卫生陶瓷坯体干燥开裂的原因与对策

1、卫生陶瓷坯体干燥开裂的原因与对策何海燕(北京东陶有限公司 北京 100085摘 要 按照卫生陶瓷的一般生产工艺流程 , 分工序讨论了坯体干燥开裂的发生机理及产生原因 , 并结合实践提出了一 系列相关对策 。关键词 坯体干燥开裂 单面吃浆 双面吃浆 临界水分点 坯体含水率 前言, 塑性状态坯体的破裂点 , 就会引 起坯体开裂 。 产生干燥收缩不均匀的原因比较复杂 , 大致可分为两大类 :坯体本身所潜伏的问题经干燥过 程暴露出来 , 以及干燥条件不合理导致 。下面从内因 和外因两个方面 , 分析各种原因对坯体干燥开裂的影 响 , 并提出在实际生产中相应的防止方法 。卫生陶瓷 注浆成形工艺流程如图

2、1所示 。1 坯体干燥开裂产生的原因1. 1 泥浆对坯体干燥开裂的影响当坯料配方中可塑性粘土含量不当时 , 坯体容易 在干燥过程中产生开裂 。所谓可塑性 , 就是对坯体施 加大于屈服值的力 , 使物体在破裂之前连续的变形 , 而 这种变形具有不能恢复原来状态的性质 。 粘土的可塑 性对产品质量影响很大 , 其加入量也是确定泥浆配方 的主要依据之一 。如果球磨时间过短 , 坯料的粒径太粗 , 坯体易发生 干燥开裂 。 主要是因为颗粒粗大 、 堆积不紧密 , 坯体表 面空隙多 、 干燥收缩大造成的 。陈腐对泥浆的很多性能都有好处 , 但也要注意在 练泥过程中不要造成泥浆粒子的定向集中分布 , 内应

3、 力集中未完全消除 , 。 , 坯体吃浆 , 在干燥收缩过程中容 。 、 粒度大 、 水分含量 、 配方中电解质的种类和用量以及 泥浆的温度等 。 控制泥浆的触变性 , 是实际生产中提 高生产效率和产品质量的重要手段之一 。图 1 卫生陶瓷注浆成形工艺流程图1. 2 成形条件对坯体干燥开裂的影响1. 2. 1 注浆成形注浆成形时如果石膏模型出现变形 、 合型面破损 ,82 陶 瓷 2009. No. 6或者石膏模型没有压紧 , 致使合型面部位有缝隙 , 注浆 时有泥浆溢出 , 溢浆部位坯体内的粒子产生定向性 , 吃 浆方向的收缩变小 , 在干燥收缩过程中易开裂 。如果 注浆前石膏模型清扫不彻底

4、 , 或者脱模后溢浆部位倒 角的毛刺未清理干净 , 也会造成此种干燥裂 。因为在注浆时坯体上的冲突面或多或少都会发 生 , 注浆的角度如果选择不当 , 会使泥浆冲突面移动到 坯体收缩易发生应激反应的部位 。 由于脱型后该处比 坯体其他表面的粘土质密度要高 , 在干燥过程中易沿 注浆口和其相对侧的冲突线出现开裂 。 生坯检查时该 处有时不会表现出常见的外部表面开裂 , 而是内部隐 藏的细微裂纹 , 常在烧成后表现出开裂 。当注浆速度受注浆软管过长或弯折 、 插口部堵塞 、 注浆位置离高位浆槽过远 、 注浆压力低或者模型内空 气不易排出等影响而极慢时 , 在泥浆表面张力的作用 下 , 常在 烧成后

5、反应出来 。排浆角度 、 压力 、 时间 , 排浆孔的位 置以及坯体内部的结构都会影响坯体的排泥状况 。 由 于从排浆到脱型期间坯体一直处于收缩状态 , 如果出 现排浆不良 , 坯体内有剩余泥浆 , 由坯体内外含水率的 差引发收缩差增大 , 最终导致坯体干燥收缩开裂 。此 阶段的开裂一般分为 3种 :排浆压力不够造成的内部 负压开裂 , 由排浆泥痕引发的收缩开裂和由残留泥浆 引发的收缩开裂 。坯体的巩固如果不好 , 会造成坯体收缩变大 、 强度 变差 , 在干燥收缩过程中由于内应力过大引发开裂 。 巩固期间引发的干燥开裂分为三种 :巩固裂 、 巩固不良 开裂和坯体单双交接部位开裂 。 巩固裂常

