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陶瓷用石膏粉及其质量简易鉴别方法

日期: 2014-01-24
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目前,半水熟石膏粉(以下简称石膏粉)仍然是国内外陶瓷企业制作成形用模型的重要材料。原因:一是其价格低廉加工取用方便;二是其与水混合搅拌后浆体流动性能好,可以在制模过程中做出各种形状;三是其有无可比拟的凝结性能、吸水性能、易加工性能和良好的使用功能。所以国内外卫生陶瓷和日用陶瓷企业都将其做为制作模型的主要材料,用于制作注浆成形、滚压成形和冷压(挤压)成形模型。

过去计划经济时期,国内陶瓷生产厂家少,产品不愁销路。以卫生陶瓷为例,产品的种类多年一贯制,各个厂家生产的基本上都是老八件产品。产品结构简单,都是地摊成形,生产工艺设备相对落后,对石膏模型的强度等指标要求的不高,故对石膏粉的要求也不太严格。那时大多数陶瓷生产厂家使用的石膏粉都是自炒自用,即自己采购石膏矿石,自己破碎加工炒制石膏粉使用?(石膏粉是普通石膏粉,即β石膏粉)。炒制石膏粉工艺落后,控制不严格,生产的石膏粉质量极不稳定,造成模型的强度低,故模型的使用次数也很少。近二十年来,随着我国陶瓷工业的发展,成形工艺新设备的使用以及模型制造工艺技术的进步,尤其是卫生陶瓷组合立式浇注机械化成形工艺、低压快排水工艺以及日用陶瓷滚压成形、冷压成形等工艺技术的采用,对石膏模型强度要求的越来越高,原有的普通石膏粉已不适应新形势的需要,各企业才对陶瓷生产用的石膏粉引起重视。企业开始大量使用α高强石膏粉以及混合石膏粉。同时随着陶瓷企业成形工艺装备和模型制造工艺技术的发展,一些新型特种石膏粉出现并得到推广和使用。也就是说,陶瓷成形工艺技术的发展也带动了石膏产业的发展,使得不同种类的石膏粉应运而生。

目前,国内生产石膏粉的厂家很多,因石膏矿石的性质、企业规模大小、生产工艺设备水平不一,故生产的石膏粉的质量参差不齐;从另一方面而言,现在一些陶瓷企业生产经营较困难,资金短缺,使用的石膏粉不断变换供应厂家,有时往往出现等米下锅的局面,来料后不检验就投入生产使用,难以保证石膏粉的质量与稳定性,也难以保证生产的稳定性。因石膏粉质量问题影响生产的情况时有发生。在这种情况下,企业的技术质量检验部门,如何简便、快捷地判断出石膏粉质量的优劣,尽快地判定出石膏粉能否使用,及时为生产一线服务,显得尤为重要。

本文根据笔者生产实践经验,对陶瓷企业生产中使用的一些石膏粉的种类和性能特点进行了分析介绍,并提出了一些判定和鉴别石膏粉质量的简易方法。 [NextPage]

石膏粉的性质

石膏粉按其晶型结构的不同分为两大类,即普通β石膏粉和高强α石膏粉。两种石膏粉的制造工艺不同,使得它们的晶型结构和性质不同。β石膏粉晶型结构是规则的片状晶体,晶粒的孔隙和裂纹较多,比表面积大,标准稠度需水量大,石膏粉与水混合后水化反应能力强,初凝时间短,模型的气孔率、吸水率高,但模型的强度较低;而α石膏粉晶型结构是整齐的针状晶体,比表面积小,标准稠度需水量小,模型的气孔率、吸水率小,石膏粉与水混合后水化反应能力差,石膏浆体的流动性好,初凝时间长,但模型的强度较高。无论那种石膏粉,其抗折强度都随着石膏粉与水混合比例的增加而显著地提高。例如当石膏粉与水混合比由1.5:1提高到1.8:1时,石膏模型的干抗折强度由3.75Mpa提高到5.21Mpa。根据这两种晶型石膏粉的特点,一般β石膏粉制作注浆成形模型,用α石膏粉制作强度要求高的滚压成形模型等。

除了以上两种石膏粉外,生产中还使用由以上两种石膏粉按不同比例?(一般为30%α70%β)混匀形成的混合石膏粉。这种石膏粉是利用β石膏的吸水性能好和α石膏强度高的特点,综合利用两者的优点,用于制造陶瓷生产中大件注浆成形模型等。

?近年来,随着陶瓷行业和石膏产业的发展,在高强度α石膏粉的基础上通过改进石膏粉加工工艺和添加一些特殊外加剂又衍生出许多有特殊用途的超高强石膏粉,如原模石膏粉、母模石膏粉、树脂石膏粉等等。?

