衛(wèi)生陶瓷高壓樹脂模具簡介及測試分析*

唐小勇 仝元東 陳擁強 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)陶瓷大學材料科學與工程學院 江西 景德鎮(zhèn) 333403)

20世紀70年代末,一些發(fā)達國家相繼大力進行了衛(wèi)生陶瓷壓力注漿成形工藝技術的實驗研究,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效率[1]。高壓注漿成形技術是目前最先進的注漿成形方式,大幅提高了生產效率,并解決了傳統(tǒng)石膏模具大量的人力成本的問題,具有極大的應用前景。目前大型陶瓷衛(wèi)浴生產企業(yè)已經(jīng)普遍采用高壓注漿成形方法[2]。

高壓注漿成形實際上是一個壓濾過程,起過濾作用的材料就是多孔樹脂模具。通過對泥漿施加較高壓力,使其中水分在較短時間內向模型內擴散滲透,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,并賦予產品一定的形狀[3-4]。

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

而我國科技工作者在這方面的研究起步較晚,長期以來陶瓷高壓注漿樹脂模具的材料一直由國外企業(yè)壟斷,其材料價格高,成為衛(wèi)生陶瓷自動化成形的一個難點[10]。因此開展陶瓷高壓注漿樹脂模具的檢測分析及基礎研究開發(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、混凝土層和鋼結構框架,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,將具有較好流動性的乳狀漿料注入母模,并預埋設導水細管,在室溫下經(jīng)過充分的聚合反應,固化即成為微孔分布均勻的樹脂塑料模,再經(jīng)過機械加工處理,制成所需的高壓注漿模具。在此過程中如果工藝控制不當,則容易產生較多的不規(guī)則氣孔,并且部分較大的氣孔在注漿過程中會導致泥漿的滲透進入樹脂模具,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]。其中溫度對材料的形成的影響極大。為了使物料具有流動性同時有利于反應進行,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孔結構和孔的數(shù)量有直接關系[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。實踐表明適當?shù)恼饎涌梢詼p少表面可見的氣孔。

2 陶瓷高壓樹脂模具物理性能檢測

適用于高壓注漿成形工藝的模具是微孔結構的高強度樹脂塑料模具,首先對現(xiàn)有生產的高壓樹脂模具進行了主要性能指標的測試,其性能指標對其注漿效率、使用壽命影響較大。本實驗選擇目前大部分企業(yè)生產的樹脂模具進行性能的測試,其結果見表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,抗折強度為8.66 MPa。文獻也表明其主要性能指標,如抗折強度為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

該實驗采用XRF全分析手段對陶瓷高壓注漿成形樹脂模具首先進行化學組成測試(見表2),表明樹脂模其主要由無機填料和有機樹脂構成,樹脂與無機填料比為36∶64,據(jù)文獻報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。德國及意大利一些公司開發(fā)的模具屬于前者,而日本及美國一些公司開發(fā)使用的屬于后者[4]。

表2 樹脂模具化學組成

填料可分為無機填料和有機聚合物填料,添加無機填加劑對減少收縮效果比較明顯,但大多情況下不利于料漿的流動性。一般無機填料價格低,應盡量采用無機粉體填料,在用量上以不影響流動性為前提。另外,對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。該試樣無機填料經(jīng)過XRD 測試,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構分析

利用SEM 測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,這些氣孔會導致高壓注漿過程中少量的泥漿進入樹脂膜內部,從而影響了其使用壽命。這與樹脂相和水相混合時的溫度、攪 拌速度有關,此外對澆筑過程也有所影響。

圖4 樹脂模具表面(a-c)及斷面(d-f)結構照片

5 結語

目前陶瓷行業(yè)的勞動力成本不斷上漲,很多陶瓷企業(yè)都逐步的采用高壓成形技術,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、樹脂模具性能指標無標準等問題,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內仍處于起步階段。筆者認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。