衛(wèi)生陶瓷坯體干燥開裂的原因與對策

1、衛(wèi)生陶瓷坯體干燥開裂的原因與對策何海燕(北京東陶有限公司 北京 100085摘 要 按照衛(wèi)生陶瓷的一般生產(chǎn)工藝流程 , 分工序討論了坯體干燥開裂的發(fā)生機理及產(chǎn)生原因 , 并結(jié)合實踐提出了一 系列相關(guān)對策 。關(guān)鍵詞 坯體干燥開裂 單面吃漿 雙面吃漿 臨界水分點 坯體含水率 前言, 塑性狀態(tài)坯體的破裂點 , 就會引 起坯體開裂 。 產(chǎn)生干燥收縮不均勻的原因比較復雜 , 大致可分為兩大類 :坯體本身所潛伏的問題經(jīng)干燥過 程暴露出來 , 以及干燥條件不合理導致 。下面從內(nèi)因 和外因兩個方面 , 分析各種原因?qū)ε黧w干燥開裂的影 響 , 并提出在實際生產(chǎn)中相應(yīng)的防止方法 。衛(wèi)生陶瓷 注漿成形工藝流程如圖

2、1所示 。1 坯體干燥開裂產(chǎn)生的原因1. 1 泥漿對坯體干燥開裂的影響當坯料配方中可塑性粘土含量不當時 , 坯體容易 在干燥過程中產(chǎn)生開裂 。所謂可塑性 , 就是對坯體施 加大于屈服值的力 , 使物體在破裂之前連續(xù)的變形 , 而 這種變形具有不能恢復原來狀態(tài)的性質(zhì) 。 粘土的可塑 性對產(chǎn)品質(zhì)量影響很大 , 其加入量也是確定泥漿配方 的主要依據(jù)之一 。如果球磨時間過短 , 坯料的粒徑太粗 , 坯體易發(fā)生 干燥開裂 。 主要是因為顆粒粗大 、 堆積不緊密 , 坯體表 面空隙多 、 干燥收縮大造成的 。陳腐對泥漿的很多性能都有好處 , 但也要注意在 練泥過程中不要造成泥漿粒子的定向集中分布 , 內(nèi)應(yīng)

3、 力集中未完全消除 , 。 , 坯體吃漿 , 在干燥收縮過程中容 。 、 粒度大 、 水分含量 、 配方中電解質(zhì)的種類和用量以及 泥漿的溫度等 。 控制泥漿的觸變性 , 是實際生產(chǎn)中提 高生產(chǎn)效率和產(chǎn)品質(zhì)量的重要手段之一 。圖 1 衛(wèi)生陶瓷注漿成形工藝流程圖1. 2 成形條件對坯體干燥開裂的影響1. 2. 1 注漿成形注漿成形時如果石膏模型出現(xiàn)變形 、 合型面破損 ,82 陶 瓷 2009. No. 6或者石膏模型沒有壓緊 , 致使合型面部位有縫隙 , 注漿 時有泥漿溢出 , 溢漿部位坯體內(nèi)的粒子產(chǎn)生定向性 , 吃 漿方向的收縮變小 , 在干燥收縮過程中易開裂 。如果 注漿前石膏模型清掃不徹底

4、 , 或者脫模后溢漿部位倒 角的毛刺未清理干凈 , 也會造成此種干燥裂 。因為在注漿時坯體上的沖突面或多或少都會發(fā) 生 , 注漿的角度如果選擇不當 , 會使泥漿沖突面移動到 坯體收縮易發(fā)生應(yīng)激反應(yīng)的部位 。 由于脫型后該處比 坯體其他表面的粘土質(zhì)密度要高 , 在干燥過程中易沿 注漿口和其相對側(cè)的沖突線出現(xiàn)開裂 。 生坯檢查時該 處有時不會表現(xiàn)出常見的外部表面開裂 , 而是內(nèi)部隱 藏的細微裂紋 , 常在燒成后表現(xiàn)出開裂 。當注漿速度受注漿軟管過長或彎折 、 插口部堵塞 、 注漿位置離高位漿槽過遠 、 注漿壓力低或者模型內(nèi)空 氣不易排出等影響而極慢時 , 在泥漿表面張力的作用 下 , 常在 燒成后