由石膏粉制作的石膏模型,其主要性能是能自然吸水,这是其可利用和有价值之处,也是到目前为止其它材料不能代替石膏之处。石膏与水按一定的比例混合后,具有一定的流动性。按器型结构浇注后,经过初凝和终凝,硬化成具有一定形状的物体。理论上半水石膏变为二水石膏需加水15.7%,但实际中加水量一般为60%~80%,远远超过理论需水量。加入过量水的目的,就是在模型干燥后形成我们生产中所需要的气孔,满足其陶瓷成形生产中的吸水性能。加水量与模型的强度和吸水率密切相关。加入多余的水越多,模型的强度越低,吸水率越高。在生产实际中,石膏与水比例的确定据石膏的种类、石膏粉的用途和模型的不同成形方法而定。使用α石膏时,石膏与水比例一般在(1.6~1.8):1;使用β石膏时,石膏与水比例一般在(1.1~1.25):1;使用混合石膏时,石膏与水比例一般在(1.3~1.4):1;使用母模石膏时,石膏与水比例一般在(2.5~3.3):1。? [NextPage]

陶瓷生产用石膏粉的种类

在陶瓷生产中,成形模型的制作和一些胎型的制作都会使用石膏粉。市场上有满足陶瓷注浆成形、滚压成形、冷压成形、母模胎型制作用的各种石膏粉。

2.1 注浆成形用石膏粉

陶瓷生产中采用注浆成形的品种较多。日用陶瓷的异型大件和小件,全部的卫生陶瓷和艺术陶瓷,特种陶瓷中的理化瓷注浆件,陶瓷烧成用的一些窑具、架托等都采用注浆成形方法生产。注浆成形主要强调石膏模型的吸水性能。一般采用普通β石膏粉或部分采用α与β按比例混合的石膏粉,细度一般为80目~100目。石膏和水的比例一般在(1.2~1.5):1。根据生产品种和生产工艺的不同,石膏和水的比例有所区别。例如在日用陶瓷和特种理化瓷的小件注浆生产中,由于是常压成形且体积较小,对强度要求不高,主要强调模型的吸水性,故石膏和水的比例较小,一般在1.2:1左右。这种模型的吸水率一般为45%~50%,干抗折强度在2.8~3.5Mpa。而卫生陶瓷微压注浆成形生产或日用陶瓷的压力注浆生产中,一般产品件大、模型体积较大,模型需要承受一定的压力,除了主要强调模型吸水性之外,还对模型的强度和防变形能力提出严格的要求,故石膏和水的比例要求大些,一般在(1.35~1.5):1。这种模型的吸水率一般在35%~42%,干抗折强度在3.8~4.5Mpa。

2.2 滚压成形用石膏粉

滚压成形是日用陶瓷主要的成形方法。其要求模型有足够的强度、较好的耐磨性和抗冲击能力,同时也要求模型有一定的吸水性和耐热性能。使用的石膏粉主要是高强α石膏粉,或者部分采用混合石膏粉(一般70%的α和30%的β)。石膏和水的比例一般在(1.6~1.8):1,模型的吸水率一般在27%~31%。为了确保模型的强度和防止变形,根据石膏粉种类、产品体积大小和阴阳模成形工艺方式的不同,可微调石膏和水的比例,一般体积件小时比例小些,在(1.6~1.7):1;体积件大时比例高些,在(1.7~1.8):1,有的甚至再高些达到2.0:1,这时模型的吸水率在22%~23%。但要注意比例过高时会出现成形卷坯、不成活现象。

2.3 冷压成形用石膏粉

?冷压成形是日用陶瓷生产中一种特殊的成形工艺方法,也叫塑压成形。它是随着日用陶瓷行业异形件的越来越多而发展起来的,特别适用于生产带浮雕图案的大件和异型大件产品。对于滚压成形无法生产的品种,除了采用注浆成形方法外,就是采用这种成形工艺方式。使用的石膏粉也是高强α石膏粉。石膏和水的比例一般使用在(1.6~1.8):1,模型的吸水率一般在27%~31%。上扇模型的石膏与水的比例相对小些,一般在1.6:1(强调吸水);下扇模型的石膏与水的比例相对大些,一般在1.8:1。这种石膏粉主要保证模型的强度、耐磨性能和有较低的膨胀系数,同时也保证模型有一定的吸水性能和透气性能。

2.4 原模母模用石膏粉

这种石膏粉的细度一般在250~300目。它是在α石膏粉中加入特殊的外加剂,或者在α石膏蒸压加工过程中采用特殊的工艺,加入媒晶剂,改善了高强α石膏粉的结构性质,形成特殊的高强石膏粉。这种石膏粉对吸水率不做要求,主要是要求强度高、硬度高、膨胀率要低以及胎型表面要有较高的光滑度。这种石膏粉的标准稠度需水量很低,生产中石膏和水的比例可达到(2.3~2.85):1,凝固时间长,可搅拌10~15分钟不凝固,其干后抗折强度可达到11.5Mpa。实际生产表明,在如此高的比例下石膏浆体的流动性能、凝结性能仍然良好,工艺操作仍能正常顺利地进行,且石膏粉的膨胀率很小。这种石膏粉的价格很高,国产原模母模石膏粉一般都在每吨5000元左右。国内有一些生产这种石膏粉的厂家,如河北邢台的双华、山东的金信、河北唐山的兴华等。目前邢台双华原模石膏粉的价格降到了4000元,膨胀系数控制到了0.06%以下,使用的石膏和水的比例在(2.0~2.3):1,比同类石膏可降低石膏粉用量20%~30%,各项性能指标已达到国外先进水平,是目前国内质量上乘的特种原模母模石膏粉。[NextPage]

