衛生陶瓷成形工藝及其影響因素*

王同言

(唐山北方瓷都陶瓷集團有限責任公司 河北 唐山 063020)

衛生陶瓷成形工藝及其影響因素*

王同言

(唐山北方瓷都陶瓷集團有限責任公司 河北 唐山 063020)

筆者詳細介紹了衛生陶瓷成形工藝過程、成形注漿方式、壓力成形工藝以及成形工藝技術的演變過程，提出了影響成形工藝和質量的因素，對衛生陶瓷企業生產具有一定的借鑒指導作用。

衛生陶瓷 注漿成形 成形工藝 影響因素

前言

在衛生陶瓷生產過程中，成形是主要工序之一。它是借助于模型和泥漿，在一定的環境條件(溫度、濕度)下，靠石膏模型的自然吸漿力和通過一定的外界壓力，使泥漿由流體狀態經觸變狀態變為具有可塑性的固態泥坯。將含水率近30%的泥漿變為含水率為17%左右的泥坯，使泥漿失水13%左右而形成泥坯。再通過放漿、鞏固、脫坯、修整，完成整個成形的過程。通過模型的內腔形成產品的外部形狀。由此可見，模型、泥漿和環境、溫濕度條件是坯體成形的三大因素。

模型是成形過程的主要工具，在陶瓷生產中用量很大，它由石膏粉制作而成。石膏粉因其物美價廉，與水混合后具有良好的流動性并可做出各種形狀，且石膏模型具有良好的吸水能力和蒸發水分的能力，所以，石膏模型仍然是目前國內外衛生陶瓷企業成形生產中主要的成形工具。而目前國內外一些先進廠家在成形生產中采用了先進的高壓注漿成形新工藝，用多孔樹脂材料模型取代了傳統的石膏模型，節能減排、低碳綠色、高效高質，可以說這種多孔樹脂模型和高壓注漿成形新工藝是衛生陶瓷行業今后的發展方向。 但不論使用什么材質的模型，只需具備三個要素就可以采用注漿成形坯體。這三個要素是：

1)能吸入并能容納一定量的水。如不能吸水，并且不能容納一定量的水，就不能使泥漿成為坯體。同時具有將容納的水釋放出去的能力。

2)具有適當的吸水速度。太快或太慢都不利于坯體的形成。

3)具有理想的強度。應當有適應不同要求的強度，能承受搬運、安裝和使用中腐蝕、磨損和沖擊。

衛生陶瓷產品種類繁多，形狀復雜，每一個品種都有其特有的成形生產工藝過程。20世紀80年代中期以前，由于產品單一以及工藝技術的落后，使模型的結構落后。模型結構的改進，是隨著成形工藝和裝備的進步而發展，三者相輔相成。以坐便器為例，在落后成形工藝條件下，坐便器成形工藝方式很落后，模型件數多，占地面積大，大胎單面吸漿成形，為地攤多塊粘接成形生產，包括排污管道也是粘接的，故生產效率低，成品率低，工人勞動強度大，操作環境惡劣，產品質量也差。隨著衛生陶瓷行業的發展和技術的不斷進步，無論是該產品的結構還是成形生產工藝方式都發生了很大的變化，目前產品一般都達到了一次成形。即便是現在的地攤成形，產品也可以是整體一次成形或最多兩塊粘接成形,而且產量提高一倍；目前大多數企業廣泛采用組合立式澆注一次無粘接成形機械化生產，產量提高兩倍多，產量、質量都得到很大提高。原來在落后成形工藝條件下不能生產的復雜品種(比如聯體便器和婦女洗滌器等)，現在都可以在現有先進機械設備工藝條件下大批量生產，而且成形工藝變得也較為簡單。

