鄒才學(xué)

1引 言

石膏是制作石膏模型的主要材料，石膏質(zhì)量關(guān)系到模型質(zhì)量，石膏模型質(zhì)量關(guān)系到成形的半成品和成品的質(zhì)量。因此，幾乎所有的衛(wèi)生瓷企業(yè)都非常重視石膏粉的質(zhì)量。衛(wèi)生潔具的結(jié)構(gòu)造型比日用瓷或藝術(shù)瓷復(fù)雜，體積也要大，所以決定了此行業(yè)所使用的石膏粉既要保證翻制出的石膏模型具有一定的濕模強度和干燥強度，還要保證有合適的吸水性，而且在使用過程中特別是使用后期沒有粉化脫落的現(xiàn)象，最主要是能生產(chǎn)出開裂少、表面平整、變形小的產(chǎn)品。下面簡單介紹一下石膏的最基本性能。

2石膏的基本性能

（1） 衛(wèi)生瓷所使用的石膏粉一般是半水石膏，是由天然的生石膏也就是石膏原礦（二水石膏CaSO4·2H2O）加熱炒制而成。其反應(yīng)如下：2CaSO4·2H2O= 2CaSO4·1/2 H2O+3H2O，其中水以水蒸汽的形式揮發(fā)掉，值得注意的是，生石膏（指純度較高的石膏）在加熱到65℃時才開始排出結(jié)晶水，到100～140℃時，大量結(jié)晶水排出，到150℃后，大部分二水石膏已變成了半水石膏，如繼續(xù)升溫到180℃左右時，結(jié)晶水繼續(xù)排出，在200℃左右就完全變成無水石膏。根據(jù)石膏的各種晶型跟溫度的關(guān)系，在實際生產(chǎn)中應(yīng)嚴(yán)格控制石膏粉制作和石膏模型烘烤的制度。

另外，半水石膏根據(jù)加熱方法不同又可分為兩種形態(tài)的半水石膏，即α-半水石膏和β-半水石膏。在常壓下制得的半水石膏，其晶型主要是碎片狀，一般稱為β型普通石膏粉，其強度不高，在蒸汽壓力下制得的石膏粉其晶型為針狀或短柱狀，常稱作α型高強石膏粉，通常市場上所說的高強石膏粉就是α型石膏，其所占的比例較大或全部為α型石膏粉，兩種石膏粉的具體性能對比可查閱相關(guān)陶瓷工藝書籍。

（2） 半水石膏粉加水反應(yīng)后又會向逆向方向進(jìn)行反應(yīng)生成二水石膏。

半水石膏加水生成二水石膏的反應(yīng)有兩個步驟。第一步，半水石膏部分溶于水，生成半水石膏的飽和溶液。由于二水石膏的溶解度比半水石膏的溶解度小很多（半水石膏的溶解度為10.5g/L，而二水石膏的溶解度為2.6g /L），所以此時形成的半水石膏的飽和溶液對二水石膏來說就是過飽和溶液，第二步就是溶液中析出二水石膏的晶體。形成二水石膏晶體后就破壞了飽和溶液的平衡，又有新的半水石膏溶解于水，這樣反應(yīng)一直進(jìn)行下去直至全部半水石膏都溶解于水，并都形成二水石膏晶體，溶液中最后保持了二水石膏的飽和溶液的平衡。這些剛析出的二水石膏晶體晶粒之間以范德華力相互吸引，此時石膏漿并沒有硬化，還具有觸變性（初凝），隨著時間的延長，二水石膏晶體晶核大量生成、長大，晶體之間相互接觸、交叉、連生而形成一個牢固的結(jié)晶結(jié)構(gòu)網(wǎng)，此時石膏徹底硬化（觸變性消失），并具有一定的強度，此時便是石膏漿的終凝。這是半水石膏水化反應(yīng)的一般過程，在實際生產(chǎn)中，從石膏加水開始到終凝，只有15～60min，這個反應(yīng)過程一旦結(jié)束，石膏模許多性能就固定下來。要正確掌握反應(yīng)過程，制造出性能較好的石膏模型，而且浪費的石膏粉又要少，就必須認(rèn)真研究石膏粉的各項性能，才能保證翻制出的石膏模型適合注漿成形，保證產(chǎn)品半成品合格率的提高。