5、反應(yīng)出來 。排漿角度 、 壓力 、 時間 , 排漿孔的位 置以及坯體內(nèi)部的結(jié)構(gòu)都會影響坯體的排泥狀況 。 由 于從排漿到脫型期間坯體一直處于收縮狀態(tài) , 如果出 現(xiàn)排漿不良 , 坯體內(nèi)有剩余泥漿 , 由坯體內(nèi)外含水率的 差引發(fā)收縮差增大 , 最終導致坯體干燥收縮開裂 。此 階段的開裂一般分為 3種 :排漿壓力不夠造成的內(nèi)部 負壓開裂 , 由排漿泥痕引發(fā)的收縮開裂和由殘留泥漿 引發(fā)的收縮開裂 。坯體的鞏固如果不好 , 會造成坯體收縮變大 、 強度 變差 , 在干燥收縮過程中由于內(nèi)應(yīng)力過大引發(fā)開裂 。 鞏固期間引發(fā)的干燥開裂分為三種 :鞏固裂 、 鞏固不良 開裂和坯體單雙交接部位開裂 。 鞏固裂常

6、發(fā)生在坯體 雙面吃漿拐角處 , 主要是由于石膏模型太干或雙面吃 漿拐角小 、 坯體厚度不均勻造成 。鞏固不良開裂常發(fā) 生在坯體雙面吃漿部位 , 常由于模型處理方法不正確 造成坯體該處鞏固不良引起 ; 或是由于坯體雙面處太 厚 , 內(nèi)部吃漿不實 、 有空洞 , 在干燥收縮過程中由內(nèi)向 外引發(fā)開裂 。如果坯體單面吃漿部分和雙面吃漿部分的鞏固不 均勻 , 會造成兩部分含水率的差異增大 , 坯體的收縮差 也相應(yīng)增大 , 進而造成坯體單雙交接部位在干燥收縮 過程中開裂 。 相對于前兩種開裂 , 坯體單雙交接部位 開裂在實際生產(chǎn)中更為常見 , 其影響因素復雜 :模型處 理 、 鞏固時間及壓力 、 坯體厚度

7、 、 結(jié)構(gòu)和含水率以及干 燥條件等不合適都會引發(fā) , 是實際生產(chǎn)中最難解決的 干燥開裂之一 。坯體脫模時如果石膏模型和坯體間未注入空氣 、 成真空狀 , 產(chǎn)品粘連于型上 , 模型上升時會將坯體帶 裂 , 開裂部位進行搟壓 、 埋泥處理后仍相對薄弱 , 在干 燥收縮過程中容易發(fā)生開裂 。 這種開裂還與石膏型的 深度 、 R 角的大小等有關(guān) , 在實際生產(chǎn)中 , 脫型開裂的 降低可以有效減少坯體干燥開裂 。1. 2. 2濕坯細加工開孔作業(yè)時如果工具有損壞 、 方法不正確或者開 孔時間控制不當 , 。 ,。如果出現(xiàn)坯體粘接面上有滑石粉等異物未清理干 凈 , 粘接面過小 、 不吻合 , 粘接硬度不合適

8、 , 粘接錯位 , 粘接泥漿未清理干凈等情況造成坯體粘接部位的強度 不足時 , 常會引發(fā)該處的干燥開裂 。有時這種開裂在 內(nèi)部很細微 , 坯檢時不易發(fā)現(xiàn) , 經(jīng)燒成后才顯現(xiàn)出來 。 1. 2. 3 新成形工藝現(xiàn)在越來越多的衛(wèi)生陶瓷生產(chǎn)廠家為提高生產(chǎn)效 率 、 降低生產(chǎn)成本而采用高壓成形的注漿方式 , 這樣成 形的坯體密度較高 、 強度大 、 含水率低 , 并且干燥收縮 率小 。1. 3 干燥條件對坯體開裂的影響坯體通過干燥才能有一定的強度 , 以適應(yīng)修坯 、 施 釉 、 燒成等工序的需要 。干燥過程是一個能量和物質(zhì) 的交換過程 , 是衛(wèi)生陶瓷生產(chǎn)中的重要工序 。1. 3. 1 干燥條件對開裂的