1 成形工藝技術演變

衛生陶瓷成形工藝技術經歷了傳統的地攤抱大桶注漿、架子(臺架式)化管道注漿、機械化組合澆注過程； 由自然吸漿到壓力吸漿(微壓、中壓、高壓)的過程。

1.1 地攤端大桶注漿方法

地攤端大桶注漿成形是最原始的成形方法，20世紀60年代初之前普遍使用。這種成形方法工藝極其落后，是作坊式生產。生產效率很低，占地面積大，工人勞動強度極大，作業環境差。它靠人工端大桶逐個灌漿，采用普通的石膏模型，在大氣壓力下靠模型自然吸漿。回漿也是采用人工端桶的方式。一般空心單面吸漿的產品居多，吃漿時間長(為3～4 h)，每天成形注漿一次。當天不取坯，放完漿后坯體苫上絨布或塑料布在模型內放置一夜，在模型內鞏固坯體，第二天再取出，然后進行打孔和粘接操作。由于空心單面吸漿的產品居多，故模型的結構相對簡單，但模塊多。以坐便器產品為例，采用多塊分體成形，然后多塊粘接組合在一起。一個坐便器產品的模型會有4～5件。一般模型放在地面上(俗稱地攤)，模型需不斷地翻轉、固牢，故模型的使用壽命短(即次數少)。同時生產現場也很零亂。由于粘接產品多，故產量低、產品質量合格率低，產品的規整度也較差。

1.2 架子化管道注漿工藝

20世紀60年末70年代初，在地攤端大桶注漿成形工藝的基礎上，產生了架子化管道注漿工藝(又稱作臺架式澆注)，帶來了衛生陶瓷注漿成形工藝的革命。它采用了在長條架子上擺放模型。每套石膏模型擺放在架子或案子上，人工或配以簡單機械來完成開、合模及部分翻轉工作，大大改善了工人的操作環境，勞動強度降低，占地面積減少，生產現場整齊井然有序。它是采用管道壓力注漿、真空回漿。也是采用普通的石膏模型，靠模型自然吸漿，在模型內鞏固坯體，自然干燥。坐便器分體成形、粘接組合，每天成形一次。它的特點是模型基本固定不動，防止了磕碰掉塊，使模型的壽命得到延長。這種成形工藝方式由于變產靈活，在目前一些陶瓷廠的個別品種上仍在使用，作為組合澆注成形工藝的補充。管道壓力注漿的工藝技術沿用下來，一直到現在仍在使用。

1.3 組合澆注成形工藝

20世紀80年代中期，唐山陶瓷廠率先引進了德國的立式澆注線技術設備，我國開始采用組合澆注成形工藝方法。由于模型一個接一個地連接在一起，故成為“組合澆注”。也有說法將這種工藝稱為“立式澆注”，是由于模型由原來的平放改為立放。從那以后，通過消化吸收，我國一些陶瓷設備制造廠可以制造成形線設備。這種成形新工藝在我國各地區得到迅速發展，成為目前主要的工藝成形方式。生產的品種由過去的20英寸面盆，發展到后來的水槽、臺盆、水箱、水箱蓋，再到后來的坐便器、聯體坐便器、立柱、婦洗器、掛式坐便器、柜盆等。目前國內一般的衛生陶瓷企業都采用了這種成形工藝，幾乎所有的產品品種都能生產。這種成形工藝技術已很成熟，得到廣泛使用。無論產品體積有多大、也無論產品結構有多復雜，都能生產。這種成形工藝對泥漿的性能有較高的要求。因為坯體立放，要求泥坯脫模要早，挺實性要好。

其主要特點是：

1)幾十套模具為一組，裝設在一個臺架(一般有一定角度)的軌道上形成一個完整的成形作業線。模具結構有較大的改變，在模型的四周做出臺階，以便與生產線和模型連接；為了適應一次成形的需要，模型內部不易脫模的部位做成模型活塊。模型的開合、翻轉靠機械或人工完成。

2)仍采用由管道輸送泥漿和回漿。利用高位漿槽產生的靜壓(一般為0.01 MPa)供漿，當模型吸漿到一定時間(一般2.0～2.5 h)后，模內加微壓空漿，管道真空回漿，坯體在模型內微壓(0.01～0.02 MPa)鞏固20～40 min。采用高強度石膏模型，注漿效率1～2次/d。坐便器一般一次成形，每天成形1次。

3)根據產品種類不同，組合澆注線的開模方式分為以下兩種：水平方向移動開模，主要用于生產洗面器、坐便器、臺盆、立柱等品種；上下移動開模，主要用于生產水箱類、水槽等品種。

