淺談衛(wèi)生陶瓷成形工藝及其注意事項

張永財 楊秋生

關(guān)鍵詞：衛(wèi)生陶瓷;注漿成形;成形工藝;注意事項

1引言

衛(wèi)生陶瓷是陶瓷產(chǎn)品一個重要的瓷種。其有顯著的特點：體積大、結(jié)構(gòu)復(fù)雜、質(zhì)量大;講究組合安裝配套尺寸;講究排污功能及節(jié)水;唯一的成形方法——注漿成形，主要采用石膏模型（模具）。在衛(wèi)生陶瓷生產(chǎn)中，注漿成形是主要工序之一。它是借助于模型和泥漿，在一定的環(huán)境條件（溫度、濕度）下，靠石膏模型的自然吸漿力和通過一定的外界壓力，使泥漿由流體狀態(tài)經(jīng)觸變狀態(tài)變?yōu)榫哂锌伤苄缘墓虘B(tài)泥坯。將開始含水近30%的泥漿，變?yōu)楹?7%左右的泥坯（使泥漿失水13%左右而形成泥坯）。再通過放漿、鞏固、脫坯、修整，完成整個的成形過程。通過模型的內(nèi)型形成產(chǎn)品的外部形狀?？梢姡Ｐ?、泥漿和環(huán)境條件（溫濕度）是成形的三大要素。

石膏模型是成形生產(chǎn)的主要工具，在陶瓷生產(chǎn)中用量很大，它由石膏粉制作而成。石膏粉價廉，與水混合后有良好的流動『生并可做出各種形狀。石膏模型具有良好的吸水能力和蒸發(fā)水分的能力，所以，石膏模型是目前國內(nèi)外衛(wèi)生陶瓷成形生產(chǎn)的重要工具。目前，國內(nèi)一些廠家在成形生產(chǎn)中部分品種采用了先進的高壓注漿成形新工藝，用多孔樹脂材料模型取代了傳統(tǒng)的石膏模型，節(jié)能減排、低碳綠色、高效高質(zhì)。這種多孔樹脂模型和高壓注漿成形新工藝是衛(wèi)生陶瓷行業(yè)的發(fā)展方向。但也應(yīng)看到，用樹脂模型生產(chǎn)的品種是少量的，有一定的局限l生（樹脂模型制作復(fù)雜成本高、需生產(chǎn)長線產(chǎn)品、變產(chǎn)困難）。而石膏模型有制作簡便、成本低、適應(yīng)性強、變產(chǎn)靈活方便等優(yōu)點，所以被大量使用。相信石膏模型不會消失，仍將在陶瓷行業(yè)存在且大量使用。但不論采用什么材質(zhì)的模型，具備三個因素就能用以注漿成形。這三個因素是：（1）能吸人并能容納一定量的水。如不能吸水，并且不能容納一定量的水，都不能使泥漿成為坯體。同時具有將容納的水釋放出去的能力。（2）具有適當?shù)臐B透吸水速度。這樣才有利于坯體的形成。（3）具有理想的強度。應(yīng)當有適應(yīng)不同要求的強度，能承受搬運、安裝和使用中腐蝕、磨損和沖擊。

衛(wèi)生陶瓷產(chǎn)品種類繁多，形狀復(fù)雜，每一個品種都有其特有的成形生產(chǎn)工藝過程。上世紀80年代中期以前，由于產(chǎn)品單一以及工藝技術(shù)的落后，使模型的結(jié)構(gòu)也落后。模型結(jié)構(gòu)的改進，是隨著成形工藝和裝備的進步而發(fā)展，三者相輔相成。以坐便器為例，在落后的成形工藝條件下，坐便器成形工藝也極其落后，模型件數(shù)多，占地面積大，大胎體單面吸漿成形，為地攤式多塊粘接成形生產(chǎn)，包括排污管道也是粘接的，故生產(chǎn)效率低，成坯率低，工人勞動強度大，操作環(huán)境惡劣，產(chǎn)品質(zhì)量也差。隨著衛(wèi)生瓷行業(yè)的發(fā)展和技術(shù)的不斷進步，無論是坐便器產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)還是成形生產(chǎn)工藝方式都發(fā)生了深刻的變化，產(chǎn)品一般是一次成形。即便是現(xiàn)在的地攤式成形，產(chǎn)品也可以是整體一次成形或最多兩塊粘接成形，而且產(chǎn)量提高一倍;目前衛(wèi)生瓷企業(yè)普遍采用組合立式澆注一次無粘接成形機械化生產(chǎn)，產(chǎn)量提高兩倍多，質(zhì)量也得到很大的提高。原來落后成形工藝條件下不能生產(chǎn)的復(fù)雜品種（比如聯(lián)體坐便器和婦女洗滌器等），在現(xiàn)有機械設(shè)備條件下都可以大批量生產(chǎn)，而且成形工藝也變得簡單化了。

