谈谈提高石膏模强度的一些方法

       当前，在国内外陶瓷成型生产中，石膏模型仍然是陶瓷生产的主要辅助工具。原因是制作模型的石膏取用方便，物美价廉；石膏粉按比例与水混合后，有良好的流动性和凝结性能；模型有良好的吸水性能和干燥功能。所以陶瓷企业仍将其做为制作模型的主要材料，用于制作注浆、滚压和冷压成型的模型。
       但石膏也有其致命的缺点，就是做出的模型强度低、耐磨性差，容易破损，故使用寿命短，在生产中需频繁更换，消耗量很大，加大了生产制造成本。石膏模型在实际生产中损坏和不停地更换，一方面是因为其在搬运和安装使用过程中需要经过多次的翻转、挤压，受到撞击，从而产生掉角、裂纹、变形;另一方面是因为其在使用时受到擦模、泥浆的侵蚀作用，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。以上都与模型的强度低有关。可见，强度是影响模型质量、使用寿命的主要因素。随着陶瓷行业的发展，成型方式向机械化方向发展，对模型的强度要求的越来越高，故提高模型强度放到更加突出的位置，成为科技人员不断研究的课题。本文根据生产经验体会，介绍一些提高石膏模型强度的一些方法。

       选用优质石膏粉
　   目前市场上的石膏粉种类繁多、质量参差不齐，价格高低不一，有每吨400、500元钱的，有每吨1000元的，还有每吨4000元、5000元的。应了解采购石膏粉的用途，是注浆成型用还是滚压成型用，是返胎母模用还是成型模型用，是普通注浆用还是机械化压力注浆成型用，是日用瓷用还是卫生瓷用，是小件模型用还是大件模型用，等等。只有这样，才能选择适宜的石膏粉：做到价格合理，使用优良，满足生产。在生产实际中我们体会到：同种型号类型的石膏粉，因产地生产厂家不同，其石膏粉的质量会有很大的差别(我们选用市场上一些较大规模石膏厂家生产的石膏粉，在同样的膏水比例和同等的实验条件下，进行了对比实验，其强度会有很大的差别)。出现这种情况的原因，主要是由于各石膏粉生产厂家所用原料的原矿品位、晶相结构不同，生产加工工艺水平、设备水平和质量控制水平不同所致，使得石膏粉的质量有差异。石膏原矿品位好、炒制工艺设备先进、生产量较大、质量控制稳定、检测手段完备的厂家石膏粉质量好，也比较稳定，做出的石膏模型强度也高。石膏矿石的化学成分是CaSO4·2H2O，其内含有石英、石灰石、黄铁矿等杂质。若石膏中含有过多的杂质或由于其它种种原因在石膏浆体中带入杂质，一方面半水石膏含量少，造成强度低;另一方面浇注模型时，这些杂质会沉积在模型的表面，当模型使用到一段时间后，这些杂质会在模型的内表面显露出来，严重影响坯体的质量。模型不得已需更换，从而缩短模型的使用次数。要获得高质量的石膏粉，工艺上要求石膏矿石CaSO4·2H2O的含量(纯度)至少大于95%，大于98%则更好。
       楚凯石膏历来十分重视石膏粉的质量和模型的强度，所使用的石膏原料均为本地或附近最优质的矿源，生产出来的陶瓷模具石膏粉经过多次除杂和检测工序，对每一项指标都有着严细的工艺控制，生产出的陶瓷模具粉粉质细腻、吸水性好、膨胀系数低。所以用金九石膏生产出来的陶瓷模具石膏粉制成的模型强度高、质量好，使用寿命长。

       使用高强度α石膏粉
　　在模型制造中使用高强度石膏粉(即α石膏粉)是提高模型强度有效的方法之一。过去，高强度石膏粉仅用于日用陶瓷的滚压成型生产中，在卫生瓷生产中很少使用。随着卫生瓷组合浇注机械化成型工艺的发展，对石膏模型的强度要求的越来越高，卫生瓷中采用高强度石膏粉才逐渐增多。人们提到α石膏强度高，是因为它的标准稠度需水量低(一般为45%～55%)，也即膏水比例大，所以模型强度高;而普通的β粉标准稠度需水量大(一般为70%～80%)，也即膏水比例小，所以模型强度低。虽然α石膏强度高，但气孔率和吸水率低;而β石膏粉虽然强度低，但气孔率和吸水率高，注浆成型吸浆性能良好。卫生瓷注浆成型生产中利用各自的特点，一般采用混合石膏粉(α+β)制造模型。通过α石膏和β石膏的混合，能制得强度高且其它性能指标都比较优良的模型。在生产中使用α石膏时，必须提高它的膏水比例，这样才能提高模型的强度，才能体现出α石膏在强度方面的优越性。否则，如果按β石膏的比例使用α石膏，凝固时间长，注出的模型上面有浮水，模型的强度并不比β石膏模型强度高多少;另外这种模型在生产中易变形。

