开发一种在比以往更低的挤出压力下获得更高的挤出率的技术，来挤出一种蜂窝结构体作为如上所述的陶瓷结构体。换句话说，当挤出压力和挤出率分别绘制在横坐标和纵坐标中且它们的关系用曲线图表示时，并且当斜率(速率/压力)被限定为“挤出率效率”时，希望开发一种能够提高该挤出率系数的技术。
如果此种技术已经存在，可以将该技术用于生产除上述蜂窝结构体以外还具有片状和各种其它形状的陶瓷结构体。
发明内容
考虑到上述现有技术中存在的问题，本发明的目的是提供一种在陶瓷结构体的挤出中能够提高上述挤出率系数的陶瓷结构体的生产方法。
在本发明的第一方面，提供了一种陶瓷结构体的生产方法，其包括下述步骤，混合和捏合含至少一种陶瓷粉末和水的陶瓷材料，挤出捏合的混合物，并干燥和烧结挤出物，其中将由作为主组分的酰基甘油和/或其衍生物组成的水不可溶液体润滑剂(下文中在某些情况下仅称作“润滑剂”)加入到陶瓷批料中。
为了挤出模制陶瓷结构体，需要使作为其起始材料的陶瓷批料具有可塑性。因此，在过去通常将水加入到陶瓷批料中，并且还加入与水高度相容的水溶性添加剂作为润滑剂。
在本发明中，将由作为主组分的酰基甘油和/或衍生物组成的水不可溶液体润滑剂加入到陶瓷批料中。这对于过去在用水捏合成粘土状的陶瓷批料中使用水溶性润滑剂而言是一次革命，并且本发明采用全新的陶瓷批料。通过该方式，与现有技术中加入水溶性润滑剂相比，本发明能够使陶瓷批料挤出中的阻力更小，并且使挤出率系数更高。
其原因如下。水不可溶液体润滑剂与水不相容但是均匀地分散在捏合成粘土状的陶瓷批料中，该润滑剂当在挤出过程中施加压力时沥出到粘土的表面上，润湿挤出机与模具的料筒和机筒的磨擦表面，并降低磨擦系数。
该现象类似于榨植物油如豆油和菜籽油。施加的压力越高，从粘土内部沥出的润滑剂的量就越多。因此，即使当压力局部升高时，所需量的润滑剂也能在该部分集中沥出并且降低磨擦系数。
相反地，现有技术的水可溶润滑剂与水具有高的亲和力并且与水一起粘合在陶瓷粉末材料上。因此即使当挤出过程中施加压力时，润滑剂也不沥出到粘土表面上来。因此，仅有有限量的存在于粘土表面上的水可溶润滑剂对润滑作用作出贡献。即使当在局部施加高压时，这些润滑剂也不能在该部分集中，而且也不能降低磨擦系数。
在水不可溶液体润滑剂中，由酰基甘油和/或其衍生物组成的润滑剂可以保证陶瓷原料与模具的磨擦表面之间相对大的间隙，其原因尚未完全清楚。经推断这是由于模具对润滑剂的吸附力越大，磨擦系数就越小。
本发明可以使陶瓷结构体挤出过程中的上述挤出率系数高于现有技术的。因此，当对具有大模具阻力的形状的陶瓷结构体进行挤出时，本发明可以抑制挤出速率的下降。结果是，本发明可以提高生产率，同时保持陶瓷结构体的质量和其形状保持性。
本发明的第二方面提供了一种具有蜂窝状设置的间隔的陶瓷蜂窝结构体的生产方法，包括下述步骤，混合和捏合至少含陶瓷粉末、水、粘合剂的陶瓷批料、挤出这样捏合的混合物，并干燥和烧结挤出物，其中将在挤出温度下水不可溶的液体，即水不可溶液体润滑剂加入到陶瓷批料中。
当挤出陶瓷蜂窝结构体时，含水矿物，如滑石、高岭土等等用作陶瓷批料的主材。因此，在过去使用与其具有高相容性的大量的水。由此，认为诸如润滑剂的添加剂必须是水可溶的。
在第二项发明中，将在挤出温度下未水不可溶液体的水不可溶液体润滑剂加入到陶瓷批料中。这在陶瓷蜂窝结构体的生产中是一次巨大革命，因为在过去采用水可溶润滑剂。换句话说，本发明使用含有全新组成的陶瓷批料。与现有技术中加入水可溶润滑剂的情况相比，通过挤出陶瓷批料挤出陶瓷蜂窝结构体的阻力可被减小，并且挤出率系数可以得到提高。
由于第二项发明可使陶瓷蜂窝结构体的挤出过程中的挤出率系数高于现有技术中的，因此当对具有在挤出过程中大模具阻力的形状的陶瓷蜂窝结构体进行挤出时，挤出率的下降可以得到抑制。第二项发明还可抑制由于压力升高导致的模具开裂，以及由于模具偏转导致的挤出缺陷。出于这些原因，第二项发明能够提高生产率，同时保持陶瓷蜂窝结构体的质量及其形状保持性。
附图说明
图1是实施例1的挤出机结构的说明图；
图2是实施例1的蜂窝结构体的构造说明图；
图3是当使用聚氧化乙烯聚氧化丙稀—丁醚(PPBE)作为现有润滑剂的例子时，陶瓷批料与模具的磨擦表面之间空隙的说明图；
图4是当实施例1中使用菜籽油(Canola oil)(三酰甘油)时，陶瓷批料与模具的磨擦表面之间空隙的说明图；
图5是实施例2中挤出压力和挤出率之间关系的说明图；
图6是实施例3中菜籽油的添加量与挤出率比之间关系的说明图；
图7是实施例4中挤出压力和挤出率之间关系的说明图；
图8是实施例5中马达的转数与挤出率之间关系的说明图；
图9是实施例5中马达的转数与马达电流之间关系的说明图；
图10是实施例6中陶瓷批料的液体比与硬度之间关系的说明图；
图11是实施例6中水不可溶液体润滑剂与运动粘度(cSt)之间关系的说明图；
图12是关于实施例7中基体的润滑剂含量与水含量试验值(含湿量比)的说明图；以及
图13是在实施例7的基体中润滑剂含量与水含量(含湿量比)的最佳范围的说明图。
具体实施方式
上述第一项发明可以使用一种由酰基甘油和/或衍生物作为主组分组成的水不可溶液体润滑剂。本文中使用的术语“液体润滑剂”不包括在常温下具有非常高的粘度的油脂类液体润滑剂。
由酰基甘油和/或衍生物作为主组分组成的水不可溶溶液润滑剂在50℃下的优选粘度为15～45cp。在此种情况下，当自动生产线建立起来时，处理水不可溶液体润滑剂变得容易。当该粘度小于15cp时，粘度太低以至于在高压下挤出时不能起到足够有效的作用。另一方面，当该粘度超过45cp时，粘度太高以至于不能提高挤出率。
为了测量上述粘度(cp)，可以采用公知常用的旋转粘度计如B型、C型、BH型和E型等进行测量。
