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-
- Sur
cette page : Pourquoi
faire une barbotine de
coulage,
Conditions
nécessaires,
Densité,
Viscosité
apparente,
Thixotropie,
Influence
de la
température,
Défloculants,
Effets
du temps,
Ajouter
les
défloculants,
Qualité
de l'eau,
Introduction
des matières.
-
-
-
|
materiel
ceramique, défloculent, moule,
silicate de sodium, coulage ceramique,
rhéologie, viscosimètre,
densité, mesure, thixotropie,
argiles
|
-
-
-
- Réaliser
une barbotine de coulage :
-
- Pourquoi
réaliser une barbotine de coulage
?
-
- Une
barbotine de coulage permet de réaliser des
pièces de formes complexes à partir de
moules en plâtre ou en résine poreuse en
plusieurs parties, ouverts ou fermés.
- La
prise de la barbotine sur les parois du moule
nécessite que celui-ci absorbe l'eau contenue
par cette pâte liquide. Un moule sera d'autant
plus apte à assurer des coulées
successives que la quantité d'eau
absorbée sera moindre. L'épaisseur de la
prise se fera en fonction du temps selon
l'humidité du moule, la densité de la
barbotine, les capacités filtrantes de la
pâte déposée et ses
propriétés rhéologiques.
-
- La
liquéfaction de la barbotine avec très
peu d'eau s'obtient en utilisant des
électrolytes (des défloculants) tels que
ceux qui seront décrits dans cette page : le
carbonate de sodium et le silicate de sodium. Ces
produits doivent être utilisés en
très petite quantité car ils contribuent
à dégrader le plâtre des moules.
L'augmentation de leur quantité agit
également sur l'allongement du temps de
prise.
-
- La
recherche dans la mise au point d'une barbotine de
coulage visera donc à optimiser le temps de
prise, avec le minimum d'eau contenue dans la
pâte et un minimum
d'électrolytes.
-
- Pour
réaliser une barbotine de coulage plusieurs
conditions doivent être réunies
-
- 1)
La pâte à partir de laquelle on
prépare la barbotine doit contenir suffisamment
d'argileux (matières colloïdales telles
qu'argiles et kaolins). De très bons
résultats sont réalisables à
partir de 40% d'argileux selon les matières les
plus courantes.
-
- Exemple
de composition de pâte :
-
- Argile
35
- Kaolin
15
- Sable
25
- Craie
20
- talc
5
-
- Le
total des matières colloïdales est de 35
d'argile + 15 de kaolin = 50 %.
- Ce
chiffre supérieur à 40% peut
fonctionner.
-
- 2)
Les types de matières colloïdales
utilisées doivent être compatibles avec
ce procédé.
-
- Aucun
kaolin ne devrait poser de problème. Par contre
certaines argiles du type montmorillonite ou bentonite
qui sont très fines et lient de grandes
quantités d'eau créeront des
difficultés. Leur emploi dans une barbotine de
coulage rendra parfois cette opération
impossible si une trop grande quantité est
utilisée. En règle
générale on tolère entre 3 et 5%
de ce type de minéral dans une pâte
destinée au coulage. Au-delà la
réalisation de la barbotine
nécessiterait une trop grande quantité
d'eau pour que le principe même du coulage garde
un quelconque intérêt.
-
- Caractéristiques
d'une barbotine de coulage
-
- Trois
caractéristiques principales vont
définir une barbotine de coulage :
-
- _
La densité
- _
La viscosité apparente
- _
La thixotropie
-
- 1)
La densité
-
- La
densité montre la teneur en minéraux de
la barbotine et la quantité d'eau de mise en
oeuvre.
- Plus
la densité sera élevée et moins
la barbotine contiendra d'eau, ce qui permettra de ne
pas saturer trop rapidement les moules de travail. En
règle générale on recherche une
valeur la plus élevée possible en
compromis avec les autres
caractéristiques.
-
- Quelques
valeurs courantes :
-
- Porcelaine
1.720 à 1.750
- Faïence
calcaire 1.750 à 1.780
- Faïence
feldspathique 1.800 à 1.820
- Poterie
chamottée 1.820 à 1.860
- Réfractaire
1.950 à 2.050
-
- La
densité exprimée ici est le rapport du
poids d'un litre de barbotine comparé à
celui d'un litre d'eau.