6、发生在坯体 双面吃浆拐角处 , 主要是由于石膏模型太干或双面吃 浆拐角小 、 坯体厚度不均匀造成 。巩固不良开裂常发 生在坯体双面吃浆部位 , 常由于模型处理方法不正确 造成坯体该处巩固不良引起 ; 或是由于坯体双面处太 厚 , 内部吃浆不实 、 有空洞 , 在干燥收缩过程中由内向 外引发开裂 。如果坯体单面吃浆部分和双面吃浆部分的巩固不 均匀 , 会造成两部分含水率的差异增大 , 坯体的收缩差 也相应增大 , 进而造成坯体单双交接部位在干燥收缩 过程中开裂 。 相对于前两种开裂 , 坯体单双交接部位 开裂在实际生产中更为常见 , 其影响因素复杂 :模型处 理 、 巩固时间及压力 、 坯体厚度

7、 、 结构和含水率以及干 燥条件等不合适都会引发 , 是实际生产中最难解决的 干燥开裂之一 。坯体脱模时如果石膏模型和坯体间未注入空气 、 成真空状 , 产品粘连于型上 , 模型上升时会将坯体带 裂 , 开裂部位进行擀压 、 埋泥处理后仍相对薄弱 , 在干 燥收缩过程中容易发生开裂 。 这种开裂还与石膏型的 深度 、 R 角的大小等有关 , 在实际生产中 , 脱型开裂的 降低可以有效减少坯体干燥开裂 。1. 2. 2湿坯细加工开孔作业时如果工具有损坏 、 方法不正确或者开 孔时间控制不当 , 。 ,。如果出现坯体粘接面上有滑石粉等异物未清理干 净 , 粘接面过小 、 不吻合 , 粘接硬度不合适

8、 , 粘接错位 , 粘接泥浆未清理干净等情况造成坯体粘接部位的强度 不足时 , 常会引发该处的干燥开裂 。有时这种开裂在 内部很细微 , 坯检时不易发现 , 经烧成后才显现出来 。 1. 2. 3 新成形工艺现在越来越多的卫生陶瓷生产厂家为提高生产效 率 、 降低生产成本而采用高压成形的注浆方式 , 这样成 形的坯体密度较高 、 强度大 、 含水率低 , 并且干燥收缩 率小 。1. 3 干燥条件对坯体开裂的影响坯体通过干燥才能有一定的强度 , 以适应修坯 、 施 釉 、 烧成等工序的需要 。干燥过程是一个能量和物质 的交换过程 , 是卫生陶瓷生产中的重要工序 。1. 3. 1 干燥条件对开裂的

9、影响在制定干燥条件时 , 首先要依据泥浆性能 、 产品大 小 、 薄厚及结构的复杂程度来确定干燥速度 , 即产品的 干燥周期 , 它表示的是坯体含水率与时间的关系 , 取决 于干燥介质的温度 、 湿度 、 流量和流速 ; 还要考虑干燥 过程中的物料平衡和热平衡 , 尽量充分使用干燥介质 的能源 , 使其损失量降到最低 。在设计干燥曲线时 , 重视对坯体临界水分的研究 , 如图 2所示 。 临界水分是坯体从等速干燥向减速干燥 转变的转折点 , 即干燥过程中坯体收缩基本结束的水 9 22009. No. 6 陶 瓷 分临界状态点 。 在这点之前 , 如果干燥速度过快坯体 容易开裂和变形 ; 但如果

10、过了临界水分点 , 由于坯体不 再收缩 , 就不会产生破坏应力 , 故可以加快此阶段的干 燥速度 。图 2 坯体收缩和含水率曲线在干燥过程中湿坯较柔软易变形 , 如果其放置方 法不正确 , 受形状的影响收缩困难部位的收缩较小 , 并 会向容易收缩的地方延伸 , 变大 , , 弱部位引发开裂 ; , 阻碍了其底 部的收缩 , 也会出现干燥裂 。 1. 3. 2 新干燥技术现在越来越多的卫生陶瓷生产厂家为提高生产效 率和干燥合格率 , 引入了温湿度分段自动控制的快速 干燥系统 。 该系统的干燥过程全部连续且自动控制 、 干燥周期短 、 干燥条件合理 、 干燥热耗低 。 但由于成本 较高 , 很多厂

11、家还没有采用 。1. 4 坯体干燥开裂对生坯检查与修正 、 施釉 、 烧成工序的影响生坯检查与修正工序需要对干燥后坯体的主要开 裂发生部位重点检查 , 以减少成瓷开裂 ; 对于目视可见 的裂 , 判定其是否可以修补并进行相应作业 ; 对于内部 隐藏的细微裂纹 , 通常使用煤油涂刷在坯体粘接处 、 埋 泥处及结构薄弱处来查找 , 一经发现则根据其开裂程 度进行相应的处理 。施釉时如果坯体表面存在生坯检查时未发现的细 微裂纹 , 则釉浆会聚集在该处 , 在烧成过程中釉层融化 渗入裂纹内部 , 成瓷表现为表面的斑点 。在烧成过程中坯体内部的细微裂纹由于烧成收缩 的作用 , 产品的内应力逐渐增大 ,