酰基甘油(acyl glycerin)根据IUPAC命名法被称作“酰基甘油(acylglycerol)”，并包括单酰基甘油、二酰基甘油和三酰基甘油。其中三酰基甘油是天然油脂的主成分。它由下述化学式表示，其中三个脂肪酸与一个甘油键合：
(其中每个R1、R2和R3是脂肪酸的烷基)。
在上述给出的化学式中脂肪酸R1、R2和R3包括各种类型。由三酰基甘油和/或衍生物作为其主组分组成的水不可溶液体润滑剂的例子是各种植物油，如菜籽油、豆油、葵花籽油、棉花籽油等等。
优选地，将基于100重量％陶瓷粉末2的.0～8.0重量％(被添加的)甲基纤维素加入到陶瓷批料中。甲基纤维素提高塑性，改进进行挤出时的形状保持性，并改进干燥的陶瓷结构体的干强度。当甲基纤维素的添加量小于2.0重量％(被添加的)时，在干燥过程中由于其添加而导致不能获得塑性和结合力的改进作用。另一方面，当甲基纤维素的添加量超过8.0重量％(被添加的)时，发生在烧结后体积收缩过大的问题。
在本发明中，当作为单位添加量陶瓷粉末的量为100重量％时，需加入到陶瓷粉末中的组分的量由重量％表示(被添加的)，并且当总陶瓷批料由100重量％表示时，批料中所含组分由重量％表示(被包含的)。
水不可溶液体润滑剂由三酰基甘油作为主组分组成。水不可溶液体润滑剂的添加量优选至少为0.5重量％(被添加的)，基于100重量％陶瓷粉末计。当使用由三酰基甘油作为主组分组成的水不可溶液体润滑剂时，如果水不可溶液体润滑剂的添加量小于0.5重量％(被添加的)，则通过添加该水不可溶液体润滑剂带来的挤出率系数的改进作用小。从提高挤出率系数的角度看，对于水不可溶液体润滑剂的添加量的上限没有限制，该添加量优选受到添加效果的饱和和成本增加方面的限制。
上述构成三酰基甘油的脂肪酸的主组分优选为具有18个碳原子的脂肪酸。具体实例为硬脂酸、油酸、亚油酸、亚麻酸、反油酸、顺式-11-十八碳烯酸、11-十八碳烯酸和其它脂肪酸。由这些C18脂肪酸构成的三酰基甘油在常温下呈液态，具有适当的粘度，并且最适于用作水不可溶液体润滑剂。
三酰基甘油的皂化值优选为不超过200。在此种情况下，可以获得充分的挤出率系数改进作用。
其次，在根据第二项发明的陶瓷蜂窝结构体的生产方法中，将在挤出温度下是一种水不可溶液体的水不可溶液体润滑剂加入到陶瓷批料中。
在陶瓷蜂窝结构体的情况下，通常将粘合剂如甲基纤维素加入到批料中以提供塑性，并获得干强度。在此种情况下，当温度过高时，最终的挤出物太软，不能确保形状保持性。因此，挤出在将物料的温度控制在约10～约30℃下进行，其中心温度为约20℃。
因此，适用于此目的的水不可溶液体润滑剂在20℃下的运动粘度为30cSt～120cSt。
所以，当在物料温度控制在10～30℃时挤出陶瓷蜂窝结构体也可以获得充分的效果。
顺便说，上述运动粘度可属于用于工业润滑油ISO粘度分类(ISO3448-1975和对应于前者使用的JIS K2001“工业润滑油的粘度分类”)中规定的下述四种粘度级别，也就是，ISO VG22，ISO VG32，ISO VG46和ISOVG68。
在陶瓷批料中所含的水和水不可溶液体润滑剂的总量优选为18.0～24.5重量％(被包含的)，基于100重量％总陶瓷批料计。
当陶瓷批料中所含水和水不可溶液体润滑剂的总量超过24.5重量％(被包含的)时，原料变得太软以至于陶瓷蜂窝结构体由于其自重而变形，并且即使调节材料温度时在挤出后也不能保持其形状。
当陶瓷批料中所含水和水不可溶液体润滑剂的总量小于18.0重量％(被包含的)时，材料的粘度变得太高以至于挤出压力超过模具强度，或者陶瓷批料变为粉尘状，最终结果不能获得塑性(该物料不变成粘土状)并且挤出变得基本上不可能。
当陶瓷蜂窝结构体的间隔厚度小于150μm时，也就是，当采用狭缝宽度小于150μm的模具进行挤出时，水和水不可溶液体润滑剂的总量优选为20.0～22.5重量％(被包含的)，基于100重量％总陶瓷批料计，正如下文中将要描述的。对于薄的陶瓷蜂窝结构体而言形状保持性是重要的，并且为了保持形状，这些内含物的总量更优选为不超过22.5重量％(被包含的)。由于在薄陶瓷蜂窝结构体中挤出压力变大，这些内含物的总量更优选为至少20.0重量％(被包含的)，以便获得优异的挤出条件。
在第二项发明中，上述粘合剂是甲基纤维素，并且当陶瓷粉末的含量为100重量％时，粘合剂的含量优选为2.0～8.0重量％(被添加的)。在此种情况下，对甲基纤维素的含量进行限制的原因与第一项发明相同。
上述陶瓷蜂窝结构体具有设置成蜂窝形状的间隔。因此，特别是当穿过模具时，它具有大的阻力，并且挤出率系数很可能变小。根据此种认识，本发明的应用非常有效。
间隔的厚度优选不超过150μm。在此种情况下，由于当陶瓷蜂窝结构体穿过模具时，阻力变大，并且本发明的应用更为有效。
蜂窝结构体优选用具有能形成上述间隔的狭缝的模具，通过挤塑法制备，并且狭缝的宽度优选为不超过150μm。在蜂窝结构体中当用于挤出蜂窝结构体的模具的狭缝宽度不超过150μm时，挤出率系数特别是在挤出时降低。因此，在蜂窝结构体中当狭缝宽度不超过150μm时，本发明的应用也更为有效。
在第二项发明中，水不可溶液体润滑剂是三酰基甘油，并且当陶瓷粉末的量为100重量％时，水不可溶液体润滑剂的添加量优选为1.0～8.0重量％(被添加的)。
在具有复杂形状的陶瓷蜂窝结构体的情况下，当水不可溶液体润滑剂的添加量超过8.0重量％(被添加的)时，大量的油燃烧并且在烧结时脱脂过程中散开，并且很可能发生烧结开裂。当含量低于1.0重量％(被添加的)时，与现有的水平相比不能获得挤出率显著提高的效果。因此，水不可溶液体润滑剂的添加量优选为1.0～8.0重量％(被添加的)。
在第二项发明中，上述构成三酰基甘油的脂肪酸主组分优选为具有18个碳原子的脂肪酸，与第一项发明相同。
在第二项发明中，三酰基甘油的皂化值不超过200，与第一项发明相同。
实施例1：
