目前，半水熟石膏粉(以下簡稱石膏粉)仍然是國內(nèi)外陶瓷企業(yè)制作成形用模型的重要材料。原因：一是其價(jià)格低廉加工取用方便;二是其與水混合攪拌后漿體流動性能好，可以在制模過程中做出各種形狀;三是其有無可比擬的凝結(jié)性能、吸水性能、易加工性能和良好的使用功能。所以國內(nèi)外衛(wèi)生陶瓷和日用陶瓷企業(yè)都將其做為制作模型的主要材料，用于制作注漿成形、滾壓成形和冷壓(擠壓)成形模型。
過去計(jì)劃經(jīng)濟(jì)時(shí)期，國內(nèi)陶瓷生產(chǎn)廠家少，產(chǎn)品不愁銷路。以衛(wèi)生陶瓷為例，產(chǎn)品的種類多年一貫制，各個(gè)廠家生產(chǎn)的基本上都是老八件產(chǎn)品。產(chǎn)品結(jié)構(gòu)簡單，都是地?cái)偝尚危a(chǎn)工藝設(shè)備相對落后，對石膏模型的強(qiáng)度等指標(biāo)要求的不高，故對石膏粉的要求也不太嚴(yán)格。那時(shí)大多數(shù)陶瓷生產(chǎn)廠家使用的石膏粉都是自炒自用，即自己采購石膏礦石，自己破碎加工炒制石膏粉使用 (石膏粉是普通石膏粉，即β石膏粉)。炒制石膏粉工藝落后，控制不嚴(yán)格，生產(chǎn)的石膏粉質(zhì)量極不穩(wěn)定，造成模型的強(qiáng)度低，故模型的使用次數(shù)也很少。近二十年來，隨著我國陶瓷工業(yè)的發(fā)展，成形工藝新設(shè)備的使用以及模型制造工藝技術(shù)的進(jìn)步，尤其是衛(wèi)生陶瓷組合立式澆注機(jī)械化成形工藝、低壓快排水工藝以及日用陶瓷滾壓成形、冷壓成形等工藝技術(shù)的采用，對石膏模型強(qiáng)度要求的越來越高，原有的普通石膏粉已不適應(yīng)新形勢的需要，各企業(yè)才對陶瓷生產(chǎn)用的石膏粉引起重視。企業(yè)開始大量使用α高強(qiáng)石膏粉以及混合石膏粉。同時(shí)隨著陶瓷企業(yè)成形工藝裝備和模型制造工藝技術(shù)的發(fā)展，一些新型特種石膏粉出現(xiàn)并得到推廣和使用。也就是說，陶瓷成形工藝技術(shù)的發(fā)展也帶動了石膏產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，使得不同種類的石膏粉應(yīng)運(yùn)而生。
目前，國內(nèi)生產(chǎn)石膏粉的廠家很多，因石膏礦石的性質(zhì)、企業(yè)規(guī)模大小、生產(chǎn)工藝設(shè)備水平不一，故生產(chǎn)的石膏粉的質(zhì)量參差不齊;從另一方面而言，現(xiàn)在一些陶瓷企業(yè)生產(chǎn)經(jīng)營較困難，資金短缺，使用的石膏粉不斷變換供應(yīng)廠家，有時(shí)往往出現(xiàn)等米下鍋的局面，來料后不檢驗(yàn)就投入生產(chǎn)使用，難以保證石膏粉的質(zhì)量與穩(wěn)定性，也難以保證生產(chǎn)的穩(wěn)定性。因石膏粉質(zhì)量問題影響生產(chǎn)的情況時(shí)有發(fā)生。在這種情況下，企業(yè)的技術(shù)質(zhì)量檢驗(yàn)部門，如何簡便、快捷地判斷出石膏粉質(zhì)量的優(yōu)劣，盡快地判定出石膏粉能否使用，及時(shí)為生產(chǎn)一線服務(wù)，顯得尤為重要。
