การเตรียมดินทำเซรามิกส์และคุณสมบัติทางฟิสิกส์

การเตรียมเนื้อดินปั้น

เซรามิกส์มีหลายชนิดบางชนิดเนื้อหยาบ เช่น อิฐ กระเบื้อง เบ้าและวัตถุทนไฟต่างๆซึ่งไม่ต้องใช้วัตถุดิบเนื้อละเอียดมากในการผลิต ในการผลิตจึงอาจใช้วัตถุดิบที่เตรียมไว้มาผสมทำได้เลย แต่ถ้าเป็นเซรามิกส์ที่มีเนื้อละเอียดเช่น พอร์ซเลน( Porcelain ) หรือเอิร์ทแวร์( Earthenware ) ต้องนำวัตถุที่เตรียมไว้มาผสมก่อน แล้วบดให้ละเอียดอีกหนหนึ่งด้วยเครื่องบดที่เรียกว่า Ballmill 

  1. การเตรียมเนื้อดินปั้นในห้องทดลอง

ดินขาว ดินดำทีล้างแล้วตากแห้งบดผ่าน ตะแกรง 100 เมช หินต่างๆ ที่ตากแห้งแล้ว ตะแกรง 100 เมช ชั่งน้ำหนักตามอัตราส่วนบดในบอลมิล เติมน้ำบดประมาณ 8 ชั่วโมงในไปผ่านตะแกรง 250 เมช ผ่านเครื่องแยกเหล็ก นำไปหล่อในแบบพิมพ์เติมโซเดียมซิลิเกตลงไป 0.5% กวนให้เข้ากันหรือจะเอาไปปั้นก็นำเข้าเครื่องกรองอัด ( Filter Press )เอาน้ำออกแล้วเข้าเครื่องนวดไล่อากาศ ( Pug Mill Dearing ) ให้เนื้อแน่นและเข้ากันได้ดีแล้วนำไปขึ้นรูปแบบปั้น

2.การเตรียมเนื้อดินปั้นในโรงงาน

ดิน

สูบน้ำดินที่ล้างแล้วเข้าถังวัดปริมาตร( คิดคำนวณเป็นน้ำหนักโดยเอาน้ำดิน 100 ซีซี มาระเหยจนแห้งแล้วชั่งเนื้อดิน )

หิน

ชั่งน้ำหนักตามอัตราส่วนบดในบอลมิล

ปล่อยดินและหินลงถังกวนผสมตามจำนวนที่ต้องการ นำไปผ่านเครื่องแยกเหล็ก( Megnetic Separation ) นำไปผ่านตะแกรง 200 250 เมช ( Shanking Sieve ) ใส่ลงถังกวนผสมแล้วนำเข้าเครื่องกรองอัด ( Filter Press ) นำไปนวดด้วยเครื่องนวด ( Kneading Machine )และเครื่องรีดดินไล่อากาศ ( Dearing Pug Mill ) นำดินที่ได้ไปหมัก ( Aging ) กดารหมักควรหมักในห้องที่มิดชิด โดยเอาท่อนดินที่ออกจากเครื่องรีดไล่อากาศแล้วใส่ไว้ภายในห้อง ฉีดน้ำให้ชุ่มเสมอ ยิ่งนานวันความเหนียวของเนื้อดินปั้นก็จะเพิ่มมากขึ้นโดยอำนาจของความชื้นแฉะและแบคทีเรีย แล้วนำเอาเข้าเครื่องรีดไล่อากาศอีกครั้งหนึ่งก่อนที่จะนำไปใช้ในการขึ้นรูปโดนการปั้น