2成形工藝的演變

衛(wèi)生陶瓷成形工藝經(jīng)歷了傳統(tǒng)的地攤式抱大桶注漿、架子（臺架式）化管道注漿、機械化組合澆注過程;由自然吸漿到壓力吸漿（微壓、中壓、高壓）的過程。

2.1地攤抱大桶注漿工藝

地攤抱大桶注漿成形是最原始的成形方法，上世紀60年代初之前普遍使用。這種成形方法工藝極其落后，是作坊式的。生產(chǎn)效率很低，占地面積大，工人勞動強度極大，作業(yè)環(huán)境差。它是靠人工端大桶逐個灌漿，采用普通的石膏模型，在大氣壓力下靠模型自然吸漿?；貪{也是采用人工端桶的方式。一般模型放在地面上（俗稱地攤），模型需不斷地翻轉(zhuǎn)、固牢，故模型的使用壽命（次數(shù)）低，同時生產(chǎn)現(xiàn)場也顯零亂，產(chǎn)量低，質(zhì)量合格率低，產(chǎn)品的規(guī)整度也差。

2.2架子化管道注漿工藝

上世紀60年末70年代初，在地攤抱大桶注漿成形工藝的基礎(chǔ)上，誕生了架子化管道注漿工藝（又稱臺架式澆注），帶來了衛(wèi)生瓷注漿成形工藝的革命。它是在單個鐵架或在長條鐵架子上擺放模型。人工或以簡單機械來完成開、合模及部分翻轉(zhuǎn)工作，大大改善了工人的操作環(huán)境條件，勞動強度降低，占地面積減少，生產(chǎn)現(xiàn)場整齊井然有序。它是采用管道壓力注漿、真空回漿。也是使用普通的石膏模型，靠模型自然吸漿。一般空心單面吸漿的產(chǎn)品居多，吃漿時間長，在3～4小時左右，每天成形注漿一次。當天不取坯，放完漿后坯體蓋上絨布或塑料布在模型內(nèi)放置一夜，在模型內(nèi)鞏固坯體，第二天再取出，然后進行打孔和粘接操作。由于空心單面吸漿的產(chǎn)品居多，故大胎體模型的結(jié)構(gòu)相對簡單。以坐便器產(chǎn)品為例，采用多個模型分別成形濕坯，然后多個濕坯粘接組合在一起。一個坐便器產(chǎn)品的模型會有4～5件。這種成形工藝方式由于變產(chǎn)靈活，在一些小型陶瓷廠的個別品種上仍在使用，作為組合澆注成形工藝的補充。管道壓力注漿、真空回漿的技術(shù)沿用下來，一直到現(xiàn)在仍在使用。

