林 毅

(廣東翔華科技股份有限公司 廣東 潮州 515646)

前言

20世紀90年代以來，我國衛(wèi)生陶瓷行業(yè)得到持續(xù)快速發(fā)展，產(chǎn)量持續(xù)增加，出口量也在不斷提高，成為世界上最大的衛(wèi)生陶瓷生產(chǎn)國、消費國和出口大國，同時衛(wèi)生陶瓷行業(yè)的發(fā)展帶動了一些地區(qū)經(jīng)濟的快速發(fā)展。由于衛(wèi)生陶瓷產(chǎn)量的快速增長，也帶來了污染環(huán)境、粗放性發(fā)展等實際問題；而出口量的提高則是靠OEM加工、廉價勞動力、低價格來拉動。這就勢必造成國內衛(wèi)生陶瓷產(chǎn)品中低檔居多，高檔、高附加值產(chǎn)品少，產(chǎn)品在國內外市場上的售價低，國內衛(wèi)生陶瓷產(chǎn)品與世界名牌產(chǎn)品的價格相差大。仔細分析造成這種局面的深層原因，主要是我國衛(wèi)生陶瓷生產(chǎn)企業(yè)只注重產(chǎn)能、一味過分看重市場拓展，忽視了企業(yè)對產(chǎn)品質量及高品質產(chǎn)品的技術研究和創(chuàng)新。

高壓注漿成形技術的實施及產(chǎn)業(yè)化應用，使當前衛(wèi)生陶瓷傳統(tǒng)制造模式掀起了一場產(chǎn)業(yè)革命，讓坐便器的生產(chǎn)由傳統(tǒng)石膏模具單套式人工獨立生產(chǎn)轉變?yōu)檫B續(xù)式批量流水線生產(chǎn)，具有提質提效、節(jié)能減排的產(chǎn)業(yè)特征，為提高粵東衛(wèi)生潔具的市場競爭力，促進粵東衛(wèi)生陶瓷產(chǎn)業(yè)帶的技術進步，具有顯著的經(jīng)濟效益和社會意義。

1 項目研發(fā)內容

“衛(wèi)生陶瓷高壓注漿成形工藝與控制技術探索”通過研究采用帶旋轉框輔助裝置的坐便器高壓注漿成形技術，實現(xiàn)主坯體注漿機械自動輔助的高壓快速成形。研究高壓注漿成形過程的壓力與成坯速度的關聯(lián)性，獲取不同工序的壓力和加壓時間的最優(yōu)加壓參數(shù)，以及無機復合添加劑在坯體注漿的輔助作用等成形控制技術，同時配套高壓分體坐便器連續(xù)式生產(chǎn)設備形成的現(xiàn)代生產(chǎn)線，實現(xiàn)了高壓注漿一次成形數(shù)量多，降低工人勞動強度和半成品破損率，免除傳統(tǒng)石膏模具需高溫干燥及頻繁回收加工的冗雜工藝，提高生產(chǎn)效率和節(jié)約占地面積的高效立式高壓成形產(chǎn)業(yè)化生產(chǎn)的技術創(chuàng)新。

項目的實施及產(chǎn)業(yè)化應用，為當前應用傳統(tǒng)石膏模具注漿成形工藝的衛(wèi)生陶瓷產(chǎn)業(yè)更新?lián)Q代樹立典范，在業(yè)內構建了基于分體坐便器的立式高壓注漿成形工藝與控制技術體系，擺脫國外陶瓷企業(yè)對高壓注漿技術壟斷，使坐便器的生產(chǎn)由傳統(tǒng)的單套式人工獨立生產(chǎn)轉變?yōu)檫B續(xù)式批量流水線生產(chǎn)，具提質提效、節(jié)能減排的產(chǎn)業(yè)特征，明顯提高粵東衛(wèi)生陶瓷潔具的市場競爭力，促進粵東衛(wèi)生陶瓷產(chǎn)業(yè)帶的技術進步，具有顯著的經(jīng)濟效益和社會意義。

2 主要用原料和工具

2.1 研究所用原料

研究所用的原料(質量%)：長石21、飛天燕18、粘土5、章村土18、黑泥15、福建瓷土7、梅州土15、白云石1。

2.2 研究所用工具

電氣控制系統(tǒng)、液壓系統(tǒng)、泥漿管路系統(tǒng)、壓縮空氣系統(tǒng)、真空系統(tǒng)、水系統(tǒng)、注漿機、側型打開線、輸送線和(坐便器、坐便圈、水箱)加工線。

