卫生陶瓷模具石膏工艺研究

陈泽峰

（佛山市恒洁卫浴有限公司，佛山 528137）

1 前言

卫生陶瓷作为常见的日用品，给人们带来了较大的生活便利，在一定程度上提升了人民的生活质量[1]。而在现代工艺、技术等要素支撑下，相关厂家或技术人员除了要重视消费者的需求，需要重视石膏模具的配置，关注其中存在的问题，并采取适应性应对措施，以在提升卫生陶瓷质量的同时，提升自身专业素养。

2 卫生陶瓷工艺中石膏模具基本应用

2.1 卫生陶瓷生产工艺简介

卫生陶瓷生产工艺包含多种方式，流程如图1 所示。结合产品功能、坯体含水量、形状以及规格等，其工艺流程主要为：第一，进行泥浆配料。将水+水玻璃+白泥等原料混合搅拌，并泥浆成型时间应控制在8h[2]；第二，注浆。需注意，注浆前应保障模具干净，即要进行擦模、洒粉、合模、紧固模等程度；第三，检测坯体是否达到标准，并进行修坯；第四，进行干燥处理。即利用风干+烘干的处理方式，前者一般要进行5-7d 的自然晾晒，后者要进行13h 的烤干；第五，检测坯体，即利用煤油检测坯体是否存在裂纹，如打孔处、表面以及其他连接处等。同时，为避免脱釉等，要擦灰尘、平振度、线条等；第六，基于实现准备的釉料喷釉。最后，烧制成功。

图1 卫生陶瓷工艺流程

2.2 石膏磨具的基本特征分析

受到成本、性能、工艺需求等要素的影响，当前建筑石膏作为陶瓷模具的主要材料，其特征主要有以下表现：第一，具有呼吸功能和一定的环保效果。一方面由于石膏拥有较低的放射性危害，无论是生产过程还是其实际应用，均不会产生危害，且其拥有饱满、光滑的表面，因此具有较强的亲和力，较好的使用感受。另一方面由于其结构性能较好，拥有适量的微细孔，能动态吸湿、解潮，具有较好动态维系效果[3]；第二，其可加工性能较好。主要是指石膏的可塑性强，几乎能满足卫生陶瓷所有形状、规格需求，即能被做成任意需求的形状；第三，线条清晰、尺寸稳定。基于建筑石膏而制成的卫生陶瓷模型，在干燥、硬化后，其尺寸非常稳定，如β 型半水石膏等；第四，拥有较为合理的吸水性。在注入60%～80%的水量后，石膏磨具中多余的水分会在自然晒干或烤箱烘干的措施下蒸发，此时会形成一定量的孔隙，并形成一定量的网络结构，继而提升整体模具的吸水率；第五，凝结硬化的效果较好。基于凝结时间和卫生陶瓷模具的效益，石膏模具的凝结时间为6～25min；第六，成本较低、来源较广。由于我国拥有较大量的石膏储备，年产量极为丰富，且分布较广，因此其成本较低，具有较强的经济效果。

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2.3 卫生陶瓷石膏模具存在的不足

汇总陶瓷注浆成型过程发现，其流程为：第一，注浆工艺，即在事先准备好的石膏模型中注入泥浆；第二，吃浆工艺，即通过石膏模型自带的吸水功能，处理泥浆中存在的水分，促使其快速成为坯体；第三，回浆工艺，即倒出多余的泥浆；第四，拆模工艺，即依据产品连接、形状等依次拆除石膏模，继而得到相关胚体[4]；最后，干燥，即将模型烘干处理，如放置在55℃的环境中干燥。而汇总上述流程要素，石膏整个表现存在以下问题：

（7）用胶粘带撕扯网格区漆膜。胶粘带的中心放在网格上方，与一组切割线平行。用手指把网格区上的胶粘带压平，指尖用力蹭胶带使其接触良好。在贴上胶带5分钟内，拿住悬空的一端，并尽可能与剥离方向接近60°的夹角的方向，在1秒内平稳撕离胶粘带。特别注意环境温度是否在20℃～25℃，温度对胶带的粘结力影响很大。

3 检测卫生陶瓷石膏模具基本性能

检测石膏模具基本性能，能进一步挖掘材料性能，避免后期陶瓷模型出现各种问题，因此需对其予以一定重视。而结合其石膏模型的具体结构、性能等要素，其检测内容主要包含以下几个方面：