3 石膏粉的測試項目、方法

3.1 石膏的細(xì)度

石膏粉細(xì)度直接關(guān)系到石膏模型的強度及初終凝速度，石膏粉用途不同對細(xì)度的要求不一樣。石膏粉越細(xì)，在半水石膏的水化過程中，顆粒的比表面積就越大。與水接觸面積增大，在水中的溶解速度也加快，形成二水石膏晶體的速度也增快，也就是說石膏漿的凝結(jié)速度加快。增加石膏粉的細(xì)度可以增加石膏的致密度，也就是可以明顯地增加模型的強度（一般干燥強度和濕模強度都會增加），但細(xì)度達(dá)到一定限度后，強度便會降低，因為在水化過程中會產(chǎn)生較大的結(jié)晶應(yīng)力。目前國內(nèi)衛(wèi)生瓷模型用的石膏粉細(xì)度在120～180目的范圍內(nèi)，國外也有達(dá)到250目的。

常用的測試方法就是稱取100g石膏粉，倒入規(guī)定的分析篩上，用水沖洗干凈，將篩上的殘渣倒入小碗中，在40～60℃的烘箱中烘干稱重，就可以計算出殘渣的百分含量或細(xì)度參數(shù)。

3.2 流動性測試

對不同的石膏，按要求比例配料（一般按1：1.25～1.55），先加水后加料，注意石膏粉浸泡時水面要淹沒石膏粉。浸泡３０s，攪拌1min，立即倒入事先已準(zhǔn)備好的玻璃板上的圓筒內(nèi)，將圓筒上表面刮平，迅速將圓筒垂直提起，測量石膏漿在玻璃板上攤開直徑的大小，則為該比例下石膏粉的流動性。有的企業(yè)測試流動性時浸泡1min，攪拌2min，圓筒的直徑和高度也有所不同，此時測試結(jié)果的數(shù)據(jù)也會不一樣，只要每次的時間和器具是固定的，結(jié)果一樣有效。

3.3 初、終凝時間的測定

在測定流動性時，用小刀迅速切割流散開的圓餅中心部位的石膏漿，當(dāng)切口不再愈合，則視為初凝，此時所示時間為初凝時間，當(dāng)用拇指按壓石膏餅，而拇指不沾水，此時石膏已硬化，這時所示時間為終凝時間。不同企業(yè)的測試方法基本一致。

3.4抗折強度檢測(干燥強度和濕模強度)

3.4.1 試條的制備

按規(guī)定的水膏比配料、浸泡、攪拌，將石膏漿澆注到事先準(zhǔn)備好的鋼模型中，待終凝后，脫模得到待測樣品，樣品至少要12根，每三根為一組。

3.4.2 濕模抗折強度的測定

將已脫模的試條在空氣中自然干燥30min、60min、120min后，分別在抗折試驗機上做抗折試驗，做好試條斷裂時的數(shù)據(jù)記錄，根據(jù)公式計算則可得出濕模強度。

3.4.3 干燥抗折強度的測定

將脫模后的試條在空氣中干燥24h后再置于烘箱中（40～60℃），恒溫干燥72h后取出，并冷卻至室溫，在抗折試驗機做抗折試驗，做好試條斷裂時的數(shù)據(jù)記錄。

3.4.4 抗折強度的計算

抗折強度的計算公式為：

R=3PL/（2aC）

式中：

R——抗折強度（MPa）

P——破壞荷重（N）

L——跨距（mm）

a——試樣斷面寬度（mm）

C——試樣斷面厚度（mm）

3.5 吸水率的測定

將測試完濕模強度的試條（選其中沒有破損的）置于烘箱中（40～60℃），恒溫干燥72h后取出，稱重（G1），再將其放在水中浸泡2h后取出稱重（G2），用以下公式計算該水膏比下的吸水率：

A=（G2-G1）/G1×100%

3.6 吸水速度的測定

（1） 將待測石膏粉按規(guī)定的水膏比配料、浸泡、攪拌，澆注到事先準(zhǔn)備好的鋼模具中，待凝固后，脫模得到樣品，置于烘箱中（40～60℃）干燥72h備用。