3 工藝流程

衛(wèi)生陶瓷高壓注漿成形工藝流程：

合成泥漿→攪拌→加溫→加壓→洗?！夏！顫{→注漿→排漿→穩(wěn)固→脫?！夼鳌鸁啤尚巍鷻z驗→入庫。

4 解決的主要技術問題

本項目解決的主要技術包括：

4.1 帶旋轉框輔助裝置的坐便器高壓注漿成形技術

4.1.1 技術背景

注漿成形是衛(wèi)生陶瓷產(chǎn)品生產(chǎn)工藝中的唯一成形手段和方法。當前，國內絕大部分的注漿方法都采用傳統(tǒng)石膏模具注漿，存在以下問題：

1)泥漿水分僅靠石膏吸水，脫水速度緩慢；

2)石膏模具脫模后不能連續(xù)使用，需經(jīng)烘干或晾干使石膏脫水后方能繼續(xù)使用，影響生產(chǎn)效率；

3)石膏注漿工藝產(chǎn)生大量的石膏模廢棄物，造成環(huán)境污染。

20世紀80年代初，開始出現(xiàn)高壓注漿成形技術至今，國外發(fā)達國家大多規(guī)模生產(chǎn)衛(wèi)生潔具企業(yè)已完成了高壓注漿衛(wèi)生陶瓷生產(chǎn)的技術替代和應用，而國內受制于技術創(chuàng)新弱等原因，還普遍滯留在傳統(tǒng)石膏模具生產(chǎn)模式上。

高壓注漿成形實際上是一個過濾過程，其模具采用的是多孔塑料模具，注漿過程中泥漿顆粒運動到模具工作面，并依次沉積，形成一定強度的坯體。多孔塑料模具為水分的排除提供了通道，并賦予產(chǎn)品一定的形狀。高壓注漿成形工藝就是借助特殊的機械裝備，高壓下在短時間內，迫使流態(tài)泥漿在模具內脫水、吃坯、定型。從合模、鎖模、上漿、吃坯、空漿、鞏固、卸壓、開模、脫坯、模具清洗、再次合模，整個操作過程全部機械化、自動化；且具有模具使用壽命長、生產(chǎn)效率高、成形周期短等特點。

高壓注漿成形工藝同傳統(tǒng)成形工藝一樣，也必須視泥漿性能、注漿壓力、產(chǎn)品造型和品種而異，實施模具合模、鎖緊、開模、脫模等操作，特別是對注漿前后的倒模、排漿、脫模處理時必須進行旋轉、傾斜等不同角度的操作，一直以來國內高壓注漿生產(chǎn)線都是采用人工輔助模式進行轉模和排漿等一系列操作。人工輔助操作起來麻煩，對員工身體素質、操作熟練程度要求很高。項目課題組針對這一技術缺陷，研究了帶旋轉框輔助裝置用于機械輔助注漿、排漿、脫模工藝上，取得明顯的效果。

4.1.2 帶旋轉框輔助裝置的坐便器高壓注漿成形技術研究應用

項目研發(fā)應用的分體式坐便器的高壓注漿成形技術分坐便器、坐便圈、水箱三部分注漿成形，三部分都是采用連續(xù)式在線高壓注漿成形模式生產(chǎn)，并以自動機械傳送帶進行坐便器、坐便圈不同部件的連接成形(如圖1所示)。坐便器由于結構較復雜，其高壓注漿生產(chǎn)線也比坐便圈、水箱注漿生產(chǎn)線操作部件更多，其中就包括旋轉框輔助裝置。

項目應用的坐便器成形部分(見圖2)由電氣控制系統(tǒng)、液壓系統(tǒng)、泥漿管路系統(tǒng)、壓縮空氣系統(tǒng)、水系統(tǒng)、10臺注漿機、側型打開線、輸送線和加工線組成。旋轉框輔助裝置是由電氣控制系統(tǒng)、液壓系統(tǒng)、泥漿管路系統(tǒng)、壓縮空氣系統(tǒng)、水系統(tǒng)等多系統(tǒng)綜合協(xié)作的核心技術裝置。在旋轉框輔助裝置的作用下，實施了合模、注漿、排漿、脫模等工藝處理，其新技術工藝應用模式如下：

圖1 坐便器與坐便圈注漿成形及連接加工生產(chǎn)線示意圖

圖2 坐便器注漿成形部分的生產(chǎn)線模擬圖

4.1.2.1 合模處理

如圖3所示，樹脂模具下模安裝在旋轉框底座上，上模安裝在升降壓板上，側模則通過側模吊架吊起，開始工作時主油缸帶動升降壓板下降，側模與下模合模，升降壓板繼續(xù)下降，上模與側模合模，此時側型壓緊油缸啟動，在主油缸與側型壓緊油缸的共同作用下，使模具的上下與左右方向全部壓緊。

