陶瓷母模石膏的工藝配方研究＊

王文忠 趙建華

（山東金信新型建材有限公司 山東 平邑 273305）

陶瓷母模石膏的工藝配方研究＊

王文忠 趙建華

（山東金信新型建材有限公司 山東 平邑 273305）

陶瓷行業(yè)把用來澆注石膏模的模型稱為母模，用石膏做母模材料不僅可以滿足樹脂母模和水泥母模的強(qiáng)度、硬度、光潔度、使用壽命等工藝要求，同時(shí)可以降低工人勞動(dòng)強(qiáng)度，降低環(huán)境污染，不危害工人健康，還可以回收再利用。筆者采用國內(nèi)液相法高強(qiáng)石膏粉為原料，通過自配的抑制膨脹復(fù)合添加劑1有效抑制石膏的凝結(jié)膨脹率；通過減水劑的加入可以明顯的改善石膏硬化體的強(qiáng)度；復(fù)合添加劑2的加入可以降低吸水率，提高石膏表面光潔度。經(jīng)過對(duì)實(shí)驗(yàn)原料膨脹系數(shù)、強(qiáng)度和吸水率的調(diào)整實(shí)驗(yàn)，研制的陶瓷母模石膏達(dá)到臺(tái)灣母模石膏粉的指標(biāo)。

陶瓷母模石膏 液相法高強(qiáng)石膏粉 膨脹系數(shù) 吸水率 配方研究

前言

母模石膏（英文名稱為Case mould plaster）廣泛應(yīng)用于陶瓷行業(yè)，主要用來澆注石膏模的模型稱為母模，它包括底模與模圍（或型心與模圍）?，F(xiàn)階段應(yīng)用于陶瓷行業(yè)的母模主要有石膏母模和樹脂母模，另外有少量的水泥母模和金屬母模等，這些一般很少使用。樹脂母模雖然具有強(qiáng)度高、硬度大、光潔度好、使用壽命長(zhǎng)、可以回收等優(yōu)點(diǎn)，但勞動(dòng)強(qiáng)度大，污染環(huán)境，危害工人健康；母模石膏既具有樹脂母模所具有的強(qiáng)度高、硬度大、光潔度好、使用壽命長(zhǎng)等優(yōu)點(diǎn)，同時(shí)又由于石膏模具輕質(zhì)，可以使勞動(dòng)強(qiáng)度降低，且石膏本身無毒、無味，不污染環(huán)境，不危害工人健康，石膏模具還可以回收利用，因此越來越多的生產(chǎn)廠家使用綠色環(huán)保的陶瓷母模石膏來代替樹脂母模。

1 母模石膏的特點(diǎn)及研制方法

1.1 母模石膏原料的選擇

由于母模石膏經(jīng)常用來翻制工作模，需要其表面光潔度好、強(qiáng)度高、使用壽命長(zhǎng)，故選擇純度較高、強(qiáng)度較高的石膏粉作為原料。

在原料優(yōu)選中，筆者采用國內(nèi)山東某企業(yè)生產(chǎn)的液相法高強(qiáng)石膏粉和湖北某企業(yè)生產(chǎn)的固相法高強(qiáng)石膏粉作原料；對(duì)比樣采用臺(tái)灣永昌母模石膏作為目標(biāo)樣品，對(duì)比結(jié)果如表1所示。

通過顯微照片可以發(fā)現(xiàn)：液相法高強(qiáng)石膏粉的晶體結(jié)構(gòu)通常為柱狀結(jié)構(gòu)或針狀結(jié)構(gòu)，因而強(qiáng)度高、吸水率較??；固相法石膏粉為片狀結(jié)構(gòu)，因而強(qiáng)度低而且吸水率較大（如圖1、圖2、圖3、圖4所示）。

圖1 磨細(xì)后的β半水石膏晶體照片

圖2 磨細(xì)后的固相法α半水石膏晶體照片

圖4 磨細(xì)后的液相法α半水石膏晶體照片

由表1可以看出，山東某企業(yè)生產(chǎn)的液相法高強(qiáng)石膏粉指標(biāo)更接近臺(tái)灣母模石膏的指標(biāo)，因而用液相法高強(qiáng)石膏粉作為原料進(jìn)行進(jìn)一步試驗(yàn)研究。

表1 固相法與液相法高強(qiáng)石膏粉的比較

1.2 膨脹系數(shù)的控制

由表1可以看出，相對(duì)于臺(tái)灣永昌母模石膏而言，無論是固相法高強(qiáng)石膏粉還是液相法高強(qiáng)石膏粉膨脹系數(shù)都較高，為了更好的控制石膏的膨脹系數(shù)，筆者測(cè)試了經(jīng)常用作緩凝劑的檸檬酸鈉和用作促凝劑的細(xì)磨二水石膏對(duì)凝結(jié)膨脹率的影響，并自配了一種抑制膨脹復(fù)合添加劑1，其效果如表2所示。