本文根據(jù)筆者生產(chǎn)實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，對陶瓷企業(yè)生產(chǎn)中使用的一些石膏粉的種類和性能特點(diǎn)進(jìn)行了分析介紹，并提出了一些判定和鑒別石膏粉質(zhì)量的簡易方法。
石膏粉的性質(zhì)
石膏粉按其晶型結(jié)構(gòu)的不同分為兩大類，即普通β石膏粉和高強(qiáng)α石膏粉。兩種石膏粉的制造工藝不同，使得它們的晶型結(jié)構(gòu)和性質(zhì)不同。β石膏粉晶型結(jié)構(gòu)是規(guī)則的片狀晶體，晶粒的孔隙和裂紋較多，比表面積大，標(biāo)準(zhǔn)稠度需水量大，石膏粉與水混合后水化反應(yīng)能力強(qiáng)，初凝時(shí)間短，模型的氣孔率、吸水率高，但模型的強(qiáng)度較低;而α石膏粉晶型結(jié)構(gòu)是整齊的針狀晶體，比表面積小，標(biāo)準(zhǔn)稠度需水量小，模型的氣孔率、吸水率小，石膏粉與水混合后水化反應(yīng)能力差，石膏漿體的流動性好，初凝時(shí)間長，但模型的強(qiáng)度較高。無論那種石膏粉，其抗折強(qiáng)度都隨著石膏粉與水混合比例的增加而顯著地提高。例如當(dāng)石膏粉與水混合比由1.5:1提高到1.8:1時(shí)，石膏模型的干抗折強(qiáng)度由3.75Mpa提高到5.21Mpa。根據(jù)這兩種晶型石膏粉的特點(diǎn)，一般β石膏粉制作注漿成形模型，用α石膏粉制作強(qiáng)度要求高的滾壓成形模型等。
除了以上兩種石膏粉外，生產(chǎn)中還使用由以上兩種石膏粉按不同比例 (一般為30%α70%β)混勻形成的混合石膏粉。這種石膏粉是利用β石膏的吸水性能好和α石膏強(qiáng)度高的特點(diǎn)，綜合利用兩者的優(yōu)點(diǎn)，用于制造陶瓷生產(chǎn)中大件注漿成形模型等。
近年來，隨著陶瓷行業(yè)和石膏產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，在高強(qiáng)度α石膏粉的基礎(chǔ)上通過改進(jìn)石膏粉加工工藝和添加一些特殊外加劑又衍生出許多有特殊用途的超高強(qiáng)石膏粉，如原模石膏粉、母模石膏粉、樹脂石膏粉等等。
由石膏粉制作的石膏模型，其主要性能是能自然吸水，這是其可利用和有價(jià)值之處，也是到目前為止其它材料不能代替石膏之處。石膏與水按一定的比例混合后，具有一定的流動性。按器型結(jié)構(gòu)澆注后，經(jīng)過初凝和終凝，硬化成具有一定形狀的物體。理論上半水石膏變?yōu)槎嘈杓铀?5.7%，但實(shí)際中加水量一般為60%～80%，遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過理論需水量。加入過量水的目的，就是在模型干燥后形成我們生產(chǎn)中所需要的氣孔，滿足其陶瓷成形生產(chǎn)中的吸水性能。加水量與模型的強(qiáng)度和吸水率密切相關(guān)。加入多余的水越多，模型的強(qiáng)度越低，吸水率越高。在生產(chǎn)實(shí)際中，石膏與水比例的確定據(jù)石膏的種類、石膏粉的用途和模型的不同成形方法而定。使用α石膏時(shí)，石膏與水比例一般在(1.6～1.8):1;使用β石膏時(shí)，石膏與水比例一般在(1.1～1.25):1;使用混合石膏時(shí)，石膏與水比例一般在(1.3～1.4):1;使用母模石膏時(shí)，石膏與水比例一般在(2.5～3.3):1。
陶瓷生產(chǎn)用石膏粉的種類
