基于多孔樹(shù)脂模的壓力注漿工藝研究*

歐陽(yáng)金燕 曾桂花 古滿珍

(韓山師范學(xué)院 廣東 潮州 521031)

前言

隨著國(guó)產(chǎn)多孔樹(shù)脂模具制作技術(shù)的進(jìn)步，模具性能得到提高，制作成本降低?；诙嗫讟?shù)脂模具的高壓注漿在陶瓷行業(yè)得到愈來(lái)愈多的應(yīng)用。開(kāi)展基于多孔樹(shù)脂模具的高壓注漿工藝研究，可為高壓注漿生產(chǎn)制品提供依據(jù)，對(duì)提高成形質(zhì)量和生產(chǎn)效率，加快高壓注漿技術(shù)裝備的推廣應(yīng)用有積極的作用。

1 實(shí)驗(yàn)方法

1.1 實(shí)驗(yàn)裝置

將多孔樹(shù)脂模型裝于機(jī)架中，用螺旋機(jī)構(gòu)壓緊。泥漿用氣動(dòng)增壓泵壓入模具中，注漿壓力由壓縮空氣調(diào)壓閥調(diào)節(jié)，空漿后向坯體內(nèi)部通入壓縮空氣進(jìn)行保壓鞏固，然后向模具通入壓縮空氣，后打開(kāi)模具，取出坯體。注漿試樣規(guī)格：空心注漿截面為50 mm正三角形，實(shí)心注漿厚度為10 mm、寬度為50 mm；長(zhǎng)度均為220 mm。

1.2 測(cè)試方法

生坯體積密度：將試樣烘干稱取質(zhì)量后，浸入煤油中真空處理1 h，除去坯體中的空氣，后分別稱取試樣在煉油中的質(zhì)量和吸滿油的試樣質(zhì)量，計(jì)算出體積密度。

生坯抗彎強(qiáng)度：用PSK500坯料抗折儀測(cè)定。

1.3 坯料組成

實(shí)驗(yàn)?zāi)酀{采用長(zhǎng)石質(zhì)日用陶瓷坯料化漿，坯料化學(xué)組成如表1所示，顆粒組成如圖1所示。

圖1 日用陶瓷泥漿粒度分析結(jié)果

SiO2Al2O3Fe2O3TiO2CaOMgOK2ONa2O燒失65.6923.160.330.060.140.042.031.556.79

2 實(shí)驗(yàn)結(jié)果

2.1 注漿壓力

注漿后，2 min升到指定壓力，保壓5 min；排漿后用壓縮空氣在0.4 MPa保壓鞏固5 min?？疾觳煌{壓力對(duì)坯體性能的影響，結(jié)果如圖2～圖6所示。

圖2 注漿壓力對(duì)脫模含水率的影響

圖3 注漿壓力對(duì)干燥收縮率的影響

圖4 注漿壓力對(duì)干坯厚度的影響

2.2 加壓時(shí)間

注漿后，2 min升到2 MPa，保壓不同時(shí)間；排漿后用壓縮空氣在0.4 MPa保壓鞏固5 min?？疾觳煌{時(shí)間對(duì)坯體性能的影響，結(jié)果如圖7～圖10所示。

圖5 注漿壓力對(duì)抗彎強(qiáng)度的影響

圖6 注漿壓力對(duì)體積密度的影響

圖7 加壓時(shí)間對(duì)脫模含水率的影響

圖8 加壓時(shí)間對(duì)干燥收縮率的影響

圖9 加壓時(shí)間對(duì)干坯厚度的影響

圖10 加壓時(shí)間對(duì)抗彎強(qiáng)度的影響

2.3 泥漿性能

通過(guò)調(diào)節(jié)泥漿的含水率，測(cè)定泥漿性能。在注漿后2 min升到2 MPa，保壓5 min；排漿后用壓縮空氣在0.4 MPa保壓鞏固5 min?？疾觳煌酀{性能對(duì)坯體性能的影響，結(jié)果如表2所示。

2.4 衛(wèi)生潔具注漿工藝制度驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)

取用于生產(chǎn)衛(wèi)生潔具泥漿進(jìn)行成形工藝制度實(shí)驗(yàn)。泥漿化學(xué)組成如表3所示；顆粒組成如圖11所示；泥漿性能如表4所示；注漿工藝制度如表5所示；成形坯體性能如表6所示。

3 討論

3.1 注漿壓力和時(shí)間對(duì)坯體性能的影響

隨著注漿壓力的提高，成形坯體的厚度增加?？招淖{壓力從0.5 MPa提高到2.5 MPa，加壓時(shí)間5 min的干坯厚度從4.5 mm增加到8.2 mm，成坯速度提高1.8倍。延長(zhǎng)加壓時(shí)間，坯體厚度增加。在壓力為2 MPa時(shí)，加壓時(shí)間從3 min延長(zhǎng)到8 min，干坯厚度從7.1 mm增加到8.8 mm。在注漿壓力為2 MPa時(shí)，日用陶瓷泥漿加壓3 min，坯體厚度就可達(dá)到工藝要求。衛(wèi)生潔具泥漿加壓10 min，坯體厚度也能達(dá)到要求。證明提高注漿壓力能明顯縮短成形周期，有效提高成形生產(chǎn)效率。

表2 泥漿性能對(duì)坯體性能的影響

表3 衛(wèi)生潔具泥漿化學(xué)組成(質(zhì)量%)