2.3組合澆注成形工藝

上世紀80年代中期，唐山陶瓷廠在我國率先引進了德國的衛(wèi)生瓷立澆線成形技術(shù)設(shè)備，我國開始采用組合澆注成形工藝方法。由于模型一個接一個地連接在一起，故成為“組合澆注”。也有叫法將這種工藝稱為“立式澆注”，是由于模型由原來的平放改為立放。從那以后，通過消化吸收，我國一些陶瓷機械設(shè)備制造廠可以制造整套成形線設(shè)備。這種成形新工藝在我國各地區(qū)得到迅速發(fā)展，成為目前主要的成形工藝方式。生產(chǎn)的品種由過去的20英寸洗面盆，發(fā)展到后來的水槽、臺盆、水箱、水箱蓋，再到后來的普通坐便器、聯(lián)體坐便器、立柱、婦女洗滌器、掛式坐便器、柜盆等等。目前國內(nèi)衛(wèi)生陶瓷企業(yè)都采用了這種成形工藝技術(shù)。無論產(chǎn)品體積有多大、也無論產(chǎn)品結(jié)構(gòu)有多復(fù)雜，都能夠生產(chǎn)。這種成形工藝對泥漿的性能有較高的要求。因為濕體立放，要求泥坯脫模要早，挺實性要好。

其主要特點是：

（1）幾十套模型為一組，裝設(shè)在一個臺架（一般有一定角度）的軌道上形成一個完整的成形作業(yè)線。模型結(jié)構(gòu)有較大的改變，在模型的四周做出臺階，以便與生產(chǎn)線和模型連接;為了適應(yīng)一次成形的需要，模型內(nèi)部不易脫模的部位做成模型活塊。模型的開合、翻轉(zhuǎn)靠機械設(shè)備或人工完成。

（2）仍采用管道輸送泥漿和回漿。利用高位槽產(chǎn)生的靜壓（一般為0.01MPa）供漿，當模型吸漿（吃漿）到一定時間（一般2h左右）后，模型內(nèi)加微壓空漿，管道真空回漿，坯體在模型內(nèi)微壓（0.01～0.02 MPa）鞏固20～40min。采用高強度石膏模型，注漿效率（次數(shù)）1～2次/天。坐便器一般一次成形，每天成形1次。

（3）根據(jù)產(chǎn)品種類不同，組合澆注線的開模方式分為以下兩種：水平方向移動開模，主要用于生產(chǎn)洗面器、坐便器、臺盆、立柱等品種;上下移動開模，主要用于生產(chǎn)水箱類、水槽等品種。

（4）與臺架式注漿相比，組合式注漿占地面積小、生產(chǎn)效率高、勞動強度低，但對泥漿和模型的要求較高，結(jié)構(gòu)很復(fù)雜的產(chǎn)品不太適用，變產(chǎn)也較困難。而臺架式注漿投資少，模型外部結(jié)構(gòu)簡單，模型可以任意翻轉(zhuǎn)，能生產(chǎn)結(jié)構(gòu)復(fù)雜的產(chǎn)品，且能適應(yīng)市場靈活變化。從上世紀80年代以來，臺架式澆注和組合式澆注較長時間在我國衛(wèi)生陶瓷企業(yè)并存發(fā)展。

2.4壓力注漿成形工藝

在成形過程中對泥漿加壓，可提高泥漿與模型問的壓差，有利于提高模型吃漿速度，從而提高注漿效率。管道注漿為提高泥漿壓力創(chuàng)造了便利條件。但因受到石膏模型材料強度所限，壓力難有大幅度提高。利用高位漿槽產(chǎn)生的靜壓或在泥漿罐頂部通人壓縮空氣可以提高泥漿壓力。

根據(jù)注漿壓力大小，成形工藝可分為以下四類：微壓注漿，注漿壓力低于0.02Mpa;低壓注漿，注漿壓力在0.024～0.2 MPa;中壓注漿，注漿壓力在0.24～0.5 MPa;高壓注漿，注漿壓力在0.5～2.5MPa。上世紀90年代以來，在模型材料和制造工藝技術(shù)方面有了新的進展，使提高供漿壓力、加壓快速脫水成為可能，主要出現(xiàn)以下三種澆注系統(tǒng)：