(a)帶外框 (b)無外框圖3 旋轉框輔助裝置

4.1.2.2 注漿處理

在控制系統(tǒng)的控制下，泥漿通過泥漿管路注入模腔，在泥漿加壓系統(tǒng)的壓力作用和樹脂模型的過濾作用下，泥漿中的水分通過模具排出。

4.1.2.3 排漿處理

在模腔內形成的待成形陶瓷坯體，間隔時間使其強度達到工藝強度要求時，通過模具的微孔流到模腔，在模腔內形成陶瓷坯體后，傾斜油缸帶動旋轉框，旋轉到一定角度進行自動排漿，排掉多余泥漿。

4.1.2.4 脫模處理

由壓縮空氣系統(tǒng)向模具內施加壓縮空氣，將模具內的存水反吹入模腔，使陶瓷坯體與模具之間形成一層水膜，從而陶瓷坯體與模具分離；側型油缸縮回，上模由加壓油缸帶動升起，之后側模升起；此時陶瓷坯體存在于兩側模之間，行走小車啟動，帶動升降壓板、上模、側模與陶瓷坯體向側型打開線方向行走。

4.1.2.5 自動輸送

側模行走至側型打開線上方時，升降壓板帶動側模下降，將側模放于側型打開線平臺上，體輸送線的氣缸帶動托板上升，托板與坯體接觸，側型打開線兩端油缸啟動，側型打開線左右平臺分別向左右方向移動，帶動側模左右開模，則坯體脫落于托板上，然后氣缸下降，將托板及坯體放置于輸送線上，體輸送線將所有坯體推送至坐便器加工線進行坯體加工。

4.1.2.6 模具自動清洗

脫模完畢后按下啟動按鈕，側型開閉線閉合，側模合模，模具進行自動清洗后，行走小車將模具運送至旋轉框處，并進入下一輪循環(huán)。

4.1.3 帶旋轉框輔助裝置的坐便器高壓注漿成形技術優(yōu)點

1)帶旋轉框輔助裝置的坐便器高壓注漿工藝的創(chuàng)新應用，把傳統(tǒng)人工的靠體力、不規(guī)范操作和依靠熟練工人個人經(jīng)驗判斷的工藝模式，提升到定時、定量的機械自動標準化操作的工藝模式，大大降低了員工的勞動強度和對熟練員工的依賴。

2)采用機械化的液壓系統(tǒng)、泥漿管路系統(tǒng)、壓縮空氣系統(tǒng)等注漿流程配合電氣自動化控制系統(tǒng)，保證了產(chǎn)品的穩(wěn)定性，大幅度提升產(chǎn)品的強度和品質，從而降低了產(chǎn)品的厚度，并縮短了燒制時間，具有顯著的節(jié)約資源和節(jié)能減排效果。

4.2 立式高壓注漿成形過程的壓力與成坯速度的關聯(lián)性

研究立式高壓注漿成形過程的壓力與成坯速度的關聯(lián)性，獲取高壓注漿各工序壓力和時間參數(shù)，形成高壓注漿成形的質量控制和標準化生產(chǎn)技術規(guī)程。

應用高壓注漿生產(chǎn)衛(wèi)生陶瓷已在西方發(fā)達國家得到比較成熟的應用，而21世紀初我國才開始相繼引進國外先進高壓注漿設備，用于企業(yè)陶瓷盆、坐便器等衛(wèi)生陶瓷產(chǎn)品的生產(chǎn)上，使我國衛(wèi)生陶瓷產(chǎn)能和規(guī)模得到進一步的擴大，產(chǎn)品質量有了一定的提升。但是，由于受到模具、加工工藝、泥料配方等技術配套，以及設備售后技術服務等原因的影響，約有80%以上企業(yè)的進口高壓注漿生產(chǎn)設備使用狀況并不理想，很大一部分廠家進口的高壓注漿設備生產(chǎn)不飽滿甚至處于停產(chǎn)狀態(tài)。

因此，本項目課題組從高壓注漿成形的基本原理出發(fā)，通過研究分析坯體形成過程壓力與成坯速度的關聯(lián)性，并以此確立注漿成形工序步驟與各工藝步驟所采用的壓力、時間參數(shù)，對實現(xiàn)項目的實操性和提升產(chǎn)品質量有極其重要的意義。

