【技术】卫生陶瓷成形工艺及其影响因素

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详细介绍了卫生陶瓷成形工艺过程、成形注浆方式、压力成形工艺以及成形工艺技术的演变过程，提出了影响成形工艺和质量的因素。

在卫生陶瓷生产过程中，成形是主要工序之一。它是借助于模型和泥浆，在一定的环境条件（温度、湿度）下，靠石膏模型的自然吸浆力和通过一定的外界压力，使泥浆由流体状态经触变状态变为具有可塑性的固态泥坯。将含水率近30%的泥浆变为含水率为17%左右的泥坯，使泥浆失水13%左右而形成泥坯。再通过放浆、巩固、脱坯、修整，完成整个成形的过程。通过模型的内腔形成产品的外部形状。由此可见，模型、泥浆和环境、温湿度条件是坯体成形的三大因素。

模型是成形过程的主要工具，在陶瓷生产中用量很大，它由石膏粉制作而成。石膏粉因其物美价廉，与水混合后具有良好的流动性并可做出各种形状，且石膏模型具有良好的吸水能力和蒸发水分的能力，所以，石膏模型仍然是目前国内外卫生陶瓷企业成形生产中主要的成形工具。而目前国内外一些先进厂家在成形生产中采用了先进的高压注浆成形新工艺，用多孔树脂材料模型取代了传统的石膏模型，节能减排、低碳绿色、高效高质，可以说这种多孔树脂模型和高压注浆成形新工艺是卫生陶瓷行业今后的发展方向。 但不论使用什么材质的模型，只需具备三个要素就可以采用注浆成形坯体。这三个要素是：

1）能吸入并能容纳一定量的水。如不能吸水，并且不能容纳一定量的水，就不能使泥浆成为坯体。同时具有将容纳的水释放出去的能力。

2）具有适当的吸水速度。太快或太慢都不利于坯体的形成。

3）具有理想的强度。应当有适应不同要求的强度，能承受搬运、安装和使用中腐蚀、磨损和冲击。

卫生陶瓷产品种类繁多，形状复杂，每一个品种都有其特有的成形生产工艺过程。20世纪80年代中期以前，由于产品单一以及工艺技术的落后，使模型的结构落后。模型结构的改进，是随着成形工艺和装备的进步而发展，三者相辅相成。以坐便器为例，在落后成形工艺条件下，坐便器成形工艺方式很落后，模型件数多，占地面积大，大胎单面吸浆成形，为地摊多块粘接成形生产，包括排污管道也是粘接的，故生产效率低，成品率低，工人劳动强度大，操作环境恶劣，产品质量也差。随着卫生陶瓷行业的发展和技术的不断进步，无论是该产品的结构还是成形生产工艺方式都发生了很大的变化，目前产品一般都达到了一次成形。即便是现在的地摊成形，产品也可以是整体一次成形或最多两块粘接成形,而且产量提高一倍；目前大多数企业广泛采用组合立式浇注一次无粘接成形机械化生产，产量提高两倍多，产量、质量都得到很大提高。原来在落后成形工艺条件下不能生产的复杂品种(比如联体便器和妇女洗涤器等)，现在都可以在现有先进机械设备工艺条件下大批量生产，而且成形工艺变得也较为简单。