2.4.1低壓快排水注漿

采用組合澆注成形線系統(tǒng)，為低壓供漿，供漿壓力在0.1～0.2 MPa。低壓快排水注漿與傳統(tǒng)注漿方法的主要區(qū)別是：它采用了一種特殊的高強石膏模型，模型內(nèi)預(yù)埋由多孔纖維毛細管網(wǎng)（直徑約5mm）組成的脫水網(wǎng)絡(luò)，該網(wǎng)絡(luò)與抽真空管路系統(tǒng)相連，因而能夠?qū)崿F(xiàn)加壓快速脫水方式。在成形時，它可在石膏模內(nèi)產(chǎn)生真空，幫助脫水;坯體達到要求厚度時，則通以壓縮空氣，進行排漿并幫助坯體鞏固。由于壓縮空氣的作用，可以很方便地脫模，而無需使用傳統(tǒng)的脫模劑一滑石粉。脫模結(jié)束后，繼續(xù)通人壓縮空氣使模具脫水，強化干燥。這一系統(tǒng)可以24h連續(xù)生產(chǎn)，其注漿效率每天2班，每班2次。模型的使用壽命可達180次。

2.4.2中壓注漿

中壓注漿也是采用組合澆注機械系統(tǒng)。與低壓快排水注漿不同的是，它的模型采用石膏與樹脂的復(fù)合材料，其機械強度有較大提高，因而可以在更高的壓力下供漿，供漿壓力為0.3～0.5MPa。模型邊注漿邊吸水，整個注漿周期可進一步縮短。中壓注漿的注漿效率可達每天3班，每班5次。

2.4.3高壓注漿

上世紀80年代初，德國道爾斯特（DORST）公司與瑞士勞芬（LAUFEN）公司合作首次研究成功高壓注漿技術(shù)，給陶瓷注漿成形帶來了革命性的變化。我國也已在上世紀90年代開始研究應(yīng)用高壓注漿成形技術(shù)裝備，并取得了顯著的效果。

高壓注漿與中壓注漿的主要區(qū)別是：由于采用了強度更高的微孔樹脂模型和高壓注漿機組，注漿成形壓力達到2.0～2.5MPa。它的操作過程與中壓注漿類似。從模型夾緊、注漿到脫模各個過程可實現(xiàn)連續(xù)自動化。每天3班生產(chǎn)，對單模設(shè)備平均生產(chǎn)周期為10～16分鐘/件，對組合澆注設(shè)備的生產(chǎn)周期大約為30min。模型的使用壽命一般10000次。

高壓注漿的主要優(yōu)點是：占地面積比傳統(tǒng)澆注少;成形車間的溫度和濕度可以相對較低，故工人操作環(huán)境好、勞動強度低;高壓注漿坯休以“壓濾”方式成形，模型無需干燥，可連續(xù)循環(huán)使用;坯體變形小，坯體強度高，產(chǎn)品規(guī)整度好。

3成形注漿工藝方式

衛(wèi)生瓷由于形狀結(jié)構(gòu)復(fù)雜，品種種類多，故成形注漿工藝方式有很大的不同。其成形注漿工藝方式可分為以下三類。

3.1上注上回式

這種成形注漿方式的注漿口和回漿口在模型的上部，一般共用一個（也有兩個分開的）。當成形坯體達到規(guī)定厚度后，將模型翻轉(zhuǎn)180度傾斜進行空漿。這種成形方式勞動強度大，工藝落后，生產(chǎn)效率低，模型使用壽命短，現(xiàn)很少采用，已逐步被上注下回式所取代。

3.2上注下回式

在生產(chǎn)中較常見，一般用于余漿少的地攤模型。如圈類、地攤面具等。注漿孔一般為直徑20mm，在模型上部，一般不下管件，放置石膏圈碗補充泥漿;放漿孔在底部，一般直徑12mm，下人瓷管或塑料管，并用木塞插緊，放漿時拔掉。這種方式放漿時模型不翻轉(zhuǎn)，故勞動強度低。為了防止注漿成形時產(chǎn)生氣泡，往往在模型上部注漿口的另一端設(shè)置直徑約12mm的氣眼孔。