เครื่องมือในการเตรียมดินปั้น

เครื่องแยกเหล็ก

ประกอบด้วยเหล็กซึ่งเป็นคุณสมบัติเป็นแม่เหล็ก มื่อผ่านกระแสไฟ้ฟ้าและจะมีประสิทธิภาพดูดเหล็กซึ่งอยู่ในรูปอิสระได้ เครื่องแยกเอาเหล็กออกมีชนิดต่างๆกัน บางชนิดใช้ดูดเหล็กจากวัตถุดิบหรือวัตถุดิบผสมที่บดละเอียดเป็นผงแห้งๆ บางชนิดใช้ดูดเหล็กได้ทั้งสองอย่างทั้งทีแห้งเป็นผงและเป็นน้ำคล้ายครีม แต่ส่วนมากนิยมใช้เครื่องชนิดที่ดูดเหล็กจากวัตถุดิบหรือวัตถุดิบผสมที่บดกับน้ำ เพราะดูดเหล็กได้ดีกว่า เครื่องแยกเอาเหล็กออกนี้มีทั้งขนาดเล็กสำหรับห้องทดลองและขนาดใหญ่สำหรับโรงงาน การทำเครื่องปั้นดินเผาชนิดที่ดีควรมีเครื่องแยกเหล็กออกจากน้ำเนื้อดินปั้นที่บดละเอียดแล้ว ตามธรรมดาวุตถุดิบที่ใช้ผสมทำเนื่อดินปั้นอาจมีเหล็กออกไซด์ซึ่งอยู่ในรูปอิสระเกาะติดอยู่ เหล็กออกไซด์นี้ถ้ามีอยู่ในเนื้อดินปั้นมาก เมื่อปั้นเป็นรูปและนำไปเผาจะทำให้เครื่องปั้นมีสีไม่ขาว

เครื่องกรองอัด

ประกอบด้วยแผ่นเหล็กหรือแผ่นไม้ มีลักษณะกลมหรือสี่เหลี่ยม ขนาดโตเส้นผ่านศูนย์กลางตั้งแต่ 6 นิ้ว ขึ้นไปจนถึง 24 นิ้ว ประกบติดต่อเรียงกันเป็นชั้นๆ มีตั้งแต่ 4 ชั้นขึ้นไปจนถึง25 ชั้น ระหว่างแผ่นประกอบติดกันนี้ มีช่องสำหรับให้เนื้อดินปั้นไหลเข้ามาอัดตัวอยู่ทุกๆช่องติดต่อกับท่อซึ่งเป็นทางให้น้ำดินไหลผ่านจากเครื่องดูดน้ำดิน เครื่องนี้มีประโยชน์มากสำหรับกรองเนื้อดินปั้นแยกออกจากน้ำและบีบอัดให้เป็นก้อน โรงงานทำเครื่องปั้นดินเผาทุกโรงงานควรมีเครื่องกรองดินดังกล่าว เพราะเป็นการทุ่นแรงงานและทุ่นเวลา แทนที่จะแยกน้ำออกจากเนื้อดินปั้นโดยการเกรอะในถังปูนซิเมนต์หรือใช้ปูนพลาเตอร์ดูดน้ำออก ซึ่งต้องใช้เวลานาน และเหมาะสำหรับการทดลองเพียงเล็กน้อยเท่านั้น

ในการใช้เครื่องมือนี้ จะต้องบดวัตถุดิบที่ผสมกับน้ำให้ละเอียดดีเสียก่อน แล้วจึงเอาเนื้อดินปั้นที่ละเอียดมีน้ำผสมอยู่ด้วยนี้ ไปผ่านเครื่องแยกเอาเหล็กออก เสร็จแล้วจึงผ่านเครื่องดูดเพื่อดูดน้ำเนื้อดินปั้นเข้าเครื่องกรองดินนี้ ทำการแยกน้ำออกจากเนื้อดินปั้นต่อไป

เครื่องนวดผสม

ประกอบด้วยลูกตุ้ม 2 ลูกทำด้วยทองเหลืองหรือปูนซิเมนต์ อยู่ปลายเพลาเหล็กกลมทั้ง2ข้าง ตุ้มนี้จะหมุนเป็นวงกลมด้วยเครื่องทุ้นแรงในขณะที่ลูกตุ่มหมุนจะทำการบดนวดเนื้อดินปั้นกับแท่นวงกลมที่รองรับอยู่ แท่นวงกลมนี้ทำด้วยทองเหลืองหรือปูนซิเมนต์เช่นเดียวกับลูกตุ้ม เนื้อดินปั้นที่เอาออกจากเครื่องกรองเป็นแผ่นๆต้องนวดบดให้รวมเป็นเนื้อเดียวกันด้วยเครื่องนวดนี้ ใช้เวลาประมาณ 2-4 ฃั่วโมง จะผสมกันดี ซึ่งเป็นการทุ่นเวลากว่าที่จะใช้นวดด้วยมือ การนวดด้วยมือเหมาะสำหรับในเมื่อมีเนื้อดินปั้นจำนวนน้อยเพื่อการทดลองเท่านั้น

