潔具高壓注漿成形坯料粘土成分研究的新進展

摘要 本文介紹了國外關于潔具高壓注漿成形坯料粘土成分研究的新進展，為國內同行提供一定的參考作用。

關鍵詞 衛生陶瓷潔具，坯料粘土，高壓注漿

1引 言

原則上，潔具的普通注漿（石膏模注漿）料漿都能應用于高壓注漿成形。采用樹脂模在1.5MPa(15bar)高壓壓力注漿成形的過程中，僅需5～6min就能獲得8～10mm厚的坯體厚度，但采用石膏模注漿成形需60min才能獲得相同厚度。考慮到高壓注漿成形昂貴的設備投資和物資消耗，無疑縮短成形時間是高壓注漿成形的經濟優勢。因此，適用于高壓注漿成形的坯體料漿必須滿足以下基本要求：

（1） 應具有盡可能高的注漿成形速度；

（2） 應具有盡可能低的粘度，有利于確保泥層（待成形坯體）與注漿模型（模具）之間實現快速的熱交換以及便于注漿料的快速注入和多余漿料的快速排出；

（3） 應具有優良的硬化能力，確保壓縮空氣將水分從泥層（待成形坯體）壓濾進入注漿模型（模具）中。

只要坯體料漿滿足上述基本要求，潔具的高壓注漿成形生產周期就可能小于6min。同時，實踐也表明，潔具的高壓注漿成形絕不會在很大程度上影響泥層（待成形坯體）的彎曲強度、吸水率和軟化性能，也不必采取補強等修正措施。

2高壓注漿成形的料漿

優良的高壓注漿成形坯體料漿要求粗顆粒和小于2μm的細顆粒不超過一定范圍，通常在坯體料漿的成分中，硬質料的最大顆粒不大于60μm，而細顆粒尤其是小于0.5μm的細顆粒，必須盡可能地少。正是由于細顆粒數量的減少，在高壓注漿成形的過程中，坯體料漿中的孔隙率能加快泥層厚度（待成形坯體）的生成過程。同時，粗顆粒也應有一個極限范圍。具有較高的粗顆粒硬質料含量的坯體料漿能增強泥層（待成形坯體）的強度，這是由于粗顆粒之間較大的孔隙被細顆粒填塞的緣故。所以說，滿足上述要求的高壓注漿成形坯體料漿的顆粒組成如下：

（1） 大于63μm的粗顆粒小于2%。

（2） 小于0.5μm的細顆粒小于45%。

由于伊利石類粘土通常產生大量小于2μm的細顆粒，因此為了獲得適應高壓注漿成形坯體料漿的顆粒分布要求，必須添加高嶺土類粘土和含有云母類的粘土才能應用于高壓注漿成形的生產過程中。同時，高壓注漿成形坯體料漿與普通注漿（石膏模注漿）料漿一樣，應具有良好的分散性能。

3高壓注漿成形料漿的顆粒分布

圖1表示普通注漿（石膏模注漿）與高壓注漿料漿之間的區別。顯然，高壓注漿料漿中小于2μm的細顆粒含量明顯少。

4潔具注漿坯體料漿的配方及成形性能

圖2表示6種單一粘土成分注漿坯體料漿（曲線1～6）和潔具標準注漿坯體料漿1001（曲線7）的線膨脹曲線示意圖。這些坯體料漿幾乎都是由云母類粘土或伊利石類粘土所組成。曲線7表示Stephan Schmidt KG的標準注漿坯體料漿1001的線膨脹曲線。圖3中的曲線8和9是為了獲得理想的高壓注漿成形效果，在標準注漿坯體料漿1001中加入了某些成分所形成的注漿坯體料漿的線膨脹曲線。潔具注漿坯體料漿的經典配方通常采用高嶺土粘土和云母類粘土來調整注漿坯體料漿的性能。此外，高壓注漿成形坯體料漿2010的線膨脹曲線即如圖3中的曲線10所示，從圖3中可以看出注漿坯體料漿2010中的高嶺土成分明顯偏高。

衛生陶瓷潔具的傳統注漿（石膏模注漿）成形與高壓注漿成形的性能對照如表1所示。由表1可知，它們的主要區別在于注漿坯體料漿顆粒粒度的分布范圍不同。對高壓注漿成形坯體料漿來說，一方面坯料顆粒粒度分布不同，生坯彎曲強度降低；另一方面，因坯體料漿中的粗顆粒影響其燒結工藝，并且粗顆粒含量較高時，其素燒后的坯體吸水率將稍微偏高。含有25%的普通粘土、29%的高嶺土、30%的正長石和17%的石英的兩個衛生陶瓷潔具注漿成形坯體料漿樣品的性能對照如表2所示，其粘土成分是由坯體料漿1001中的粘土及高壓注漿成形坯體料漿2010中的粘土所組成的混合物。

在石膏模注漿成形和巴羅德加重式0.5MPa（5bar）高壓注漿成形實驗生成10mm厚的坯體的過程中，能觀察到的非常重要的區別是高壓注漿成形的速度非常快。同時，燒結成瓷時，高壓注漿成形的潔具的變形較大也非常顯著；此外燒結成瓷后，高壓注漿成形的潔具的吸水率較大也是非常顯著的特點。這兩方面的缺陷主要是由高壓注漿成形坯體料漿中粗顆粒的顆粒尺寸大小的分布不合理等造成。

5 高嶺土對高壓注漿成形坯體料漿性能的影響

通常高嶺土含量的增多有利于提高高壓注漿成形的速度，同時多種跡象表明，高嶺土的最高含量可高達33～35%，考慮到便于注漿和排出多余漿料，不同種類高嶺土的流變學性能也是非常重要的影響因素。

除高嶺土外其余成分相同的兩種注漿坯體料漿的剪切應力與剪切應變之間的關系示意圖如圖4所示，顯然此兩種高嶺土對產生相同剪切應變的剪切應力的影響有很大區別。同時，產生較小剪切應力的注漿坯體料漿（HV-1）的流動性較好，易于輸送，便于快速注入模腔（模型）和快速排出多余漿料。由于注入漿料和排出多余漿料是影響整個注漿成形生產周期的決定性因素，因此通過選用最適宜的高嶺土能大幅度地縮短注漿成形的生產周期。

6巴羅德加重式高壓注漿成形實驗

巴羅德加重式高壓注漿成形裝置（如圖5所示）是進行高壓注漿成形實驗的最合適的方式。其工作原理就是：注漿坯體料漿在氣壓室內被濾紙過濾脫水形成硬泥層（待成形坯體），顯然隨著時間的延長，硬泥層（待成形坯體）的厚度逐漸增厚。由此可見，注漿坯體料漿在巴羅德加重式高壓注漿成形裝置中的過濾脫水及硬化過程等同于高壓注漿成形模型（模具）內硬泥層（待成形坯體）的過濾脫水及硬化過程，并且還是真實可靠的。