卫生陶瓷生产过程中石膏使用的几个问题

卫生陶瓷生产过程中石膏使用的几个问题

戴彦良　杨海艳　李素清　张　辉

(美标(天津)陶瓷有限公司　300457)

摘　要　对石膏在不同的拌和水温度时的强度、吸水率变化进行了研究,结果显示拌和水温度越低,石膏的强度越高,吸水率越低。当环境温度低于零度时,石膏模具会因为冰冻而发生内部晶体结构变化,从而影响其强度和吸水率。

关键词　石膏　拌和水温度　强度　吸水率　冰冻

目前,在陶瓷生产过程中,石膏模具已经成为注浆、滚压、旋压等成形工序不可缺少的辅助部件,对其性能有着特殊的工艺要求。首先,石膏模具应有足够的气孔率、渗水性和毛细管作用能力,且显气孔率一般不低于35%;模具还应有均匀的耐磨性和较好的耐腐蚀能力以及较好的机械强度;特别是在生产尺寸较大的卫生陶瓷制品时,对石膏的强度提出了更高的要求。此外,为了满足大批量制作石膏模具的工艺要求,还希望石膏粉具有合适的硬化性能。对于卫生陶瓷成形用的石膏模具,还应具备以下特殊性能:①模具工作面光滑,细微处具有良好的可复制性;②具有较宽的吸水范围和空气渗透性;③能够满足坯体脱模要求,使坯体易于脱模;④能够满足多次注浆的工艺要求;⑤制作工艺简单,成本低。

一般制模石膏的晶型有2种:①炒制法生产的普通石膏粉,即β-半水石膏,这种石膏在调制石膏浆时用水量大,可以得到气孔率高、渗水性好和毛细管作用强的石膏模具,但石膏模具的强度低,使用寿命短。②α-半水石膏,这种石膏的制作是将石膏矿粉料在高压釜中用高压蒸汽脱水,得到的石膏强度比β-半水石膏的强度高4～8倍。这种石膏在制模时用水量小,石膏模具的气QD孔率低,渗水性不好,吃浆性能不能满足实际生产的需要。光学检验可以显示出α-半水石膏和β-半水石膏具有不同的结晶形态。α-半水石膏晶体是透明的、双折射的,并且在交叉的偏光显微镜里可以观察到它的晶体颗粒。β-半水石膏没有清晰的晶体外观,都是圆形的、暗淡的和有条纹的晶体颗粒。

在制备过程中石膏与水的用量比,即膏水比,几乎对所有的性能均产生很大的影响。例如对组成一定的石膏而言,当膏水比低时,表现为机械强度低、气孔率高且膨胀小,固化时间长,模具使用寿命短;反之,当膏水比高时,则表现为机械强度高、气孔率低而膨胀大,固化时间相对较短而模具使用寿命延长。对陶瓷生产而言,膏水比通常为130%～150%。

石膏的固化时间和膨胀对模具生产和注浆成形生产至关重要。石膏浆的凝固时间变异很大,每一批次之间的时间不会相同,这是因为石膏矿相的组成不同,同时杂质及其含量也发生变化。还将使模具制作难以控制,也使得成形部门在组织生产时遇到困难;石膏的膨胀过大时,会引起模具变形严重,制作的模具质量差,模具接缝大,直接导致成形时漏浆,可能引起空心注浆及其他缺陷。笔者就石膏模具在使用中出现的几个问题做如下研究和讨论。

1　试验过程与结果

1.1　试验原料及参数

试验用的石膏为本公司生产所用的山东石膏,性能及参数见表1。

表1　本公司所使用的山东石膏性能及参数累计筛余(%)