根据本实施例的陶瓷结构体的生产方法将参考图1～4进行说明。
一种生产陶瓷结构体8的方法，包括下述步骤：混合和捏合含至少陶瓷粉末和水的陶瓷批料88，挤出该混合物，并且干燥和烧结所得到的挤出物，本实施例将由酰基甘油和/或其衍生物作为主组分组成的水不可溶液体润滑剂加入到陶瓷批料中88。
在下文中，将给出详细的解释说明。
本实施例生产一种蜂窝结构体，包括外套81，在外套81内以网格状设置的间隔82，以及许多由间隔82分隔的沿轴向的孔80，并且以堇青石作为主组分。
首先，将烧结后能够变成堇青石的组分滑石、高岭土、矾土和氢氧化铝粉末用作构成上述陶瓷批料88的陶瓷粉末。将由甲基纤维素、水和酰基甘油和/或其衍生物作为主组分组成的水不可溶液体润滑剂加入到该粉末混合物中从而形成陶瓷批料88。
由三酰基甘油作为主成分的菜籽油，更具体地说，将含97％重量的三酰基甘油、0.8％重量的二酰基甘油和0.1％重量的单酰基甘油的菜籽油用作由酰基甘油和/或其衍生物作为主组分组成的水不可溶液体润滑剂。
脂肪酸成分(摩尔％)由C16∶0＝4.0％，C18∶0＝1.8％，C18∶1＝57.8％，C18∶2＝21.8％，C18∶3＝11.2％，C20∶1＝1.9％并且C22∶1＝1.0％组成。此处，符号C代表碳，在作为C的下标的a∶b中符号a代表碳原子数，并且b代表双键数。
其次，陶瓷批料88在如图1所示的捏合机3中捏合，并用如图1所示的螺杆式挤出机挤出。挤出机1和捏合机3均包括在圆柱形框架11、31内部的，具有螺旋状卷绕的螺丝板150、350的螺杆15、35。螺杆15、35在与其后部相连的马达17、37的驱动下旋转。
物料注入孔39位于捏合机框架31的上部，陶瓷批料88通过该注入孔39注入。捏合的陶瓷批料88由捏合机31远端部分38挤出，而后注入挤出机1的物料注入孔19。挤出机1的物料注入部分整个地用真空泵保持在真空下，从而避免陶瓷批料夹裹到空气中。
成形用模具2设置在挤出机1的远端。模具2具有相应于被制备的蜂窝结构体的间隔82形状的网格状狭缝20。
为了进行挤出，在用捏合机3捏合后，将陶瓷批料88注入挤出机1，通过螺杆15的旋转向前移动，并且由此从模具2中挤出。按照此方式，挤出蜂窝结构体8。
如此挤出的蜂窝结构体8可被连续地切成所需长度，并通过随后的干燥和烧结步骤得到最终制品。
在本实施方案中，菜籽油作为由上述三酰基甘油组成的水不可溶液体润滑剂加入到陶瓷批料88中。因此，与加入常规润滑剂的情况相比，在挤出过程中挤出率系数能够显著提高，并且推测是由于下述原因造成的。
诸如三酰基甘油的水不可溶液体润滑剂在水中不溶解，而是分散在陶瓷批料中。因此，当挤出过程中施加压力时，润滑剂沥出到粘土的表面上，润滑模具的圆柱体、外套和摩擦表面，并且能够降低摩擦系数。在此种情况下，施加的压力越高，从粘土内部沥出的润滑剂就越多。因此，即使当压力局部增加时，所需量的润滑剂也可向该部分集中提供，并且摩擦系数可有效降低。
相反地，水可溶润滑剂是高亲水的，并且以水溶液的形式与陶瓷物料强烈结合。因此，即使当挤出过程中施加压力时，润滑剂也不能沥出到粘土的表面上。
因此，仅有非常少量存在于粘土表面上的水可溶润滑剂对润滑性能作出贡献。即使当局部施加高压时，润滑剂也不集中于该部分，并且由此推测减少摩擦力的作用不能充分进行。
在过去公知的合成润滑剂包括聚氧化乙烯·聚氧化丙烯·一丁醚(商品名：“Uniloob”)由下述通式表示：
Figure A0214953700131
该合成润滑剂变为水可溶和水不可溶依赖于氧化丙烯和氧化乙烯的聚合比。由于在陶瓷领域中该润滑剂与水结合使用，在通常将乙烯与氧化物的比设定为40％或更高的情况下使用。在此种情况下，氧化乙烯的氧离子(O-)被吸附在模具2的铁离子(Fe+)上，例如，在模具2与陶瓷批料的固体内含物的边界表面89之间，如图3所示。因此，尽管上述PPBE具有相当大的分子量和伸长的分子，该伸长的分子不保持直立，并且在模具2与边界表面89之间不能确保足够的距离。由于氧离子(O-)的吸附力相当小，水可溶润滑剂很可能从模具2上剥离。
另一方面，在本实施例中，由三酰基甘油作为主组分组成的水不可溶液体润滑剂能够设置在模具2和陶瓷批料的固体内含物的边界表面89之间，同时脂肪酸的分子保持直立，如图4所示。而且，酰基甘油具有羰基(COO-)，并且与铁离子(Fe+)之间具有比与氧离子(O-)之间更强的吸附力。因此，本实施例中由三酰基甘油作为主组分组成的水不可溶液体润滑剂(菜籽油)，比常规水可溶润滑剂更难以从模具2上剥离。
据推测这是由于，正如本实施例中一样，使用由三酰基甘油作为主组分组成的水不可溶液体润滑剂，润滑性能可以得到改进，并且挤出率系数也可得以提高。
实施例2：
为了进一步说明实施例1的效果，本实施例通过比较使用PPBE(C1)作为常规水可溶润滑剂的情况与使用由四种酰基甘油作为主组分组成的水不可溶液体润滑剂的情况进行了实验。
将由作为主组分的三酰基甘油组成的菜籽油(E1)、豆油(E2)、红花油(E3)和亚麻子油(E4)用作由酰基甘油作为主组分组成的水不可溶液体润滑剂。
将间歇式捏合机用作捏合机，将实验用螺杆型挤出机用作挤出机，并且将狭缝宽度为150μm且400目(400孔/平方英寸)的模具用作模具。挤出外径为Φ500mm的蜂窝结构体。
为了制备陶瓷批料，将5重量％(被添加的)甲基纤维素、25.9重量％(被添加的)水和2.7重量％(被添加的)各种润滑剂加入到陶瓷粉末中，基于100重量％陶瓷粉末计。
测量相对于用上述螺杆挤出机在挤出过程中的挤出压力的挤出率。
图5示出了测量结果。在该图中，横坐标代表挤出压力(MPa/cm2)，并且纵坐标代表挤出率(m/min)。符号C1和E1～4分别代表使用润滑剂(C和E1～E4)的结果。