1成形工艺技术演变

卫生陶瓷成形工艺技术经历了传统的地摊抱大桶注浆、架子（台架式）化管道注浆、机械化组合浇注过程； 由自然吸浆到压力吸浆（微压、中压、高压）的过程。

1.1 地摊端大桶注浆方法

地摊端大桶注浆成形是最原始的成形方法，20世纪60年代初之前普遍使用。这种成形方法工艺极其落后，是作坊式生产。生产效率很低，占地面积大，工人劳动强度极大，作业环境差。它靠人工端大桶逐个灌浆，采用普通的石膏模型，在大气压力下靠模型自然吸浆。回浆也是采用人工端桶的方式。一般空心单面吸浆的产品居多，吃浆时间长（为3～4h），每天成形注浆一次。当天不取坯，放完浆后坯体苫上绒布或塑料布在模型内放置一夜，在模型内巩固坯体，第二天再取出，然后进行打孔和粘接操作。由于空心单面吸浆的产品居多，故模型的结构相对简单，但模块多。以坐便器产品为例，采用多块分体成形，然后多块粘接组合在一起。一个坐便器产品的模型会有4～5件。一般模型放在地面上（俗称地摊），模型需不断地翻转、固牢，故模型的使用寿命短（即次数少）。同时生产现场也很零乱。由于粘接产品多，故产量低、产品质量合格率低，产品的规整度也较差。

1.2 架子化管道注浆工艺

20世纪60年末70年代初，在地摊端大桶注浆成形工艺的基础上，产生了架子化管道注浆工艺（又称作台架式浇注），带来了卫生陶瓷注浆成形工艺的革命。它采用了在长条架子上摆放模型。每套石膏模型摆放在架子或案子上，人工或配以简单机械来完成开、合模及部分翻转工作，大大改善了工人的操作环境，劳动强度降低，占地面积减少，生产现场整齐井然有序。它是采用管道压力注浆、真空回浆。也是采用普通的石膏模型，靠模型自然吸浆，在模型内巩固坯体，自然干燥。坐便器分体成形、粘接组合，每天成形一次。它的特点是模型基本固定不动，防止了磕碰掉块，使模型的寿命得到延长。这种成形工艺方式由于变产灵活，在目前一些陶瓷厂的个别品种上仍在使用，作为组合浇注成形工艺的补充。管道压力注浆的工艺技术沿用下来，一直到现在仍在使用。

1.3  组合浇注成形工艺

20世纪80年代中期，唐山陶瓷厂率先引进了德国的立式浇注线技术设备，我国开始采用组合浇注成形工艺方法。由于模型一个接一个地连接在一起，故成为“组合浇注”。也有说法将这种工艺称为“立式浇注”，是由于模型由原来的平放改为立放。从那以后，通过消化吸收，我国一些陶瓷设备制造厂可以制造成形线设备。这种成形新工艺在我国各地区得到迅速发展，成为目前主要的工艺成形方式。生产的品种由过去的20英寸面盆，发展到后来的水槽、台盆、水箱、水箱盖，再到后来的坐便器、联体坐便器、立柱、妇洗器、挂式坐便器、柜盆等。目前国内一般的卫生陶瓷企业都采用了这种成形工艺，几乎所有的产品品种都能生产。这种成形工艺技术已很成熟，得到广泛使用。无论产品体积有多大、也无论产品结构有多复杂，都能生产。这种成形工艺对泥浆的性能有较高的要求。因为坯体立放，要求泥坯脱模要早，挺实性要好。

其主要特点是：

1)几十套模具为一组，装设在一个台架(一般有一定角度)的轨道上形成一个完整的成形作业线。模具结构有较大的改变，在模型的四周做出台阶，以便与生产线和模型连接；为了适应一次成形的需要，模型内部不易脱模的部位做成模型活块。模型的开合、翻转靠机械或人工完成。

2）仍采用由管道输送泥浆和回浆。利用高位浆槽产生的静压(一般为0.01MPa)供浆，当模型吸浆到一定时间（一般2.0～2.5h）后，模内加微压空浆，管道真空回浆，坯体在模型内微压(0.01～0.02MPa)巩固20～40min。采用高强度石膏模型，注浆效率1~2次/d。坐便器一般一次成形，每天成形1次。

3）根据产品种类不同，组合浇注线的开模方式分为以下两种：水平方向移动开模，主要用于生产洗面器、坐便器、台盆、立柱等品种；上下移动开模，主要用于生产水箱类、水槽等品种。