3.3下注下回式

這種成形注漿方式在實際生產(chǎn)中應(yīng)用最普遍。很多品種都采用此種方法，采用管道壓力注漿、真空回漿。既有地攤產(chǎn)品又有立澆產(chǎn)品;既有單面吃漿產(chǎn)品又有雙面吃漿產(chǎn)品，也有單雙面結(jié)合產(chǎn)品。例如早期單面吃漿的水箱、坐便器大胎體，現(xiàn)在雙面吃漿的水箱、水槽，單雙面吃漿的坐便器、洗面器等等。其中以單雙面吃漿的產(chǎn)品最多。而像早期單面吃漿的水箱、坐便器大胎體、立柱，僅有一個注（回）漿管（管徑為20～25mm）即可滿足成形注漿操作（因其上部為敞口，相當于通氣眼孔）。而立澆產(chǎn)品為封閉式模型，除了有注回漿管（共用一個，管徑為18mm）外，還有微壓管孔（直徑12～15mm），目的是通氣、吹出余漿、鞏固坯體。

4成形應(yīng)注意的問題

衛(wèi)生陶瓷注漿成形產(chǎn)品質(zhì)量受諸多因素（模型、泥漿、環(huán)境條件等）的影響，應(yīng)從以下幾個方面加以注意。

4.1模型

（1）模型的設(shè)計應(yīng)合理。坯體各部位的厚度要符合標準。坯體的收縮、脫模、排漿應(yīng)順利;各種孔眼（注漿孔、放漿孔、微壓孔等）位置設(shè)計應(yīng)合理、尺寸大小適宜。

（2）模型要有適宜的氣孔率和足夠的機械強度，既要保證有良好的吸水性，又要有良好的耐用性能。模型的氣孔率應(yīng)在40%～50%，主要由水膏比例確定，水膏比例一般控制在1：（1.3～1.5）。模型的抗壓強度7MPa以上，抗折強度3MPa以上。模型不能過干和過濕，過干會導(dǎo)致坯體開裂，過濕造成不成坯。模型使用時須保持5%～13%的含水率。

（3）模型的工作內(nèi)表面要平整、光滑，無油跡、無雜質(zhì)和污物;對于大件模型，內(nèi)部應(yīng)放置鋼筋等物增強加固。

4.2泥漿

（1）流動性要好。即泥漿的粘度要小，能保證泥漿在輸送管道內(nèi)暢流并可分流到模型的各個部位。

（2）穩(wěn)定性要好。泥漿久置后不會沉淀出任何組分，泥漿各部分能較長時問保持組成一致，使注漿坯體的各部分組成均勻。

（3）適當?shù)挠|變性。泥漿在存放一定時間后粘度變化不宜過大，這樣泥漿就便于輸送和儲存，同時又要求脫模后的坯體不致于受到輕微振動而軟塌。注漿用泥漿的觸變性太大易稠化，不便澆注，而觸變性太小則生坯易軟塌，所以要有適宜的觸變性。

（4）含水量要少。在保證流動性的前提下，盡可能地減少泥漿的含水量，這樣可縮短注漿時間，增加坯體強度，降低干燥收縮，縮短生產(chǎn)周期，延長石膏模型的壽命。

（5）良好的濾過性。它是指泥漿中的水分能順利地通過附著在模型內(nèi)壁上的泥層而被模型吸收的能力。若泥漿濾過性太差，則成坯時間延長，容易粘模，并造成脫模困難。同時坯體內(nèi)部易分層溏軟，從而產(chǎn)生變形等缺陷。

（6）有足夠的強度。陶瓷坯體在生產(chǎn)過程中需經(jīng)過多次的搬運、裝卸，為防止坯體損壞，故需要有一定的強度，尤其是像衛(wèi)生瓷這樣的大件產(chǎn)品，更要求有較高的干坯強度。根據(jù)經(jīng)驗，衛(wèi)生陶瓷干坯強度應(yīng)在3.5MPa以上。

（7）泥漿中不含氣泡、不含雜質(zhì)。泥漿中含有大量的氣泡會導(dǎo)致成品出現(xiàn)棕眼、氣泡等缺陷，嚴重影響產(chǎn)品質(zhì)量。在泥漿加工及使用前，應(yīng)嚴格除鐵過篩（80目篩），并對其進行真空處理，在成形注漿時不要操之過急。

4.3電解質(zhì)

