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石膏模型生产用脱模剂及石膏模型干燥问题(二)
来源 : 陶卫网     阅读 : 12481    作者 : 王同言    2018-06-23

本节是石膏模型生产用脱模剂及石膏模型干燥问题(一)第二部分:关于石膏模型干燥问题。


二、关于石膏模型干燥问题

1、模型干燥的目的

(1)形成毛细孔,满足模型工作性能

石膏模型最基本的特性是吸水。在卫生陶瓷注浆成形时,它吸收泥浆中的水分,形成一定外形的坯体。而模型的吸水,归根到底是由于模型本身毛细管自然推动力的作用,即模型内部的毛细孔(气孔)是产生毛细管自然推动力的根本原因。

制造石膏模型用的石膏粉是半水石膏CaSO4·1/2H2O。它是一种胶凝材料,与水混合后发生化学反应,生成二水石膏CaSO4·2H2O,同时放出一定的热量。石膏粉与水的化学反应仅需18.6%的水分,而模型生产中拌合用水80%左右。掺加多余水的目的是为了保证石膏浆体的流动性,适应注模操作要求。待到石膏浆体达到终凝时间硬化形成固体,多余的水就包含在模型固体内部。湿模型几乎不吸水,只有通过干燥,将模型内部的多余自由水排出,产生毛细孔,模型才具有使用价值和良好的吸水能力。而且模型气孔越多,越干燥,模型体积越大,其吸水能力越强。与此同时,随着模型的干燥,其机械强度也发展增大,以适应模型在制造、搬运、使用过程中的各种磕碰。


(2)延长模型使用寿命

湿模型不仅影响到正常使用和坯件质量,还使其内部网络结构受到严重破坏,影响使用寿命。因为模型吃浆时,水分(含有电解质Na2CO3、Na2SiO3)进入模型内部。若模型在较长时间内得不到及时有效干燥,渗入模型内部的泥浆电解质Na2CO3、Na2SiO3则与石膏模的CaSO4发生化学反应,形成的CaCO3、CaSiO3。这些物质为不溶物,会堵塞模型毛细孔,破坏毛细孔的结构,削弱毛细管力的作用,最终影响模型的吸水性能,减少其使用寿命。由于湿模型内部网络结构受到破坏,其机械强度也会急剧下降。而石膏模型由于强度低,在使用过程中因受到卡具外力以及自身重力的作用而易变形、下沉、漏浆,影响成形正常吃浆操作和坯体质量。


2、模型干燥机理

模型的干燥同陶瓷坯体的干燥有很多相似之处。例如,都是排出机械自由水,最终保持含有一定量的水分,以防止由于其吸湿膨胀产生裂纹缺陷,都是为了达到一定的强度,防止搬运中的磕碰、断裂,等等。

在模型干燥时,干燥介质热空气与模型以一定速度相接触,模型与热空气介质间同时进行着热交换和水分交换两个作用。模型的水分蒸发被热空气带走,同时降低模型表面的水分浓度,此时模型表面水分浓度与内部水分浓度形成一定的湿度梯度,内部水分就会扩散到表面来,力图使已破坏了的水分浓度平衡重新建立。只要干燥介质一直维持不饱和状态,这个过程一直进行下去。当模型中含有5%左右的水分时,模型干燥过程即告结束,形成我们生产中所需的气孔。


3、模型干燥过程

模型的干燥应包括从注模操作→干燥室(干燥窑)→成形使用各个阶段的干燥,即把模型干燥作为一个系统过程来考虑。这样,模型的干燥应分为三个阶段。


(1)注模时的干燥

石膏与水以一定比例混合后,发生化学反应。注入胎型(母模)的石膏浆经过25min左右达到终凝时间,硬化形成固体,同时模型放热,所放热量将模型中多余的水分以蒸汽的形式排出,模型表面温度可达40℃左右。尤其是在寒冷的冬季里,我们可以明显地看到热汽从模型表面散出,模型开始进行第一阶段的干燥,这一干燥过程将持续12h左右。另一点也可以证明模型的第一干燥过程:用玻璃钢胎型浇注模型时,模型从胎型中取出后,由于玻璃钢胎表面光滑、致密、不吸水,可明显地看到在玻璃钢胎表面有水珠出现,这是模型放热带出的水汽在胎型表面受压冷凝所致。但是,这一干燥过程排出的水分是少量的。


