衛(wèi)生陶瓷制造中高壓樹脂模具的應(yīng)用測試

陳澤峰

（佛山市恒潔衛(wèi)浴有限公司，佛山 528137）

1 前言

高壓注漿工藝是壓力注漿成形工藝的一種，主要被應(yīng)用于各種大型陶瓷衛(wèi)浴的生產(chǎn)過程，從具體的操作性質(zhì)上分析，高壓注漿屬于壓濾過程，它依靠對(duì)模具施加足夠的壓力，將液體滲析出來。在實(shí)施高壓注漿過程中，需要一種具有良好過濾性的模具，因此采用高壓注漿制作衛(wèi)生陶瓷用品的廠家會(huì)選擇多孔樹脂模具，在制作衛(wèi)生陶瓷過程中，生產(chǎn)人員對(duì)泥漿施加壓力，讓水分快速向模型擴(kuò)散、滲透、貫穿和排除，得到擁有良好厚度和理想強(qiáng)度的坯件，模具的材質(zhì)和性能在此過程中成為決定坯件厚度和強(qiáng)度的關(guān)鍵，所以在衛(wèi)生陶瓷生產(chǎn)中開展樹脂模具的檢測分析就十分重要。

2 樹脂模具的優(yōu)勢和要求

傳統(tǒng)注漿成形工藝一般選用石膏模具制作坯件，石膏模具的表面光滑度低，粗糙且不耐用，在陶瓷用品的制作難以制作出質(zhì)量佳、美觀度高的成品。為了提升衛(wèi)生陶瓷的美觀度和耐用度。部分廠商會(huì)選擇以電鍍銅的做法增加模具表面的光滑度，在石膏模具鍍銅后，表面的光滑度會(huì)得到提高，這種銅鍍模具更耐用，成品的質(zhì)量也更好。但銅鍍模具的制作工期過長，需要投入的人力成本和經(jīng)濟(jì)成本更高，且衛(wèi)生陶瓷為生活用品，使用銅鍍模具可能導(dǎo)致重金屬和酸性氣體殘留在坯件內(nèi)，對(duì)購置衛(wèi)生陶瓷用品的消費(fèi)者造成身體健康上的影響[1]。

為了確保注漿成形的過程更高效、成品更綠色健康、投入成本更低廉，當(dāng)前陶瓷廠家開始廣泛選擇樹脂模具作為生產(chǎn)衛(wèi)生陶瓷的主要模具。和石膏模具、銅鍍模具相比，樹脂模具的優(yōu)勢性明顯，在模具硬度上，樹脂模具優(yōu)于石膏模具，所以其耐用性要遠(yuǎn)強(qiáng)于石膏模具，且因?yàn)槠洳馁|(zhì)是樹脂，所以不會(huì)出現(xiàn)石膏一樣的掉粉問題。且樹脂模具也不像銅鍍模具一般含有金屬，對(duì)消費(fèi)者的健康影響較小，并且省去電鍍環(huán)節(jié)后，需要投入的人力成本和經(jīng)濟(jì)成本也更低。

樹脂模具對(duì)于溫度較為敏感，要求模具材料和構(gòu)件的熱膨脹系數(shù)盡量達(dá)成一致，如果無法保證構(gòu)件匹配，那么最終生產(chǎn)的衛(wèi)生陶瓷可能會(huì)發(fā)生嚴(yán)重變形，且尺寸的穩(wěn)定性會(huì)非常差，因此好的樹脂模具，要求模具表面要足夠光滑平整，生產(chǎn)人員在翻模過程中需注意檢查模具的密實(shí)程度，注意模具有無裂縫和針眼，如果模具存在裂縫和針眼，就有高概率引起陶瓷成品的開裂，讓產(chǎn)品質(zhì)量受到嚴(yán)重影響。除了溫度外，模具還要有足夠的剛度和強(qiáng)度，如洗面器、大便器等衛(wèi)生陶瓷制品的重量較大，對(duì)模具的承重要求較高，所以樹脂模具要具備承受自重、制件重量、生產(chǎn)震動(dòng)和活載荷的組合作用。

最后，樹脂的耐熱性相比材料較差，易在加熱固化階段發(fā)生起拱和變形問題，影響產(chǎn)品質(zhì)量，因此在選擇樹脂模具時(shí)要注意查看材料構(gòu)成，含水率大的樹脂容易收縮變形，會(huì)對(duì)陶瓷成品的質(zhì)量造成影響，樹脂的受力節(jié)點(diǎn)結(jié)合不嚴(yán)，容易在高壓狀態(tài)下產(chǎn)生位移變形，樹脂過薄容易鼓泡，以上等問題要會(huì)對(duì)陶瓷成品帶來質(zhì)量影響。所以在樹脂材料選擇時(shí)，要注意材料的熱傳導(dǎo)性和熱穩(wěn)定性，樹脂模具必須要有足夠理想的耐熱性，才能避免因?yàn)榧訜岫霈F(xiàn)固化變形，影響到衛(wèi)生陶瓷制品的最終質(zhì)量[2]。