表4 衛(wèi)生潔具泥漿性能

圖11 衛(wèi)生潔具泥漿粒度分析結(jié)果

工序填漿升壓加壓(2MPa)回漿保壓鞏固(0.4MPa)合計(jì)時(shí)間(min)12102520

表6 衛(wèi)生潔具坯體性能

隨注漿壓力的增大，坯體脫模含水率、干燥收縮率同步下降。但干燥后坯體的抗彎強(qiáng)度和體積密度差別不大。注漿壓力提高到2.5 MPa時(shí)，脫模含水率下降為19.82%，但仍有1.9%的干燥收縮。說(shuō)明在此壓力下雖然濕坯密度有所提高，但還不能使坯體中固相顆粒完全接觸，顆粒間仍存在水膜。在干燥過(guò)程中才失去水膜，使顆粒完全接觸。因此，干坯密度和強(qiáng)度主要取決于坯料的自由堆積密度，而與注漿壓力和加壓時(shí)間關(guān)系不大。

3.2 注漿方式對(duì)坯體性能的影響

本實(shí)驗(yàn)的實(shí)心和空心坯體在同一個(gè)模具同時(shí)成形，但實(shí)心注漿坯體的脫模含水率和干燥收縮率都明顯比相同條件的空心注漿坯體的低。干燥后坯體的強(qiáng)度和密度也比空心注漿稍低。究其原因，實(shí)心注漿時(shí)，除了一面進(jìn)漿外，其它5個(gè)面都可以排水，過(guò)濾面積比空心注漿大。在同一過(guò)濾速度情況下，單位時(shí)間排出的水量多。因此，同等條件下脫模含水率比空心注漿低。但隨著兩邊坯體不斷增厚，與泥漿接觸面積逐步減少，在壓強(qiáng)一定時(shí)，作用在坯體的壓力隨之減少；當(dāng)兩邊坯體靠近，中間的縫隙越來(lái)越小，壓力傳遞受阻，夾在中間的一層薄泥漿只能原位沉積吸收。故使越靠近中心部位的密度越低，嚴(yán)重時(shí)在干坯中心部位可見(jiàn)到分層現(xiàn)象。這就是同等條件下實(shí)心坯體抗彎強(qiáng)度和密度比空心坯體低的原因。注漿壓力越高，表層密度越高，與中心部位的密度差就越大，坯體抗彎強(qiáng)度也就越低?？梢?jiàn)高壓注漿成形坯體不僅空心注漿部分與實(shí)心注漿部分密度不同，而且實(shí)心注漿部分表面和中間的密度也不同。其結(jié)構(gòu)均勻性不如普通注漿。由于坯體不同部位密度存在差異，所以在隨后的干燥過(guò)程中，因收縮不同步，容易造成變形或開(kāi)裂，在生產(chǎn)過(guò)程中應(yīng)注意采取有效措施克服此問(wèn)題。

3.3 泥漿粒度分布對(duì)坯體性能的影響

根據(jù)粒度分析結(jié)果可知，日用陶瓷泥漿的粒度分布窄，主要集中在5 μm左右，缺乏大于20 μm的粗顆粒。自由堆積密度較低，顆粒間空隙多，坯體透水性好，成坯速度快。但干燥后的坯體體積密度和抗彎強(qiáng)度都較低。衛(wèi)生潔具泥漿的粒度分布寬，大于20 μm的粗顆粒占36.5%，中、細(xì)顆?？梢蕴畛湓诖诸w粒之間的空隙，故自由堆積密度較高，坯體透水性差，成坯速度慢，干燥后的坯體體積密度和抗彎強(qiáng)度較高。在壓力為2 MPa條件下，日用陶瓷泥漿加壓5 min的坯體厚度為7.6 mm，而衛(wèi)生潔具泥漿加壓10 min的坯體厚度為7.8 mm，成坯速度相差將近二倍。說(shuō)明粒度組成對(duì)成坯速度的影響與注漿壓力從0.5 MPa提高到2.5 MPa相當(dāng)。

3.4 泥漿含水率對(duì)坯體性能的影響

實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明：隨泥漿含水率提高，泥漿流動(dòng)性提高，觸變性下降。在同等注漿條件下坯體厚度減少。這是因?yàn)樵趬毫瓦^(guò)濾阻力一定的情況下，水透過(guò)過(guò)濾介質(zhì)的速度是一定的，當(dāng)泥漿含水量增加，形成同一坯體厚度需排出水量增加，必然會(huì)增加壓濾時(shí)間，使同一時(shí)間內(nèi)坯體厚度減少。

4 結(jié)論

1)高壓注漿可明顯加快成坯速度，縮短成形周期，提高生產(chǎn)效率。日用陶瓷在壓力2 MPa加壓3 min的坯體厚度可達(dá)到要求；衛(wèi)生潔具從填漿到脫模整個(gè)周期可在20 min完成。

2)高壓注漿坯體密度主要由坯料顆粒堆積密度決定，與注漿壓力和加壓時(shí)間關(guān)系不大。

3)高壓注漿成形坯體的結(jié)構(gòu)均勻性不如普通注漿。由于坯體不同部位密度存在差異，在隨后的干燥過(guò)程中，因收縮不同步容易造成變形或開(kāi)裂，在生產(chǎn)過(guò)程中應(yīng)注意采取有效措施加以克服。