从图中可以理解，与使用常规水溶性润滑剂(C1)相比，使用由三酰基甘油作为主组分组成的水不可溶液体润滑剂(E1～E4)时，在相同的挤出压力下挤出率能够大幅度提高。换句话说，挤出率系数能够得以改进。
从该结果可以理解，当由三酰基甘油组成的润滑剂用作水不可溶液体润滑剂时，在挤出蜂窝结构体时，挤出率系数能够显著增加。
实施例3：
本实施例使用菜籽油作为由酰基甘油作为主组分组成的水不可溶液体润滑剂的典型实例，并且为了确定其添加量的最佳范围而进行测试。
测试条件如下。
首先，将与实施例1成分相同的陶瓷粉末、甲基纤维素、水和菜籽油加入到总共3kg的陶瓷粉末中。甲基纤维素的添加量固定在5重量％(被添加的)，基于100重量％的陶瓷粉末计，并且水的添加量固定在26重量％(被添加的)，基于100重量％的陶瓷粉末计。菜籽油的添加量在0.5～10.0重量％(被添加的)的范围内变化，基于100重量％的陶瓷粉末计。为了比较，还对不加入菜籽油的情况进行了测试。
间歇式捏合机用作捏合机，捏合陶瓷批料，并且FM-30真空挤出机，Miyazaki Steel Co.，出品，用作挤出机。使用狭缝宽度为150μm且孔数目为400孔/平方英寸的模具。
使用具有相互不同的菜籽油添加量的陶瓷批料，并且测量各自相对于挤出压力的挤出率，以便确定每种菜籽油添加量的挤出率系数。将没有加入菜籽油的挤出率系数设为1，并且将与该值的比作为挤出率比。
图6示出了其结果。在该图中，横坐标代表菜籽油的添加量(重量％待添加)，并且纵坐标代表挤出率比。该结果由E5表示。
在图中，也标出了加入2.7重量％(被添加的)PPBE作为常规水可溶润滑剂时的挤出率比C1。通过对它们进行比较应能理解，当菜籽油的添加量至少为1.0重量％(被添加的)时，可充分地得到高于现有技术的挤出率系数。
因此，显然当菜籽油的添加量至少为0.5重量％(被添加的)时，可获得改进挤出率系数的作用，并且当它至少为1.0重量％(被添加的)时，可获得高于现有技术的挤出率系数。
另一方面，当菜籽油的添加量增加时，陶瓷批料变软，作为整体而言，挤出物的形状保持性变低。在本实施例中，当菜籽油的添加量超过10.0重量％(被添加的)时，形状保持性降低，并且不能获得所需蜂窝结构体。
因此，可以断定，作为由酰基甘油作为主组分组成的润滑剂，菜籽油的添加量优选为小于10.0重量％(被添加的)。
从成本的角度考虑，菜籽油的添加量优选少。因此，为了可靠地获得挤出率系数的改进，并为了减少成本，添加量优选为不高于8.0重量％(被添加的)。
由于陶瓷批料的硬度可以通过水的添加量来调节，因此具有适当硬度的陶瓷批料可以通过调节菜籽油的添加量和水的添加量来获得。
尽管本实施例代表将菜籽油用作润滑剂的情况，但是当使用其它由三酰基甘油作为主组分组成的润滑剂时，可获得基本上相同的作用。
当然可以将常规水可溶润滑剂加入到由酰基甘油作为主组分组成的润滑剂中。在此种情况下，水可溶润滑剂难以起到改进挤出率系数的作用，但是可以向其它设备如水泵提供润滑作用。
实施例4：
在本实施例中，实际上挤出间隔厚度为3密耳(76.2μm)的非常薄的蜂窝结构体，并且证实了由酰基甘油作为主组分组成的润滑剂的作用。
换句话说，在本实施例中，用于挤出的模具的狭缝宽度为3密耳(76.2μm)并且孔数目为400孔/平方英寸，模制外径为Φ107mm的蜂窝结构体。
陶瓷批料的成分基本上与实施例3中的相同，并且作为润滑剂的菜籽油的添加量固定在3重量％(被添加的)。
为了比较，还对使用含3重量％(被添加的)PPBE作为水可溶润滑剂的陶瓷批料进行了测试。
工厂用大规模螺杆型真空挤出机(图中未示出)用作捏合机和挤出机。
图7示出测试结果。在图中，横坐标代表挤出压力(MPa/cm2)并且纵坐标代表挤出率(m/min)。符号E6代表加入菜籽油的情况，并且C2代表加入PPBE的情况。
从图中可以了解，与现有技术相比，在相同的挤出压力下，当挤出具有76.2μm的非常薄间隔的蜂窝结构体时，当使用菜籽油作为由酰基甘油作为主组分组成的润滑剂时，挤出率，也就是说，挤出率系数能够得以显著改进。
实施例5：
本实施例使用亚麻子油作为由酰基甘油作为主组分组成的润滑剂，并且实际上挤出间隔厚度为4密耳(101.6μm)、孔数目为600孔/平方英寸且外形为Φ120mm的蜂窝结构体。按照与实施例4相同的方式，将该结果与使用水可溶润滑剂(PPBE)的情况相比较。
亚麻子油的添加量为3重量％(被添加的)。其余与实施例4相同。
在本实施例中，进行挤出的同时分别测量使螺杆型挤出机的螺杆轴旋转的马达的转数以及马达的电流，从而确定这些数值与挤出率之间的关系。
图8和9示出了测试结果。在图8中，横坐标代表马达的转数(rpm)，并且纵坐标代表挤出率(m/min)。在图9中，横坐标代表马达的转数(rpm)，并且纵坐标代表马达电流(A)。符号E7代表使用亚麻子油的情况，而C3代表使用PPBE的情况。
从图8中可以了解，当挤出螺杆的转数相同时，使用亚麻子油这种情况(E6)的挤出率基本上是与其转数相同的使用水溶性润滑剂这种情况(C3)的挤出率的2倍。
从图9中可以了解，在相同的转数下，马达电流值在使用亚麻子油的情况(E7)下变得比使用PPBE的情况(C3)低，并且在相同转数下的马达载荷下降。据推测这是由于，当使用亚麻子油作为由酰基甘油作为主组分组成的润滑剂时，陶瓷批料和模具之间的摩擦降低所致。另外，当使用由酰基甘油作为主组分组成的润滑剂时，由于减少了模具的摩擦，使模具的寿命得以延长。
实施例6：
在本实施例中，使用菜籽油、亚麻子油和豆油作为由三酰基甘油作为主组分组成的水不可溶液体润滑剂。用于生产陶瓷蜂窝结构体的混合比如表1～3所示的含润滑剂的每个陶瓷批料在间歇式捏合机中捏合。测量粘土的硬度(塑性)，并且按照与实施例3相同的方式，用真空挤出机挤出陶瓷蜂窝结构体，以便评估挤出性和挤出率。