在陶瓷生產(chǎn)中，成形模型的制作和一些胎型的制作都會使用石膏粉。市場上有滿足陶瓷注漿成形、滾壓成形、冷壓成形、母模胎型制作用的各種石膏粉。
2.1 注漿成形用石膏粉
陶瓷生產(chǎn)中采用注漿成形的品種較多。日用陶瓷的異型大件和小件，全部的衛(wèi)生陶瓷和藝術(shù)陶瓷，特種陶瓷中的理化瓷注漿件，陶瓷燒成用的一些窯具、架托等都采用注漿成形方法生產(chǎn)。注漿成形主要強(qiáng)調(diào)石膏模型的吸水性能。一般采用普通β石膏粉或部分采用α與β按比例混合的石膏粉，細(xì)度一般為80目～100目。石膏和水的比例一般在(1.2～1.5):1。根據(jù)生產(chǎn)品種和生產(chǎn)工藝的不同，石膏和水的比例有所區(qū)別。例如在日用陶瓷和特種理化瓷的小件注漿生產(chǎn)中，由于是常壓成形且體積較小，對強(qiáng)度要求不高，主要強(qiáng)調(diào)模型的吸水性，故石膏和水的比例較小，一般在1.2:1左右。這種模型的吸水率一般為45%～50%，干抗折強(qiáng)度在2.8～3.5Mpa。而衛(wèi)生陶瓷微壓注漿成形生產(chǎn)或日用陶瓷的壓力注漿生產(chǎn)中，一般產(chǎn)品件大、模型體積較大，模型需要承受一定的壓力，除了主要強(qiáng)調(diào)模型吸水性之外，還對模型的強(qiáng)度和防變形能力提出嚴(yán)格的要求，故石膏和水的比例要求大些，一般在(1.35～1.5):1。這種模型的吸水率一般在35%～42%，干抗折強(qiáng)度在3.8～4.5Mpa。
2.2 滾壓成形用石膏粉
滾壓成形是日用陶瓷主要的成形方法。其要求模型有足夠的強(qiáng)度、較好的耐磨性和抗沖擊能力，同時(shí)也要求模型有一定的吸水性和耐熱性能。使用的石膏粉主要是高強(qiáng)α石膏粉，或者部分采用混合石膏粉(一般70%的α和30%的β)。石膏和水的比例一般在(1.6～1.8):1，模型的吸水率一般在27%～31%。為了確保模型的強(qiáng)度和防止變形，根據(jù)石膏粉種類、產(chǎn)品體積大小和陰陽模成形工藝方式的不同，可微調(diào)石膏和水的比例，一般體積件小時(shí)比例小些，在(1.6～1.7):1;體積件大時(shí)比例高些，在(1.7～1.8):1，有的甚至再高些達(dá)到2.0:1，這時(shí)模型的吸水率在22%～23%。但要注意比例過高時(shí)會出現(xiàn)成形卷坯、不成活現(xiàn)象。
2.3 冷壓成形用石膏粉
冷壓成形是日用陶瓷生產(chǎn)中一種特殊的成形工藝方法，也叫塑壓成形。它是隨著日用陶瓷行業(yè)異形件的越來越多而發(fā)展起來的，特別適用于生產(chǎn)帶浮雕圖案的大件和異型大件產(chǎn)品。對于滾壓成形無法生產(chǎn)的品種，除了采用注漿成形方法外，就是采用這種成形工藝方式。使用的石膏粉也是高強(qiáng)α石膏粉。石膏和水的比例一般使用在(1.6～1.8):1，模型的吸水率一般在27%～31%。上扇模型的石膏與水的比例相對小些，一般在1.6:1(強(qiáng)調(diào)吸水);下扇模型的石膏與水的比例相對大些，一般在1.8:1。這種石膏粉主要保證模型的強(qiáng)度、耐磨性能和有較低的膨脹系數(shù)，同時(shí)也保證模型有一定的吸水性能和透氣性能。
2.4 原模母模用石膏粉