4.2.1 細化高壓注漿成形工序步驟，創(chuàng)新成形工藝流程

4.2.1.1 當前高壓注漿工藝與壓力應用存在的問題分析

高壓注漿是一種“壓濾”成形，是在泥漿注漿過程中，對填充在模具內的泥漿施加壓力排出水分，使坯體得以快速成形。

目前，國內外的高壓注漿成形的一般工序包括：填漿：通過氣動隔膜泵往模具內輸送泥漿。注漿：通過外界壓力作用于模具內的泥漿，使泥漿脫水、硬化并成形。排漿：排出坯體空心注漿區(qū)內多余的泥漿。穩(wěn)固：對坯體內腔充入壓縮空氣，使坯體水分分布均勻，逐步增大坯體強度。

高壓注漿的高速高效作業(yè)，是采用自動化水平較高的PLC進行自動控制，包括合模、填漿、注漿、排漿和穩(wěn)固的高壓注漿各生產(chǎn)環(huán)節(jié)，生產(chǎn)循環(huán)作業(yè)的每一工序均是自動置零并連續(xù)執(zhí)行，故對各個生產(chǎn)環(huán)節(jié)的壓力確定及設定是實現(xiàn)其自動化操作的核心。但項目課題組在實驗中發(fā)現(xiàn)，高壓注漿設備生產(chǎn)商在標注設備建議應用的壓力設定方面存在不少問題，主要表現(xiàn)在：① 模具夾緊壓力存在問題。高壓注漿的模具在夾緊時，由于模具表面沒有坯體形成，極易導致泥漿中的微細顆粒進入樹脂模的微孔中，對模具造成損害。而且，驟然的高壓，有可能使泥漿從模具閉合部位泄漏。為了防止泥漿的這種泄漏，目前大多數(shù)高壓注漿機的模具夾緊力大都設定在22～26 MPa，導致液壓站的工作負荷很大。② 排漿壓力存在問題。當注漿結束之后進行排漿操作，壓力從注漿時的1.0 MPa以上快速降至0.3 MPa左右，變化幅度太大，極易導致坯體空心注漿區(qū)域的變形，導致產(chǎn)品的合格率降低。

4.2.1.2 細化高壓注漿成形工序步驟，創(chuàng)新成形工藝流程

通過以上工序①、②的高壓注漿的模具夾緊壓力、排漿壓力的預設定，項目課題組進一步分析了高壓注漿成形工藝的機理與特點，以實驗形式逐步將整個高壓注漿成形的周期實施細化分解。在“填漿”工序之后增加“準備注漿”工序，在“注漿”之后增加“預備排漿”。將整個周期由4個工序細分為6個工序。即為：

1)當前業(yè)內應用的高壓注漿工藝流程：填漿→注漿→排漿→穩(wěn)固。

2)項目創(chuàng)新的高壓注漿工藝流程：填漿→預備注漿→注漿→預備排漿→排漿→穩(wěn)固。

通過以上將業(yè)內傳統(tǒng)應用的4個注漿工序流程，調整為項目自主創(chuàng)新的6個工序流程之后，項目課題組直接在森蘭特(SUNLETS)坐便器高壓注漿生產(chǎn)線上進行了實際應用，有以下應用優(yōu)點：

1)“預備注漿工序”的設定，使得模具內部的泥漿在高壓注漿之前，在模具表面就已形成一個結構較為疏松的坯層，有利于防止注漿過程中泥漿顆粒進入模具微孔，延長模具使用壽命。形成的坯層起到密封模具的作用，避免了在注漿開始工序中可能出現(xiàn)的泥漿泄漏。

2)模具密封性提升，同步大大降低模具夾緊力。實驗顯示，通過采用新工藝流程注漿作業(yè)，其注漿壓力在1.0～1.5 MPa時，模具夾緊力只需11～14 MPa，只有調整前的一半，延長了設備的使用壽命，同時降低了對模具造成的損傷。

3)增設“預備排漿”工序，對注漿壓力進行卸壓，避免在排漿過程中產(chǎn)生坯體變形，有效的提高了半成品合格率。

4.2.1.3 項目創(chuàng)新的高壓注漿工藝流程

6個階段流程壓力及時間通過反復試驗調試至最佳狀態(tài)，通過計算機設定并與電腦、手機連接可以通過遠程設定、修復，大大縮短設備運行過程故障排除及修復時間。實現(xiàn)遠程修復，采用PLC和觸摸屏進行控制和參數(shù)設置，方便按原料配方的調整或性狀的變化進行參數(shù)調整。

1)填漿。壓力設定在0.25 MPa，打開泥漿總閥按鈕，壓機主體上升至上限，泥漿總閥關閉，注漿時間為100 s。

2)預備注漿。壓力設定在0.3 MPa,模型組型完成，各成形機原點顯示正常，模型一次傾斜，管路循環(huán)40 s。

3)注漿。壓力設定在0.95 MPa,上漿三方閥打開，小流量閥打開，泥漿總閥打開，開始自動低壓注漿200 s,泥漿總閥自動關閉，壓機下降，開始高壓注漿600 s。