表1～3和图10示出了评估结果。图10所示为粘土硬度(塑性)相对于水和润滑剂总重量的比例(下文中称作“液体比“；单位＝重量％(被添加的)，以占物料总重量计)的关系。
此处，粘土硬度(塑性：加工性参数，已在1998年作废的JIS P2574中规定的)用本领域中常用的铅笔形弹簧式硬度计测量其数值。当硬度计的远端插入到粘土中时，较高的数值代表较高的硬度，并且较小的数值代表较低的硬度。
从图10可以了解，在菜籽油、亚麻子油和豆油的所有情况下，随着润滑剂和水的总量，也就是，液体比变小(塑性系数变高)，粘土硬度变高，与润滑剂和水的比无关，并且粘土硬度随着液体比变高(塑性系数变小)而变低，并且它们具有强的相互关系。因此，当由三酰基甘油作为主组分组成的润滑剂加入到陶瓷蜂窝结构体的原料中时，粘土硬度(塑性)可容易地根据所需润滑剂的量通过调节水的添加量而调节。据估计陶瓷蜂窝结构体的挤出性可容易地调节。
在该实施例中，在液体比为18～24.5重量％(被包含的)且硬度(塑性系数)为9～11下，并且优选液体比为20～22.5重量％(被包含的)且硬度为9.6～10.7条件下，可以获得相当高的挤出性。顺便说，粘土硬度(塑性系数)和液体比之间的关系变得有些不同，这依赖于润滑剂的种类，据推测这是由于在测量温度下润滑剂的粘度不同所致。
作为参考，用于测试的水不可溶液体润滑剂的温度和运动粘度在本实施例中评估。顺便说，运动粘度(运动粘弹性)是用液体的密度(ρ)除以粘度(粘度的系数)的商数。其单位为mm2/s或cSt，并且1mm2/s＝1cSt。尽管照例使用Pa·S作为粘度(粘度系数)的单位，但习惯上使用cP(厘泊)，并且1Pa·S＝1×103cP。
在本实施例中，运动粘度用作为毛细管粘度计的Ostwald粘度计测量。图11所示为测量结果。在该图中，横坐标代表温度，并且纵坐标代表运动粘度(cSt)。
从图中可以了解，对于豆油而言，其在20℃下的运动粘度为43.1cSt，对于菜籽油而言为86.8cSt，而对于亚麻子油而言为45.8cSt。对于豆油而言，其在40℃下的运动粘度为27.1cSt，对于菜籽油而言为47.6cSt，而对于亚麻子油而言为28.1cSt。
为了参考，还示出了用作为旋转粘度计的E型粘度计和BH型粘度计(由Tokyo Keiki Co.制造)获得的测量结果。
在50℃下，用E型粘度计测量的结果，对于豆油而言为22.0cp，对于菜籽油而言为24.2cp，对于亚麻子油而言为18.2cp。
用BH型粘度计测量的结果，仅有亚麻子油的结果，在10℃下为100cp，在25℃下为60cp，在33℃下为45cp。
                                              表1润滑剂：亚麻籽油
 实施例序号                                                     陶瓷批料              评估结果
      陶瓷粉末      甲基纤维素       润滑剂        水   液体比   硬度 挤出性   挤出率比
  重量(g)  重量％  重量(g)   重量％(被添加的)    重量(g)    重量％(被添加的)   重量(g)   重量％(被添加的)   重量％(被包含的)
    1   3000   100   150     5.0     30     1.0   660     22.0     18.0   12.4   ×   1.38
    2   3000   100   150     5.0     90     3.0   780     26.0     21.6   9.9   ○   1.90
    3   3000   100   150     5.0    150     5.0   900     30.0     25.0   7.5   ×   1.93
    4   3000   100   150     5.0     30     1.0   780     26.0     20.5   10.7   ○   1.40
    5   3000   100   150     5.0     90     3.0   900     30.0     23.9   8.3   △   1.85
    6   3000   100   150     5.0    150     5.0   660     22.0     20.5   10.7   ○   1.95
    7   3000   100   150     5.0     30     1.0   900     30.0     22.8   9.1   △   1.35
    8   3000   100   150     5.0     90     3.0   660     22.0     19.2   11.6   △   1.92
    9   3000   100   150     5.0     150     5.0   780     26.0     22.8   9.1   △   1.98
                                                                    表2润滑剂：菜籽油
 实施例序号                                              陶瓷批料              评估结果
      陶瓷粉末      甲基纤维素         润滑剂        水    液体比     硬度   挤出性     挤出率比
  重量(g)  重量％   重量(g)   重量％(被添加的)    重量(g)   重量％(被添加的)   重量(g)    重量％(被添加的)    重量％(被包含的)
