浅述石膏_陶瓷工业模型的主要原料

浅述石膏 ———陶瓷工业模型的主要原料 陈 　　 (江西财经大学) 摘 　要 :陶瓷生产中 ,石膏模具的制作及应用非常广泛。制作石膏模型的基本材料是 天然石膏经过加工、提炼后形成的。在生产中因不同的需要 ,而必须对石膏进行改良、改 性 ,达到制作要求。 关键词 :陶瓷生产 　　石膏 　　添加剂 　　石膏是陶瓷生产的重要辅料 ,用石膏粉制作的为 主要原料 ,石膏模具是陶瓷成型生产中必不可少的工 具。石膏模具的质量和使用寿命直接影响到陶瓷制品 的外形 ,尺寸的精确程度、成本高低、外表品相等。因 此在石膏中加入各种添加剂 ,增加或改善石膏的性能 , 来达到预期目的 ,也就成为人们不断探索和创新的课 题。在进行这方面的工作之前 ,我们首先来了解一下 石膏模型所用材料的特点。 1、石膏模型的彩料 陶瓷制作大批量生产中如 :食具、卫洁具、工艺品、 建筑材料等需广泛和大量使用模具。其原理为 :用天 然石膏煅烧、脱水成“半水石膏”,并制成陶模 ,当泥浆 注入模具时 ,其水分被吸附进石膏模中 ,而形成泥坯雏 形 ,脱模后再进一步加工处理、烧制 ,即可得陶瓷成品 , 而石膏模具经干燥后 ,又可反复使用。 陶瓷工业中石膏模具使用的石膏原材料为天然石 膏 ,天然石膏的主要化学组分中 ,是含有 2 个结晶水的 硫酸钙矿物质 ,纯净的天然石膏是一种五色半透明的 结晶体 ,呈厚板状。由于含有杂质 ,一般呈米黄、肉红 , 甚至褐、黑色等。常见的杂质有石英、铁矿、碳酸盐、有 机物等。因此天然石膏必须经过分选 ϖ淘洗 ϖ粉碎 (粗碎 ,中碎) ϖ除铁 ϖ炒制 (2 种条件下) ϖ过筛、除杂 质 ϖ细粉碎 ϖ过筛 ϖ包装 ,这些加工程序 ,才能最后得 到熟石膏 (半水石膏)的成品。反应方程式如下 : CaSO4·2H2O = = CaSO4·1/ 2 H2O + 11/ 2 H2O 天然石膏 　　　　　半水石膏 上述的炒制条件不同 ,会得到不同性质的α—、β— 半水石膏成品。常压下 ,130 - 160 ℃,3 - 4 小时的加热 炒制经过二次分解后 ,得到β—半水石膏 ,这种半水石 膏为结晶细、分散度高 ,结晶体不 规则 编码规则下载淘宝规则下载天猫规则下载麻将竞赛规则pdf麻将竞赛规则pdf 的海绵状 ,其晶 体含有气孔和裂纹 ,并且粒度不均匀 ;如果炒制条件在 封闭压力下 ,用水蒸气处理得到的熟石膏为α—半水石 膏 ,α—半水石膏性能稳定、结晶良好、呈针状规则结晶。 用α—半水石膏来制作石膏模比β—半水石膏更加坚 硬 ,由于其致密的结构 ,在制造模型时所需调水量更 少 ,孔隙率更低 ,并具有更高的机械强度和硬度 ,但它 的吸水率较差 ;而β—半水石膏因其结构较松散 ,它的 孔隙率也较大 ,吸水强度较高 ,但机械强度明显不如 α—半水石膏。了解了这二种熟石膏的性能后 ,可根据 不同的生产要求酌情使用。 2、影响石膏模型的因素 石膏模具的质量、使用期限的长短 ,直接会影响到 产品的质量、成本等 ,因此我们要针对不同的原因找出 应对的相应措施 ,来提高石膏模型的质量。现就以下 几个主要方面进行介绍 : 2. 1 　天然石膏矿的质量 :选择纯净的、杂质少的原矿为 佳 ,并且采用选料、水冲洗等工艺来除去杂质和污染 物。 2. 2 　严格掌握石膏炒制脱水的温度与时间 :因在炒制 过程中当温度升高至 130 ℃时会产生剧烈沸腾 ,为石膏 的第一次脱水 ;再升至 170 ℃时会出现短暂的第二次沸 腾 ,制作 a 半水石膏时应在 4 个大气压下 ,150 ℃时加热 4 - 5 小时 ;β—半水石膏的加工条件则是在常压下 ,160 - 180 ℃时加热 3 - 4 小时。 2. 3 　调制熟石膏制模时 ,所使用水的水质 :使用不含电 解质的净水 ,因为熟石膏容易受无机、有机、酸、碱、盐 类、电解质等许多物质的影响 ,这些杂质将直接导致凝 固时间、凝固后强度、膨胀等发生变化 ,另外最好使用 冷水 ,原因是第一熟石膏加入水中会放热 ;其次如果浆 温达 35 ℃以上 ,会使凝固延长 ,并影响模型的强度 ,温 度在 85 ℃以上将不再凝固和硬化。 2. 4 　搅拌的时间和速度 :搅拌分为人工搅拌、机械搅 拌 ,最好采用真空搅拌 ,因真空搅拌能有效除去石膏浆 中的气泡 ,提高石膏模型的强度和耐磨性 ,搅拌要充 622 江 　西 　化 　工 2006 年第 4 期 　 分 ,否则会导致石膏浆凝固迟缓、气孔分布不均匀 ,模 型密度、强度不均、耐磨性减弱 ;而搅拌太过也会破坏 熟石膏的结晶化 ,导致强度降低。 2. 