衛(wèi)生陶瓷模具石膏性能劣化機制及耐用性研究.pdf

1、衛(wèi)生陶瓷制品具有體積龐大、形狀復(fù)雜、表面光潔的特點，因此工業(yè)中主要采用注漿成型工藝。石膏模具具有吸水率高、復(fù)制線條優(yōu)美、價格低廉、綠色環(huán)保等優(yōu)點，而成為注漿工藝中主要使用的多孔模具。然而，我國石膏模具面臨石膏礦品位低、模具制備及注漿過程機械化程度低、工作環(huán)境惡劣等現(xiàn)狀，因此模具石膏性能（吸水性能、力學(xué)性能、耐水耐溶蝕性能、表觀狀態(tài)）在注漿循環(huán)過程中嚴(yán)重劣化。另外，我國衛(wèi)生陶瓷行業(yè)缺乏相關(guān)的模具石膏質(zhì)量評定標(biāo)準(zhǔn)。因此，我國石膏模具使用壽命

2、僅為60～70次，直接造成企業(yè)沉重的經(jīng)濟負(fù)擔(dān)，并引起我國石膏資源的極大浪費，不利于我國陶瓷行業(yè)的可持續(xù)發(fā)展。因此明確模具石膏性能劣化機制，提高模具石膏耐用性能，建立規(guī)范的性能控制指標(biāo)，延長石膏模具使用壽命是我國陶瓷行業(yè)需要迫切解決的核心問題。
　　本文將理論與應(yīng)用統(tǒng)一結(jié)合，系統(tǒng)研究了模具石膏耐用性能在注漿過程中的周期性劣化規(guī)律，深入分析了耐用性能劣化機制，在此基礎(chǔ)上初步建立了模具石膏性能控制指標(biāo)。進一步開展了模具石膏增強改性技術(shù)研

3、究，并通過技術(shù)復(fù)合優(yōu)化制備新型耐用型石膏模具，最終通過工程應(yīng)用對新型耐用型模具石膏進行綜合性能評定。
　　模具石膏吸水性能、力學(xué)性能、耐水耐溶蝕性能及表觀狀態(tài)均隨注漿循環(huán)周期延長而逐漸下降。模具石膏在前40個注漿周期內(nèi)性能較為穩(wěn)定，吸水率約43.50％、飽水抗折強度約1.62 MPa、軟化系數(shù)約0.31、溶蝕率1.50%；40個使用周期后模具石膏性能迅速下降，但仍能滿足注漿要求；60個使用周期時模具石膏吸水率、飽水抗折強度、軟化系

4、數(shù)分別為38.65%、1.41 MPa、0.24，較初始性能降低幅度分別高達13.06%、31.60%、33.33%，溶蝕率增至3.65%，同時模具石膏表觀狀態(tài)嚴(yán)重惡化，此時模具石膏已無法滿足注漿工藝要求而報廢。
　　水及電解質(zhì)的溶蝕作用是導(dǎo)致模具石膏力學(xué)性能、耐水耐溶蝕性能及表觀狀態(tài)下降的主要原因。水的溶解作用導(dǎo)致石膏基體內(nèi)部晶體有效搭接程度降低，晶體結(jié)構(gòu)更加疏松。陶瓷泥漿中的電解質(zhì)與石膏作用進一步加劇了模具石膏的溶蝕破壞。另外

5、，泥漿微細顆粒對硬化體內(nèi)部孔隙的堵塞作用又導(dǎo)致了模具石膏吸漿性能的下降。
　　針對馬桶、洗臉臺、浴缸、便池、蹲便器所用石膏模具，結(jié)合工廠調(diào)研及實驗?zāi)M數(shù)據(jù)統(tǒng)計分析，初步統(tǒng)一建立模具石膏滿足注漿成型的性能指標(biāo)：吸水率≥37.89%、飽水抗折強度≥1.41 MPa、軟化系數(shù)≥0.23、溶蝕率≤3.63%，當(dāng)其任一性能不滿足上述指標(biāo)要求時，建議石膏模具報廢。
　　較佳的成型工藝是制備高質(zhì)量模具石膏的先決條件。水膏比增大有利于改善模