表2 液相法高強(qiáng)石膏粉的性能測(cè)試結(jié)果

由表2可以看出：

1）這2種添加劑在取值范圍內(nèi)對(duì)石膏凝結(jié)膨脹率影響不大。

2）自配抑制膨脹復(fù)合劑1能有效抑制石膏的凝結(jié)膨脹率，可將石膏的凝結(jié)膨脹率從0.38%降低到0.07%，從而能將用液相法工藝生產(chǎn)的α石膏粉調(diào)制成低膨脹母模石膏。

1.3 強(qiáng)度的控制

為了提高母模石膏的強(qiáng)度，筆者利用減水劑對(duì)液相法α高強(qiáng)粉進(jìn)行了稠度、強(qiáng)度、膨脹率的實(shí)驗(yàn)，其性能測(cè)試結(jié)果如表3所示。

表3 液相法α高強(qiáng)石膏粉性能測(cè)試結(jié)果

由表3可以看出：

1）在稠度相同的情況下，SM減水增強(qiáng)效果顯著，阿拉伯樹膠粉雖然減水效果顯著，但強(qiáng)度卻有所下降，可能與其凝結(jié)時(shí)間有關(guān)。

2）膨脹率隨著稠度的降低而升高，如需顯著提高強(qiáng)度，則SM為最佳。

1.4 吸水率的控制

由于母模石膏主要用來澆注石膏工作模，除對(duì)其強(qiáng)度有較高要求以外，還需要使其表面致密、光滑，否則由于其表面出現(xiàn)麻點(diǎn)，則整個(gè)模具也就報(bào)廢了。但由于石膏制品是多孔結(jié)構(gòu)，從表面到內(nèi)部都存在一個(gè)微細(xì)裂縫網(wǎng)，有一個(gè)龐大的內(nèi)比表面積，當(dāng)這些裂縫被侵蝕時(shí)，水就會(huì)順著裂縫及毛細(xì)孔進(jìn)到硬化體內(nèi)部，同時(shí)使硬化體中結(jié)晶接觸點(diǎn)發(fā)生溶解和再結(jié)晶，從而使其強(qiáng)度降低。因此，在保證石膏硬化體有較高的致密性的前提下，減少孔隙率和孔徑的大小，同時(shí)利用防水劑降低其吸水率，這樣才能提高其使用壽命。為此筆者分別使用了膠粉、水泥及自配的一種防水復(fù)合添加劑來降低吸水率，提高其表面光潔度，實(shí)驗(yàn)性能測(cè)試結(jié)果如表4所示。

表4 防水復(fù)合添加劑性能測(cè)試結(jié)果

從表4可以看出：

1）加入水泥和膠粉都能在一定程度上降低吸水率，但加入水泥量大的表現(xiàn)更佳，同時(shí)水泥的加入也能降低石膏的膨脹率。

2）復(fù)合添加劑2的加入不但能夠降低石膏的膨脹率，同時(shí)也能夠降低石膏的吸水率。

1.5 母模石膏配方的調(diào)整

通過對(duì)石膏粉、減水劑、抑制膨脹劑、防水劑的加入量進(jìn)行多次試驗(yàn)和配方的調(diào)整，終于研制出了適合市場(chǎng)需求的母模石膏粉，其性能指標(biāo)如表5所示。

表5 母模石膏粉性能指標(biāo)

2 結(jié)論

1）研制高檔的母模石膏需要純度較高、結(jié)晶良好、強(qiáng)度較高的柱狀或針狀高強(qiáng)石膏粉。

2）通過加入抑制膨脹復(fù)合添加劑1，可以明顯的降低石膏硬化體的膨脹率。

3）通過減水劑的加入可以顯著的改善石膏硬化體的強(qiáng)度，但膨脹率也會(huì)變大。

4）具有防水性能的復(fù)合添加劑2不但能夠起到降低吸水率的作用，并且具有一定的抑制石膏硬化體膨脹的作用。

1 張旭，彭秀新，李士峰，等.高效復(fù)合型日用陶瓷石膏模型增強(qiáng)劑的研究.山東陶瓷，1997（1）：13～17

2 張秋霞，王北京.石膏表面硬化劑對(duì)超硬石膏模型機(jī)械性能影響的研究.鄭州大學(xué)學(xué)報(bào)，2008（3）：586～588

3 郝卓，趙建華，王文忠，等.利用外加劑改善陶瓷用石膏模性能的研究.佛山陶瓷，2011（3）：27～29

4 陳化東，任允鵬，李潔，等.幾種添加劑對(duì)模型石膏性能的影響.現(xiàn)代技術(shù)陶瓷，2007（1）：6～11

5 張高科，謝毅，朱瀛波，等.減水劑對(duì)石膏微觀結(jié)構(gòu)及性能的影響.非金屬礦，2003（5）：6～8

6 王靜，桑曉明.不同添加劑對(duì)石膏模型性能的影響.河北理工學(xué)院學(xué)報(bào)，2001（1）：42～46

7 周峻鵬，彭瑜，柳華實(shí).外加劑對(duì)石膏性能的影響.建材技術(shù)與應(yīng)用，2005（3）：3～5

TQ173.3

B

1002－2872（2011）09－0018－03

王文忠（1975－），工程師；主要從事石膏粉體工藝研究。E－mail：zjh0978@126.com