這種石膏粉的細(xì)度一般在250～300目。它是在α石膏粉中加入特殊的外加劑，或者在α石膏蒸壓加工過程中采用特殊的工藝，加入媒晶劑，改善了高強(qiáng)α石膏粉的結(jié)構(gòu)性質(zhì)，形成特殊的高強(qiáng)石膏粉。這種石膏粉對吸水率不做要求，主要是要求強(qiáng)度高、硬度高、膨脹率要低以及胎型表面要有較高的光滑度。這種石膏粉的標(biāo)準(zhǔn)稠度需水量很低，生產(chǎn)中石膏和水的比例可達(dá)到(2.3～2.85):1，凝固時(shí)間長，可攪拌10～15分鐘不凝固，其干后抗折強(qiáng)度可達(dá)到11.5Mpa。實(shí)際生產(chǎn)表明，在如此高的比例下石膏漿體的流動性能、凝結(jié)性能仍然良好，工藝操作仍能正常順利地進(jìn)行，且石膏粉的膨脹率很小。這種石膏粉的價(jià)格很高，國產(chǎn)原模母模石膏粉一般都在每噸5000元左右。國內(nèi)有一些生產(chǎn)這種石膏粉的廠家，如河北邢臺的雙華、山東的金信、河北唐山的興華等。目前邢臺雙華原模石膏粉的價(jià)格降到了4000元，膨脹系數(shù)控制到了0.06%以下，使用的石膏和水的比例在(2.0～2.3):1，比同類石膏可降低石膏粉用量20%～30%，各項(xiàng)性能指標(biāo)已達(dá)到國外先進(jìn)水平，是目前國內(nèi)質(zhì)量上乘的特種原模母模石膏粉。
檢驗(yàn)石膏粉質(zhì)量的簡易方法
石膏粉在生產(chǎn)中能否使用，首要最基本的條件是能滿足模型制作的注模操作。也就是說石膏粉的凝結(jié)時(shí)間(初凝和終凝)應(yīng)符合標(biāo)準(zhǔn)，長短合理，過長過短都不好。初凝時(shí)間過短，來不及操作，會注桶影響生產(chǎn);終凝時(shí)間過長，凝固時(shí)間慢，也影響生產(chǎn)。
3.1 從包裝上判斷
從外觀包裝上查看，若包裝塑料編織袋的材質(zhì)質(zhì)量差，松軟強(qiáng)度低，做工粗糙、編織稀疏，顏色發(fā)灰綠色，內(nèi)部沒有防潮塑料袋，撒料，三無產(chǎn)品或外觀標(biāo)識不齊全的石膏粉不符合質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)，檔次低，質(zhì)量沒有保證;反之，包裝塑料編織袋用材好，做工精致，顏色發(fā)白，強(qiáng)度高，編織經(jīng)緯密集，內(nèi)部有防潮塑料袋，封口嚴(yán)密，外觀印刷清晰、標(biāo)識齊全，不撒料的石膏粉質(zhì)量好、檔次高，質(zhì)量有保證。一般采用這種包裝袋的石膏粉白度高、細(xì)度細(xì)，是質(zhì)量上乘的高強(qiáng)度石膏粉、特種石膏粉(如母模石膏粉、原模石膏粉或樹脂石膏粉)。價(jià)格相對也高，是普通石膏粉的2～9倍。
3.2 從顏色和手感上判斷
一般白度高的石膏粉細(xì)度細(xì)，質(zhì)量好，價(jià)格高;而發(fā)灰黑、里面有黑色雜質(zhì)的石膏粉質(zhì)量較差。用手的拇指和食指搓捻石膏粉，手感發(fā)沙粗糙的石膏粉細(xì)度糙，質(zhì)量較差，價(jià)格較低;而手感細(xì)膩的石膏粉細(xì)度細(xì)，質(zhì)量較好，價(jià)格較高。
3.3 檢測結(jié)晶水含量