4)與臺架式注漿相比，組合式注漿占地面積小、生產效率高、勞動強度低，但對泥漿和模型的性能要求較高，結構很復雜的產品不適用，變產也較困難。而臺架式注漿投資少，模型外部結構簡單，模型可以任意翻轉，能生產結構復雜的產品，同時能適應市場靈活變化。從上世紀80年代以來，臺架式澆注和組合式澆注較長時間在我國衛生陶瓷企業并存發展。

1.4 壓力注漿成形工藝

在成形過程中對泥漿加壓，可提高泥漿與模型間的壓差，有利于提高模型吃漿速度，從而提高注漿效率(管道注漿為提高泥漿壓力創造了便利條件)。但因受到石膏模型材料強度所限，壓力難有大幅度提高。利用高位漿槽產生的靜壓或在泥漿罐頂部通入壓縮空氣可以提高泥漿壓力。

根據注漿壓力大小，成形工藝可分為四類：微壓注漿，注漿壓力低于0.02 MPa； 低壓注漿，注漿壓力為0.024～0.2 MPa； 中壓注漿，注漿壓力為0.24～0.5 MPa； 高壓注漿，注漿壓力為0.5～2.5 MPa。20世紀90年代以來，在模型材料和制造工藝技術方面有了新的進展，使提高供漿壓力、加壓快速脫水成為可能，主要出現以下3種澆注系統：

1.4.1 低壓快排水注漿

采用組合澆注成形線系統，為低壓供漿，供漿壓力為0.1～0.2 MPa。 低壓快排水注漿與傳統注漿方法的主要區別是：它采用了一種特殊的高強石膏模型，模型內預埋由多孔纖維毛細管網(直徑約5 mm)組成的脫水網絡，該網絡與抽真空管路系統相連，因而能夠實現加壓快速脫水方式。在成形時，它可在石膏模內產生真空，幫助脫水；坯體達到要求厚度時，則通以壓縮空氣，進行排漿并幫助坯體鞏固。由于壓縮空氣的作用，模型可以很方便地脫模，而不需使用傳統的脫模劑——滑石粉。脫模結束后，繼續通入壓縮空氣使模具脫水，強化干燥。這一系統工作可以24 h連續進行，其注漿效率達到每天2班，每班2次，模具的使用壽命可達180次。

1.4.2 中壓注漿

中壓注漿也是采用組合澆注機械系統。與低壓快排水注漿不同的是，它的模型采用石膏與樹脂的復合材料，其機械強度有較大提高，因而可以在更高的壓力下供漿，供漿壓力為0.3～0.5 MPa。模型邊注漿邊吸水，整個注漿周期可以進一步縮短，中壓注漿的注漿效率可達每天3班，每班5次。

1.4.3 高壓注漿

20世紀80年代初，德國道爾斯特(DORST)公司與瑞士勞芬(LAUFEN)公司合作首次研究成功高壓注漿技術，給陶瓷注漿成形帶來了革命性的變化。我國也已在20世紀90年代開始研究應用高壓注漿成形技術裝備，并取得了顯著的效果。

高壓注漿與中壓注漿的主要區別是：由于采用了強度更高的微孔樹脂模具和高壓注漿機組，注漿成形壓力達到2.0～2.5 MPa。它的操作過程與中壓注漿類似，從模具夾緊到脫模修坯各個工序可基本實現自動化。單模設備平均生產周期為10～16 min/件，組合澆注設備的生產周期大約為30 min。

高壓注漿的主要優點是：占地空間比傳統注漿小； 成形車間的溫度和濕度可以相對較低，故工人操作環境好、勞動強度低； 高壓注漿坯體以“壓濾”方式成形，模具無需干燥，可連續循環使用； 坯體變形小，坯體強度高，產品規整度好。

2 成形工藝注漿方式

衛生陶瓷由于形狀結構復雜，品種種類多，故成形注漿工藝方式有很大的不同。但無論是那種產品，其成形工藝方式都可分為以下3類：

2.1 上注上回式

這種成形注漿方式的注漿口和回漿口都在模具的上部，一般共用一個(也有兩個分開的)。當成形坯體達到規定厚度后，將模具翻轉180°傾斜進行空漿。這種成形方式勞動強度大，工藝落后，生產效率低，模具使用壽命短，現已很少采用，已逐步被上注下回式所取代。

