石膏模型增强技术的研究
时间：2021-01-06 16:01:58 来源：雅意学习网 本文已影响 人 
摘要针对目前陶瓷行业广泛使用的石膏模型强度低、使用次数少的共性问题，本文着重分析了造成其强度低、使用次数少的原因和影响因素。从优选高强石膏粉、进行几种外加添加剂的实验方面，提高了石膏模型的强度，确定了优良的添加剂，并探讨了水膏比例与模型强度和吸水率的关系。
关键词石膏模型，水膏比，强度，添加剂
1前 言
在当今国内外卫生陶瓷和日用陶瓷生产中，石膏模型仍然是成形生产的主要工具，且使用量大。可以断言，以石膏粉为材料制作的石膏模型，在今后一段时间内仍会大量地使用。由于石膏分布广泛，储量丰富，使用方便，且价格低廉；其与水混合搅拌后的浆体流动性能好，可以在制模过程中制出各种形状；另外，其有无可比拟的凝结性能、吸水性能。所以，国内外大多数陶瓷厂仍将其作为制作模型的主要材料，用于制作注浆成形、滚压成形和冷压成形的模型。但是，这种模型材料存在的最大缺点，就是做出来的石膏模型强度低、表面耐磨性差、使用次数少（寿命短），在生产中需频繁更换模型，消耗量很大，加大了生产制造的成本，且影响到产量；石膏模型使用次数低成为制约行业发展的共性问题。从国内情况而言，卫生瓷石膏模型的使用寿命（次数）一般在75次左右。但各陶瓷厂由于生产工艺条件的不同，使用寿命会有很大的差别。条件差的企业模型使用寿命较短，仅50～60次，而条件好的企业使用寿命较长，可达到120次左右。日用陶瓷滚压模型使用次数一般在110次左右；从国外情况来看，卫生瓷石膏模型的使用次数可达120～150次，日用瓷滚压模型的使用次数可达150～200次。模型使用次数低与模型强度低有关。强度是影响模型质量、使用寿命的主要因素。
当前，随着陶瓷工业的发展，无论是日用陶瓷还是卫生陶瓷，成形工艺都向机械化方向发展，对石膏模型的强度要求越来越高，因此提高模型强度是摆在我们面前亟待解决的问题。目前国内外个别卫生陶瓷生产厂家采用树脂模型高压注浆成形工艺进行生产，虽然模型使用次数很高，但是模型成本太高，一次性投资巨大。另外模型维护成本太高，不适应灵活变产的要求。本文针对目前我国陶瓷生产的实际，仍以陶瓷成形广泛使用的石膏粉和石膏模型作为研究对象，就提高石膏模型强度进行了一些实验研究，并取得了较好的效果。
2石膏模型强度及其影响因素
石膏模型在生产中损坏和频繁地更换，造成其使用次数低，主要存在以下几方面的原因：一是由于其在搬运和安装使用过程中需要经过多次的翻转、挤压，受到不同的撞击破坏，从而产生磕碰掉角、断裂、裂纹、变形；二是因为其在使用时受到擦模、挤压、泥浆的侵蚀和泥颗粒的磨损作用，内表面易受到磨损而变得粗糙，出现麻面，从而影响半成品的表面质量、外形尺寸以及坯体的重量；三是由于其受到无机电解质的化学侵蚀作用，内部毛细孔结构发生了变化，造成吸水功能下降；四是由于使用管理不当，造成对口缝隙变大，模型漏浆严重；五是干燥室温湿度控制不合理，要么温度低、湿度大，模型得不到干燥，使其强度低易变形、耐磨性差，从而影响其寿命；要么模型长期在60℃乃至更高的温度下使用，频繁地受热和冷却，因本身耐热性差，导致出现裂纹而报废。以上现象，都与模型的强度低有关。可见，强度是石膏模型的一项很重要的指标。实践经验表明，石膏模型的强度越高，则硬度越大，模型表面的耐磨性越好，模型的使用次数也越多。