3 樹脂模具的結(jié)構(gòu)與制作

用于高壓注漿的樹脂模具在結(jié)構(gòu)上分成樹脂層、填充保護(hù)層、填充層等三層，樹脂層由樹脂組成，填充保護(hù)層和填充層由石頭和水泥組成，樹脂模具的具體工藝流程如圖1所示。

圖1 樹脂模具的制備流程

在樹脂模具的制作中，生產(chǎn)人員首先各種固化劑、稀釋劑和乳狀樹脂聚合物進(jìn)行均勻且充分的攪拌，然后預(yù)埋設(shè)導(dǎo)水細(xì)管，并將流動(dòng)性較為出色的乳狀漿料向母模進(jìn)行注入，通過室溫作用，注入的乳狀漿料充分發(fā)生聚合反應(yīng)，逐漸固化，最終成為了擁有均勻分布微孔的塑料模，將塑料模用機(jī)械加工進(jìn)行處理，得到最后的成品，即高壓注漿模具[3]。

整個(gè)過程中對(duì)制備工藝要求甚高，如果操作不當(dāng)會(huì)導(dǎo)致大量不規(guī)則氣孔的出現(xiàn)，這些氣孔不僅會(huì)影響樹脂模具的外觀，且會(huì)對(duì)樹脂模具的使用壽命造成影響。樹脂模具的質(zhì)量好壞和操作方式有密切關(guān)聯(lián)，在制備樹脂模具的過程中，生產(chǎn)人員要注意攪拌的力度、溫度控制以及填料用量等等[4]。溫度控制是樹脂模具制備中的關(guān)鍵點(diǎn)，樹脂模具的材料形成和溫度的關(guān)聯(lián)較大，為讓物料能夠具備流動(dòng)性，且同時(shí)還能夠利于反應(yīng)的發(fā)生和進(jìn)行，生產(chǎn)人員就要嚴(yán)格必須保證室溫的合理性，如果溫度控制不當(dāng)，會(huì)導(dǎo)致模具的氣孔過大，在注漿過程中，泥漿就會(huì)滲透到模具內(nèi)，對(duì)模具的使用壽命帶來嚴(yán)重?fù)p害[5]。除了溫度控制外，攪拌亦是生產(chǎn)人員需要重視的環(huán)境，由于表面活性劑對(duì)于乳液只有穩(wěn)定而無分散作用，所以水并不會(huì)因?yàn)楸砻婊钚詣┑募尤攵稚⒌綐渲?，加之樹脂材料的粘度極大，更降低了水的分散度。為了實(shí)現(xiàn)液體的良好分散，生產(chǎn)人員必須采用強(qiáng)力攪拌的手法促進(jìn)液體在物料體系內(nèi)分散開。模具的孔結(jié)構(gòu)和孔數(shù)量均由攪拌的充分度與均勻性決定，生產(chǎn)人員的攪拌越充分、越均勻，孔結(jié)構(gòu)和孔數(shù)量越理想[6]。

4 樹脂模具的物理性能應(yīng)用測試與成分檢測

為測試樹脂模具的物理性能，隨機(jī)從生產(chǎn)一線抽取3份樣本，對(duì)樣本的主要性能指標(biāo)加以檢測，最后的結(jié)果如表1所示。

從表1所示的數(shù)據(jù)可以發(fā)現(xiàn)，樹脂模具的氣孔率平均值、吸水率、體積密度和抗折強(qiáng)度的平均值分別在36.16%、32.48%、1.11g/cm3和8.66MPa。

表1 樹脂模具的物理性能

用液相色譜對(duì)樹脂模具進(jìn)行化學(xué)組成測試，色譜選擇規(guī)格100mm×3.0mm，2.6μm的苯基色譜柱，測定中的流速為0.5mL/min，柱溫40℃，進(jìn)樣量2μL。質(zhì)譜選擇正離子模式，離子源溫度為500℃，建立MS/MS譜庫，在針泵下直接進(jìn)樣，配制好所有目標(biāo)物的單標(biāo)準(zhǔn)溶液，選用針泵直接進(jìn)樣，在確定了樹脂模具樣品的母離子以及子離子的質(zhì)荷比后，對(duì)去簇電壓和碰撞能量等參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化處理，最終建立樹脂模具的MRM分析方式，并用溶劑對(duì)樹脂模具的成分進(jìn)行提取，觀察提取效果，結(jié)果如表2所示。