12、内部的裂纹也随之变 大 , 最终从表面裂开来 。2 坯体干燥开裂的防止方法2. 1 通过控制泥浆的制备及性状来减少坯体干燥开裂针对干燥开裂常采取的对策有 :控制原料中强可 塑性粘土的用量在 15%20%以内 ; 适当加入电解质 如碳酸钠 (Na 2CO 3 与硅酸钠 (Na 2SiO 3 ; 坯料中 45m 以上的颗粒不超过 5%10%, 小于 10m 颗粒应 占 44%55%; 在保证流动性的前提下 , 尽可能地减 少泥浆的含水量 ; 泥浆的陈腐期一般在 7d 左右 ; 泥浆 的温度不宜过高 , 一般控制在 30 左右 。下面以某复杂连体坐便器生产中出现的干燥开裂为例 , 2. 2. 1 注

13、浆过程中引发的干燥开裂的对策坯体合型缝溢浆处干燥开裂的对策 :注浆成形工 艺要求石膏合型面不能留有空隙 , 所以首先应做好模 型的日常维护 , 尽量避免合型部位破损 ; 当合型面出现 间隙发生溢浆时 , 常通过调整夹具的位置 , 并增加其强 度的方法来解决 。 同时还应注意在生坯检查时加强对 溢浆部位的检查 。坯体注浆冲突面干燥开裂的对策 :首先要保证注 浆角度合适 , 这需要根据经验 、 参考产品的形状 、 并通 过现场试验来确定 ; 如果该处仍有开裂 , 则需要通过移 动注浆口位置或改变原冲突面部位的形状等方法 , 将 冲突面尽量向不易发生冲突裂的位置移动 ; 或是在型 处理时 , 对冲突

14、面部位进行贴布或涂刷一层薄滑石粉 等对策来解决 。坯体上浆纹处干燥开裂的对策 :首先要确保模型 和注浆管的及时清扫 ; 再采取调整石膏型与高位浆槽 之间的距离 , 或提高注浆压力等对策 ; 仍没有效果时 , 再考虑通过改变型分割位置或在石膏模型上开空气孔 的方法来解决 。2. 2. 2 排浆过程中引发的干燥开裂的对策针对由排浆压力不够造成的内部负压开裂 , 首先 应确保加压软管伸出型内面 (1520 mm , 如图 3所 示 ; 再采取调整排浆微压的压力 , 扩大微压连接孔径 , 调节排浆泵弯管开放口的开度等对策 。03 陶 瓷 2009. No. 6 图 3 加压软管伸出于型内面长度示意图针

15、对排浆痕引发的开裂是由于坯体内一次倾斜排 泥后的残浆 , 在排浆由一次倾斜翻转至二次倾斜时再 次流到坯体排浆面所致 , 应通过确认一次 、 二次排浆的 间隔时间和泥浆屈服值的高低 , 来综合考虑是否采取 改变排浆角度和次序或缩短排浆时间的对策 。针对残留泥浆引发的开裂 , 虽然其发生机理与坯 体构造关系密切 , 但首先应保证排泥孔的高度在吃浆 厚度上 23mm 左右的位置 , 如图 4所示 ; 再确认坯 体结构是否易于内部泥浆的流淌和排出 , 尤其要确保 单面吃浆部 R 角在 13mm 以上和坯体单面部内面宽 在 25mm 以上 , 如图 5所示 。2. 2. 3 巩固过程中引发的干燥开裂的对

16、策针对巩固裂 , 首先要保证坯体双面吃浆部位的厚 度一致 ; 石膏模型内侧的 R 角保持在 810mm 以上 ; 更换新模型后严格控制好湿水量和巩固时间 , 防止坯 体长时间置于模型内收缩加大 , 产生内部贯通裂 。为减少巩固不良开裂 , 首先应确保坯体的厚度符 合要求 ; 再采取型处理时适当增加模型易开裂部位的 湿水量 , 或在该处涂抹薄泥浆的对策 。针对坯体单双交接部位的开裂 , 首先应根据模型的使用次数和含水率来调整吃浆 、 巩固时间 , 巩固时间 通常约占吃浆时间的 40%50%; 同时保证坯体单 、 双面厚度设定符合公式 :c/(a +b =(0. 70. 8 ,a 、 b 、 c