-
- Quantité
d'eau utilisée :
-
- Elle
doit être la plus faible possible pour donner de
bons compromis entre la saturation des moules, la
densité, la viscosité et la
thixotropie.
- Par
exemple pour une faïence, 26 à 28 % d'eau
seront suffisants dans une barbotine pour qu'elle soit
à une densité de 1.800 à 1.810.
Cela représente environ 36 à 38 g d'eau
pour 100 g de matières sèches.
- Pour
une porcelaine de densité 1.750, l'eau pourra
atteindre 40 à 42 g pour 100g de
matières sèches.
- Pour
des matières premières humides, il
faudra tenir compte de l'eau contenue dans le calcul
de la composition.
-
-
- 2)
La viscosité apparente
-
- La
viscosité caractérise
l'écoulement de la barbotine. Celle-ci doit
permettre une fluidité suffisante de la
barbotine pour assurer un remplissage correct des
moules et de leurs détails sans prendre trop de
temps.
-
- Mesure
:
-
- Dans
l'industrie de la céramique on l'évalue
le plus souvent à partir de l'appareil de
Gallenkamp, c'est un viscosimètre à fil
de torsion. Un cylindre en métal monté
sur le fil qui a subi une torsion de 360° est
immergé dans la barbotine, la torsion est
relâchée et le cylindre exécute
une rotation qui l'amène à
dépasser le point zéro du fil au repos.
Le dépassement angulaire observé
exprimé en degrés traduit la
viscosité (force de frottement, tension de
cisaillement).
- Cet
appareil permet d'établir des contrôles
par comparaisons des valeurs angulaires à
condition qu'elles soient toujours effectuées
dans les même conditions avec une barbotine
subissant les mêmes conditions de
préparation.
- Une
autre méthode, plus pratique consiste à
utiliser une coupelle d'écoulement. On peut en
réaliser une soi-même en partant d'un
récipient cylindrique à fond plat ou
légèrement conique percé en son
centre d'un trou de 5 à 6 mm. Par exemple une
boîte métallique d'une hauteur d'environ
70 mm avec un diamètre de 50 à 60 mm. La
mesure sera basée sur le temps
d'écoulement nécessaire à vider
ce récipient préalablement rempli
à ras bord. Cette mesure sera propre à
ce système. Cela vous permettra de comparer
entre eux des résultats obtenus dans ces
conditions, il faudra donc procéder par
expérience. Si l'écoulement ne se
produit pas ou bien s’arrête en cours de
mesure, cela voudra dire que vos conditions de
viscosité sont trop élevées.
-
- Une
mesure de viscosité apparente sur une barbotine
doit toujours être effectuée
immédiatement après une période
d'agitation dans des conditions de force et de
durée identiques.
- Nous
avons employé le terme de viscosité
apparente, car dès que l'agitation cesse, la
barbotine se modifie pour devenir plus "rigide", plus
épaisse.
-
- 3)
La thixotropie
-
- Ce
mot compliqué désigne le comportement
pseudo plastique d'une barbotine. C'est à dire
l'aptitude qu'a une barbotine à se figer
lorsque on la laisse au repos. Cette
caractéristique est très importante car
elle définit en grande partie la qualité
du coulage.
- La
thixotropie peut être évaluée avec
les mêmes instruments utilisés pour la
viscosité apparente. Sauf que cette fois la
mesure ne sera pas effectuée au même
moment, un temps de repos sera donné pour
permettre d'évaluer l'état de gel.
- Pour
l'appareil de gallenkamp on se donne en
général, 5 minutes, immédiatement
après avoir mesuré la viscosité
apparente et remis le fil de torsion en position de
départ.
-
- On
travaille en général une barbotine avec
un rapport d'angle différentiel de 5 à 7
%.
- Par
exemple si la viscosité donne 290° et la
thixotropie 275° le rapport sera (290-275) / 275
= 5.45 %
-
- Pour
une coupelle d'écoulement le temps peut
être allongé jusqu'à 5 à 10
minutes. On choisira le temps qui convient le mieux
aux conditions de travail de la barbotine. Le temps
est exprimé en secondes. L'expression de la
thixotropie dans un système donné sera
rapport entre temps d'écoulement à
l'instant t0 (valeur de viscosité apparente) et
le temps d’écoulement pour un temps de
repos tx.
