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    说说石膏膨胀问题 模型问题

在陶瓷注浆成形生产中，都会用到石膏模型。石膏与水混合反应后凝固，制得石膏模型，同时会产生微小的膨胀，这种膨胀对注模生产和模型质量是不利的。在陶瓷生产中，因石膏的膨胀造成模型变形、漏浆甚至模型报废影响生产的情况时有发生。过去，由于人们认识的局限性以及对石膏模型质量要求不严，对石膏膨胀问题没有引起重视。现如今，由于陶瓷工艺技术进步，对石膏模型质量、精度提出了严格要求，才对石膏膨胀问题引起了重视。因此，研究石膏膨胀问题，对同行企业会有一定的指导意义。

1.石膏膨胀机理

石膏产生膨胀的机理目前有以下两种说法：（一）在石膏炒制加工过程中，由于二水石膏加热脱水的温度控制不严，特别是炒制加工时的搅拌不均匀，有部分二水石膏因温度过高继续脱水变成了无水石膏（也叫过烧石膏或硬石膏），这些无水石膏活性大，在水化时很快由斜方晶系转化为单斜晶系，产生微量的体积膨胀。（二）从石膏溶解凝固理论来看，在石膏模型制造过程中，当半水石膏与水混合时，石膏与水产生水化作用，同时产生放热反应，它随时间的延长而温度升高。这是因为在半水石膏的饱和溶液中有晶芽不断生成，最后晶芽连生长成二水石膏晶体并且随之放出水化热而产生膨胀。

2.石膏膨胀特性

（1）石膏水化膨胀的大小与注模时用的水和石膏的比例（即水膏比）有关。石膏的用量越大，膨胀率也越大。另外，膨胀随时间的延长而增大。

（2）石膏水化膨胀的大小与石膏种类有关。据生产实际经验体会，单独用α半水石膏浇注的模型强度虽然高，但其膨胀率大，模型易出现变形、开缝和裂纹，其主要原因是水和石膏的比例大。实际生产中使用α半水石膏时，水和石膏的比例一般为1:1.3～1:1.4为宜。

我们用β半水石膏浇注模型时，水和石膏的比例一般为1:1.16～1:1.2，膨胀率较小，但模型强度偏低。生产实际中，我们希望模型强度高，又要膨胀率小。如果将α和β两种半水石膏混合使用，就有较好的效果。当α和β两种半水石膏各以50%混合使用，水和石膏比例为1:1.25时，其干抗压强度可达到12mpa，膨胀率得到明显降低。因此，为提高模型质量、强度，又要求膨胀率低，α和β两种半水石膏混合使用最为理想。

（3）石膏水化膨胀的大小与是否使用缓凝剂有关。在没有加缓凝剂的情况下，水与石膏的水化反应快，所有半水石膏在2h内一般都转变为二水石膏，同时伴随着热量的产生，造成膨胀。使用缓凝剂后，水与石膏的水化反应慢，减慢半水石膏的溶解速度，半水石膏转变为二水石膏的时间长，石膏热量产生的也慢，石膏的膨胀小。同时，加入缓凝剂有利于增加结晶溶液的密度，对提高模型强度和质量有良好的作用。

目前，在陶瓷生产中，无论是日用瓷塑压成型，还是卫生瓷的组合浇注一次成型，由于对模型质量（膨胀率、尺寸）要求的很严格，都要求石膏模型有很小的膨胀率和微小的尺寸变化，故对石膏粉提出了更加严格的要求。国内一些先进的石膏粉生产厂家，通过研究，性能优良的高强度石膏粉、超高强度树脂石膏粉和k型粉应运而生，用于制作原模、母模以及复杂的石膏模型。国内先进厂家生产的石膏粉，可替代进口，且价格仅为进口的二分之一。最主要的是这些石膏粉的膨胀率很小，一般模型用石膏粉的膨胀率在0.2%以下，原模、母模用石膏粉的膨胀率控制到了0.06%以下，满足了目前陶瓷成形生产新工艺的要求。

3.石膏膨胀对模型的危害

我们在制作模型和胎型时，所使用的石膏粉都不希望它有很大的膨胀，但实际情况不是这样。实际生产表明，由于在制作模型和胎型时为了增加强度，往往采用提高石膏粉加入量的方法。这种方法确实提高了模型强度，但同时也增大了石膏水化膨胀率。在这种情况下，浇注模型时，很容易把母模胀坏。或者模型掉角，或者模型不能顺利从母模中取出。或者做出的模型不好安装、变形等，使用中漏浆，严重时造成模型报废。以卫生瓷模型为例，膨胀对模型造成以下具体危害：

（1）坐便器类帮模、底模对口处不吻合，模型制造组装时合模困难，或者模型从中间部位断裂，或者出现缝隙，成形注浆时漏浆严重。

（2）坐便器模型圈翘起，对口处不严不实，有缝隙，内表面棱角处有裂。

（3）水箱、水箱盖模型对口不严。面具类模型内表面有裂纹。

（4）注模时易把母模胀坏，或者模型不易从母模中取出，损坏模型、胎型。

因此，在浇注模型或制作母模胎型时，石膏粉的水化膨胀特性不容忽视。对所用石膏粉的膨胀率必须及时取样检测，掌握参数情况，确保所用石膏粉产地和质量的稳定，才能保证胎型、模型的质量。

4.影响石膏膨胀的因素

影响石膏膨胀的因素很多，主要有石膏粉的种类、水膏比例、搅拌方法、转速、搅拌时间、水温等。

（1）石膏粉种类

我们选用普通β石膏粉、α高强石膏粉以及α与β混合粉（各占50%），采用混水量80%（水膏比1:1.25）不变，其它外部环境条件相同，进行了实验。实验检测结果显示，以α石膏粉的膨胀率最大，β石膏粉和混合粉的膨胀率较小而且接近。

（2）水膏比

保持搅拌时间以及其它外部环境条件不变。当混合水量增加，即当水膏比增大时，石膏的膨胀率变小。反之，当混合水量减少，即当水膏比变小时，石膏的膨胀率变大。

（3）搅拌方法

石膏的搅拌方法有手工搅拌、机械搅拌和真空搅拌三种。保持混水量75%（水膏比1:1.33）以及其它外部条件不变，手工搅拌时膨胀率最大，机械搅拌次之,真空搅拌时最小。

（4）搅拌机转速

在混水量80%（水膏比1:1.25）以及其它外部环境条件不变的情况下，搅拌机转速越高，则膨胀率越大。原因是由于随着搅拌速度的增加，石膏与水的反应加快,导致膨胀率增大。

（5）搅拌时间

在混水量75%（水膏比1:1.33）及其它外部环境条件不变的情况下，随着搅拌时间的延长，膨胀率增大。

（6）水温

在混水量60%（水膏比1:1.67）及其它外部环境条件不变的情况下，随着水温的升高，膨胀率降低。

除以上影响因素外,如本文前面所述，石膏膨胀率的大小与是否使用缓凝剂有关。在其它外部环境条件不变的情况下，未使用缓凝剂时，石膏的膨胀率大。使用缓凝剂时，石膏的膨胀率小。还有，石膏含杂质越多，膨胀率越小。石膏越纯净，膨胀率越大。

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