เครื่องอัดไล่อากาศ

มี 2 ชนิด คือ ชนิดตั้งและนนิดนอน ชนิดตั้งประกอบด้วยถังเหล็กกลมที่มีเส้นผ่าศูนย์กลางประมาณ 6 นิ้วขึ้นไป และสูงหรือยาวประมาณ 15 นิ้วขึ้นไป ตรงกลางถังมีเพลาเหล็กติดใบพายเหล็กสลับกันรอบตลอดเพลา ส่วนล่างหรือส่วนท้ายของถังจะมีช่องกลมเป็นทางให้ดินไหลออก เส้นผ่านศูนย์กลางของช่องที่ดินไหลออกนี้มีขนาดเล็กประมาณ 1/4 หรือ 1/3 ของเส้นผ่านศูนย์กลางของตัวถัง เมื่อใส่ดินที่นวดแล้วลงในถัง แล้วเดินเครื่องทุ่นแรงให้เพลาหมุน ใบพายที่ติดเพลา จะทำหน้าที่กวนดินและอัดไล่อากาศซึ่งแทรกซึมอยู่ในเนื้อดินปั้น ทำให้เนื้อดินแน่นเป็นเนื้อเดียวกัน ไหลออกมาเป็นแท่งกลมๆ ทางช่องตอนล่างหรือตอนท้ายของถัง เนื้อดินนี้เป็นดินที่จะใช้ทำการปั้นต่อไป

การหมักดิน

เนื้อดินปั้นที่ไล่อากาศเป็นแท่งๆแล้วนั้น ถ้านำไปทำการปั้นทีเดียวก็ทำได้แต่ถ้าเนื้อดินปั้นมีคุณภาพยังไม่เหนียวพอ การปั้นขึ้นรูปจะลำบากและทำได้ช้า ฉะนั้น ก่อนทำการปั้นควรเก็บหมักเนื้อดินปั้นนี้ไว้ในที่อับ คือ ในที่ที่ไม่มีอากาศผ่านเข้าออกได้ จะทำให้เนื้อดินปั้นมีคุณภาพเหนียว ทำให้ปั้นขึ้นรูปทรงตัวได้ง่ายเข้า ระยะเวลาของการเก็บหมักนี้ถ้ายิ่งนานวันก็ยิ่งดี แล้วแต่สภาพที่เก็บและโอกาศ แต่การเก็บหมักดินนี้ไว้ บางทีทำให้เสียเวลา ถ้าสถานที่เก็บหมักไม่กว้างขวางพอก็เก็บได้น้อย บางทีก็ต้องใช้เวลาเป็นเดือนๆทำให้ผลิตได้น้อยหรือเพิ่มการผลิตไม่ได้ โดยเหตุนี้โรงงานผลิตเครื่องปั้นดินเผาบาง แห่งไม่ใช้วิธีเก็บหมักดิน แต่ต้องทำให้เนื้อดินปั้นเป็นกรด ก็จะมีคุณภาพเนียวปั้นเป็นรูปได้เช่นกัน

 

การเตรียมดินโดยทั่วไป ทำได้2วิธีคือ การเตรียมโดยวิธีผสมแห้ง และเปียก การเตรียมดินไม่มีกฏตายตัว สามารถทำได้หลายวิธี ขึ้นกับลักษณะของดินที่จะเตรียม เพื่อใช้ขึ้นรูปผลิตภัณฑ์แต่ละประเภท ดังนั้นก่อนตัดสินใจเลือกวิธีไหน ควรทดสอบดินนั้นหลายๆครั้งจนแน่ใจ