4)預備排漿。壓力設定0.18 MPa，高壓注漿完成，大小流量閥關閉，模型二次傾斜，預備排漿3 s。

5)排漿。壓力設定0.18 MPa，排漿閥打開，排漿總閥打開，開始排漿130 s。

6)穩(wěn)固。壓力設定0.18 MPa，排漿完成，排漿總閥關閉，注漿三方閥關閉，排漿閥關閉，鞏固閥打開，開始鞏固300 s。

4.2.2 高壓注漿各工序壓力和時間設定的最優(yōu)加壓參數(shù)的研究

高壓注漿成形過程是持續(xù)借助外部壓力作用于泥漿或濕坯，根據(jù)不同成形過程工序步驟發(fā)揮的作用，勢必要選擇合適的工作壓力與時間，才能保證高壓注漿設備的正常使用和成形坯體的質量。故項目課題組在細分并重設高壓注漿工藝流程之后，進行高壓注漿的坯體形成過程壓力與成坯速度關聯(lián)性的技術研究，形成了各工序壓力和時間設定的最優(yōu)壓力參數(shù)。具體研究包括：

4.2.2.1 填漿工序的加壓參數(shù)的設定

加壓對填漿工序發(fā)揮的作用主要是：讓泥漿能快速、平穩(wěn)地充滿模具，同時，使泥漿中的固體顆粒順利地完成連結，在模具表面形成一層很疏松的薄坯層，從而防止泥漿中的固體顆粒進人模具微孔堵塞模具。據(jù)此，項目課題組把填漿工序的壓力設定在0.2～0.35 MPa的范圍內。

填漿的時間也應滿足上述目的，項目課題組在項目應用安裝了10套模具的森蘭特(SUNLETS)高壓注漿機進行實驗，以0.3 MPa的壓力向模具內輸送泥漿，填滿模具需70～100 s。使泥漿中的固體顆粒完成連結處理，則應根據(jù)填漿壓力的大小和所要求形成坯層的厚度來確定。項目課題組發(fā)現(xiàn)，一般薄坯層只需1～1.5 mm就可以。若超過這個范圍會影響后面工序的進行，在時間上也不經(jīng)濟。所以這部分時間等于模具充滿時間即可。據(jù)此，項目課題組把填漿工序的填充時間設定為模具填滿時間的2倍，即140～200 s。

4.2.2.2 預備注漿和注漿工序的加壓參數(shù)的設定

預備注漿工序是為注漿工序作準備，在使壓力逐步提高的同時，穩(wěn)定壓力的變化，避免壓力驟變帶來的負面影響。

通過預備注漿工序，模具表面會形成一層較厚的但結構較為疏松的坯層，既能防止因壓力升高而產(chǎn)生的泥漿泄漏，又能使水分不斷地通過坯層排出。經(jīng)過項目課題組研究，這一工序的壓力應比填漿壓力高，但比注漿壓力低，項目課題組決定把一般預備注漿壓力取值為填漿壓力的2倍，即0.5 MPa。

預備注漿的時間不能太長，過長的預備注漿時間會導致所形成的坯層過厚，造成增加注漿工序的水分排出阻力和壓實坯體的難度，導致坯體結構不均勻和產(chǎn)品質量不穩(wěn)定。經(jīng)過項目課題組研究，預備注漿的時間設定以不超過填漿時間為宜，項目課題組決定把預備注漿的時間設定和填漿時間相同，即30 s。

注漿工序是整個高壓注漿的關鍵，壓力的大小直接影響注漿時間和產(chǎn)品的質量。項目課題組經(jīng)過大量的對比性實驗及分析，形成了在不同加壓時間參數(shù)的作用下，相同泥漿在不同時間點的成坯厚度，見表1，其直觀地呈現(xiàn)了因壓力變化而導致的成坯速度變化的工藝特性。

表1 不同加壓時間下高壓注漿的坯體成坯厚度的實驗參數(shù)

由表1可見，在注漿工序中，泥漿坯體變化與壓力相輔相成，呈現(xiàn)泥漿到坯體形成的成形過程：①泥漿中的固體顆粒在壓力作用下不斷地堆積，形成坯體。初期的坯體層厚度增長較快，結構較為疏松。②隨著注漿過程的繼續(xù)進行，坯體厚度增長趨緩，水分通過坯層空隙排出，水中所帶的細顆粒逐漸將坯層結構中的空隙填充，坯體結構變得致密。③在注漿末期，幾乎沒有水分排出，壓力起著將坯體“壓實”的作用。

