高品质性能优良的陶瓷模具石膏粉的研究

高品质性能优良的陶瓷模具石膏粉的研究

宁夏石膏工业设计研究院 2007-05-08 10:48:50 作者:SystemMaster 来源:

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模具石膏是我国熟石膏应用的一个重要石膏品种，随着国民经济的迅速发展，模具石膏市场不断扩大，特别是陶瓷工业的不断进步，日用瓷、卫生洁具陶瓷的蓬勃发展，带动了陶瓷模具石膏的迅速发展。

陶瓷模用石膏粉因其制作过程（可分为种模、母模、工作模）、用途（工作模又可分为塑压模、大型机压模、中小型机压模、压力注浆、空心注浆模）及制模方式（可分为一般手工注模、机压真空搅拌注模、全机械化注模等）等的不同，性能各异，对石膏粉性能要求也就不同，表1—表4分别示出了德国、日本陶瓷模具石膏粉的指标。表5为我国陶瓷模具石膏的指标要求。陶瓷模用石膏粉，除具有优良的浇注操作性能外，还要求有一定吸水率、较高硬度及比较适宜的凝结膨胀率，目前国产模具石膏粉受设备、工艺技术及控制技术限制，多为品种单一的中低档型产品，与国际先进水平的差距主要表现在以下三个方面：

A、高档石膏粉综合指标难以达到，如塑压成型模、母模等除具有适宜的膨胀率，同时要求具有很高硬度；

B、中低档石膏质量难以稳定，如用于日用瓷及卫生陶瓷的模具石膏，要求吸水率、凝结时间、膨胀率稳定在一个水平上；

C、对若干关键技术指标缺乏认识，又难以控制，如膨胀率、流动性等指标的有效控制等。

针对上述模具粉存在的差距，宁夏建材研究院结合目前国内模用石膏粉质量现状，就有效控制石膏凝固膨胀率，提高模用石膏强度，改善流动性，进行了

专题研究，取得了重要成果。

1、石膏凝固膨胀率与有效控制方法

膨胀率是模具石膏的关键性指标之一，适宜的膨胀率是获取高精度模具及清晰地复制模型的必要条件。

当半水石膏加水拌和形成二水石膏硬化体的同时，水化过程中伴随着水化热的放出，体积发生了变化，有时膨胀，也有时收缩。由于水化作用造成了固体和液体的绝对体积缩小，从而使浆体产生早期收缩，而通常调制半水石膏浆体时，需要比理论值大得多的过量拌和水，造成石膏硬化体的孔隙率大幅度增加，它比半水石膏加水时所缩小的体积要高出5倍，因此一般来说半水石膏与水反应，最终使硬化体产生膨胀。大量试验结果表明，β型半水石膏凝固膨胀率为

0.15-0.3%，α型半水石膏的膨胀率为0.3-0.8%。在实际应用中，大部分石膏粉企业，由于对陶瓷模具石膏的这一关键性技术指标（膨胀率）缺乏认识，加之国内行业标准对此项指标无规定，也无测定标准，因此很多企业无法测试该指标，更谈不上有效控制，由此导致国产塑压模、母模用高档型石膏粉达不到生产使用要求，一般仅有中低档模用石膏粉，即α型半水石膏粉、β型半水石膏粉，α型和β型混合石膏粉等三大品种。甚至有的企业低档石膏粉进入陶瓷模用石膏粉这一新市场时，也常常由于此项指标难以适应而远离市场，大大限制国产熟石膏在陶瓷生产模具中的应用。

宁夏建材研究院对有效控制石膏膨胀率，做了大量试验工作，通过利用掺入复合外加剂（无机盐、有机酸及其盐相复合）的方法，来降低并有效控制石膏膨胀率，通过大幅度增加二水石膏结晶中心，使晶体微粒化，以降低硬化体凝固膨胀率，通过对外加剂掺入比例的调整，可有效调节膨胀率指标，使其达到不同用

途模用石膏粉所要求的膨胀率指标。

2、高强度陶瓷模用石膏粉研究开发

高强度陶瓷模用石膏粉（用于塑压模、母模石膏粉）属高档型模用石膏粉，目前国内尚未形成完善产品，其一，强度低，大多数企业生产的α粉标准稠度水膏比2：1（标准稠度需水量50%）远远达不到要求；其二是膨胀率指标过高，达不到要求，导致陶瓷企业花高昂价格进口的塑压成型机因无法配置合格的塑压模而闲置浪费，而采用一般石膏粉制模，难以实现塑压成型的优越性，因此陶瓷企业只有从国外进口这种高档模用石膏粉，进口价格高达5000-10000元/吨。

宁夏建材研究院根据多年来从事石膏粉研究开发积累丰富经验，在α型高强石膏粉技术的基础上，成功地利用转晶剂技术，将无机盐转晶剂与有机盐转晶剂按一定比例复合促进晶体发育向短粗状方向发展，使晶体比表面积大大降低，需水量降低，生产出强度较普通α型高强石膏高出2倍的α型超高强石膏（K 石膏）（表7），这种超高强石膏粉进一步改性，掺入少量拟制膨胀剂（复合型）即可达到塑压模生产要求的石膏粉性能。

3、普通石膏粉改性增强技术

普通石膏又称建筑石膏,除广泛应用于建筑领域外,其另一个主要用途即应用于陶瓷工业模具粉.陶瓷模用石膏粉不同于建筑石膏粉,根据各种成型工艺的要求，对强度和吸水率要求不同，根据制模方式的不同，对凝结时间要求不同，国内一部分企业，采用α型、β型石膏粉混合达到使用目的，而还有大部分β石膏粉企业，将产品投入模具市场时，产品质量存在着强度低，流动性差，不能满足生产使用要求，为此，我院经过大量试验，在原有生产工艺不做大的变化情

况下，在普通石膏生产工艺煅烧工序中成功应用外加剂，完成一定转晶作用，生产出强度、流动性、吸水率均有所提高的β粉改性产品（见表8），并成功地应用于陶瓷模具中。该项技术具有投资少、成本低的特点。表8

此外，我院还研制成功了直接用于熟石膏粉中，改善产品表面硬度，提高流动性的增强剂，可提高产品强度15-20%，这种外加剂具有成本低的特点。

综上所述，模具石膏是十分具有市场潜力的产品，其严格的质量要求，使其具有较高附加值，并显示出良好的经济效益。本文关于高品质性能优良的陶瓷模用石膏粉研究中就有效控制凝结膨胀率，提高模具石膏强度，改善流动性等方法及措施成功地应用于生产实践中，取得了良好效果，制得的产品深受用户欢迎，目前这些技术已得到推广应用，对进一步开发生产高品质陶瓷模具石膏提供积极的参考。

参考文献：

1.《石膏相组成、结晶结构及其转变机理》（I、II）袁润章

2.《α半水石膏晶形转化剂作用机理的研究》岳文海王志

3.锄本竣司，原尚道，向山广.Gypsum & Lime1986，200：26-31