9、影響在制定干燥條件時 , 首先要依據(jù)泥漿性能 、 產(chǎn)品大 小 、 薄厚及結(jié)構(gòu)的復雜程度來確定干燥速度 , 即產(chǎn)品的 干燥周期 , 它表示的是坯體含水率與時間的關(guān)系 , 取決 于干燥介質(zhì)的溫度 、 濕度 、 流量和流速 ; 還要考慮干燥 過程中的物料平衡和熱平衡 , 盡量充分使用干燥介質(zhì) 的能源 , 使其損失量降到最低 。在設(shè)計干燥曲線時 , 重視對坯體臨界水分的研究 , 如圖 2所示 。 臨界水分是坯體從等速干燥向減速干燥 轉(zhuǎn)變的轉(zhuǎn)折點 , 即干燥過程中坯體收縮基本結(jié)束的水 9 22009. No. 6 陶 瓷 分臨界狀態(tài)點 。 在這點之前 , 如果干燥速度過快坯體 容易開裂和變形 ; 但如果

10、過了臨界水分點 , 由于坯體不 再收縮 , 就不會產(chǎn)生破壞應(yīng)力 , 故可以加快此階段的干 燥速度 。圖 2 坯體收縮和含水率曲線在干燥過程中濕坯較柔軟易變形 , 如果其放置方 法不正確 , 受形狀的影響收縮困難部位的收縮較小 , 并 會向容易收縮的地方延伸 , 變大 , , 弱部位引發(fā)開裂 ; , 阻礙了其底 部的收縮 , 也會出現(xiàn)干燥裂 。 1. 3. 2 新干燥技術(shù)現(xiàn)在越來越多的衛(wèi)生陶瓷生產(chǎn)廠家為提高生產(chǎn)效 率和干燥合格率 , 引入了溫濕度分段自動控制的快速 干燥系統(tǒng) 。 該系統(tǒng)的干燥過程全部連續(xù)且自動控制 、 干燥周期短 、 干燥條件合理 、 干燥熱耗低 。 但由于成本 較高 , 很多廠

11、家還沒有采用 。1. 4 坯體干燥開裂對生坯檢查與修正 、 施釉 、 燒成工序的影響生坯檢查與修正工序需要對干燥后坯體的主要開 裂發(fā)生部位重點檢查 , 以減少成瓷開裂 ; 對于目視可見 的裂 , 判定其是否可以修補并進行相應(yīng)作業(yè) ; 對于內(nèi)部 隱藏的細微裂紋 , 通常使用煤油涂刷在坯體粘接處 、 埋 泥處及結(jié)構(gòu)薄弱處來查找 , 一經(jīng)發(fā)現(xiàn)則根據(jù)其開裂程 度進行相應(yīng)的處理 。施釉時如果坯體表面存在生坯檢查時未發(fā)現(xiàn)的細 微裂紋 , 則釉漿會聚集在該處 , 在燒成過程中釉層融化 滲入裂紋內(nèi)部 , 成瓷表現(xiàn)為表面的斑點 。在燒成過程中坯體內(nèi)部的細微裂紋由于燒成收縮 的作用 , 產(chǎn)品的內(nèi)應(yīng)力逐漸增大 ,

12、內(nèi)部的裂紋也隨之變 大 , 最終從表面裂開來 。2 坯體干燥開裂的防止方法2. 1 通過控制泥漿的制備及性狀來減少坯體干燥開裂針對干燥開裂常采取的對策有 :控制原料中強可 塑性粘土的用量在 15%20%以內(nèi) ; 適當加入電解質(zhì) 如碳酸鈉 (Na 2CO 3 與硅酸鈉 (Na 2SiO 3 ; 坯料中 45m 以上的顆粒不超過 5%10%, 小于 10m 顆粒應(yīng) 占 44%55%; 在保證流動性的前提下 , 盡可能地減 少泥漿的含水量 ; 泥漿的陳腐期一般在 7d 左右 ; 泥漿 的溫度不宜過高 , 一般控制在 30 左右 。下面以某復雜連體坐便器生產(chǎn)中出現(xiàn)的干燥開裂為例 , 2. 2. 1 注

13、漿過程中引發(fā)的干燥開裂的對策坯體合型縫溢漿處干燥開裂的對策 :注漿成形工 藝要求石膏合型面不能留有空隙 , 所以首先應(yīng)做好模 型的日常維護 , 盡量避免合型部位破損 ; 當合型面出現(xiàn) 間隙發(fā)生溢漿時 , 常通過調(diào)整夾具的位置 , 并增加其強 度的方法來解決 。 同時還應(yīng)注意在生坯檢查時加強對 溢漿部位的檢查 。坯體注漿沖突面干燥開裂的對策 :首先要保證注 漿角度合適 , 這需要根據(jù)經(jīng)驗 、 參考產(chǎn)品的形狀 、 并通 過現(xiàn)場試驗來確定 ; 如果該處仍有開裂 , 則需要通過移 動注漿口位置或改變原沖突面部位的形狀等方法 , 將 沖突面盡量向不易發(fā)生沖突裂的位置移動 ; 或是在型 處理時 , 對沖突