因此，注漿壓力的確定應考慮生產(chǎn)工藝的要求和產(chǎn)品尺寸等因素。產(chǎn)品尺寸大，壓力可適當取低一些；產(chǎn)品尺寸小，壓力可設定的高一點。注漿時間則要根據(jù)注漿壓力坯體所要求的厚度來確定，注漿壓力大，時間可短些；注漿壓力小，時間可相應延長。對于成形9 mm±0.5 mm厚的衛(wèi)生陶瓷坯體，注漿壓力可設定在0.95 MPa，加壓時間在800 s的范圍內取值。

4.2.2.3 預備排漿工序的加壓參數(shù)的設定

預備排漿的作用是卸去成形的高壓，時間視坯體大小可設定在3～8 s時間段內。

4.2.2.4 排漿和穩(wěn)固工序的壓力參數(shù)的設定

排漿工序是以在一定時間內將坯體內腔多余的泥漿排空，其間若排漿壓力過低，會使泥漿排空不徹底；反之壓力過高又會在坯體內腔產(chǎn)生較大的負壓，導致坯體變形。

穩(wěn)固工序是向坯體內腔充入一定壓力的壓縮空氣，防止內表面泥縷缺陷的發(fā)生，使坯體的水分分布均勻，并且提高坯體的強度。

實驗表明，排漿和穩(wěn)固的壓力可以采用相同的壓力，也可以選擇不同的壓力，兩者的壓力以0.15～0.2 MPa為宜。

在排漿的時間方面，目前廠家為單純追求效率，把排漿時間設定得很短。而項目課題組通過實驗研究發(fā)現(xiàn)，由于高壓注漿機模具的安裝存在一定的傾角，故在排漿過程中，在其模具的注漿交接處以及坯體的最底部會殘留一定量的泥漿，如不能使這部分泥漿徹底排出水分，則會造成坯體水分分布不均勻，使坯體在干燥過程中開裂。因此，適當延長排漿時間，使余漿徹底排出，可明顯降低產(chǎn)品的不合格率。課題組決定把排漿工序時間設定在90 s，穩(wěn)固工序時間設定在300 s。

同時，項目課題組以坯體含水率來判斷排漿和穩(wěn)固的壓力時間設定是否合理為主要依據(jù)。對于成形好的坯體，分別測試其坯體內、外層的含水率差值，以及頂部與底部的含水率差值，如果兩個含水率差值均小于l%，即為合理；反之需進行調整。通過系列實驗，項目課題組列出多個實驗過程的各工序壓力和時間的設定范圍(見表2)，并進行調整前、后的數(shù)據(jù)對比分析。

表2 高壓注漿各工序壓力和加壓時間設定實驗

*注：具體數(shù)值的設定應考慮泥漿性能與產(chǎn)品尺寸。

比較表2中調整前后的步驟設定與壓力時間的取值，雖然調整后的生產(chǎn)周期有所延長，但采用這種設定值，使產(chǎn)品合格率提高，模具使用次數(shù)增加。

應用以上工藝參數(shù)在森蘭特(SUNLETS)坐便器高壓注漿生產(chǎn)線上進行了實際應用，經(jīng)過近兩年的產(chǎn)業(yè)化運行，成形合格率一直穩(wěn)定在95%以上，模具使用次數(shù)由8 000次增加到10 000次，高壓注漿產(chǎn)品的模具成本由原來的10.5元/件降至6元/件，取得了良好的經(jīng)濟效益。

4.3 無機復合添加劑在高壓注漿坯體的輔助作用

形成以0.75%水玻璃復配0.08%碳酸鈉的無機復合添加劑的最優(yōu)效果配方，明顯提升注漿漿料流動性、成形效率及成品強度。

高壓注漿除需要高度自動化的高壓注漿機和特殊的塑料模具外，對所用泥漿還有一些特殊的要求。用傳統(tǒng)方法生產(chǎn)的泥漿不適合高壓注漿，只有對泥漿進行改進(主要是加入無機復合添加劑)后，才能使生產(chǎn)步入正常。