3.1 检测石膏材料细度

卫生陶瓷石膏模具初凝时间主要是指在水中加入石膏粉后，其浆液的流动性逐渐变弱，直至后期的黏稠，最终用小刀割试样品，其切开部分不再恢复所消耗的时间。依据《陶瓷模用石膏粉》（QB/T1639-2014）标准，若测试样品为α-半水石膏，那么其初凝时间应大于8min，若测试样品为β-半水石膏，那么其初凝时间应大于7min，需注意应结合实际生产需求控制初凝时间。

（2）终凝时间。

3.2 测试吸水率

（1）初凝时间。

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3.3 测试强度

卫生陶瓷的石膏模具强度会直接影响其使用时间。当前，企业主要用抗张强度、45℃干抗折强度以及2h 湿抗折强度等方式进行检测。以h 湿抗折强度测试为例，结合《陶瓷模用石膏粉》（QB/T1639-2014），若为α-半水石膏，那么压强≥4.5MPa，为一等品，若压强≥4.0MPa，为合格品。若为β-半水石膏，压强≥3.2MPa，为一等品，压强≥2.7MPa，为合格品[7]。其具体的方式为，将测试石膏置于水中两小时后，利用抗折仪检测样品强度。

3.4 测试吸水速度

结合各个企业吸水速度测试方式，主要有：①密封检测样品（高度应≤5cm），然后将其置于2cm 水中。计算测试样品达到5cm 所耗费的时间，需注意为提升观察效果，一方面可在密封材料上标记刻度，另一方面可在水中加入显色剂；②在被测试样品上方放置一个圆环（φ30mm），然后往加入10ml 水，记录样本全部吸收水所耗费的时间，这就是样本的吸水速度。

1）针对集卡定位系统在使用过程中，由于现场环境质量相对较差，粉尘较多，并且CPS扫描感知系统比较敏感，位于桥吊鞍梁上的扫描镜被粉尘干扰，导致扫描分析出现误差的情况，定期对CPS系统的扫描镜进行清洁，同时寻找抗粉尘粘附性更强的硬件设施，使得CPS系统的扫描及数据分析更有效、更可靠。

3.5 测试初凝、终凝时间

基于卫生陶瓷对石膏模具的具体需求，吸水率的检查非常重要，其能直观反映模具吃浆效果。结合石膏加水反应原理、过程“3/2H2O+CaSO4·1/2H2O=热量+CaSO4·2H2O”[6]，整个加水过程实际仅需加入18.6%的水量，但由于浇筑过程中需要加入70%～80%的水量，这些水分干燥或蒸发后，会形成一定量的缝隙，且具有一定强度和吸水性。若空隙越多，那么其吸水率就越好。但其强度会有所降低。综上，为保障检测效果，可采用以下方式：①把检测样本置于45℃左右的烤箱，并将其烤到恒重。取出后，置于水中，记录不同时间下样本的吸水率，如1min、2min、1h 等；②把检测样本置于45℃左右的烤箱，并将其烤到恒重。取出，将其浸泡置水中，待其达到恒重后。结合[（g1-g0）/g0×100%]的公式，得到最终检测结果。

目前，大部分生产企业主要围绕《陶瓷模用石膏粉》（QB/T1639-2014）相关规定检测材料细度，即其测定方式主要包含目测、物理性能测试以及化学性能测试等方式，其中QB/T1640 为物理性能测试，化学性能主要为QB/T1641，其筛选标准为：若孔径为0.15mm，无对应[5]；而若1≥0.09mm 筛余量，那么为合格品和一等品。当然，部分企业仅测试残余量，部分企业两者均会进行测定。

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目前，一般采用维卡仪法、捺按法测试终凝时间：

②捺按法。本方式主要是指在三块样本上按捺印记，即用5Kg 左右的力连续操作2 次，然后对比记录1-3块样本按捺情况，若按捺位置无水分，那么就这一过程所耗费的时间就是终凝时间。