14、面部位進行貼布或涂刷一層薄滑石粉 等對策來解決 。坯體上漿紋處干燥開裂的對策 :首先要確保模型 和注漿管的及時清掃 ; 再采取調(diào)整石膏型與高位漿槽 之間的距離 , 或提高注漿壓力等對策 ; 仍沒有效果時 , 再考慮通過改變型分割位置或在石膏模型上開空氣孔 的方法來解決 。2. 2. 2 排漿過程中引發(fā)的干燥開裂的對策針對由排漿壓力不夠造成的內(nèi)部負壓開裂 , 首先 應(yīng)確保加壓軟管伸出型內(nèi)面 (1520 mm , 如圖 3所 示 ; 再采取調(diào)整排漿微壓的壓力 , 擴大微壓連接孔徑 , 調(diào)節(jié)排漿泵彎管開放口的開度等對策 。03 陶 瓷 2009. No. 6 圖 3 加壓軟管伸出于型內(nèi)面長度示意圖針

15、對排漿痕引發(fā)的開裂是由于坯體內(nèi)一次傾斜排 泥后的殘漿 , 在排漿由一次傾斜翻轉(zhuǎn)至二次傾斜時再 次流到坯體排漿面所致 , 應(yīng)通過確認一次 、 二次排漿的 間隔時間和泥漿屈服值的高低 , 來綜合考慮是否采取 改變排漿角度和次序或縮短排漿時間的對策 。針對殘留泥漿引發(fā)的開裂 , 雖然其發(fā)生機理與坯 體構(gòu)造關(guān)系密切 , 但首先應(yīng)保證排泥孔的高度在吃漿 厚度上 23mm 左右的位置 , 如圖 4所示 ; 再確認坯 體結(jié)構(gòu)是否易于內(nèi)部泥漿的流淌和排出 , 尤其要確保 單面吃漿部 R 角在 13mm 以上和坯體單面部內(nèi)面寬 在 25mm 以上 , 如圖 5所示 。2. 2. 3 鞏固過程中引發(fā)的干燥開裂的對

16、策針對鞏固裂 , 首先要保證坯體雙面吃漿部位的厚 度一致 ; 石膏模型內(nèi)側(cè)的 R 角保持在 810mm 以上 ; 更換新模型后嚴格控制好濕水量和鞏固時間 , 防止坯 體長時間置于模型內(nèi)收縮加大 , 產(chǎn)生內(nèi)部貫通裂 。為減少鞏固不良開裂 , 首先應(yīng)確保坯體的厚度符 合要求 ; 再采取型處理時適當增加模型易開裂部位的 濕水量 , 或在該處涂抹薄泥漿的對策 。針對坯體單雙交接部位的開裂 , 首先應(yīng)根據(jù)模型的使用次數(shù)和含水率來調(diào)整吃漿 、 鞏固時間 , 鞏固時間 通常約占吃漿時間的 40%50%; 同時保證坯體單 、 雙面厚度設(shè)定符合公式 :c/(a +b =(0. 70. 8 ,a 、 b 、 c

17、所代表的厚度的部位如圖 6所示 。還可以通過模型處理時適當增加坯體單面吃漿部位的模型濕水量 ; 修正干燥條件 ; 在坯體易開裂部位貼布等對策來實現(xiàn) ; 仍無法解決再考慮通過模型修正改變坯體該部位的內(nèi)部結(jié)構(gòu) , 因為這會影響產(chǎn)品的外觀和性能 , 要通過長期 的實驗來判定其結(jié)果 , 常在新產(chǎn)品開發(fā)時才使用 。圖 6 坯體單 、 雙面厚度示意圖2. 2. 4 坯體脫型過程中引發(fā)的干燥開裂的對策首先應(yīng)保證石膏模型干燥充分 ; 型處理時在坯體 不易脫型部位的模型上涂抹滑石粉 ; 雖然加大模型 R 角 , 或在不易脫型部位的石膏模型上加開空氣孔等對 策也能解決這一問題 , 但可能會影響坯體的其他部位 ,