2.2 上注下回式

在生產中較常見，一般用于余漿少的地攤模具。如圈類、地攤面具等。注漿孔一般直徑為20 mm，在模具上部，一般不下管件，放置石膏圈碗補充泥漿；放漿孔在底部，一般直徑為12 mm，下入瓷管或塑料管，并用木塞塞緊，放漿時拔掉。這種方式放漿時一般模具不翻轉，故勞動強度低。為了防止注漿成形時產生氣泡，往往在模具上部注漿口的另一端設置有直徑約12 mm的氣眼孔。

2.3 下注下回式

這種成形注漿方式在實際生產中應用最為普遍。很多品種都采用此種方式，采用管道注漿。既有地攤式產品又有立式澆注產品；既有單面吃漿產品又有雙面吃漿產品，也有單雙面結合吃漿產品。例如早期單面吃漿的水箱、坐便器大胎，現在雙面吃漿的水箱、水槽，單雙面結合吃漿的坐便器、洗面器等，其中以單雙面結合吃漿的產品品種最多。而像早期單面吃漿的水箱、坐便器大胎、立柱，僅有一個注(回)漿管(管徑為20～25 mm)即可滿足成形注漿操作(因其上部為敞口，相當于通氣眼孔)。而立澆產品為封閉式模具，除了有注回漿管(共用一個，管徑直徑為18 mm)外，還有微壓管孔(直徑為12～15 mm)，甚至有的產品模具還有直徑為12～14 mm的氣眼孔，目的是通氣、吹出余漿、鞏固坯體和利于脫模。

3 成形工藝影響因素

如上所述，成形是衛生陶瓷注漿成形生產的主要工序，其受許多因素(模型、泥漿、環境條件等)的影響。對各因素的要求如下：

3.1 模型

1)模型的設計要合理。坯體各部位的厚度要合理，坯體的收縮、脫模、排漿應順利；各種孔眼(注漿孔、放漿孔、微壓孔等)位置設計應合理、尺寸大小適宜。

2)模型要有適宜的氣孔率和足夠的機械強度，既要保證有良好的吸水性，又要具有良好的耐用性能。模型的氣孔率應達到40%～50%，主要由水膏比例確定，水膏比例一般控制在1∶(1.3～1.5)。模型的抗壓強度在7 MPa以上，抗折強度達3 MPa以上。 模型不能過干和過濕，過干會導致坯體開裂，過濕造成不成形。模型使用時須保持5%～13%的含水率。

3)模型的工作內表面要平整、光滑，無油膩、雜質和污物；對于大件模型，內部應放置鋼筋等物品增強加固。

3.2 泥漿

1) 流動性要好。即泥漿的粘度要小，能保證泥漿在輸送管道內流動通暢并可分流到模型的各個部位。

2) 穩定性要好。泥漿久置后不會沉淀出任何組分，泥漿各部分能較長時間保持組成一致，使注漿坯體的各部分組成均勻。

3) 適當的觸變性。泥漿在存放一定時間后粘度變化不宜過大，這樣泥漿就便于輸送和儲存，同時又要求脫模后的坯體不致于受到輕微振動而軟塌。注漿用泥漿的觸變性太大易稠化，不便澆注，而觸變性太小則生坯易軟塌，所以要有適宜的觸變性。

4) 含水量要少。在保證流動性的前提下，盡可能地減少泥漿的含水量，這樣可縮短注漿時間，增加坯體強度，降低干燥收縮，縮短生產周期，延長石膏模型的使用壽命。

5) 良好的濾過性。它是指泥漿中的水分能順利地通過附著在模型內壁上的泥層而被模型吸收的能力。若泥漿濾過性太差，則成坯時間延長，容易粘模，同時還會造成脫模困難。這樣坯體內部易分層溏軟，從而產生變形等缺陷。