電解質(zhì)是泥漿加工生產(chǎn)中不可或缺的物質(zhì)，它可以調(diào)節(jié)泥漿的性能。泥漿中電解質(zhì)的加入量對泥漿的性能以及坯體的質(zhì)量有很大的影響。也就是說，電解質(zhì)對衛(wèi)生瓷的生產(chǎn)是否穩(wěn)定起到很重要的作用。目前我國衛(wèi)生陶瓷注漿泥用的電解質(zhì)主要還是水玻璃（NaSi3）和純堿（Na2C03）。兩種電解質(zhì)的特性是：水玻璃用量過大時，坯體脫模后硬化較快，坯體易開裂;純堿用量過大時，坯體脫模后則硬化較慢，內(nèi)外水分差別較大，坯體發(fā)軟易變形。

在我國北方，一年四季天氣溫度、濕度變化波動很大。在春季、秋季風較大，氣候干燥，在夏季溫度高，濕度大，在冬季寒冷刺骨。不像南方那樣具有得天獨厚的生產(chǎn)優(yōu)良條件。故北方衛(wèi)生瓷企業(yè)，一般隨季節(jié)變化，都是根據(jù)電解質(zhì)的特性，通過電解質(zhì)加入量來調(diào)節(jié)泥料的性能。春秋兩季空氣比較干燥，風也比較大，坯體干燥速度較快，易開裂，這時純堿的用量可以多一些，水玻璃用量可以少一些，減緩一下硬化開裂問題;夏季空氣濕度較大，雖然溫度較高，但坯體干燥速度并不快，故此時水玻璃用量可以多一些，純堿的用量可以少一些;冬季室內(nèi)溫度較低，不開窗戶濕度大，坯體脫模后硬化干燥較慢，易變形，故多加一些水玻璃，少加一些純堿。兩種電解質(zhì)的加入量一般不超0.6%。

4.4環(huán)境條件

注漿成形衛(wèi)生瓷的環(huán)境溫度一般控制在25℃～37℃為好，夜問的溫度可以適當提高一些，但最高也不能超過50℃，因為超過50℃，一方面坯體的表面干燥速度過快，而坯體內(nèi)部的干燥速度則相對較慢，造成坯體在干燥過程中內(nèi)外收縮不均，導(dǎo)致坯體出現(xiàn)大量開裂;另一方面溫度超過50℃，容易使石膏模過干、過熱粉化，而且石膏模形狀復(fù)雜，各部分干濕度不均，在成形過程中很容易造成吃漿過快以及成形后坯體開裂等缺陷。衛(wèi)生瓷注漿成形室的濕度一般控制在40%～70%為好，過高則坯體的干燥速度太慢，影響下道工序的正常進行;過低坯體干燥速度加快，收縮速度也在加快，容易產(chǎn)生開裂，特別是成形復(fù)雜的產(chǎn)品時，開裂更為嚴重。

注漿成形的坯體質(zhì)量對季節(jié)的變化比較敏感，特別是春秋季節(jié)對坯體成形影響最大。因為春秋季節(jié)風比較大，空氣又比較干燥，在這樣的條件下，如果不采取合理的措施，坯體在成形階段就造成大面積的開裂，嚴重影響成坯率。原因是風不可能均勻地吹到坯體的各個部位，造成坯體各部位干燥不均勻，局部收縮過快而產(chǎn)生開裂。因此，春秋季節(jié)坯體成形要注意以下問題：成形車間不能開窗戶，門上要掛門簾，避免外面的風直接吹到坯體上，必要時可以用塑料薄膜全部將坯體苫蓋起來，這樣在干燥過程中收縮均勻。春秋季節(jié)要經(jīng)常在成形室內(nèi)地面上噴灑一些水。噴水的目的是增加室內(nèi)的濕度。噴灑的水量要求剛進入春秋季節(jié)時少些，慢慢地增多;在接近夏季和冬季時慢慢減少，但要注意陰、雨天要少噴灑甚至不灑水。夏季風小、濕度較大，室內(nèi)不要噴灑水可以開窗戶。冬季一定要把窗戶縫糊好，門上要掛棉簾，以保持室內(nèi)溫度。