6、具石膏吸水性能，但對力學(xué)性能不利；較低的拌合水溫度會降低半水石膏水化速率，較高的水溫又不利于石膏模具的成型，且導(dǎo)致二水石膏晶體粗化，晶體結(jié)構(gòu)疏松；攪拌時間小于1min，漿體攪拌不均勻，過長的攪拌時間則會破壞二水石膏網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)；提高攪拌速度有利于石膏硬化體強度的發(fā)展。最佳成型工藝條件為水膏比1:1.3～1:1.4，水溫15～20℃、攪拌2 min、攪拌速度1000 r/min。
　　聚羧酸減水劑在石膏顆粒表面吸附降低了半水石膏同稠度需

7、水量，使硬化體孔隙率降低，孔徑細化，力學(xué)性能提高，但吸水率不同程度地降低。為保證模具石膏吸水率滿足注漿要求，并獲得優(yōu)良的力學(xué)性能，推薦聚羧酸減水劑摻量0.20%；聚丙烯纖維改善模具石膏彎曲韌性及耐水性能作用顯著，纖維長徑比400、摻量0.04%條件下，模具石膏抗折強度、軟化系數(shù)分別提高18.02%、44.44%；硅酸鹽水泥、鋁酸鹽水泥、硫鋁酸鹽水泥與石膏復(fù)合均可生成由二水石膏晶體、鈣礬石、C-S-H凝膠/鋁膠等產(chǎn)物構(gòu)成的致密晶膠結(jié)構(gòu)，二

8、水石膏晶體接觸點減少，模具石膏抗彎性能及耐水耐溶蝕性能大幅提高，鋁酸鹽水泥摻量6%，模具石膏飽水抗折強度提高28.03%，耐水性能提高13.79%；石英砂細度100～40目、摻量10%范圍內(nèi)，可大幅提高模具石膏耐磨損性能。
　　論文提出了鹽溶液改性提高模具石膏耐溶蝕性能新技術(shù)，對模具石膏以0.15 mol/L草酸鈉溶液浸泡處理2 h，可有效提高其耐水耐溶蝕性能。改性后石膏硬化體軟化系數(shù)提高16.67%，同時溶蝕率由2.09%大幅降

9、低至0.33%。草酸鈉與石膏反應(yīng)生成難溶性CaC2O4·H2O，CaC2O4·H2O晶體大量覆蓋在模具石膏表面，形成厚度約為50～60μm的難溶鹽覆蓋膜，大幅削弱了水對二水石膏的溶解，進一步阻礙了電解質(zhì)溶液的腐蝕破壞，是石膏硬化體耐水耐溶蝕性能顯著增強的本質(zhì)原因。草酸鈉溶液改性雖使模具石膏吸水性能略有降低，但完全不影響注漿工藝要求；
　　在單因素改性研究的基礎(chǔ)上，優(yōu)化新型耐用型模具石膏工藝參數(shù)：水膏比0.72、攪拌2 min、攪拌

10、速度1000 r/min，同時復(fù)摻鋁酸鹽水泥6%、聚丙烯纖維0.04%、聚羧酸減水劑0.20%。制備石膏模具，脫模后經(jīng)0.15 mol/L草酸鈉溶液涂刷得到新型耐用型石膏模具。注漿模擬結(jié)果表明新型耐用型石膏模具耐用性能大幅提高，劣化緩慢，循環(huán)使用60周期后其吸水率、飽水抗折強度、軟化系數(shù)分別為45.00%、1.57 MPa、0.31，較初始值降低8.08%、28.31%、27.91%，溶蝕率僅為2.67%。與原石膏模具對比，耐用型石膏模