在生产实际中，我们通过采取一定的措施，可以把模型的强度提高到很高，但强度并不能无限制地提高，还要考虑模型的吸水性能。因为在陶瓷的成形生产中，无论是注浆成形、滚压成形还是塑压成形，都需要模型有一定的吸水率。要求模型有足够的机械强度和适当的气孔率（吸水率）。也就是说，既要保证模型有良好的吸水性能，又要有良好的耐用性能（寿命），以确保模型的吸水性能基本不变。因此，在模型正常生产使用条件下，大幅度地提高模型的强度才是生产所需要的。对于石膏模型而言，气孔率高（吸水率大），模型强度低；气孔率低（吸水率小），模型的强度高，两者是一对矛盾。根据生产实践经验，注浆成形石膏模型的气孔率要求达到35～40%，滚压成形石膏模型的气孔率则要求在30～35%。
影响石膏模型强度和使用寿命的因素很多，概括起来有以下一些方面:石膏粉的种类和质量；石膏粉的细度；制作模型时水的温度；石膏和水的比例（即膏水比）；搅拌速度和搅拌时间；是否采用真空脱气工艺；采用合适的有机或无机添加剂及外加物；搅拌后的石膏浆在注模前是否过筛和经过震动处理；局部使用加强筋或加强纤维；对制作的模型是否有合理的烘干制度；成形室的温度和湿度控制是否合理等。除此之外，与其在生产中是否合理正确的使用也有很大的关系。由此可见，影响和制约模型强度的因素很多，提高强度所采取的措施也有很多。不过，有些因素是提高模型强度的主要和显著因素，有些则为次要因素。我们主要从影响模型强度的主要因素石膏种类、膏水比例和添加剂等方面进行实验研究。
石膏和水的比例（即膏水比）越大，则模型的强度越高，但模型的气孔率和吸水率会有所下降。在生产实际中，通过采用高强石膏粉、提高膏水比例等措施，模型的强度能提高很多，但模型的吸水率和气孔率则会明显地下降（见表1）。如果吸水率过小，对日用陶瓷滚压成形而言，则容易造成卷坯不成活；对卫生瓷注浆模型而言，则吸浆差，过软易坍，都会影响到成形工序的正常生产。经实践证明，提高模型的膏水比例是提高模型强度最有效、最直接的方法。但膏水比例的提高会有一个限度。根据生产实际经验，日用瓷滚压成形模型的水膏比例一般为1:1.6，有的厂由于产品尺寸大，水膏比例提高为1:1.8也可用；卫生瓷石膏模型的水膏比例一般为1:1.4，也有个别厂家使用1:1.46的水膏比例，也可以正常使用。
3实验内容
3.1 实验条件和所使用的主要仪器设备
3.1.1 实验条件
水温：15℃；室温：20℃；相对湿度：30～50%；试件烘干温度：45℃；试条的尺寸40mm×40mm×60㎜（每个方案三个试样）；石膏粉的细度:100目
3.1.2实验主要的仪器设备
1000g托盘天平（最小称量为0.5g）
小型搅拌机（转速200r/min）
电热恒温热风干燥箱（最高温度不低于200℃）
数显电子天平（精度1/1000）
数显弯曲强度试验机（最大承载为4000N）
秒 表
3.1.3计算公式和方法
（1） 凝结时间的测定方法
采用划割试饼法（划痕法）：
根据容器体积的大小，按配比计算石膏粉和水的用量，从石膏粉撒落在水中开始计时。按一定的搅拌时间搅拌后，石膏浆体塌落在玻璃板上变为试饼。每隔30s用刀片划割一次。临近初凝时，每隔10s划割一次。划痕不重合、不交叉，每次将刀擦净，试饼不得受振动和移动。当划痕两边的料浆不再合拢时的累计时间即为初凝时间。接着用约50N的力在上面的试饼上连续捺揿，至印痕边缘没有水分出现时即为终凝时间。
（2） 抗折强度的测定计算方法
试样恒温干燥后，用弯曲强度试验机分别测三件试样并计算其平均值。采用以下公式： F=3PL/2BH2 式中：