18、一般不予采用 。2. 2. 5 坯體開孔處干燥開裂的對策生產(chǎn)中要及時更換損壞的工具 ; 在坯體達到規(guī)定 硬度的情況下 , 單面吃漿部位應(yīng)在保證坯體不變形的狀態(tài)下盡早開孔 , 而雙面吃漿部位應(yīng)在不難扎孔的狀 態(tài)下盡緩開孔 ; 還應(yīng)注意根據(jù)孔徑的收縮差異來調(diào)整 開孔角度 , 一般開孔角度越小越容易出裂 ; 開孔后一定 要用手指沾水抹口 , 勿留毛邊 。 2. 2. 6 坯體埋泥部位干燥開裂的對策埋泥作業(yè)的泥條應(yīng)盡量取用坯體泥制作 ; 揉搓泥 條時不要卷入氣泡 ; 泥條在未使用前用濕布包好存放 , 使用時再揉和使之達到需要埋泥處坯體的軟硬度 。埋泥前先用手指按壓明裂的周圍 , 查看是否有隱 藏裂 ;

19、 再用壓棍將裂的兩端各挖出 10mm 左右 , 挖裂 的深度應(yīng)達到坯體該處厚度的 1/3左右 ; 將埋泥部位 擦拭干凈 ; 埋泥時應(yīng)從開端起就仔細按 、 邊壓邊延伸 , 以防止混入空氣 。 由于相對于坯體來說泥條的含水率 高 、 干燥收縮大 , 所以埋泥后泥條要高出坯體一些 , 如 圖 7所示 。 在埋泥處貼布 , 也是為了緩解該處的干燥13 2009. No. 6 陶 瓷 收縮 。圖 7 坯體埋泥后狀態(tài)示意圖2. 2. 7 坯體粘接部位干燥開裂的對策粘接作業(yè)前用濕布保護坯體的粘接面 , 等待坯體 達到粘接硬度要求 , 坯體的粘接硬度一般應(yīng)控制在 (6070 ° 粘接前先用海綿將粘接

20、面上的異物擦拭干凈 ; 使用性質(zhì)穩(wěn)定的粘接泥漿 , 并涂抹均勻在粘接面上 ; 粘 接時在保證粘接面不變形的范圍內(nèi)用力按壓坯體 , 將 多余的粘接泥漿擠出并擦去 ; 粘接后用重物壓坯體 (510 min , 使粘接部位更緊密 ; 最后用壓棍按壓粘接 部位并擦拭 , 視情況在粘接薄弱部位加強埋泥 。 2. 3 由干燥條件不合適引發(fā)開裂的對策下面介紹實際生產(chǎn)中針對干燥條件不當引發(fā)的開裂的對策實例 。 首先在坯體的主要開裂部位及相應(yīng)的 未開裂部位各選 4個區(qū)域 , 分別測定這 8個部位坯體 各階段的含水率 , 找出含水率變化曲線中的界限含水 率即臨界水分點 , 進而調(diào)整干燥條件 。坯體的界限含 水率一

21、般在 18%左右 。 由圖 8可以看出 , 坯體 D 、 E 、 F 部位的收縮過慢 , 坯體未達到臨界水分點就進入了快 速干燥階段 。圖 8 調(diào)整前坯體含水率 時間曲線 針對坯體不同部位干燥收縮過程中的含水率差 異 , 適當調(diào)整干燥介質(zhì)的溫度 、 濕度以保證坯體收縮均 勻 , 再次對產(chǎn)品主要開裂部位各階段的含水率進行測 定 ; 若不符合要求則繼續(xù)調(diào)整干燥介質(zhì)的溫度 、 濕度 , 同時測定坯體的含水率變化 , 直到干燥條件滿足生產(chǎn) 需要為止 。 調(diào)整前 、 調(diào)整后的溫度 、 濕度曲線對比如圖 9所示 。通過不斷的調(diào)整實驗 , 最終符合要求的坯體含水 率變化時間曲線如圖 10所示 。由圖中可以看出坯體 測定所有部位的含水率在緩慢干燥第三天時都達到了 界限含水率 , 滿足了快速干燥階段的要求 。受天氣變化 、 泥漿性狀波動等因素的影響 , 坯體的 干燥收縮也會有一定的波動變化 , 因此對于干燥條件 確定后的產(chǎn)品含水率要進行定期監(jiān)測 , 以保證能夠針 對變化及時做出干燥條件的調(diào)整 。為減少干燥過程中