項目課題組在完成模擬人工輔助的高壓注漿成形技術研究之后，也同步實施了高壓注漿的泥漿添加無機復合添加劑的應用技術研究。

4.3.1 高壓注漿對泥漿品質要求以及無機復合添加劑對泥漿的作用

從加快注漿速度，防止堵模的角度出發(fā)，要求：①泥漿的含水量盡可能低，即增加泥漿的容重；②盡量減少<2 μm的顆粒含量；③適當增加配料中的瘠性料，增加脫水性，但這會產(chǎn)生其他方面的問題。首先，如增大顆粒度，增加瘠性料就會破壞泥漿的懸浮性，容易發(fā)生沉淀，同時生坯強度下降。其次，增加泥漿容重，減少含水量，又會使泥漿粘度增大，流動性變差，流動困難。要解決以上矛盾，只有在泥漿中加入添加劑。

傳統(tǒng)的泥漿添加劑大多是無機添加劑即稀釋劑，主要對粘土起分散和解膠作用，但單一的無機添加劑不能同時起到防止堵模、增加滲透性和干坯強度的作用。為此，項目課題組利用水玻璃(Na2O·nSiO2)和碳酸鈉(Na2CO3)以復合配制成了幾種多功能無機添加劑，并進行了相關的應用試驗。

4.3.2 無機復合添加劑在坯體注漿的輔助作用研究

項目課題組針對項目泥漿原料試驗過程存在的影響產(chǎn)品變形、開裂的因素進行研究，開展對高壓注漿坯體生產(chǎn)過程的高分子添加劑等影響產(chǎn)品生產(chǎn)質量因素的研究，通過研究適量的無機復合添加劑配比應用，以降低泥漿含水率，提高漿料流動性，實現(xiàn)注漿快速成形，以及坯體收縮比小、密度及成品強度好的技術應用。

因此,項目課題組在技術創(chuàng)新過程中研究篩選水玻璃(Na2O·nSiO2)和碳酸鈉(Na2CO3)復合配制成了無機添加劑，以滿足項目高壓注漿生產(chǎn)的實質性應用，并通過研究無機復合添加劑的添加應用，控制注漿產(chǎn)品坯體的漿料流變性和分散性。

注漿成形是陶瓷產(chǎn)品所采用的傳統(tǒng)方法，對已固定的成形設備和模具，坯體的質量主要由泥漿性質所決定。由于高壓注漿的產(chǎn)品比傳統(tǒng)坯體更薄(輕質)，且具更高的密度及強度的復雜性，所以也帶來注漿產(chǎn)品在注漿工藝處理時，由于充漿不均造成起皺、起凹、內氣孔等現(xiàn)象發(fā)生，從而會造成產(chǎn)品變形、開裂等質量問題。

本項目課題組認為，滿足項目高強度注漿產(chǎn)品工藝要求的泥漿應具有良好的流動性、穩(wěn)定性和均勻性，且要求坯體成形完整、含水量適中，具一定的強度便于脫模和抗開裂等特征。同時，項目課題組認為，流動性好的泥漿使用時，既要保證能在管道中順暢流動又要快速均勻地分布到構造復雜的模具各部分，又要保證泥漿不易聚沉，使坯體各部分組成均勻。故項目課題組覺得在注漿用泥漿原料中加入水玻璃、碳酸鈉復配添加劑來改善高壓注漿流動性的方法。

常用的添加劑(又名稀釋劑、解膠劑)是水玻璃(Na2O·nSiO2，硅酸鈉，又名泡花堿)、碳酸鈉(Na2CO3，純堿)、磷酸鹽和聚丙烯酸鈉等，水玻璃是通常用量最大的物質。項目課題組選用水玻璃和碳酸鈉兩種不同性質的無機添加劑，通過復配形成無機復合添加劑添加到原料泥漿中，并進行控制注漿陶瓷漿料的流動性的工藝處理的實驗分析上。試驗泥漿及成坯要求指數(shù)為：泥漿含水率為31%～33%，坯體成坯厚度為0.9 cm，濕坯含水量為19%～20%。

通過多次比對性實驗，形成表3數(shù)據(jù)，發(fā)現(xiàn)水玻璃、碳酸鈉2種添加劑對高壓注漿產(chǎn)品處理過程的流動性有明顯改善效果，且不同復合添加劑的應用有不同的表現(xiàn)，單一及不同復合添加劑的應用對項目注漿后產(chǎn)品影響如下(見表3)：

4.3.2.1 以水玻璃或碳酸鈉單個添加劑做為添加劑試驗效果

1)采用應用量0.75%的水玻璃單個添加劑做為添加劑添加后，產(chǎn)品注漿的流動性明顯提升；

2)采用應用量0.12%的碳酸鈉單個添加劑做為添加劑添加后，產(chǎn)品注漿的流動性明顯提升；

3)水玻璃和碳酸鈉兩種不同性質的添加劑應用后的產(chǎn)品均勻性、成形性(脫模后硬度)和開裂性能有所不同；

4)采用水玻璃單個添加劑應用量過大時(見表3的實驗1、2)，坯體脫模后硬化較快，坯體易開裂，產(chǎn)品均勻性、成形性較好，抗開裂性弱；

5)采用碳酸鈉單個添加劑應用量過大時(見表3的實驗3、4)，坯體脫模后則硬化較慢，內外水分差別較大，坯體發(fā)軟易變形，抗開裂性強，但產(chǎn)品成形性明顯不足。