石膏粉是一種結(jié)晶混合物，其內(nèi)會含有生石膏、半水石膏和無水石膏(過燒石膏)。在炒制過程中欠火發(fā)嫩有生石膏，或者火大、炒制時(shí)間過長造成過燒有無水石膏，這都影響石膏的凝結(jié)時(shí)間，影響生產(chǎn)正常使用。有時(shí)由于石膏粉放置時(shí)間過長受潮，也影響正常使用。根據(jù)實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，通過測定結(jié)晶水的含量，可判斷石膏粉質(zhì)量的好壞。一般合格的石膏粉結(jié)晶水的含量在4.5%～5.5%。若石膏粉的結(jié)晶水含量遠(yuǎn)低于此標(biāo)準(zhǔn)值，則說明石膏粉過燒，注模時(shí)凝結(jié)時(shí)間太長甚至不凝固;若石膏粉的結(jié)晶水含量遠(yuǎn)高于此標(biāo)準(zhǔn)值，則說明石膏粉欠火或者受潮，注模時(shí)凝結(jié)時(shí)間短。
3.4 測定凝結(jié)時(shí)間
凝結(jié)時(shí)間包括初凝時(shí)間和終凝時(shí)間。石膏粉凝結(jié)時(shí)間的標(biāo)準(zhǔn)是：在標(biāo)準(zhǔn)稠度下，一般初凝時(shí)間不小于6分鐘，終凝時(shí)間不大于25分鐘。適宜的凝結(jié)時(shí)間是石膏粉在生產(chǎn)中正常使用的必要條件。初凝時(shí)間過短或終凝時(shí)間過長都不好。如果在使用中初凝時(shí)間太短，小于6分鐘，則證明石膏粉沒有炒熟夾生，或新炒制沒有陳腐期，或石膏粉受潮，影響注模操作，表現(xiàn)為生產(chǎn)中注桶，耽誤生產(chǎn);若終凝時(shí)間太長，遠(yuǎn)大于25分鐘，則說明石膏在炒制時(shí)過燒，里面含有過燒石膏，表現(xiàn)為石膏漿太稀，注模時(shí)易漏漿，甚至石膏漿不凝固，影響生產(chǎn)。
3.5 測定流動度
在大生產(chǎn)石膏和水的比例下，通過測量試餅的直徑(流動度)大小，來判斷石膏粉質(zhì)量的優(yōu)劣。檢測時(shí)應(yīng)固定水量的大小，所采用的工器具和實(shí)驗(yàn)方法應(yīng)一致。在大生產(chǎn)石膏和水的比例下，若生產(chǎn)中正常使用的合格石膏粉的試餅直徑為D，待檢石膏粉試餅直徑為d。如果d遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于D，甚至漿體不流動平鋪，則說明石膏粉沒有炒熟、發(fā)嫩，或受潮內(nèi)部含有生石膏，影響注模操作甚至不能使用;如果d遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于D，漿體很稀流動性強(qiáng)，則說明石膏粉過燒，注模時(shí)凝結(jié)時(shí)間太長甚至不凝固，也無法使用。用此方法還可區(qū)分是普通石膏粉還是高強(qiáng)石膏粉。在同樣的膏水比例下，若漿體稀、流動性強(qiáng)，試餅直徑大，同時(shí)硬化后強(qiáng)度高，則一般是高強(qiáng)α石膏粉;反之，若漿體粘稠、流動性差，試餅直徑小，則一般是普通β石膏粉。
3.6 生產(chǎn)中試注
在大生產(chǎn)石膏和水的比例下，所采用的工器具、操作人員、設(shè)備和工藝方法一致，選擇一個(gè)胎型母模進(jìn)行生產(chǎn)模型的試注，與生產(chǎn)中正常使用的合格石膏粉的模型澆注過程進(jìn)行比對。若待檢石膏粉凝結(jié)時(shí)間正常合理，操作順利不注桶，則說明該石膏粉可用，是合格的石膏粉;若待檢石膏粉凝結(jié)時(shí)間不正常，凝結(jié)時(shí)間太短注桶，或者凝結(jié)時(shí)間太長甚至不凝固，都會影響生產(chǎn)的正常進(jìn)行，這樣的石膏粉不合格，生產(chǎn)中是絕對不能使用的。