    1   3000   100   150     5.0     30     1.0   660     22.0     18.0     11.8     ×     1.48
    2   3000   100   150     5.0     90     3.0   780     26.0     21.6     10.1     ○     1.97
    3   3000   100   150     5.0     150     5.0   900     30.0     25.0     8.6     ×     1.98
    4   3000   100   150     5.0     30     1.0   780     26.0     20.5     10.7     ○     1.44
    5   3000   100   150     5.0     90     3.0   900     30.0     23.9     9.1     △     1.95
    6   3000   100   150     5.0     150     5.0   660     22.0     20.5     10.7     ○     2.05
    7   3000   100   150     5.0     30     1.0   900     30.0     22.8     9.6     △     1.43
    8   3000   100   150     5.0     90     3.0   660     22.0     19.2     11.2     △     1.92
    9   3000   100   150     5.0     150     5.0   780     26.0     22.8     9.6     △     1.98
                                                         表3润滑剂：豆油
  实施例序号                                                    陶瓷批料            评估结果
       陶瓷粉末        甲基纤维素            润滑剂           水    液体比     硬度 挤出性     挤出率比
  重量(g)    重量％   重量(g)    重量％(被添加的)     重量(g)   重量％(被添加的)   重量(g)    重量％(被添加的)    重量％(被包含的)
    1   3000     100   150     5.0     30     1.0   660     22.0     18.0     11.0   ×     1.38
    2   3000     100   150     5.0     90     3.0   780     26.0     21.6     9.8   ○     1.86
    3   3000     100   150     5.0     150     5.0   900     30.0     25.0     8.8   ×     1.90
    4   3000     100   150     5.0     30     1.0   780     26.0     20.5     10.2   ○     1.39
    5   3000     100   150     5.0     90     3.0   900     30.0     23.9     9.1   △     1.87
    6   3000     100   150     5.0     150     5.0   660     22.0     20.5     10.2   ○     1.95
    7   3000     100   150     5.0     30     1.0   900     30.0     22.8     9.5   △     1.36
    8   3000     100   150     5.0     90     3.0   660     22.0     19.2     10.6   △     1.96
    9   3000     100   150     5.0     150     5.0   780     26.0     22.8     9.5   △     1.92
实施例7：
在本实施例中，基于实施例6的结果，通过调节水的含量，将液体比固定在21.35重量％(被包含的)，按照与实施例3相同的方式将菜籽油用作润滑剂，并且通过在1～10重量％(被添加的)的范围内改变润滑剂的添加量来进行挤出测试。
当在实施例3中润滑剂的添加量为10重量％(被添加的)时，不能保证形状保持性，并且最终的挤出物发生变形。在本实施例中，挤出测试在通过调节水含量而保持恒定的液体比下进行。因此，即使当润滑剂的添加量在1～10重量％(被添加的)变化时，挤出性也难以改变，并且即使在10重量％(被添加的)时，也能获得优异的挤出。而且，当润滑剂的添加量按照与实施例3相同的方式增加时，挤出率也能提高，因此其作用可得以证实。
但是，发现，当挤出物烧结时，在具有较高润滑剂添加量的挤出物中烧结收缩比变大，并且当添加量超过8重量％(被添加的)时，很容易发生烧结开裂。
