關(guān)于衛(wèi)生潔具石膏粉的基本性能及檢測方法

鄒才學(xué)

1引 言

石膏是制作石膏模型的主要材料，石膏質(zhì)量關(guān)系到模型質(zhì)量，石膏模型質(zhì)量關(guān)系到成形的半成品和成品的質(zhì)量。因此，幾乎所有的衛(wèi)生瓷企業(yè)都非常重視石膏粉的質(zhì)量。衛(wèi)生潔具的結(jié)構(gòu)造型比日用瓷或藝術(shù)瓷復(fù)雜，體積也要大，所以決定了此行業(yè)所使用的石膏粉既要保證翻制出的石膏模型具有一定的濕模強(qiáng)度和干燥強(qiáng)度，還要保證有合適的吸水性，而且在使用過程中特別是使用后期沒有粉化脫落的現(xiàn)象，最主要是能生產(chǎn)出開裂少、表面平整、變形小的產(chǎn)品。下面簡單介紹一下石膏的最基本性能。

2石膏的基本性能

（1） 衛(wèi)生瓷所使用的石膏粉一般是半水石膏，是由天然的生石膏也就是石膏原礦（二水石膏CaSO4·2H2O）加熱炒制而成。其反應(yīng)如下：2CaSO4·2H2O= 2CaSO4·1/2 H2O+3H2O，其中水以水蒸汽的形式揮發(fā)掉，值得注意的是，生石膏（指純度較高的石膏）在加熱到65℃時(shí)才開始排出結(jié)晶水，到100～140℃時(shí)，大量結(jié)晶水排出，到150℃后，大部分二水石膏已變成了半水石膏，如繼續(xù)升溫到180℃左右時(shí)，結(jié)晶水繼續(xù)排出，在200℃左右就完全變成無水石膏。根據(jù)石膏的各種晶型跟溫度的關(guān)系，在實(shí)際生產(chǎn)中應(yīng)嚴(yán)格控制石膏粉制作和石膏模型烘烤的制度。

另外，半水石膏根據(jù)加熱方法不同又可分為兩種形態(tài)的半水石膏，即α-半水石膏和β-半水石膏。在常壓下制得的半水石膏，其晶型主要是碎片狀，一般稱為β型普通石膏粉，其強(qiáng)度不高，在蒸汽壓力下制得的石膏粉其晶型為針狀或短柱狀，常稱作α型高強(qiáng)石膏粉，通常市場上所說的高強(qiáng)石膏粉就是α型石膏，其所占的比例較大或全部為α型石膏粉，兩種石膏粉的具體性能對比可查閱相關(guān)陶瓷工藝書籍。

（2） 半水石膏粉加水反應(yīng)后又會向逆向方向進(jìn)行反應(yīng)生成二水石膏。

半水石膏加水生成二水石膏的反應(yīng)有兩個(gè)步驟。第一步，半水石膏部分溶于水，生成半水石膏的飽和溶液。由于二水石膏的溶解度比半水石膏的溶解度小很多（半水石膏的溶解度為10.5g/L，而二水石膏的溶解度為2.6g /L），所以此時(shí)形成的半水石膏的飽和溶液對二水石膏來說就是過飽和溶液，第二步就是溶液中析出二水石膏的晶體。形成二水石膏晶體后就破壞了飽和溶液的平衡，又有新的半水石膏溶解于水，這樣反應(yīng)一直進(jìn)行下去直至全部半水石膏都溶解于水，并都形成二水石膏晶體，溶液中最后保持了二水石膏的飽和溶液的平衡。這些剛析出的二水石膏晶體晶粒之間以范德華力相互吸引，此時(shí)石膏漿并沒有硬化，還具有觸變性（初凝），隨著時(shí)間的延長，二水石膏晶體晶核大量生成、長大，晶體之間相互接觸、交叉、連生而形成一個(gè)牢固的結(jié)晶結(jié)構(gòu)網(wǎng)，此時(shí)石膏徹底硬化（觸變性消失），并具有一定的強(qiáng)度，此時(shí)便是石膏漿的終凝。這是半水石膏水化反應(yīng)的一般過程，在實(shí)際生產(chǎn)中，從石膏加水開始到終凝，只有15～60min，這個(gè)反應(yīng)過程一旦結(jié)束，石膏模許多性能就固定下來。要正確掌握反應(yīng)過程，制造出性能較好的石膏模型，而且浪費(fèi)的石膏粉又要少，就必須認(rèn)真研究石膏粉的各項(xiàng)性能，才能保證翻制出的石膏模型適合注漿成形，保證產(chǎn)品半成品合格率的提高。