       使用较高细度的石膏粉
　　在一定的颗粒细度范围内，石膏粉的细度越细，其颗粒的比表面积大，表面活性大，与水结合后反应充分，形成的网络结构多，则模型强度高。在生产实际中我们体会到，采用较高细度的石膏粉(一般指α石膏粉)不仅能显著地提高模型的强度，而且更为重要的是其表面细腻光滑，耐磨性强。在模型使用到中后期，与其它模型相比其表面仍然光滑，坯体的外观质量好，减轻了工人刷坯的劳动强度，同时也延长了模型的使用寿命。生产中还体会到，石膏粉的细度越细，凝固时间越长。故为了提高模型的强度，可以继续提高石膏和水的比例。这一点也是普通β石膏粉所无法做到的。石膏粉的细度以100～120目为宜。

　　
       采用适宜的水温
　　水的温度对石膏的凝结时间和模型的强度也有较大的影响。随着水温的升高，搅拌时间缩短，凝结时间加快，模型的强度明显下降。可见，采用较低的水温制模能提高模型的强度。日本东陶公司(TOTO)在卫生瓷生产技术管理方面世界领先，管理很严细，它们在夏季卫生瓷模型制造中采用低温水，将水温控制在8～10℃，其目的是降低半水石膏在水中的溶解速率，延长石膏在水中的溶解和晶核形成时间，即延缓石膏与水的反应速度，从而可延长搅拌时间，也使浆体中的气泡顺利逸出，石膏和水充分接触反应，形成均匀的微晶网络结构，提高了模型的强度。

       提高膏水比例
　　石膏和水的比例是模型制造中重要的工艺参数。它对模型的强度、气孔率和吸水率等指标起着决定性的作用。模型的强度和膏水比例成正比例关系，提高模型的膏水比例是提高强度最有效的方法。随着膏水比例的增大，模型的强度也提高。在日用陶瓷、卫生陶瓷生产中，都使用大量的石膏模型，根据不同成型方法的特点，对膏水比的要求则不同。卫生陶瓷全部是注浆成型，日用陶瓷有注浆成型、滚压成型和冷塑压成型。注浆成型生产首先要强调模型的吸水性能，故模型的膏水比例不宜过高，一般在(1.15～1.46)：1，根据成型工艺的不同和产品体积的大小进行比例的调整。小件模型比例低些，大件、受力件的模型比例大些;日用陶瓷滚压成型、冷塑压成型要求把模型的强度、耐磨性、耐热性放在首位，故特别强调模型有很高的强度，模型的膏水比例一般使用在(1.6～1.8)：1，根据件的大小和石膏粉的质量进行比例调整。

       适当延长搅拌时间
　　在石膏搅拌过程中，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。但搅拌时间也不是无限地延长，尤其是当石膏浆体接近稠化时仍在搅拌，会破坏石膏晶核的正常生长和网络结构的形成，会降低模型的强度。正常合理的搅拌时间应在2～4分钟。
掌握合理的搅拌速度
　　当搅拌速度过慢时，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。原因是当搅拌速度过快时，破坏了石膏晶核的正常生长和网络结构的形成，导致石膏晶体结构松散，强度下降;另一方面原因，转速高时，会带入气泡，模型中含有大量的气泡会降低其强度。搅拌速度以300～400r/min为宜。

       采用真空脱泡工艺
　　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2～4分钟。

       使用外加剂
　　外加剂的种类繁多，既有有机的又有无机的。常用的外加剂有焦磷酸钠、腐植酸钠、硼砂、AST剂、桃胶等。这些外加剂除了使石膏的网络结构连生有一定的增强效果外，主要的是具有缓凝作用，这为延长搅拌时间、采用真空搅拌工艺、提高膏水比例创造了条件，从而也提高了模型的强度。

       确保模型有效干燥
　　干燥是模型生产和成型使用的一个很重要的环节。模型是否干燥对其强度和使用寿命有很大的影响。模型经干燥可明显提高其强度，约提高2～2.5倍。为了确保模型的强度，一是干燥温度不要超过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24小时，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。这既可保证成型正常生产，又可提高模型的强度和耐磨性能，确保坯体尺寸和质量的稳定，防止模型发生变形，最终延长模型的使用次数。

       模型内部放置增强钢筋
　　卫生瓷模型体积大，在生产中极易损坏，造成使用次数低。主要原因是因模型强度低导致的断裂和变形引起。通过在模型内部放入∮12mm左右的钢筋，可解决以上问题，将明显提高其抗折强度，延长模型使用次数。同时还确保操作者的人身生命安全。

　　总之，提高石膏模强度的方法很多。各种方法并不是孤立起作用的，而是相互关联一起起作用的。只有各种因素达到最佳值，才能起到整体的增强效果，从而为延长模型的使用次数创造条件。