Forschung für den Mittelstand - Die IGF-Projektdatenbank

Werkstofftechnische Optimierung der Packungsdichte von Ziegelmassen zur Verbesserung der Trocknungseigenschaften und der Produktqualität

Die Trocknung ist einer der elementarsten Vorgänge bei der Herstellung keramischer Erzeugnisse. Sie überführt den Rohling vom feuchten, plastischen Zustand in den trockenen, formstabilen Zustand durch Entfernung des für die plastische Verformung benötigten Wassers. Während des Trockenprozesses strömt das Wasser aus dem Innern des Rohlings an die Oberfläche, wo es durch Verdunstung an die Umgebungsluft abgegeben wird. Das Wasser dient als Gleitmittel für die Tonminerale und sorgt so für die Plastizität des Tons. Es sorgt auch dafür, dass die Partikel aneinander haften und die Rohlinge bei abnehmendem Anmachwassergehalt nicht auseinanderfallen. Außerdem füllt es die Poren aus, die in dem Partikelnetzwerk des Tons entstehen und die einen beträchtlichen Anteil am Gesamtvolumen eines Rohlings ausmachen. Durch eine Optimierung der Korngrößenverteilung eines Tons mit genau abgestimmten mineralischen Additiven können diese Hohlräume minimiert und somit der Wassergehalt reduziert werden. Da die Verdunstung des Wassers ein energieverbrauchender Prozess ist, würde eine Reduzierung des für die Extrusion notwendigen Wassers somit zu einer Energieeinsparung führen und darüber hinaus die Trockenzeit verkürzen. Beides ist für kmU von großem Wert. Bei der Entfernung des Wassers während der Trocknung kommt es durch die Kapillarkräfte zur Schwindung des Tons, die mit abnehmendem Wassergehalt zunimmt. Da die Trocknung von außen nach innen fortschreitet, bildet sich ein Feuchtegradient im Rohling aus. Dadurch entwickelt sich auch ein Schwindungsgradient, der zur Entstehung von mechanischen Spannungen im Rohling führt. Überschreiten diese Spannungen die Festigkeit des Rohlings, so kommt es zur Schädigung in Form von Deformationen oder Trockenrissen. Durch eine Reduktion des Wassergehalts wird auch die Schwindung verringert, was die Spannungen im Rohling während der Trocknung und somit die Gefahr von Schäden reduziert. Auch hiervon profitieren kmU, da sich ihre Produktqualität erhöht.

Ergebniszusammenfassung:

Das Forschungsvorhaben hat gezeigt, dass sich durch den Einsatz mineralischer Additive die Packungsdichte von Ziegelmassen deutlich erhöhen lässt. Dies führt zu einer geringeren Pressfeuchte, wodurch viel Trocknungsenergie eingespart werden kann. Da für die Trocknung der Rohlinge mehr Energie aufgewendet werden muss als für deren Brand, ist das Einsparpotential hier besonders groß. Weiterhin wird die Trockenzeit verkürzt, was zu einer höheren Produktivität führt. Außerdem reduziert sich die Trockenschwindung, was die Gefahr der Rissbildung bei der Trocknung minimiert und so die Produktqualität erhöht. Allerdings kann die Auswirkung dieser Additive nicht vorausgesagt werden, sondern muss im trial and error-Verfahren erprobt werden. Dies liegt am natürlichen Ursprung der Tone und Additive, die sich in Mineralogie und KGV stark unterscheiden.