- Par
exemple avec mesures à t0 = 70 s et t10 = 90 s
(pour un temps de repos de x = 10 minutes) le rapport
sera de 90 / 70 = 1.28
-
-
-
|
materiel
ceramique, défloculent, moule,
silicate de sodium, coulage ceramique,
rhéologie, viscosimètre,
densité, mesure, thixotropie,
argiles
|
-
-
- Pourquoi
mesurer la thixotropie ?
-
- Plusieurs
enseignements sont recueillis dans cette
mesure.
-
- La
qualité du travail : Si vous devez couler dans
des moules "à ciel ouvert" avec en fin de prise
la nécessité de vider le moule de la
barbotine en excès vous apprécierez,
lors du vidage, que la barbotine s'écoule avec
suffisamment de fluidité sans être
épaisse comme du "yaourt". Vous
apprécierez aussi d'avoir un état de
surface à l'intérieur de la pièce
le plus lisse possible (du côté
vidé) sans nervures et surcharges
irrégulières. Cela vous demandera moins
de temps pour effectuer la finition de la pièce
dans ces conditions.
-
- Le
temps de prise : Si la thixotropie est insuffisante,
le temps de prise sera très long et la couche
obtenue sera dure et cassante. Lorsque la thixotropie
est faible, les fines particules provenant des argiles
qui sont les plus mobiles ne sont plus ralenties par
l'effet de gel de la barbotine. Il se produit ainsi
une fine couche de ces particules qui colmate
rapidement la surface du moule. Le temps de prise
devient de plus en plus long, les
propriétés filtrantes de la couche
déposée diminuant fortement.
- Il
faudra donc une certaine dose de thixotropie pour
assurer une prise optimale sans nuire au vidage des
moules et à l'aspect de surface.
-
- Le
réglage des paramètres de
viscosité et de thixotropie demande une grande
précision dans la méthode de travail
(dosage, mesures, conditions).
-
- Influence
de la température :
-
- Lorsque
vous délayez des matières pour
préparer une barbotine, l'agitation crée
rapidement un échauffement dû à la
faible quantité d'eau
utilisée.
- Les
mesures effectuées sur une barbotine trop
chaude peuvent être faussées. Par exemple
il peut se former une peau en la surface qui freinera
le module de mesure pour un appareil de gallenkamp ou
bien empêchera l'écoulement dans le cas
d'une coupelle.
- Lorsque
la température de mesure est plus
élevée que la température de
travail de la barbotine il faudra savoir
interpréter les résultats pour situer le
comportement de la barbotine après
refroidissement.
- En
général, les valeurs de viscosité
recueillies jusqu'à 35-40°C augmentent en
refroidissant. Ainsi un angle de viscosité de
300° à 35°C équivaudra
à un angle proche de 280° à la
température de 20°C. De même avec
une coupelle le temps d'écoulement s'allongera
après refroidissement.
- Moins
il y aura d'électrolytes (sels
défloculants) dans la barbotine et plus l'effet
de la température se fera ressentir, et ce sera
encore mieux si la densité est
élevée.
- Pour
cette raison, les industriels qui travaillent en
coulage sous haute pression (40 bars) utilisent le
plus souvent des barbotines denses pas ou peu
défloculées et réchauffées
à 35°C environ. Ils obtiennent dans ces
conditions une fluidité et une prise maximale
de la barbotine.
-
- Les
électrolytes défloculants
:
-
- Ce
sont généralement des sels de sodium
utilisés pour assurer le pH du milieu aqueux de
la barbotine.
- La
fluidité optimale d'une barbotine se situe
entre pH 9 et pH 10, elle commence à se
manifester vers pH 7.
-
- Cas
du silicate de sodium (Na2SiO3) et du carbonate de
sodium (Na2CO3) :
-
- Ces
deux défloculants sont utilisés depuis
très longtemps pour régler les
barbotines. Certains leur préfèrent des
poly électrolytes synthétiques
utilisés seuls, mais pour celui qui veut
régler ses paramètres de coulage sur
mesure ces produits offrent vraiment beaucoup de
possibilités.