（2） 將測試裝置裝好水，使水面剛好淹過鐵釘，然后將試樣豎直置于三顆鐵釘上，同時計時，觀測水上升高度，分別記下1min、5min、10min、15min、30min時水在石膏塊上的上升高度。

3.7 凝結(jié)膨脹率的測定

（1） 將專用的膨脹測試儀器整理好，涂上潤滑油并調(diào)整零點，然后將按規(guī)定水膏比例配料、浸泡、攪拌后的石膏漿澆注到儀器的“V”形槽中，刮去多余的石膏漿，使試樣在儀器內(nèi)凝結(jié)直至發(fā)熱冷卻為止，記下百分表讀數(shù)。

（2） 計算膨脹率

a=n/(L-n)×100%

式中：

a——凝結(jié)膨脹率

n——膨脹的長度（mm）

L——膨脹后試樣的總長度（mm）

（3） 有的企業(yè)和部分陶瓷工藝書上是用溫度計來測量石膏的膨脹率，用溫度計測石膏的膨脹率操作更簡單，方法可以查閱相關(guān)的陶瓷資料。

3.8 吸漿厚度值的測定

（1） 將待測石膏粉按規(guī)定的水膏比配料、浸泡、攪拌，制得石膏漿倒入方漿缽母模中，待石膏硬化后取出石膏漿缽，將表面修刮平整。

（2） 將石膏漿缽放入烘箱（40～60℃）中干燥72h，取出冷卻至室溫。

（3） 取成形泥漿注滿石膏漿缽，并開始計時。

（4） 60min后倒掉漿缽中三分之一的泥漿，90min時再倒去三分之一的泥漿，120min時再倒去余下的三分之一泥漿，然后倒放至沒有泥漿流動現(xiàn)象。

（5） 將吸漿缽放到烘箱低溫（29～31℃）烘烤，直至泥坯硬化為止。

（6） 1h后，取出已硬化的泥坯，在泥坯的非倒?jié){面上從底部算起每次在中間位置處劃一橫線，在橫線處切斷泥坯，用游標(biāo)卡尺測量斷面處泥坯的厚度。

（7） 取其三面厚度的平均值，即為石膏吸漿缽不同時間的吸漿厚度。

（8） 測石膏吸漿厚度的前5次操作只能作為參考，5天以后（5次以后）再做15次，用這15次的平均值作為石膏的吸漿厚度。

（9） 每次測試完后，將石膏樣品放入40～60℃的烘箱中烘烤20h，以備下次再進(jìn)行測試。

3.9 開裂試驗的測定

（1） 將待測石膏粉按規(guī)定的水膏比配料、浸泡、攪拌，制得的石膏漿倒入開裂試驗的母模中，待石膏硬化后取出石膏模，將其表面修刮平整。

（2） 將石膏模型放入烘箱中（40～60℃）烘72h，取出冷卻至室溫。

（3） 取成形泥漿做開裂實驗，方法與泥漿的開裂實驗方法一樣，但這只是測試此樣品石膏粉制成的石膏模型的開裂情況。

（4） 做開裂實驗時前5次只能作為參考，5天以后（一天一次）再做15次，用這15次的平均值計算出此石膏的開裂時間。每次測試完后，石膏模型樣品放入40～60℃的烘箱中烘烤20h后，以備下次再進(jìn)行測試。

3.10 石膏的常規(guī)化學(xué)分析

測石膏粉中半水石膏的百分量以及雜質(zhì)等，目前部分企業(yè)沒有進(jìn)行化學(xué)分析測試。

3.11 生產(chǎn)過程中還需要測試石膏漿的比重。

以上對石膏粉的檢測項目及方法，僅供參考。對于不同的企業(yè)、生產(chǎn)不同的產(chǎn)品（小件或大件）以及根據(jù)成形條件的不同，對石膏粉的要求也不一樣。

影響石膏模型質(zhì)量的因素還有許多，人、機、料、環(huán)、法對它都有影響，各企業(yè)應(yīng)根據(jù)自己的實際情況，制定出合適的參數(shù)，為產(chǎn)品提供基礎(chǔ)保證。

參考文獻(xiàn)

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3 劉康時等編.陶瓷工藝原理[M].華南理工大學(xué)出版社,1992