唐小勇 仝元東 陳擁強(qiáng) 汪志良 寧 君 劉 昆

(1 景德鎮(zhèn)樂華陶瓷潔具有限公司 江西 景德鎮(zhèn) 333414)

(2 景德鎮(zhèn)陶瓷大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院 江西 景德鎮(zhèn) 333403)

20世紀(jì)70年代末,一些發(fā)達(dá)國(guó)家相繼大力進(jìn)行了衛(wèi)生陶瓷壓力注漿成形工藝技術(shù)的實(shí)驗(yàn)研究,并取得了重大的突破。尤其是高壓注漿工藝的研究成功,更是極大的提高了衛(wèi)生陶瓷注漿成形生產(chǎn)效率[1]。高壓注漿成形技術(shù)是目前最先進(jìn)的注漿成形方式,大幅提高了生產(chǎn)效率,并解決了傳統(tǒng)石膏模具大量的人力成本的問題,具有極大的應(yīng)用前景。目前大型陶瓷衛(wèi)浴生產(chǎn)企業(yè)已經(jīng)普遍采用高壓注漿成形方法[2]。

高壓注漿成形實(shí)際上是一個(gè)壓濾過程,起過濾作用的材料就是多孔樹脂模具。通過對(duì)泥漿施加較高壓力,使其中水分在較短時(shí)間內(nèi)向模型內(nèi)擴(kuò)散滲透,貫穿并排出模型之外,排凈剩余泥漿,形成所需要的具有一定強(qiáng)度和厚度的坯件。多孔樹脂模具為水分的排出提供了通道,并賦予產(chǎn)品一定的形狀[3-4]。

制作樹脂塑料模具的關(guān)鍵在于材料、配方及工藝技術(shù)。這是一項(xiàng)高難度的新技術(shù),國(guó)外在替代石膏的新材質(zhì)模具方面已進(jìn)行了多年的研究,并已取得了巨大進(jìn)展,尤其在微孔高分子材質(zhì)模具方面已經(jīng)進(jìn)入實(shí)用階段[5-9]。

而我國(guó)科技工作者在這方面的研究起步較晚,長(zhǎng)期以來陶瓷高壓注漿樹脂模具的材料一直由國(guó)外企業(yè)壟斷,其材料價(jià)格高,成為衛(wèi)生陶瓷自動(dòng)化成形的一個(gè)難點(diǎn)[10]。因此開展陶瓷高壓注漿樹脂模具的檢測(cè)分析及基礎(chǔ)研究開發(fā)就顯得尤為重要。

1 陶瓷高壓樹脂模具制備工藝

如圖1所示,高壓樹脂模具的制造,是通過在樹脂層外壁逐層加工成形第一隔離層、第二隔離層、混凝土層和鋼結(jié)構(gòu)框架,最終形成高壓注漿模具[11]。其主要工藝流程如圖2所示。把液態(tài)或乳狀樹脂聚合物、固化劑或稀釋劑、填料等混合攪勻,將具有較好流動(dòng)性的乳狀漿料注入母模,并預(yù)埋設(shè)導(dǎo)水細(xì)管,在室溫下經(jīng)過充分的聚合反應(yīng),固化即成為微孔分布均勻的樹脂塑料模,再經(jīng)過機(jī)械加工處理,制成所需的高壓注漿模具。在此過程中如果工藝控制不當(dāng),則容易產(chǎn)生較多的不規(guī)則氣孔,并且部分較大的氣孔在注漿過程中會(huì)導(dǎo)致泥漿的滲透進(jìn)入樹脂模具,從而影響了樹脂模具的使用壽命[12]。

圖1 樹脂模具示意圖

圖2 樹脂模具制備工藝

樹脂模具的生產(chǎn)過程中主要受到樹脂種類、表面活性劑選擇、攪拌、溫度控制、填料的種類及用量、固化劑的種類和加水量等因素的影響[13]。其中溫度對(duì)材料的形成的影響極大。為了使物料具有流動(dòng)性同時(shí)有利于反應(yīng)進(jìn)行,必須保證一定的溫度。其次是攪拌,表面活性劑只起到穩(wěn)定乳液的作用,并不能把水分散到樹脂中。水要靠強(qiáng)力攪拌才能在粘度極大的物料體系中分散開來。攪拌的充分與均勻性對(duì)孔結(jié)構(gòu)和孔的數(shù)量有直接關(guān)系[14]。此外,樹脂澆筑的過程也非常重要,這可以使得樹脂層表面平整,較大的氣孔少,有利于提高其使用壽命。實(shí)踐表明適當(dāng)?shù)恼饎?dòng)可以減少表面可見的氣孔。