4）与台架式注浆相比，组合式注浆占地面积小、生产效率高、劳动强度低，但对泥浆和模型的性能要求较高，结构很复杂的产品不适用，变产也较困难。而台架式注浆投资少，模型外部结构简单，模型可以任意翻转，能生产结构复杂的产品，同时能适应市场灵活变化。从上世纪80年代以来，台架式浇注和组合式浇注较长时间在我国卫生陶瓷企业并存发展。

1.4  压力注浆成形工艺

在成形过程中对泥浆加压，可提高泥浆与模型间的压差，有利于提高模型吃浆速度，从而提高注浆效率（管道注浆为提高泥浆压力创造了便利条件）。但因受到石膏模型材料强度所限，压力难有大幅度提高。利用高位浆槽产生的静压或在泥浆罐顶部通入压缩空气可以提高泥浆压力。

根据注浆压力大小，成形工艺可分为四类：微压注浆，注浆压力低于0.02MPa；  低压注浆，注浆压力为0.024～0.2MPa；  中压注浆，注浆压力为0.24～0.5MPa；  高压注浆，注浆压力为0.5～2.5MPa。20世纪90年代以来，在模型材料和制造工艺技术方面有了新的进展，使提高供浆压力、加压快速脱水成为可能，主要出现以下3种浇注系统：

1.4.1  低压快排水注浆

采用组合浇注成形线系统，为低压供浆，供浆压力为0.1～0.2MPa。 低压快排水注浆与传统注浆方法的主要区别是：它采用了一种特殊的高强石膏模型，模型内预埋由多孔纤维毛细管网(直径约5mm)组成的脱水网络，该网络与抽真空管路系统相连，因而能够实现加压快速脱水方式。在成形时，它可在石膏模内产生真空，帮助脱水；坯体达到要求厚度时，则通以压缩空气，进行排浆并帮助坯体巩固。由于压缩空气的作用，模型可以很方便地脱模，而不需使用传统的脱模剂——滑石粉。脱模结束后，继续通入压缩空气使模具脱水，强化干燥。这一系统工作可以24h连续进行，其注浆效率达到每天2班，每班2次，模具的使用寿命可达180次。

1.4.2  中压注浆

中压注浆也是采用组合浇注机械系统。与低压快排水注浆不同的是，它的模型采用石膏与树脂的复合材料，其机械强度有较大提高，因而可以在更高的压力下供浆，供浆压力为0.3～0.5MPa。模型边注浆边吸水，整个注浆周期可以进一步缩短，中压注浆的注浆效率可达每天3班，每班5次。

1.4.3  高压注浆

20世纪80年代初，德国道尔斯特（DORST）公司与瑞士劳芬（LAUFEN）公司合作首次研究成功高压注浆技术，给陶瓷注浆成形带来了革命性的变化。我国也已在20世纪90年代开始研究应用高压注浆成形技术装备，并取得了显著的效果。

高压注浆与中压注浆的主要区别是：由于采用了强度更高的微孔树脂模具和高压注浆机组，注浆成形压力达到2.0～2.5MPa。它的操作过程与中压注浆类似，从模具夹紧到脱模修坯各个工序可基本实现自动化。单模设备平均生产周期为10～16min/件，组合浇注设备的生产周期大约为30min。

高压注浆的主要优点是：占地空间比传统注浆小； 成形车间的温度和湿度可以相对较低，故工人操作环境好、劳动强度低； 高压注浆坯体以“压滤”方式成形，模具无需干燥，可连续循环使用； 坯体变形小，坯体强度高，产品规整度好。

2成形工艺注浆方式

卫生陶瓷由于形状结构复杂，品种种类多，故成形注浆工艺方式有很大的不同。但无论是那种产品，其成形工艺方式都可分为以下3类：

2.1  上注上回式

这种成形注浆方式的注浆口和回浆口都在模具的上部，一般共用一个（也有两个分开的）。当成形坯体达到规定厚度后，将模具翻转180°倾斜进行空浆。这种成形方式劳动强度大，工艺落后，生产效率低，模具使用寿命短，现已很少采用，已逐步被上注下回式所取代。