因此，对液体比和挤出性进一步测试，同时润滑剂的添加量保持在3重量％(被添加的)和5重量％(被添加的)，在此情况下可以稳定的获得高挤出率，并且改变水含量。
表5和图12示出测试产品的混合比(实验条件)。表4和图12也示出了实施例3的混合比(实验条件)。在图12中，横坐标代表水不可溶液体润滑剂的添加量，以重量％(被添加的)计，并且纵坐标代表水含量(水的添加量)，以重量％(被包含的)计。在图中许多斜线代表陶瓷批料中所含水和水不可溶液体润滑剂的总含量，以重量％(被包含的)计。这些线分别代表低于18.0重量％(被包含的)，20重量％(被包含的)，22.5重量％(被包含的)和24.5重量％(被包含的)。
从表4和5发现，当液体比小于18.0重量％(被包含的)时，粘土硬度太高(塑性系数太大)，以致于挤出压力升高并且由于模具强度的限制不能进行挤出。
还发现，当液体比超过24.5重量％(被包含的)时，粘土硬度太低(塑性系数太小)，以致于不能确保形状保持性，并且陶瓷蜂窝结构体变形。
特别是，当使用具有小狭缝宽度的模具制备具有薄壁的陶瓷蜂窝结构体时，制品的强度变小并且不容易确保形状保持性。另外，模具阻力增加。因此，在此种情况下的液体比范围至少为20.0～22.5重量％(被包含的)。
顺便说，尽管本实施例代表将菜籽油作为润滑剂的情况，但是当使用由三酰基甘油作为主组分组成的其它润滑剂时可获得基本上相同的结果。
图13示出通过将上述条件与适当的由三酰基甘油作为主组分组成的润滑剂含量范围相结合制备陶瓷蜂窝结构体时，水和润滑剂的最佳范围。该图与图12具有基本上相同的结构，并且示出了液体比和水不可溶液体润滑剂的适当范围。
                                                            表4
实施例3的条件和结果
  实施例序号             物料的重量％(被添加的)比        物料的重量％(被包含的)比          评估结果
  陶瓷粉末  甲基纤维素    水    润滑剂       水    润滑剂     液体比   挤出性    挤出率比
    1     100     5.0   26.0     0.0     19.85     0.00     19.85     ×     1.00
    2     100     5.0   26.0     0.5     19.77     0.38     20.15     ○     1.07
    3     100     5.0   26.0     1.0     19.70     0.76     20.45     ○     1.54
    4     100     5.0   26.0     1.5     19.62     1.13     20.75     ○     1.79
    5     100     5.0   26.0     2.0     19.55     1.50     21.05     ○     1.88
    6     100     5.0   26.0     2.5     19.48     1.87     21.35     ○     1.91
    7     100     5.0   26.0     3.0     19.40     2.24     21.64     ○     1.93
    8     100     5.0   26.0     3.5     19.33     2.60     21.93     ○     1.94
    9     100     5.0   26.0     4.0     19.26     2.96     22.22     ○     1.95
    10     100     5.0   26.0     5.0     19.12     3.68     22.79     △     1.96
    11     100     5.0   26.0     8.0     18.71     5.76     24.46     △     1.97
    12     100     5.0   26.0     10.0     18.44     7.09     25.53     ×     1.97
                                                             表5
实施例7的条件和结果
  实施例序号              物料的重量％(被添加的)比   物料的重量％(被包含的)比          评估结果
  陶瓷粉末  甲基纤维素     水    润滑剂       水    润滑剂     液体比   挤出性    挤出率比
    1     100     5.0    27.5     1.0     20.60     0.75     21.35     ○     1.53
    2     100     5.0    26.5     2.0     19.85     1.50     21.35     ○     1.89
    3     100     5.0    25.5     3.0     19.10     2.25     21.35     ○     1.95
    4     100     5.0    24.5     4.0     18.35     3.00     21.35     ○     1.98