表2 樹脂模具的化學(xué)組成（%）

從表2可見，樹脂模具的主要成分是有機(jī)樹脂和無機(jī)填料，前者與后者的比例為36:64，在陶瓷制品的生產(chǎn)中，比較常見的有機(jī)樹脂有兩種，一種是丙烯酸酯類樹脂，另一種是環(huán)氧樹脂，丙烯酸酯類樹脂根據(jù)自身的結(jié)構(gòu)和成膜機(jī)理，一般被分為熱塑性丙烯酸酯類樹脂和熱固性丙烯酸酯類樹脂。丙烯酸酯類樹脂的耐光性較好，且老化較慢，使用壽命較長。熱塑性丙烯酸酯類樹脂的干燥快、耐水性好，在高壓注漿過程因?yàn)樗酀B透造成制品質(zhì)量問題的幾率較少，熱塑性丙烯酸酯類樹脂的結(jié)構(gòu)帶有官能團(tuán)，耐溫性較好，模具材料和構(gòu)件的熱膨脹系數(shù)達(dá)成一致的概率較高，不容易出現(xiàn)變形問題[7]。環(huán)氧樹脂的結(jié)構(gòu)帶有至少兩個(gè)環(huán)氧基團(tuán)的有機(jī)高分子化合物，它的耐溫性、耐水性相對(duì)不如丙烯酸酯類樹脂，但其制造周期短、成本相比丙烯酸酯類樹脂更低，除性價(jià)比的優(yōu)勢外，環(huán)氧樹脂模具的重量也比丙烯酸酯類樹脂模具更輕，且材料的來源相當(dāng)充分，模具的設(shè)計(jì)不能只考慮到剛度和強(qiáng)度，還要站在生產(chǎn)運(yùn)營的角度綜合性思考模具的運(yùn)輸方便性、可加工性、維護(hù)成本等，環(huán)氧樹脂模的成本低，比之丙烯酸酯類樹脂也更易于加工，另外其老化性能雖然不如丙烯酸酯類樹脂，但維護(hù)和維修都更加方便，可以通過人為檢修的方式延長模具的使用壽命，所以一般的樹脂模具都是選用環(huán)氧樹脂[8]。

樹脂模具的填料有無機(jī)填料和有機(jī)聚合物填料之分，無機(jī)填料的價(jià)格相比有機(jī)聚合物填料更低，且對(duì)減少收縮的效果也比有機(jī)聚合物填料更明顯，所以樹脂模具一般選用無機(jī)填料。但無機(jī)填料對(duì)于高壓注漿成形中的料漿流動(dòng)性會(huì)帶來負(fù)面作用，用量過高會(huì)阻礙料漿流動(dòng)，影響生產(chǎn)，故對(duì)于無機(jī)填料要盡可能克制使用[9]。

5 樹脂模具高壓注漿測試

根據(jù)SEM測試結(jié)果獲得樹脂模具的斷面圖，從圖2和圖3可見，

圖2 樹脂模具表面

圖3 樹脂模具斷面

從圖2和圖3中可見發(fā)現(xiàn)，樹脂模具的斷面是多氣孔狀，樹脂模具的表面光滑度很高，但依然會(huì)有氣孔，在高壓注漿過程中，這些氣孔導(dǎo)致了泥漿進(jìn)入樹脂膜，影響到了模具的使用壽命。為了避免泥漿滲透樹脂膜內(nèi)部的現(xiàn)象出現(xiàn)，應(yīng)當(dāng)注意在高壓注漿成形時(shí)的溫度、攪拌速度控制，以保證模具的正常使用，避免模具老化過快。

6 結(jié)語

為了節(jié)約不斷上漲的陶瓷成本，當(dāng)前的衛(wèi)生陶瓷制品在生產(chǎn)中多采用高壓成形技術(shù)。高壓成形技術(shù)通常選擇樹脂材料制備模具。為了保障樹脂模具的規(guī)范和性能指標(biāo)的合理，對(duì)樹脂模具進(jìn)行了檢測，從檢測結(jié)果來看，高壓樹脂模具的物理性能較為理想，適用于高壓注漿成形。但是，這類模具的表面存在氣孔，在注漿中容易導(dǎo)致水泥的滲透，影響到模具使用壽命，所以需要注意對(duì)樹脂模具的按時(shí)清洗，避免發(fā)生老化過快，導(dǎo)致模具成本暴增的問題。