2 陶瓷高壓樹脂模具物理性能檢測(cè)

適用于高壓注漿成形工藝的模具是微孔結(jié)構(gòu)的高強(qiáng)度樹脂塑料模具,首先對(duì)現(xiàn)有生產(chǎn)的高壓樹脂模具進(jìn)行了主要性能指標(biāo)的測(cè)試,其性能指標(biāo)對(duì)其注漿效率、使用壽命影響較大。本實(shí)驗(yàn)選擇目前大部分企業(yè)生產(chǎn)的樹脂模具進(jìn)行性能的測(cè)試,其結(jié)果見表1。

表1 樹脂模具的物理性能

樹脂模具的氣孔率平均值為36.16%,吸水率為32.48%,體積密度在1.11 g/cm3,抗折強(qiáng)度為8.66 MPa。文獻(xiàn)也表明其主要性能指標(biāo),如抗折強(qiáng)度為200～220 kg/cm2,吸水率為30%～45%,氣孔率為30%～45%[12-13]。

3 陶瓷高壓樹脂模具成分分析

該實(shí)驗(yàn)采用XRF全分析手段對(duì)陶瓷高壓注漿成形樹脂模具首先進(jìn)行化學(xué)組成測(cè)試(見表2),表明樹脂模其主要由無機(jī)填料和有機(jī)樹脂構(gòu)成,樹脂與無機(jī)填料比為36∶64,據(jù)文獻(xiàn)報(bào)道其所用樹脂材料可分為兩種類型:一種是以丙烯酸酯類樹脂為主要成分;另一種是以環(huán)氧樹脂為主要成分。德國(guó)及意大利一些公司開發(fā)的模具屬于前者,而日本及美國(guó)一些公司開發(fā)使用的屬于后者[4]。

表2 樹脂模具化學(xué)組成

填料可分為無機(jī)填料和有機(jī)聚合物填料,添加無機(jī)填加劑對(duì)減少收縮效果比較明顯,但大多情況下不利于料漿的流動(dòng)性。一般無機(jī)填料價(jià)格低,應(yīng)盡量采用無機(jī)粉體填料,在用量上以不影響流動(dòng)性為前提。另外,對(duì)顆粒粒徑的分布也有一定要求,通常要把幾種不同粒度的填料混合使用。該試樣無機(jī)填料經(jīng)過XRD 測(cè)試,以石英和方石英為主(約占56.7%),另外還有少量的方解石,如圖3所示。

圖3 樹脂模具XRD

4 陶瓷高壓樹脂模具結(jié)構(gòu)分析

利用SEM 測(cè)試了樹脂磨具的表面和斷面,如圖4所示。從圖4可以看出,表面(接觸面)相對(duì)比較光滑,而斷面為互通的多孔狀。但其表面仍然有少量肉眼可見的較大氣孔,尺寸為40～60μm,這些氣孔會(huì)導(dǎo)致高壓注漿過程中少量的泥漿進(jìn)入樹脂膜內(nèi)部,從而影響了其使用壽命。這與樹脂相和水相混合時(shí)的溫度、攪 拌速度有關(guān),此外對(duì)澆筑過程也有所影響。

圖4 樹脂模具表面(a-c)及斷面(d-f)結(jié)構(gòu)照片

5 結(jié)語

目前陶瓷行業(yè)的勞動(dòng)力成本不斷上漲,很多陶瓷企業(yè)都逐步的采用高壓成形技術(shù),但在使用過程中仍然存在樹脂模具成本高、制備樹脂模具不規(guī)范、樹脂模具性能指標(biāo)無標(biāo)準(zhǔn)等問題,極大的影響了樹脂模具的使用壽命。高壓樹脂模具目前在國(guó)內(nèi)仍處于起步階段。筆者認(rèn)為樹脂模具的制備和使用過程中的性能數(shù)據(jù)的收集,影響樹脂模具使用壽命的原因分析,以及樹脂模具的清洗和二次利用變得尤為重要。