100目痕量

200目0.5

325目 5.0

膏水比60∶40

稠度实验( )15～25

初凝时间(min)1～5

终凝时间(min)15～25

吸水率(%)30～40

干燥强度(MPa) 4.5

2h脱模强度(MPa) 2.7

1.2　石膏浆拌和水温度对石膏性能的影响

・

6

3

・全国性建材科技期刊———《陶瓷》　2003年　第5期　总第165期

对相同石膏在不同拌和水温度时的性状进行了研

究,主要测定了石膏的干燥强度、吸水率和初凝时间、终凝时间。用相同的石膏粉与不同温度的水混合、搅拌,注成10 ×20 ×160 的石膏棒,在60℃温度下烘干24h ,然后用挠曲强度仪测定其强度;常温水浸泡24h 后测定吸水率,试验结果见图1

。

图1　石膏强度/吸水率与拌和水温度的关系

图1显示了不同拌和水温度时石膏性能的变化。

其他条件相同时,拌和水温度越低,石膏的强度越大,而吸水率越低。强度随拌和水温度的升高而下降,相应地吸水率呈上升趋势。拌和水温度对石膏强度的影响明显,一些厂家在夏季温度较高时,将生产用石膏粉和水放置在冷库中冷却一定的时间后再使用,确保石膏模具具有足够的强度。当然混合系统的温度也不能过低,过低时(低于零点),石膏内部的自由水会结冰,将引起石膏模具体积膨胀等其他问题。1.3　杂质的影响

通常石膏中含有一定量的杂质,这会对石膏性能产生很大的影响。最常见的是一些坚硬的颗粒,如石英砂(见图2)

。

图2　S iO 2含量对石膏强度和吸水率的影响

从图2可以看出,当SiO 2含量超过0.1%时,石膏

强度显著降低,吸水率增大。实际生产时如果石膏中

含有杂质,模具的强度会受到很大的影响,强度降低,从而缩短了模具的使用寿命,影响生产的正常进行。因此在制作模具时,必须保证石膏的纯度,任何杂质的引入都会影响石膏的使用性能,最终影响产品的质量。1.4　气候的影响

气候的变化也会影响石膏模具的性能。我公司在2002年11月,曾发生过注浆线连续爆模的意外情况。

当时的生产情况是:每天每条线注浆2次,因为使用排水模具,一班注过浆后要将模具排水、和模,为下一班作好注浆准备。但当第一班排水时,模具往往发生爆模,有时一条线要爆5、6个模具。制模车间不得不加班更换破损模具。经深入细致的调查发现,该生产线所使用的模具安装前在车间外放置了一段时间,安装时圈模与体模粘合紧密,中间有一冰层。针对这一现

象,我们有目的地进行了实验,将石膏棒在-10℃冷冻24h 后测试强度,结果发现石膏冰冻后干燥强度由原来的4.66MPa 下降到3.58MPa ,同时吸水率由原来的37.60%下降到20.63%。按照一般的变化规律,当石膏强度升高时往往伴随着吸水率的降低,但冰冻后石膏性能发生相反的变化,吸水率会随强度的降低而降低。吸水率低的模具排水速度慢,操作者为了保证操作时间而提高排气压力,模具强度此时处于较低值,高压与低强度引起爆模。

2　分析与讨论

2.1　石膏的水化硬化过程

二水石膏脱水后的生成物(如半水石膏)遇水后即可重新回复到其原来水化程度的倾向,这个重新水化的过程叫做熟石膏的凝结。水化作用是一种放热现象,即熟石膏中常有的可溶无水石膏的润湿热和水化热。然后,就是或长或短的诱导期,此时在二水石膏的过饱和溶液中可有晶芽形成。最后,晶芽长成二水石膏晶体并随之放出水化热。可以用公式表示为:

CaS O 4・12H 2O +3

2

H 2O

CaS O 4・2H 2O +Q

当拌和水温度下降时,根据热动力学原理,上述反应向正反应方向进行,有利于二水石膏结晶生成。温度低时还会使反应速度加快,使得生成的结晶颗粒细

小,排列紧密,同时,还使得显气孔率降低,表现为强度增大的同时吸水率降低。

2.2　熟石膏凝结时的体积及晶相变化2.2.1　体积变化

・

73・全国性建材科技期刊———《陶瓷》　2003年　第5期　总第165期