    5     100     5.0    23.5     5.0     17.60     3.75     21.35     ○     1.99
    6     100     5.0    22.5     6.0     16.86     4.49     21.35     ○     2.00
    7     100     5.0    20.5     8.0     15.36     5.99     21.35     ○     2.01
    8     100     5.0    18.5     10.0     13.86     7.49     21.35     ○     1.99
    9     100     5.0    32.0     3.0     22.86     2.14     25.00     ×     1.91
    10     100     5.0    30.2     3.0     21.86     2.17     24.00     △     1.94
    11     100     5.0    27.5     3.0     20.29     2.21     22.50     ○     1.95
    12     100     5.0    23.3     3.0     17.71     2.29     20.00     ○     1.96
    13     100     5.0    20.8     3.0     16.17     2.33     18.50     △     1.93
    14     100     5.0    18.5     3.0     14.63     2.37     17.00     ×      -
    15     100     5.0    30.0     5.0     21.43     3.57     25.00     ×     1.95
    16     100     5.0    28.2     5.0     20.38     3.62     24.00     △     1.98
    17     100     5.0    21.3     5.0     16.19     3.81     20.00     ○     2.00
    18     100     5.0    18.8     5.0     14.62     3.88     18.50     △     1.99
    19     100     5.0    16.5     5.0     13.05     3.95     17.00     ×      -

Claims (16)

1、一种陶瓷结构体的生产方法，包括下述步骤：混合和捏合一种至少含陶瓷粉末和水的陶瓷批料，挤出如此捏合的混合物，并干燥和烧结挤出物，其中：
将一种由酰基甘油和/或一种衍生物作为其主组分组成的水不可溶液体润滑剂，加入到所述陶瓷批料中。
2、根据权利要求1的陶瓷结构体的生产方法，其中所述水不可溶液体润滑剂在50℃下的粘度为15cp～45cp。
3、根据权利要求1的陶瓷结构体的生产方法，其中将基于100重量％所述陶瓷粉末计，2.0～8.0重量％(被添加的)的甲基纤维素加入到所述陶瓷批料中。
4、根据权利要求1的陶瓷结构体的生产方法，其中所述水不可溶液体润滑剂由三酰基甘油作为主组分组成，并且所述水不可溶液体润滑剂的加入量至少为0.5重量％(被添加的)，基于100重量％所述陶瓷粉末计。
5、根据权利要求4的陶瓷结构体的生产方法，其中构成所述三酰基甘油的脂肪酸的主组分为具有18个碳原子的脂肪酸。
6、根据权利要求4的陶瓷结构体的生产方法，其中所述三酰基甘油的皂化值不超过200。
7、一种具有设置成蜂窝形状的间隔的陶瓷蜂窝结构体的生产方法，包括下述步骤：混合和捏合一种至少含陶瓷粉末、水和粘合剂的陶瓷批料，挤出如此捏合的混合物，并且干燥和烧结挤出物，其中：
将在所述挤出温度下为水不可溶液体的水不可溶液体润滑剂加入到所述陶瓷批料中。
8、根据权利要求7的陶瓷蜂窝结构体的生产方法，其中所述水不可溶液体润滑剂在20℃下的运动粘度为30cSt～120cSt。
9、根据权利要求7的陶瓷蜂窝结构体的生产方法，其中包含在所述陶瓷批料中的所述水和所述水不可溶液体润滑剂的总含量为18.0～24.5重量％(被包含的)，基于100重量％所述陶瓷批料计。
10、根据权利要求7的陶瓷蜂窝结构体的生产方法，其中所述粘合剂是甲基纤维素，并且所述粘合剂的含量为2.0～8.0重量％(被添加的)，基于100重量％所述陶瓷粉末计。
11、根据权利要求7的陶瓷蜂窝结构体的生产方法，其中所述间隔的厚度不超过150μm。
12、根据权利要求7的陶瓷蜂窝结构体的生产方法，其中所述陶瓷蜂窝结构体是通过用具有狭缝的模具进行挤出制得的，该狭缝用于形成间隔，并且所述狭缝的宽度不超过150μm。
13、根据权利要求7的陶瓷蜂窝结构体的生产方法，其中所述水不可溶液体润滑剂是由酰基甘油和/或衍生物作为主组分组成的。
14、根据权利要求7的陶瓷蜂窝结构体的生产方法，其中所述水不可溶液体润滑剂是三酰基甘油，并且所述水不可溶液体润滑剂的添加量为1.0～8.0重量％(被添加的)，基于100重量％所述陶瓷粉末计。
15、根据权利要求14的陶瓷蜂窝结构体的生产方法，其中构成所述三酰基甘油的脂肪酸主组分为具有18个碳原子的脂肪酸。
16、根据权利要求14的陶瓷蜂窝结构体的生产方法，其中所述三酰基甘油的皂化值为不超过200。
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