2.2  上注下回式

在生产中较常见，一般用于余浆少的地摊模具。如圈类、地摊面具等。注浆孔一般直径为20mm，在模具上部，一般不下管件，放置石膏圈碗补充泥浆；放浆孔在底部，一般直径为12mm，下入瓷管或塑料管，并用木塞塞紧，放浆时拔掉。这种方式放浆时一般模具不翻转，故劳动强度低。为了防止注浆成形时产生气泡，往往在模具上部注浆口的另一端设置有直径约12mm的气眼孔。

2.3  下注下回式

这种成形注浆方式在实际生产中应用最为普遍。很多品种都采用此种方式，采用管道注浆。既有地摊式产品又有立式浇注产品；既有单面吃浆产品又有双面吃浆产品，也有单双面结合吃浆产品。例如早期单面吃浆的水箱、坐便器大胎，现在双面吃浆的水箱、水槽，单双面结合吃浆的坐便器、洗面器等，其中以单双面结合吃浆的产品品种最多。而像早期单面吃浆的水箱、坐便器大胎、立柱，仅有一个注（回）浆管（管径为20～25mm）即可满足成形注浆操作（因其上部为敞口，相当于通气眼孔）。而立浇产品为封闭式模具，除了有注回浆管（共用一个，管径直径为18mm）外，还有微压管孔（直径为12~15mm），甚至有的产品模具还有直径为12~14mm的气眼孔，目的是通气、吹出余浆、巩固坯体和利于脱模。

3成形工艺影响因素

如上所述，成形是卫生陶瓷注浆成形生产的主要工序，其受许多因素（模型、泥浆、环境条件等）的影响。对各因素的要求如下：

3.1  模型

1）模型的设计要合理。坯体各部位的厚度要合理，坯体的收缩、脱模、排浆应顺利；各种孔眼（注浆孔、放浆孔、微压孔等）位置设计应合理、尺寸大小适宜。

2）模型要有适宜的气孔率和足够的机械强度，既要保证有良好的吸水性，又要具有良好的耐用性能。模型的气孔率应达到40%～50%，主要由水膏比例确定，水膏比例一般控制在1∶（1.3～1.5）。模型的抗压强度在7MPa以上，抗折强度达3MPa以上。 模型不能过干和过湿，过干会导致坯体开裂，过湿造成不成形。模型使用时须保持5%～13%的含水率。

3）模型的工作内表面要平整、光滑，无油腻、杂质和污物；对于大件模型，内部应放置钢筋等物品增强加固。

3.2 泥浆

1) 流动性要好。即泥浆的粘度要小，能保证泥浆在输送管道内流动通畅并可分流到模型的各个部位。

2) 稳定性要好。泥浆久置后不会沉淀出任何组分，泥浆各部分能较长时间保持组成一致，使注浆坯体的各部分组成均匀。

3) 适当的触变性。泥浆在存放一定时间后粘度变化不宜过大，这样泥浆就便于输送和储存，同时又要求脱模后的坯体不致于受到轻微振动而软塌。注浆用泥浆的触变性太大易稠化，不便浇注，而触变性太小则生坯易软塌，所以要有适宜的触变性。

4) 含水量要少。在保证流动性的前提下，尽可能地减少泥浆的含水量，这样可缩短注浆时间，增加坯体强度，降低干燥收缩，缩短生产周期，延长石膏模型的使用寿命。

5) 良好的滤过性。它是指泥浆中的水分能顺利地通过附着在模型内壁上的泥层而被模型吸收的能力。若泥浆滤过性太差，则成坯时间延长，容易粘模，同时还会造成脱模困难。这样坯体内部易分层溏软，从而产生变形等缺陷。