检验石膏粉质量的简易方法

石膏粉在生产中能否使用,首要最基本的条件是能满足模型制作的注模操作。也就是说石膏粉的凝结时间(初凝和终凝)应符合标准,长短合理,过长过短都不好。初凝时间过短,来不及操作,会注桶影响生产;终凝时间过长,凝固时间慢,也影响生产。

3.1 从包装上判断

从外观包装上查看,若包装塑料编织袋的材质质量差,松软强度低,做工粗糙、编织稀疏,颜色发灰绿色,内部没有防潮塑料袋,撒料,三无产品或外观标识不齐全的石膏粉不符合质量标准,档次低,质量没有保证;反之,包装塑料编织袋用材好,做工精致,颜色发白,强度高,编织经纬密集,内部有防潮塑料袋,封口严密,外观印刷清晰、标识齐全,不撒料的石膏粉质量好、档次高,质量有保证。一般采用这种包装袋的石膏粉白度高、细度细,是质量上乘的高强度石膏粉、特种石膏粉(如母模石膏粉、原模石膏粉或树脂石膏粉)。价格相对也高,是普通石膏粉的2~9倍。

3.2 从颜色和手感上判断

一般白度高的石膏粉细度细,质量好,价格高;而发灰黑、里面有黑色杂质的石膏粉质量较差。用手的拇指和食指搓捻石膏粉,手感发沙粗糙的石膏粉细度糙,质量较差,价格较低;而手感细腻的石膏粉细度细,质量较好,价格较高。

3.3 检测结晶水含量

石膏粉是一种结晶混合物,其内会含有生石膏、半水石膏和无水石膏(过烧石膏)。在炒制过程中欠火发嫩有生石膏,或者火大、炒制时间过长造成过烧有无水石膏,这都影响石膏的凝结时间,影响生产正常使用。有时由于石膏粉放置时间过长受潮,也影响正常使用。根据实践经验,通过测定结晶水的含量,可判断石膏粉质量的好坏。一般合格的石膏粉结晶水的含量在4.5%~5.5%。若石膏粉的结晶水含量远低于此标准值,则说明石膏粉过烧,注模时凝结时间太长甚至不凝固;若石膏粉的结晶水含量远高于此标准值,则说明石膏粉欠火或者受潮,注模时凝结时间短。

3.4 测定凝结时间

凝结时间包括初凝时间和终凝时间。石膏粉凝结时间的标准是:在标准稠度下,一般初凝时间不小于6分钟,终凝时间不大于25分钟。适宜的凝结时间是石膏粉在生产中正常使用的必要条件。初凝时间过短或终凝时间过长都不好。如果在使用中初凝时间太短,小于6分钟,则证明石膏粉没有炒熟夹生,或新炒制没有陈腐期,或石膏粉受潮,影响注模操作,表现为生产中注桶,耽误生产;若终凝时间太长,远大于25分钟,则说明石膏在炒制时过烧,里面含有过烧石膏,表现为石膏浆太稀,注模时易漏浆,甚至石膏浆不凝固,影响生产。

3.5 测定流动度

在大生产石膏和水的比例下,通过测量试饼的直径(流动度)大小,来判断石膏粉质量的优劣。检测时应固定水量的大小,所采用的工器具和实验方法应一致。在大生产石膏和水的比例下,若生产中正常使用的合格石膏粉的试饼直径为D,待检石膏粉试饼直径为d。如果d远远小于D,甚至浆体不流动平铺,则说明石膏粉没有炒熟、发嫩,或受潮内部含有生石膏,影响注模操作甚至不能使用;如果d远远大于D,浆体很稀流动性强,则说明石膏粉过烧,注模时凝结时间太长甚至不凝固,也无法使用。用此方法还可区分是普通石膏粉还是高强石膏粉。在同样的膏水比例下,若浆体稀、流动性强,试饼直径大,同时硬化后强度高,则一般是高强α石膏粉;反之,若浆体粘稠、流动性差,试饼直径小,则一般是普通β石膏粉。

3.6 生产中试注

在大生产石膏和水的比例下,所采用的工器具、操作人员、设备和工艺方法一致,选择一个胎型母模进行生产模型的试注,与生产中正常使用的合格石膏粉的模型浇注过程进行比对。若待检石膏粉凝结时间正常合理,操作顺利不注桶,则说明该石膏粉可用,是合格的石膏粉;若待检石膏粉凝结时间不正常,凝结时间太短注桶,或者凝结时间太长甚至不凝固,都会影响生产的正常进行,这样的石膏粉不合格,生产中是绝对不能使用的。(王同言)


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