3 石膏粉的測試項(xiàng)目、方法

3.1 石膏的細(xì)度

石膏粉細(xì)度直接關(guān)系到石膏模型的強(qiáng)度及初終凝速度，石膏粉用途不同對細(xì)度的要求不一樣。石膏粉越細(xì)，在半水石膏的水化過程中，顆粒的比表面積就越大。與水接觸面積增大，在水中的溶解速度也加快，形成二水石膏晶體的速度也增快，也就是說石膏漿的凝結(jié)速度加快。增加石膏粉的細(xì)度可以增加石膏的致密度，也就是可以明顯地增加模型的強(qiáng)度（一般干燥強(qiáng)度和濕模強(qiáng)度都會增加），但細(xì)度達(dá)到一定限度后，強(qiáng)度便會降低，因?yàn)樵谒^程中會產(chǎn)生較大的結(jié)晶應(yīng)力。目前國內(nèi)衛(wèi)生瓷模型用的石膏粉細(xì)度在120～180目的范圍內(nèi)，國外也有達(dá)到250目的。

常用的測試方法就是稱取100g石膏粉，倒入規(guī)定的分析篩上，用水沖洗干凈，將篩上的殘?jiān)谷胄⊥胫?，?0～60℃的烘箱中烘干稱重，就可以計(jì)算出殘?jiān)陌俜趾炕蚣?xì)度參數(shù)。

3.2 流動(dòng)性測試

對不同的石膏，按要求比例配料（一般按1：1.25～1.55），先加水后加料，注意石膏粉浸泡時(shí)水面要淹沒石膏粉。浸泡３０s，攪拌1min，立即倒入事先已準(zhǔn)備好的玻璃板上的圓筒內(nèi)，將圓筒上表面刮平，迅速將圓筒垂直提起，測量石膏漿在玻璃板上攤開直徑的大小，則為該比例下石膏粉的流動(dòng)性。有的企業(yè)測試流動(dòng)性時(shí)浸泡1min，攪拌2min，圓筒的直徑和高度也有所不同，此時(shí)測試結(jié)果的數(shù)據(jù)也會不一樣，只要每次的時(shí)間和器具是固定的，結(jié)果一樣有效。

3.3 初、終凝時(shí)間的測定

在測定流動(dòng)性時(shí)，用小刀迅速切割流散開的圓餅中心部位的石膏漿，當(dāng)切口不再愈合，則視為初凝，此時(shí)所示時(shí)間為初凝時(shí)間，當(dāng)用拇指按壓石膏餅，而拇指不沾水，此時(shí)石膏已硬化，這時(shí)所示時(shí)間為終凝時(shí)間。不同企業(yè)的測試方法基本一致。

3.4抗折強(qiáng)度檢測(干燥強(qiáng)度和濕模強(qiáng)度)

3.4.1 試條的制備

按規(guī)定的水膏比配料、浸泡、攪拌，將石膏漿澆注到事先準(zhǔn)備好的鋼模型中，待終凝后，脫模得到待測樣品，樣品至少要12根，每三根為一組。

3.4.2 濕模抗折強(qiáng)度的測定

將已脫模的試條在空氣中自然干燥30min、60min、120min后，分別在抗折試驗(yàn)機(jī)上做抗折試驗(yàn)，做好試條斷裂時(shí)的數(shù)據(jù)記錄，根據(jù)公式計(jì)算則可得出濕模強(qiáng)度。

3.4.3 干燥抗折強(qiáng)度的測定

將脫模后的試條在空氣中干燥24h后再置于烘箱中（40～60℃），恒溫干燥72h后取出，并冷卻至室溫，在抗折試驗(yàn)機(jī)做抗折試驗(yàn)，做好試條斷裂時(shí)的數(shù)據(jù)記錄。

3.4.4 抗折強(qiáng)度的計(jì)算

抗折強(qiáng)度的計(jì)算公式為：

R=3PL/（2aC）

式中：

R——抗折強(qiáng)度（MPa）

P——破壞荷重（N）

L——跨距（mm）

a——試樣斷面寬度（mm）

C——試樣斷面厚度（mm）

3.5 吸水率的測定

將測試完濕模強(qiáng)度的試條（選其中沒有破損的）置于烘箱中（40～60℃），恒溫干燥72h后取出，稱重（G1），再將其放在水中浸泡2h后取出稱重（G2），用以下公式計(jì)算該水膏比下的吸水率：

A=（G2-G1）/G1×100%

3.6 吸水速度的測定

（1） 將待測石膏粉按規(guī)定的水膏比配料、浸泡、攪拌，澆注到事先準(zhǔn)備好的鋼模具中，待凝固后，脫模得到樣品，置于烘箱中（40～60℃）干燥72h備用。