การเตรียมดินโดยวิธีผสมแห้ง dry method
ดินที่ขุดมาได้เมื่อบดแล้ว จะนำมาชั่งตวงโดยน้ำหนักตามสูตรส่วนผสมของดิน เช่นดินดำ 50 กก. ดินเหลือง 20กก. ทรายละเอียด 10กก. เฟลด์สปาร์ 10กก. และดินเชื้อ 10กก. เป็นต้น อัตราส่วนผสมของดินตามสูตรเมื่อชั่งเรียบร้อยแล้ว ควรนำมาร่อนผ่านตะแกรง 1ครั้ง  นำวัตถุดิบมาคลุกเคล้าผสมน้ำให้เปียกโดยเกลี่ยวัตถุดิบหนาประมาณ 5 ซม.แล้วพรมน้ำให้ทั่ว ทำซ้ำ 3-4 ชั้นแล้วจึงนวด จะนวดด้วยเครื่องหรือนวดด้วยมือ ก็ได้

คุณสมบัติทางฟิสิกส์ของเนื้อดินปั้น

1.ความเหนียว ( Plasticity )
 ความเหนียวของเนื้อดินปั้น ซึ่งเมื่อปั้นแล้วให้ทรงตัวอยู่ได้นี้ คือ ความเหมาะสมในการผสมเนื้อดินกับน้ำ ดินขาวธรรมดาจะใช้น้ำผสมให้เหนียวประมาณร้อยลละ 25 แต่ถ้าเนื้อดินปั้นมีดินดำ(Ball Clay) ผสมอยู่มากก็ต้องเพิ่มน้ำให้มากขึ้น ถ้าเนื้อดินปั้นมีหินผสมอยู่มากจำนวนน้ำก็ลดลง ในอุตสาหกรรมทำเครื่องปั้นดินเผา ความเหนียวของเนื้อดินเป็นสิ่งสำคัญอย่างหนึ่ง ถ้าปั้นบนแป้นหมุนที่เร็วมาก ต้องใช้เนื้อดินที่ผสมให้เหนียวมากถ้าปั้นด้วยมือหรือบนแป้นหมุนที่หมุนช้า เนื้อดินปั้นก็ไม่จำเป็นต้องมีความเหนียวมากนัก

2.ความพรุน( Porosity ) ความพรุนช่วยให้น้ำที่ผสมกับเนื้อดินปั้นให้เหนียวระเหยไปจากสิ่งที่ปั้นแล้วถ้าไม่มีความพรุน เครื่องปั้นจะแตกเมื่อเวลาเผาบางทีเราจะพบว่า เครื่องปั้นบางอย่างทำจากดินเหนียวมากเมื่อเวลาเผาหรือตากให้แห้ง รูปเครื่องปั้นจะเบี้ยวหรือยุบเปลี่ยนรูปไป ทั้งนี้เนื่องจากความพรุนในเนื้อดินปั้นทำให้น้ำระเหยไปได้ไม่สะดวก มีทางแก้แก้ไขได้โดยเติมทรายผสมลงไปในเนื้อดินปั้นหรือเติมวัตถุดิบ ซึ่งเมื่อผสมแล้วทำให้ลดความเหนียวลงได้วัตถุดิบนี้ได้แก่หินฟันม้าหรือหินควอทซ์ แต่ต้องให้มีความละเอียดมากขนาดเดียวกันหรือเท่าๆกับเนื้อดิน ความพรุนนี้มีคุณสมบัติตรงกันข้ามกับความเหนียวของเนื้อดินปั้น

3.การหดตัว( Shrinkage ) ความหดตัวเป็นคุณสมบัติที่สำคัญอีกอย่างหนึ่งคือการเปลี่ยนเนื้อดินปั้นและขนาดของภาชนะที่ปั้นขึ้นแล้วนำไปตากแห้งและเผา ทำให้เนื้อดินแข็งและมีขนาดเล็กลงไป ถ้าใช้เนื้อดินปั้นที่มีความเหนียวมากปั้นเป็นภาชนะต่างๆ และตากให้แห้งแล้วเผาภาชนะนั้นจะหดเล็กลงกว่าที่ปั้นไว้มาก ถ้าเนื้อดินที่ใช้ปั้นไม่เหนียวมากนัก เมื่อนำไปตากแห้งและเผาความหดตัวก็มีน้อยลง ฉะนั้น การทำเครื่องปั้นดินเผาให้ได้ามต้องการ เราจึงต้องทราบความหดตัวของตัวเนื้อดินปั้นเสียก่อน