17、所代表的厚度的部位如图 6所示 。还可以通过模型处理时适当增加坯体单面吃浆部位的模型湿水量 ; 修正干燥条件 ; 在坯体易开裂部位贴布等对策来实现 ; 仍无法解决再考虑通过模型修正改变坯体该部位的内部结构 , 因为这会影响产品的外观和性能 , 要通过长期 的实验来判定其结果 , 常在新产品开发时才使用 。图 6 坯体单 、 双面厚度示意图2. 2. 4 坯体脱型过程中引发的干燥开裂的对策首先应保证石膏模型干燥充分 ; 型处理时在坯体 不易脱型部位的模型上涂抹滑石粉 ; 虽然加大模型 R 角 , 或在不易脱型部位的石膏模型上加开空气孔等对 策也能解决这一问题 , 但可能会影响坯体的其他部位 ,

18、一般不予采用 。2. 2. 5 坯体开孔处干燥开裂的对策生产中要及时更换损坏的工具 ; 在坯体达到规定 硬度的情况下 , 单面吃浆部位应在保证坯体不变形的状态下尽早开孔 , 而双面吃浆部位应在不难扎孔的状 态下尽缓开孔 ; 还应注意根据孔径的收缩差异来调整 开孔角度 , 一般开孔角度越小越容易出裂 ; 开孔后一定 要用手指沾水抹口 , 勿留毛边 。 2. 2. 6 坯体埋泥部位干燥开裂的对策埋泥作业的泥条应尽量取用坯体泥制作 ; 揉搓泥 条时不要卷入气泡 ; 泥条在未使用前用湿布包好存放 , 使用时再揉和使之达到需要埋泥处坯体的软硬度 。埋泥前先用手指按压明裂的周围 , 查看是否有隐 藏裂 ;

19、 再用压棍将裂的两端各挖出 10mm 左右 , 挖裂 的深度应达到坯体该处厚度的 1/3左右 ; 将埋泥部位 擦拭干净 ; 埋泥时应从开端起就仔细按 、 边压边延伸 , 以防止混入空气 。 由于相对于坯体来说泥条的含水率 高 、 干燥收缩大 , 所以埋泥后泥条要高出坯体一些 , 如 图 7所示 。 在埋泥处贴布 , 也是为了缓解该处的干燥13 2009. No. 6 陶 瓷 收缩 。图 7 坯体埋泥后状态示意图2. 2. 7 坯体粘接部位干燥开裂的对策粘接作业前用湿布保护坯体的粘接面 , 等待坯体 达到粘接硬度要求 , 坯体的粘接硬度一般应控制在 (6070 ° 粘接前先用海绵将粘接

20、面上的异物擦拭干净 ; 使用性质稳定的粘接泥浆 , 并涂抹均匀在粘接面上 ; 粘 接时在保证粘接面不变形的范围内用力按压坯体 , 将 多余的粘接泥浆挤出并擦去 ; 粘接后用重物压坯体 (510 min , 使粘接部位更紧密 ; 最后用压棍按压粘接 部位并擦拭 , 视情况在粘接薄弱部位加强埋泥 。 2. 3 由干燥条件不合适引发开裂的对策下面介绍实际生产中针对干燥条件不当引发的开裂的对策实例 。 首先在坯体的主要开裂部位及相应的 未开裂部位各选 4个区域 , 分别测定这 8个部位坯体 各阶段的含水率 , 找出含水率变化曲线中的界限含水 率即临界水分点 , 进而调整干燥条件 。坯体的界限含 水率一

21、般在 18%左右 。 由图 8可以看出 , 坯体 D 、 E 、 F 部位的收缩过慢 , 坯体未达到临界水分点就进入了快 速干燥阶段 。图 8 调整前坯体含水率 时间曲线 针对坯体不同部位干燥收缩过程中的含水率差 异 , 适当调整干燥介质的温度 、 湿度以保证坯体收缩均 匀 , 再次对产品主要开裂部位各阶段的含水率进行测 定 ; 若不符合要求则继续调整干燥介质的温度 、 湿度 , 同时测定坯体的含水率变化 , 直到干燥条件满足生产 需要为止 。 调整前 、 调整后的温度 、 湿度曲线对比如图 9所示 。通过不断的调整实验 , 最终符合要求的坯体含水 率变化时间曲线如图 10所示 。由图中可以看出坯体 测定所有部位的含水率在缓慢干燥第三天时都达到了 界限含水率 , 满足了快速干燥阶段的要求 。受天气变化 、 泥浆性状波动等因素的影响 , 坯体的 干燥收缩也会有一定的波动变化 , 因此对于干燥条件 确定后的产品含水率要进行定期监测 , 以保证能够针 对变化及时做出干燥条件的调整 。为减少干燥过程中