5 　石膏模型的贮放 :新制模型在使用前必须经过充 分干燥 ,但干燥应在较低温度、温差不大的情况下保 养 ,否则会使石膏细晶因游离水发生部分溶解、再结 晶 ,而导致变形。另在注浆前用羧甲基纤维素、单宁 酸、柠檬酸等物质的水溶液 ,预先将模型的工作面浸润 一次 ,形成薄膜 ,能有效抑制对石膏模型产生危害的碱 性物质。 模型的贮放要保持充分干燥 (45 ℃以下 ,不接触游 离水) ,放置于平整的平面 ,通风 , 温度最高不要超过 60 ℃,否则石膏模型会产生裂纹 ,而影响使用效果。 2. 6 　熟石膏粉的细度应控制在 80 - 120 孔/ 厘米2 筛为 宜 ,最好是隔绝空气包装贮放 ,不要直接接触地面。 3、制作石膏模具的步骤 浇注石膏模是一项细致而复杂的工作 ,必须根据 其不同性质、不同用途 ,而采用不同的方法。 3. 1 　尺寸的判定 :因坯体脱模后在干燥和烧成过程中 会产生收缩 ,故母模的尺寸与成品的尺寸是不一样的 , 尺寸必须放宽。计算收缩率的方法如下 : (坯的尺寸 - 成品尺寸) - 坯的尺寸 X 100 % = 收 缩率 % 知道收缩率以后 ,在制作模型时方法如下 : 模型的尺寸 = 制品需要的尺寸 ÷(1 - 收缩率) 一般来说坯体经干燥、烧成后的纵向收缩率为 14 % ,横向收缩率为 10 %。 3. 2 　石膏浆的调制 :根据模型的不同用途 ,所配制的石 膏浆也有所区别 ,石膏粉的细度会影响模具的吸水率 和机械强度 ,石膏粉的细度应控制在 80 - 120 孔/ 厘 米’。如果模型最后用于注浆生产中模子 ,则石膏与水 的比例约为 :100 :70 - 80 ;如果用于母模的翻制 ,则石膏 与水的比例为 100 :30 - 40 ;如果印坯用模型 ,则石膏 :水 = 100 :60 - 70。这样做的主要原因是由于调制石膏浆 的水量越少 ,则其其气孔率越低、机械强度越高。石膏 粉粒度越细吸水率较差 ,但强度增强 ;石膏粉粒度越 粗 ,则效果相反。 在桶中先装好水 ,再倒入按一定比例称量的石膏 粉 ,倒入的速度应均匀、平衡 ,使石膏粉充分浸润。倒 入后 ,放置 2 - 5 分钟 ,再进行搅拌 ,搅拌的时间以 2 - 5 分钟为宜 ,搅拌至出现稠状棒痕 ,浇注倒浆时 ,速度应 适中 ,否则易注入气泡。 3. 3 　添加剂的加入 :如果石膏模型用于压模使用 ,则为 了提高石膏模具的性能 ,增加机械强度 ,因按比例适当 在β—半水石膏中加入α—半水石膏 ,而α—半水石膏凝 固速度慢 ,故应在其中加入硫酸铝和氧化钙的混合液 作为促凝剂。一般促凝剂的比例为 : 硫酸铝 :氧化钙 = 100 :32 用量为 1 % ,另可根据实际操作作适当调整 ,如需 制作较大型的模型 ,可在石膏粉掺入细水泥用量约为 1/ 4 ,以防止石膏模的变形 ,还有的生产部门为了加强石 膏模的强度在石膏粉中按重量比例掺入 3 - 5 %生滑石 粉。 3. 4 　石膏模的浇注 :石膏自调成浆后至浇注时间要快 , 否则固化了 ,就报废了。浇注后的石膏浆在 10 - 15 分 钟后会发热、固化 ,完成后的石膏模具应在 50 - 60 ℃的 室内进行烘干、干燥 (烘干时间视模具大小、厚薄而 定) ,有的几小时 ,有的为几天。 浇注完成后的模型必须严格进行检查 ,尤其在其 工作面 ,如果发现有裂痕或气孔 ,应用小刀刮平 ,如有 表面缺损或有气孔 ,可用石膏浆补平。 母模在进行第二次地翻制时 ,必须打扫干净 ,表面 涂刷润滑剂 ,若暂时不用石膏母模要放在干燥、水平的 地方保存 ,切忌受潮。 另外如果条件许可的情况下 ,用机械搅拌 ,真空浇 模 ,则模型的强度和使用寿命又将大大提高。 4、石膏的改性 在了解了大量的石膏制模的基本知识后 ,为了进 一步提高生产率 ,降低产品成本 ,广大技术人员在生产 中不断摸索和试验新的方法 ,用新的添加剂来改性、改 良单一石膏材料来达到生产的预期目的。如 :在石膏 中加入一定比例的硼砂、明矾、石灰、碳酸钙等无机材 料可提高模具强度 ,并在脱模时减少挂模现象 ;在石膏 中加入 5 - 50 %的短纤维树脂作为石膏的填充料 ,来达 到增加强度、改善脱模的环境 ;将做好的石膏模具烘干 后浸入 30 %硅酸盐水溶液 ,并在 l0mmHg 柱下抽真空处 理 ,可制得强度较高的石膏模型 ,并可延长石膏模具的 使用寿命。另在 100 克水中加入烤胶 0. 2 克 ,硼砂 0. 2 克 ,石膏 110 克 ,石灰石粉末 22. 1 克 (其中石膏 + 石灰 石 :水 = 100 :75. 7 重量比) ,所得的石膏模具具有高机 械强度、高耐磨性、易脱模等优点。 722　2006 年 12 月 浅述石膏 ———陶瓷工业模型的主要原料