6) 有足夠的強度。陶瓷坯體在生產過程中需經過多次的搬運、裝卸，為防止坯體損壞，故需要有一定的強度，尤其是像衛生陶瓷這樣的大件產品，更要求具有較高的干坯強度。根據經驗，衛生陶瓷干坯強度應在3.5 MPa以上。

7)泥漿中要少含氣泡、減少雜質。泥漿中含有大量的氣泡會導致成品出現棕眼、氣泡等缺陷，嚴重影響產品質量。在泥漿加工及使用前，應嚴格吸鐵過篩(80目篩)，并對其進行真空處理,在成形注漿時不能過急。

3.3 電解質

電解質是泥漿加工生產中不可或缺的物質，它可以調節泥漿的性能。泥漿中電解質的加入量對泥漿的性能以及坯體的質量有很大的影響。也就是說，電解質對衛生陶瓷的生產是否穩定起到很重要的作用。目前我國衛生陶瓷注漿泥所用的電解質主要還是水玻璃和純堿。兩種電解質的特性是：水玻璃用量過大時，坯體脫模后硬化較快，坯體易開裂；純堿用量過大時，坯體脫模后則硬化較慢，內外含水率差別較大，坯體易發軟變形。

在我國北方，一年四季天氣溫度、濕度變化波動很大，且在春季、秋季風較大，夏季濕度較大。不像南方那樣具有得天獨厚的衛生陶瓷生產優良條件。故隨季節變化，生產廠家都是根據電解質的特性，通過加入量來調節一年四季泥料的性能。 春秋兩季空氣比較干燥，風也比較大，坯體干燥速度較快，易開裂，這時純堿的用量可以多一些，水玻璃用量可以少一些，減緩一下硬化開裂問題；夏季空氣濕度較大，雖然溫度較高，但坯體干燥速度并不快，故此時水玻璃用量可以多一些，純堿的用量可以少一些；冬季室內溫度較低，不開窗戶濕度大，坯體脫模后硬化干燥較慢，易變形，故多加一些水玻璃，少加一些純堿。兩種電解質的加入量一般不超0.6%。

3.4 環境條件

注漿成形衛生陶瓷的環境溫度一般控制在25～37 ℃，夜間的溫度可以適當提高一些，但最高也不能超過50 ℃，因為超過50 ℃時，一方面坯體的表面干燥速度過快，而坯體內部的干燥速度則相對較慢，造成坯體在干燥過程中內外收縮不均勻，導致坯體出現大批開裂；另一方面溫度超過50 ℃時，容易使石膏模過干、過熱，而且石膏模形狀復雜，各部分干濕度不均勻，在成形過程中很容易造成吃漿過快以及成形后坯體開裂等缺陷。 成形衛生陶瓷坯體的濕度一般控制在40%～70%，過高則坯體的干燥速度太慢，影響下道工序的正常進行；過低坯體干燥速度加快，收縮速度也在加快，容易產生開裂，特別是成形器形復雜的產品時，開裂更為嚴重。

注漿成形的坯體質量對季節的變化比較敏感，特別是春秋季節對坯體成形影響最大。因為春秋季節風比較大，空氣又比較干燥，在這樣的條件下，如果不采取合理的措施，坯體在成形階段就造成大面積的開裂，嚴重影響坯體的合格率。原因是風不可能均勻地吹到坯體的各個部位，造成坯體各部位干燥不均勻，致使局部收縮過快而產生開裂。因此，春秋季節坯體成形要注意的問題是： 成形車間不能開窗戶，門上要掛門簾，避免外面的風直接吹到坯體上，必要時可以用塑料薄膜全部將坯體苫蓋起來，這樣在干燥過程中收縮就比較均勻。 春秋季節要經常在成形室內地面上噴灑一些水。噴水的目的是增加室內的濕度。噴灑的水量要求剛進入春秋季節時少些，慢慢地增多；在接近夏季和冬季時慢慢減少，但要注意陰、雨天要少噴灑甚至不灑水。 夏季風小、濕度較大，室內不要噴灑水可以適當開窗戶。 冬季一定要把窗戶縫糊好，門上要掛棉簾，以保持室內溫度。

王同言(1963-)，本科，高級工程師；主要從事陶瓷生產技術管理工作。

TQ174.76+9

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1002-2872(2016)04-0045-05