①维卡仪法。基于QB/T1639-2014 选择测试仪器，然后测试样本置入水中后，测试针插入样本＞1mm 所耗费的时间，该时间就是样本终凝时间；

第一，石膏模具的光洁度较差。其主要是指在工艺流程中，石膏在电解质溶解以及水分等因素的影响下，会有肉眼可见的不平整问题，或其它空隙等，不仅会降低坯体质量，还会加大工艺难度；第二，吸浆性能不高。由于石膏模具在作用过程中，会直接与泥浆作用，在长期反应下，会出现泥浆颗粒堵塞、电解质腐蚀以及水份溶解等情况，影响整个模具的空隙，继而加长了吃浆时间，影响整体工作效益；第三，机械损坏。由于脱模、组装乃至吸注浆等工艺环节均会给模具机械压力，导致其出现漏浆等情况，继而影响最终的成形使用。

③需注意，在测试终凝时间时，需要关注《陶瓷模用石膏粉》（QB/T1639-2014）指标参数，即α-半水石膏和β-半水石膏的终凝时间均需＜30min。结合本人工作经验，最佳时间应控制在20～25min。

4 卫生陶瓷模具石膏强化措施分析

基于上述分析结果，结合石膏模具的测试结果，可选择针对性强、可靠性高的加强措施，来提升石膏模具的强度，提升其使用寿命，为卫生陶瓷工艺生产奠定良好基础。当前，基于卫生陶瓷石膏模具的具体应用，其加强方式主要有塑化剂、增强剂、消泡剂等外加剂，或高炉矿渣、水泥等无机胶材料，或石墨、石英砂等耐磨材料等，这些材料均能提升石膏的耐溶蚀性、耐磨性等。

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4.1 加强的原理

①减水加强原理，在模具石膏中掺入减水剂，可以减少拌合用水量，降低水膏比，使石膏硬化过程中由于水分蒸发而形成的孔隙大大减少，从而降低石膏硬化体的孔隙率，使孔径细化，孔结构得以改善，进而提高石膏的强度、耐溶蚀性和耐水性；②耐磨性加强原理，其主要是指在模具石膏中掺入高硬度的石英砂使得其表面硬度增高，当用砂纸打磨时，能够被压入表层的磨粒数减少，压入深度和磨痕宽度也都减小，进而模具石膏磨损率下降，耐磨性提高；③消泡加强原理，事实证明消泡剂既可抑制泡沫的产生，也可破坏泡沫的稳定性，用于消泡。在模具石膏体系中加入消泡剂后，消泡剂分子杂乱无章地分布在液体的表面，抑制弹性膜，中止泡沫的产生；④缓凝加强原理，在模具石膏中掺入缓凝剂，缓凝剂与石膏发生化学反应，生成的络合物或沉淀膜覆盖在石膏晶核表面，抑制晶核的长大，达到缓凝目的。掺入缓凝剂，可改善模具石膏的凝结时间和工作性能。

4.2 石膏模具加强方式

①放置增强钢筋。可在模型内部放入φ12mm 左右的钢筋，以避免模具断裂和变形，以延长模型使用次数；②干燥。干燥工艺拥有十分重要的作用，要控制干燥温度不要超过50℃;二是干燥时要注意空气的流动;三是模型脱模倒出后应最好在常温下保持24h，再推入干燥室干燥;四是确保干燥的模型上线使用，同时在模型使用中也要保持干燥；③外加剂，为提升石膏的网络结构连接效果，可使用桃胶、AST 剂、焦磷酸钠、腐植酸钠、硼砂等；④真空脱泡工艺模型在混料、搅拌过程中，会带入许多气泡。注模操作中采用真空脱泡搅拌工艺是一种提高石膏模强度很有效的方法。因为通过真空脱泡处理，排出石膏浆中的气泡，可使模型结构变得致密，会明显提高模型的强度。真空度控制在-0.065～-0.079Mpa，搅拌时间控制在2～4min；⑤适当延长搅拌时间和掌握合理的搅拌速度，一方面适当延长搅拌时间，可有利于石膏粉与水的充分接触和反应，有利于石膏浆体中气泡的排出，有利于提高模型的强度。一般情况下控制搅拌时间应在2～4 分钟。另一方面若搅拌速度过慢时，石膏和水不能很好地结合与反应，不会提高强度;当转速过快时，也会降低模型的强度，因此搅拌速度以300～400r/min为宜。

综上所示，在卫生陶瓷工艺生产流程中，石膏模具技术的控制非常重要，对产品的质量、形状、功能等拥有十分重要的作用。因此，相关技术人员、厂家，应结合卫生陶瓷生产工艺流程，重视石膏模具技术的把控，并依据自身实际情况，选择符合标准的控制措施，以提升石膏模具最终的生产效果，以促进自身更好的发展。