6) 有足够的强度。陶瓷坯体在生产过程中需经过多次的搬运、装卸，为防止坯体损坏，故需要有一定的强度，尤其是像卫生陶瓷这样的大件产品，更要求具有较高的干坯强度。根据经验，卫生陶瓷干坯强度应在3.5MPa以上。

7）泥浆中要少含气泡、减少杂质。泥浆中含有大量的气泡会导致成品出现棕眼、气泡等缺陷，严重影响产品质量。在泥浆加工及使用前，应严格吸铁过筛（80目筛），并对其进行真空处理,在成形注浆时不能过急。

3.3  电解质

电解质是泥浆加工生产中不可或缺的物质，它可以调节泥浆的性能。泥浆中电解质的加入量对泥浆的性能以及坯体的质量有很大的影响。也就是说，电解质对卫生陶瓷的生产是否稳定起到很重要的作用。目前我国卫生陶瓷注浆泥所用的电解质主要还是水玻璃和纯碱。两种电解质的特性是：水玻璃用量过大时，坯体脱模后硬化较快，坯体易开裂；纯碱用量过大时，坯体脱模后则硬化较慢，内外含水率差别较大，坯体易发软变形。

在我国北方，一年四季天气温度、湿度变化波动很大，且在春季、秋季风较大，夏季湿度较大。不像南方那样具有得天独厚的卫生陶瓷生产优良条件。故随季节变化，生产厂家都是根据电解质的特性，通过加入量来调节一年四季泥料的性能。   春秋两季空气比较干燥，风也比较大，坯体干燥速度较快，易开裂，这时纯碱的用量可以多一些，水玻璃用量可以少一些，减缓一下硬化开裂问题；夏季空气湿度较大，虽然温度较高，但坯体干燥速度并不快，故此时水玻璃用量可以多一些，纯碱的用量可以少一些；冬季室内温度较低，不开窗户湿度大，坯体脱模后硬化干燥较慢，易变形，故多加一些水玻璃，少加一些纯碱。两种电解质的加入量一般不超0.6%。

3.4 环境条件

注浆成形卫生陶瓷的环境温度一般控制在25～37℃，夜间的温度可以适当提高一些，但最高也不能超过50℃，因为超过50℃时，一方面坯体的表面干燥速度过快，而坯体内部的干燥速度则相对较慢，造成坯体在干燥过程中内外收缩不均匀，导致坯体出现大批开裂；另一方面温度超过50℃时，容易使石膏模过干、过热，而且石膏模形状复杂，各部分干湿度不均匀，在成形过程中很容易造成吃浆过快以及成形后坯体开裂等缺陷。 成形卫生陶瓷坯体的湿度一般控制在40%～70%，过高则坯体的干燥速度太慢，影响下道工序的正常进行；过低坯体干燥速度加快，收缩速度也在加快，容易产生开裂，特别是成形器形复杂的产品时，开裂更为严重。

注浆成形的坯体质量对季节的变化比较敏感，特别是春秋季节对坯体成形影响最大。因为春秋季节风比较大，空气又比较干燥，在这样的条件下，如果不采取合理的措施，坯体在成形阶段就造成大面积的开裂，严重影响坯体的合格率。原因是风不可能均匀地吹到坯体的各个部位，造成坯体各部位干燥不均匀，致使局部收缩过快而产生开裂。因此，春秋季节坯体成形要注意的问题是： 成形车间不能开窗户，门上要挂门帘，避免外面的风直接吹到坯体上，必要时可以用塑料薄膜全部将坯体苫盖起来，这样在干燥过程中收缩就比较均匀。 春秋季节要经常在成形室内地面上喷洒一些水。喷水的目的是增加室内的湿度。喷洒的水量要求刚进入春秋季节时少些，慢慢地增多；在接近夏季和冬季时慢慢减少，但要注意阴、雨天要少喷洒甚至不洒水。 夏季风小、湿度较大，室内不要喷洒水可以适当开窗户。 冬季一定要把窗户缝糊好，门上要挂棉帘，以保持室内温度。

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