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描述石膏粉物理性能的技术参数

来源:陶卫网

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作者:王同言

日期:2018-01-11

石膏粉(也称熟石膏粉或半水石膏粉,下同)是陶瓷生产中重要的辅助材料,用于制作成形生产用石膏模型。其有显著的特点:与水按一定比例混合搅拌后,浆体有流动性。经过一定时间后,浆体开始稠化直至凝固,形成一定形状的固体件。固体件干燥后,有一定的强度和硬度,能够吸水。当固体件吸水饱和后,就不能再吸水。若对固体件再干燥,它又恢复吸水的能力。固体件磕碰后易产生裂纹甚至断裂,从而报废。了解石膏粉的这些特性,生产中有现实的意义。可用一些物理性能技术参数来描述石膏粉的特性,比如标准稠度、凝结时间、抗折强度、结晶水含量、膨胀率等等(注:一些是石膏粉本身的参数,一些是石膏粉做出的石膏模型的参数)。下面分别简介。

1 标准稠度

也叫标稠用水量或标稠混水量。它是指100份半水石膏粉,使它获得标准流动性(试片直径200±5mm)所需要的加水量,用百分数表示。它是描述半水石膏粉性能的一项很重要的指标,是对比石膏粉质量、描述半水石膏粉其它性能指标的基础(对比石膏粉的性能应在同样的稠度下进行)。但此指标不是我们大生产中做模型的混水量,实际情况要比它大。α-半水石膏的标准稠度较小,一般在45~55%,而β-半水石膏标准稠度较大,一般在70~80%。通过检测半水石膏粉的标准稠度,可初步区分石膏粉的晶型(种类)以及判断石膏粉质量的优劣。

2 细度

它也是描述半水石膏粉性能的一项重要的指标。其关系到半水石膏在水中的凝结速度,也关系到模型的强度、表面硬度以及光洁度。表示细度的方法有目数(筛余量百分数)、颗粒级配、比表面积。一般情况下,石膏粉的细度越细,其颗粒的比表面积大,与水的接触面积大,在水中的溶解速度也加快,与水结合后反应充分,石膏浆的凝结速度加快,形成的网络结构多,则模型强度高,但吸水率相应降低。β石膏粉的细度粗糙,一般在80~90目,模型强度较低;而α石膏的细度细,一般在120~180目,模型强度较高。目前国内陶瓷生产做模型用的石膏粉一般在100~120目,最高不超过180目。而国外使用的石膏粉的细度在180~250目。

3 凝结时间

凝结时间是半水石膏粉很重要的一项性能指标。凝结时间包括初凝时间和终凝时间。初凝时间是在标稠用水量下,从石膏粉撒入水中至石膏浆失去流动性开始变稠时所经过的时间;终凝时间是在标稠用水量下,从石膏粉撒入水中到石膏浆体固化时所经过的时间。石膏粉凝结时间的标准是:在标准稠度下,一般初凝时间不小于6min,终凝时间不大于25min。适宜的凝结时间是石膏粉在生产中正常使用的必要条件。在实际生产中我们希望初凝时间长一点、终凝时间短一点为好。初凝时间过短或终凝时间过长都不好,都会影响生产。

4 强度

模型的机械强度是关系到其使用寿命的重要性能指标。模型(石膏粉)的强度指标有抗折强度、抗压强度和抗拉强度。抗折强度是描述模型强度常用的主要指标。一般检测抗折强度,有2h湿抗折强度强度和40℃干燥抗折强度。2h湿抗折强度,是指石膏粉从放入水中算起,2h后在抗折仪上测试的强度;40℃干燥抗折强度,是试样在40±4℃电热鼓风干燥箱中干燥至恒重后测试的抗折强度。β石膏粉的湿抗折强度一般2.7Mpa以上, 干燥抗折强度一般5Mpa以上;α石膏粉的湿抗折强度一般4Mpa以上, 干燥抗折强度一般6Mpa以上。

5 结晶水含量

石膏粉是一种结晶混合物,由于炒制工艺的不同,其内会含有生石膏(CaSO4·2H2O)、半水石膏(CaSO4·0.5H2O)和无水石膏(CaSO4,也称过烧石膏)。在炒制过程中欠火发嫩有生石膏,或者火大、炒制时间过长造成过烧有无水石膏,这都影响石膏的凝结时间,影响生产正常使用。有时由于石膏粉放置时间过长受潮,也影响正常使用。通过测定结晶水的含量,可判断石膏粉质量的优劣。一般合格的石膏粉结晶水的含量在5.2%~6.2%。

6 表面硬度

石膏模的表面硬度直接影响到其使用寿命和坯体的质量。因为模型在使用中不断地挤压、擦模、泥浆侵蚀,会使工作面磨损,出现麻面,导致模型报废。测量模型表面硬度的方法有划痕硬度法和耐磨耗性两种。划痕硬度是在测量尺寸稳定性后,用划痕硬度试验机,测定荷重50g时被划起伤痕的幅度,数值愈小,表示材料的表面硬度愈高。耐磨耗性是在测量尺寸稳定性后,将其试体表面往复平磨30次,测定其重量减少率,数值愈小,说明试样的表面硬度愈高。一般石膏模在标准稠度下的划痕硬度在0.21mm左右,耐磨耗性在13.4%左右。

7 吸水率

吸水率是石膏模型的一项很重要的性能参数。它是模型吃浆能力的反映。吸水率是石膏模吸收水的重量与干石膏模重量之比,用百分数表示。吸水率指标主要与混水量(膏水比)有直接的关系。石膏粉的混水量愈大,则模型干燥后形成的气孔愈多,吸水率愈大。卫生陶瓷注浆模型的吸水率一般在40~48%。模型的气孔种类有开口气孔和封闭气孔。模型的吸水率主要与模型的开口气孔率有关,成正比关系。

8 扩散系数

石膏模型的开口气孔率只能说明模型的吸水量,与成坯速度没有直接的关系。扩散系数是表示在单位时间内泥浆中的水在模型中扩散的面积,用Dg表示。注浆过程中成坯重量与模型的扩散系数有一定的函数关系。模型的扩散系数大,成坯重量反而降低;模型的扩散系数小,反而形成较厚的坯体。这是因为扩散系数很大时,在模型的内表面很快形成一层致密的坯层,减缓泥浆中的水继续迁移脱水成坯;而扩散系数小一些时,此脱水过程进行的不强烈,坯体表面一直保持其多孔性,不影响内层水的渗透和成坯。石膏模型的扩散系数影响坯体最外层的透水能力,从而影响坯体的成坯速度。

9 膨胀率

膨胀率也是石膏粉的一项很重要的技术参数。石膏的膨胀在生产中是有害的因素,严重时会影响注模生产,损坏模型和母模胎型,造成模型漏浆、变形和尺寸的变化。 实际生产中我们希望石膏粉的膨胀率越小越好。一般质量较好的注浆模型用石膏粉膨胀率在 0.2%以下,而原模母模用石膏粉膨胀率0.06%以下。

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