-
- Le
carbonate de sodium se présente sous forme
d'une poudre blanche, de poids moléculaire
105,99 g. Il est peu soluble dans l'eau froide. Pour
l'introduire dans une composition de barbotine il
faudra donc le dissoudre dans de l'eau chaude
(50-60°C). Ce sel à une action
défloculante très lente par contre il
permet d'agir sur la thixotropie en donnant une
certaine rigidité à la suspension au
repos. Le carbonate sera donc utilisé en
petites quantités (0,04 à 0,10 % de la
masse sèche à défloculer) pour
régler la thixotropie de la barbotine. On
l'introduira entièrement dès le
départ de la préparation en l'ajoutant
dissout dans l'eau de délayage avant d'y mettre
les matières.
-
- Le
silicate de sodium se présente à
l'état liquide, il est translucide et incolore.
Sa densité est souvent exprimée en
degrés Baumé, malgré le
décret du 3 mai 1961 qui en interdit l'usage.
La qualité la plus courante est la
densité 37-38 °Baumé qui correspond
à une densité de 1.3448 à 1.3574
par rapport à l'eau.
- L'action
du silicate est très rapide, elle fluidifie la
barbotine et son effet persiste assez longtemps de
sorte que la thixotropie se manifeste peu avec cet
électrolyte utilisé seul. Les
quantités utilisées sont
inférieures à 1% de la masse
sèche, plus généralement
comprises vers 0,20 à 0,60 %. Lorsque l'on
connaît approximativement la dose
nécessaire pour défloculer une
pâte, on introduit 50 à 75 % du silicate
dans l'eau de délayage avec tout le carbonate.
Le reste du silicate sera ajouté par petites
doses entre les contrôles de densité et
de viscosité au moment de la mise au
point.
-
- L'effet
du temps
-
- On
observe souvent qu'une barbotine
préparée la veille à
évolué lorsque on fait de nouvelles
mesures le lendemain et ce malgré le maintien
d'une agitation permanente. Cela peut-être
dû à l'effet de la température au
moment du délayage, mais aussi au fait que les
particules d'argile et de kaolin, sortes d'empilages
lamellaires, se sont "ouvertes" à retardement
et ont réduit l'action des électrolytes.
Le temps de délayage doit donc prendre en
compte la phase de préparation immédiate
et celle qui suit jusqu'à une stabilisation des
propriétés pseudo plastiques de la
barbotine. Cette période de stabilisation prend
de quelques heures à un ou deux jours. Elle
peut varier selon l'état d'humidité des
matières premières au moment de la
préparation.
- La
préparation à partir d'argileux secs est
la plus efficace, les particules éclatent sous
l'effet de l'hydratation et l'eau additionnée
d'électrolytes est plus rapidement en contact
avec les feuillets argileux.
-
- Ajouts
de défloculants
-
- Des
ajouts de défloculants ne peuvent être
faits correctement qu'avec une puissance de
délayage importante, de manière à
les disperser très rapidement. Il est
préférable de les diluer un peu pour
atténuer leur effet brutal sur la barbotine
lors de leur introduction.
- Pour
cela, il est formellement déconseillé
d'ajouter des défloculants dans les cuves de
travail qui ne disposent généralement
que d'un système d'agitation lente.
L'électrolyte aurait une action ponctuelle si
violente qu'elle conduirait à une floculation
(pH trop élevé) produisant des amas
isolés de barbotine très compacte
impossibles à mélanger avec le reste de
la masse.
- Le
seul ajout qui peu être tenté dans ces
conditions est l'ajout d'un peu d'eau afin de corriger
les pertes par évaporation ou
l'épaississement dû au recyclage de la
barbotine provenant du vidage des moules.
-
- Qualité
de l'eau
-
- Plus
une eau sera dure, plus il faudra d'électrolyte
pour obtenir un résultat d'écoulement
(viscosité apparente) identique à celui
obtenu avec une eau douce dans les mêmes
proportions.
- La
dureté traduit la quantité de carbonates
de calcium et de magnésium dissoute contenue
dans l'eau.
- Dans
les cas extrêmes de dureté, la
quantité d'électrolyte doit parfois
être majorée de 10% à 20% par
rapport à celle nécessaire avec une eau
très douce.
-
- Ordre
d'introduction des matières
-
- Il
est préférable d'introduire en premier
les argiles, puis les kaolins et enfin les
matières dégraissantes (sables, craie,
etc.).
- Ainsi
les électrolytes entrent en contact avec les
matières qui réagissent avec eux en
premier, ce qui permet de mieux contrôler
l'opération de délayage.
-
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