表3 單一及復合無機添加劑應用對項目注漿產(chǎn)品影響

*注：效果各項評分以5分滿分計；綜合評分以五項效果評分累加得出。

試驗泥漿及成坯要求指數(shù)為：泥漿含水率為31%～33%，坯體成坯厚度為0.9 cm，濕坯含水率為19%～20%。

4.3.2.2 以水玻璃和碳酸鈉復配無機復合添加劑做為添加劑試驗效果

1)采用水玻璃復合配制的碳酸鈉的無機復合添加劑做為添加劑添加后，產(chǎn)品注漿的流動性明顯提升；

2)采用0.75%水玻璃復合配制0.08%碳酸鈉的無機復合添加劑添加應用后(見表3實驗5)，產(chǎn)品注漿的流動性、均勻性非常好，成形性和抗開裂性效果良好，綜合評分最高；

3)采用0.7%水玻璃復合配制0.1%碳酸鈉的無機復合添加劑做為添加劑添加應用后(見表3實驗6)，產(chǎn)品注漿的流動性、均勻性、成形性和抗開裂性效果良好，綜合評分僅次于試驗5；

4)采用0.65%水玻璃復合配制0.12%碳酸鈉的無機復合添加劑做為添加劑添加應用后(見表3實驗7)，產(chǎn)品注漿的均勻性較差，雖抗開裂性效果好，但是成形性效果差；

5)采用0.8%水玻璃復合配制0.07%碳酸鈉的無機復合添加劑做為添加劑添加應用后(見表3實驗8)，產(chǎn)品注漿的均勻性、成形性效果同樣較差。

通過以上試驗研究可以確定：針對注漿件較大、注漿結構較復雜的高壓注漿工藝處理上，適當添加水玻璃并復配低量的碳酸鈉的無機復合添加劑添加應用，可以明顯提升注漿的流動性、均勻性非常好，而且成形性和抗開裂性效果良好。

同時，項目課題組也針對項目實施所在地的一年四季不同的天氣溫度、濕度的變化，其生產(chǎn)場地在秋季較干燥，春季、夏季濕度較大的情況，應對季節(jié)變化，根據(jù)復配添加劑的特性，通過改變復配添加劑的加入量來調節(jié)不同季節(jié)泥料的性能。

其中，由于秋季空氣較干燥，坯體干燥速度較快，易開裂，這時碳酸鈉的用量可以略多一些，水玻璃用量可以略少一些，減緩一下坯體硬化開裂問題。項目課題組決定采用0.70%水玻璃復配0.09%碳酸鈉的無機復合添加劑做為添加劑添加應用；在其余時間段內，都采用0.75%水玻璃復合配制0.08%碳酸鈉的無機復合添加劑做為添加劑添加應用。

4.3.3 項目達到的技術指標

項目技術應用開發(fā)的衛(wèi)生陶瓷坐便器，通過國家陶瓷及水暖衛(wèi)浴產(chǎn)品質量監(jiān)督檢驗中心的檢測達到國家標準GB 6952-2015《衛(wèi)生陶瓷》，GB 26730-2011《衛(wèi)生潔具便器用重力式?jīng)_水器裝置及潔具機架》標準要求。

4.3.4 高壓注漿(樹脂模)和傳統(tǒng)(石膏模具)立式注澆線注漿參數(shù)創(chuàng)新之處對比

1)高壓注漿(配套樹脂模具)與立式注澆線注漿(配石膏模具)工藝參數(shù)對比見表4。

表4 高壓注漿(配套樹脂模具)與立式注澆線注漿(配石膏模具)工藝參數(shù)對比

2)樹脂模是高壓注漿：注漿成形時間為20 min，生產(chǎn)效率達到石膏模具的72倍，半成品破損率為1%；傳統(tǒng)石膏模具注漿：注漿成形時間為24 h，半成品破損率為7%～8%。

3)按日產(chǎn)720件分體坐便器計算：高壓注漿用地540 m2，立式澆注線用地4 500 m2，節(jié)省用地88%；高壓注漿用工22人，立式澆注線用工56人，節(jié)省用工60%；高壓注漿成品率95%，立式澆注線成品率80%，成品率提高18.75%。