(2)模型在干燥室(干燥窑)的干燥

模型倒出后搬运到专用干燥室(干燥窑),开始进行第二阶段的干燥。这是模型干燥的主要过程,约排出模型中90%左右的水分。它以热空气或热烟气为热源,干燥室温度一般为40~60℃。模型干燥时间的长短(干燥周期)、干燥效果如何,将受到介质温度、湿度、风速的影响;模型干燥同时也与模型的摆放、体积大小、形状结构、厚度、含水量、开闭口有很大的关系。用于干燥模型的介质以低湿高温热源为好,故窑炉余热、热风炉烟气、暖风机交换的热空气为最佳热源。采用这种干燥方法,干燥介质温度高、湿度小,可以实现模型的快速干燥。


(3)模型在成形室的干燥

   卫生瓷成形注坯室的温度,规定白天为28~32℃,夜间为35~40℃,相对湿度为50~70%。对温湿度提出此标准要求,一方面是利于模型吃浆成形操作,干燥坯体;另一个主要作用是干燥模型,使模型尽可能地干燥,使其持续不断地完成模型寿命期内正常吃浆操作。同时成形室干燥温度又不宜太高,不能像模型干燥室那样达到40~60℃,因为还须照顾坯体的干燥。如果成形室温度太高,虽然对模型干燥有利,但会造成湿坯大量崩裂,另外对工人身心健康也不利。可见,湿坯的干燥与模型的干燥室一对矛盾。目前国内一些卫生陶瓷先进企业,将坯体干燥和模型干燥分别对待,分而治之,解决了这个问题。模型干燥和坯体干燥在两个空间内进行,达到了各自的效果,同时工人的劳动环境也得到了很大的改善。

干模型吃浆时,将开始含水率30%左右的泥浆,变成含水17%左右的泥坯,使泥浆失水13%左右,这些水主要进入模型内部。模型再使用,几乎就不吸水了,必须对模型进行干燥,使其第二天含水5%左右,才能保证正常使用。也就是说,模型白天成形时吃浆吸收的水分与其昼夜干燥排出的水分大体相等才能使模型频繁正常使用,才能延长模型使用寿命。实际情况往往不是这样,模型吸收的水分会大于其干燥排出的水分(导致模型含水量越来越高),这是我们平时看到的模型在使用期内吃浆时间越来越长,模型后期粉化达不到应有寿命的主要原因(当然也有前述电解质腐蚀模型的因素)。对模型干燥理想的要求是:模型初次上模使用前(第二个干燥阶段),就应一次干燥完全,不要把模型放到成形室去再干燥。否则,模型将达不到使用要求,也影响其使用寿命。


4、模型干燥应注意的问题

(1)若企业条件、时间、场地等许可,新倒出的模型可进行自然风干干燥,不用入干燥室(干燥窑)干燥,这样可节省能源,模型质量也有很好的保证。

(2)石膏模型的干燥温度最高不超过60℃。模型干后(含水率约5%),应立即关闭热源,打开门窗,开启排潮风扇,实施降温措施,使干燥室内温度缓慢降至环境温度,然后把干模型运走。若模型干后仍在干燥室存放、干燥,易导致粉化报废。

(3)根据模型体积大小、形状结构等掌握模型的干燥时间。一般闭口的、大件、结构复杂模型的干燥时间长些(一般在20d左右),而敞口的、小件、结构简单模型的干燥时间短些(一般在10d左右)。

(4)根据经验,模型干燥室内的温度冬季要比夏季低些。在冬季,成形上模型前,至少提前2~3h关闭热源,打开屋门,实施降温。当模型干燥室内外温差小于20℃时,将干模型从干燥室内运出时,才不致引起模型的炸裂。

(5)模型干燥时应摆放整齐,底部垫平垫好,防止模型挤压。大件模型尽量单摆单放,确因场地受限,码放不要超过两层。

(责任编辑/唐永谊)

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