（2） 將測試裝置裝好水，使水面剛好淹過鐵釘，然后將試樣豎直置于三顆鐵釘上，同時(shí)計(jì)時(shí)，觀測水上升高度，分別記下1min、5min、10min、15min、30min時(shí)水在石膏塊上的上升高度。

3.7 凝結(jié)膨脹率的測定

（1） 將專用的膨脹測試儀器整理好，涂上潤滑油并調(diào)整零點(diǎn)，然后將按規(guī)定水膏比例配料、浸泡、攪拌后的石膏漿澆注到儀器的“V”形槽中，刮去多余的石膏漿，使試樣在儀器內(nèi)凝結(jié)直至發(fā)熱冷卻為止，記下百分表讀數(shù)。

（2） 計(jì)算膨脹率

a=n/(L-n)×100%

式中：

a——凝結(jié)膨脹率

n——膨脹的長度（mm）

L——膨脹后試樣的總長度（mm）

（3） 有的企業(yè)和部分陶瓷工藝書上是用溫度計(jì)來測量石膏的膨脹率，用溫度計(jì)測石膏的膨脹率操作更簡單，方法可以查閱相關(guān)的陶瓷資料。

3.8 吸漿厚度值的測定

（1） 將待測石膏粉按規(guī)定的水膏比配料、浸泡、攪拌，制得石膏漿倒入方漿缽母模中，待石膏硬化后取出石膏漿缽，將表面修刮平整。

（2） 將石膏漿缽放入烘箱（40～60℃）中干燥72h，取出冷卻至室溫。

（3） 取成形泥漿注滿石膏漿缽，并開始計(jì)時(shí)。

（4） 60min后倒掉漿缽中三分之一的泥漿，90min時(shí)再倒去三分之一的泥漿，120min時(shí)再倒去余下的三分之一泥漿，然后倒放至沒有泥漿流動(dòng)現(xiàn)象。

（5） 將吸漿缽放到烘箱低溫（29～31℃）烘烤，直至泥坯硬化為止。

（6） 1h后，取出已硬化的泥坯，在泥坯的非倒?jié){面上從底部算起每次在中間位置處劃一橫線，在橫線處切斷泥坯，用游標(biāo)卡尺測量斷面處泥坯的厚度。

（7） 取其三面厚度的平均值，即為石膏吸漿缽不同時(shí)間的吸漿厚度。

（8） 測石膏吸漿厚度的前5次操作只能作為參考，5天以后（5次以后）再做15次，用這15次的平均值作為石膏的吸漿厚度。

（9） 每次測試完后，將石膏樣品放入40～60℃的烘箱中烘烤20h，以備下次再進(jìn)行測試。

3.9 開裂試驗(yàn)的測定

（1） 將待測石膏粉按規(guī)定的水膏比配料、浸泡、攪拌，制得的石膏漿倒入開裂試驗(yàn)的母模中，待石膏硬化后取出石膏模，將其表面修刮平整。

（2） 將石膏模型放入烘箱中（40～60℃）烘72h，取出冷卻至室溫。

（3） 取成形泥漿做開裂實(shí)驗(yàn)，方法與泥漿的開裂實(shí)驗(yàn)方法一樣，但這只是測試此樣品石膏粉制成的石膏模型的開裂情況。

（4） 做開裂實(shí)驗(yàn)時(shí)前5次只能作為參考，5天以后（一天一次）再做15次，用這15次的平均值計(jì)算出此石膏的開裂時(shí)間。每次測試完后，石膏模型樣品放入40～60℃的烘箱中烘烤20h后，以備下次再進(jìn)行測試。

3.10 石膏的常規(guī)化學(xué)分析

測石膏粉中半水石膏的百分量以及雜質(zhì)等，目前部分企業(yè)沒有進(jìn)行化學(xué)分析測試。

3.11 生產(chǎn)過程中還需要測試石膏漿的比重。

以上對石膏粉的檢測項(xiàng)目及方法，僅供參考。對于不同的企業(yè)、生產(chǎn)不同的產(chǎn)品（小件或大件）以及根據(jù)成形條件的不同，對石膏粉的要求也不一樣。

影響石膏模型質(zhì)量的因素還有許多，人、機(jī)、料、環(huán)、法對它都有影響，各企業(yè)應(yīng)根據(jù)自己的實(shí)際情況，制定出合適的參數(shù)，為產(chǎn)品提供基礎(chǔ)保證。

參考文獻(xiàn)

1 趙連級.衛(wèi)生瓷生產(chǎn)[M].北京:中國建材工業(yè)出版社,1993

2 國家建材局技術(shù)情報(bào)研究所.衛(wèi)生瓷石膏模的設(shè)計(jì)制作技術(shù)[M].1994

3 劉康時(shí)等編.陶瓷工藝原理[M].華南理工大學(xué)出版社,1992