淺談衛生陶瓷成形工藝及其注意事項

張永財 楊秋生

關鍵詞：衛生陶瓷;注漿成形;成形工藝;注意事項

1引言

衛生陶瓷是陶瓷產品一個重要的瓷種。其有顯著的特點：體積大、結構復雜、質量大;講究組合安裝配套尺寸;講究排污功能及節水;唯一的成形方法——注漿成形，主要采用石膏模型（模具）。在衛生陶瓷生產中，注漿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。將開始含水近30%的泥漿，變為含水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，完成整個的成形過程。通過模型的內型形成產品的外部形狀。可見，模型、泥漿和環境條件（溫濕度）是成形的三大要素。

石膏模型是成形生產的主要工具，在陶瓷生產中用量很大，它由石膏粉制作而成。石膏粉價廉，與水混合后有良好的流動『生并可做出各種形狀。石膏模型具有良好的吸水能力和蒸發水分的能力，所以，石膏模型是目前國內外衛生陶瓷成形生產的重要工具。目前，國內一些廠家在成形生產中部分品種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。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的發展方向。但也應看到，用樹脂模型生產的品種是少量的，有一定的局限l生（樹脂模型制作復雜成本高、需生產長線產品、變產困難）。而石膏模型有制作簡便、成本低、適應性強、變產靈活方便等優點，所以被大量使用。相信石膏模型不會消失，仍將在陶瓷行業存在且大量使用。但不論采用什么材質的模型，具備三個因素就能用以注漿成形。這三個因素是：（1）能吸人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，都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）具有適當的滲透吸水速度。這樣才有利于坯體的形成。（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。上世紀80年代中期以前，由于產品單一以及工藝技術的落后，使模型的結構也落后。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，在落后的成形工藝條件下，坐便器成形工藝也極其落后，模型件數多，占地面積大，大胎體單面吸漿成形，為地攤式多塊粘接成形生產，包括排污管道也是粘接的，故生產效率低，成坯率低，工人勞動強度大，操作環境惡劣，產品質量也差。隨著衛生瓷行業的發展和技術的不斷進步，無論是坐便器產品的結構還是成形生產工藝方式都發生了深刻的變化，產品一般是一次成形。即便是現在的地攤式成形，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;目前衛生瓷企業普遍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，質量也得到很大的提高。原來落后成形工藝條件下不能生產的復雜品種（比如聯體坐便器和婦女洗滌器等），在現有機械設備條件下都可以大批量生產，而且成形工藝也變得簡單化了。

2成形工藝的演變

衛生陶瓷成形工藝經歷了傳統的地攤式抱大桶注漿、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。

2.1地攤抱大桶注漿工藝

地攤抱大桶注漿成形是最原始的成形方法，上世紀60年代初之前普遍使用。這種成形方法工藝極其落后，是作坊式的。生產效率很低，占地面積大，工人勞動強度極大，作業環境差。它是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（次數）低，同時生產現場也顯零亂，產量低，質量合格率低，產品的規整度也差。

2.2架子化管道注漿工藝

上世紀60年末70年代初，在地攤抱大桶注漿成形工藝的基礎上，誕生了架子化管道注漿工藝（又稱臺架式澆注），帶來了衛生瓷注漿成形工藝的革命。它是在單個鐵架或在長條鐵架子上擺放模型。人工或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條件，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。也是使用普通的石膏模型，靠模型自然吸漿。一般空心單面吸漿的產品居多，吃漿時間長，在3～4小時左右，每天成形注漿一次。當天不取坯，放完漿后坯體蓋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，故大胎體模型的結構相對簡單。以坐便器產品為例，采用多個模型分別成形濕坯，然后多個濕坯粘接組合在一起。一個坐便器產品的模型會有4～5件。這種成形工藝方式由于變產靈活，在一些小型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、真空回漿的技術沿用下來，一直到現在仍在使用。

2.3組合澆注成形工藝

上世紀80年代中期，唐山陶瓷廠在我國率先引進了德國的衛生瓷立澆線成形技術設備，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”。也有叫法將這種工藝稱為“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，我國一些陶瓷機械設備制造廠可以制造整套成形線設備。這種成形新工藝在我國各地區得到迅速發展，成為目前主要的成形工藝方式。生產的品種由過去的20英寸洗面盆，發展到后來的水槽、臺盆、水箱、水箱蓋，再到后來的普通坐便器、聯體坐便器、立柱、婦女洗滌器、掛式坐便器、柜盆等等。目前國內衛生陶瓷企業都采用了這種成形工藝技術。無論產品體積有多大、也無論產品結構有多復雜，都能夠生產。這種成形工藝對泥漿的性能有較高的要求。因為濕體立放，要求泥坯脫模要早，挺實性要好。

其主要特點是：

（1）幾十套模型為一組，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。模型結構有較大的改變，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、翻轉靠機械設備或人工完成。

（2）仍采用管道輸送泥漿和回漿。利用高位槽產生的靜壓（一般為0.01MPa）供漿，當模型吸漿（吃漿）到一定時間（一般2h左右）后，模型內加微壓空漿，管道真空回漿，坯體在模型內微壓（0.01～0.02 MPa）鞏固20～40min。采用高強度石膏模型，注漿效率（次數）1～2次/天。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，但對泥漿和模型的要求較高，結構很復雜的產品不太適用，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，且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。

2.4壓力注漿成形工藝

在成形過程中對泥漿加壓，可提高泥漿與模型問的壓差，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人壓縮空氣可以提高泥漿壓力。

根據注漿壓力大小，成形工藝可分為以下四類：微壓注漿，注漿壓力低于0.02Mpa;低壓注漿，注漿壓力在0.024～0.2 MPa;中壓注漿，注漿壓力在0.24～0.5 MPa;高壓注漿，注漿壓力在0.5～2.5MPa。上世紀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，主要出現以下三種澆注系統：

2.4.1低壓快排水注漿

采用組合澆注成形線系統，為低壓供漿，供漿壓力在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5mm）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，可以很方便地脫模，而無需使用傳統的脫模劑一滑石粉。脫模結束后，繼續通人壓縮空氣使模具脫水，強化干燥。這一系統可以24h連續生產，其注漿效率每天2班，每班2次。模型的使用壽命可達180次。

2.4.2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0.3～0.5MPa。模型邊注漿邊吸水，整個注漿周期可進一步縮短。中壓注漿的注漿效率可達每天3班，每班5次。

2.4.3高壓注漿

上世紀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。我國也已在上世紀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型和高壓注漿機組，注漿成形壓力達到2.0～2.5MPa。它的操作過程與中壓注漿類似。從模型夾緊、注漿到脫模各個過程可實現連續自動化。每天3班生產，對單模設備平均生產周期為10～16分鐘/件，對組合澆注設備的生產周期大約為30min。模型的使用壽命一般10000次。

高壓注漿的主要優點是：占地面積比傳統澆注少;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;高壓注漿坯休以“壓濾”方式成形，模型無需干燥，可連續循環使用;坯體變形小，坯體強度高，產品規整度好。

3成形注漿工藝方式

衛生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。其成形注漿工藝方式可分為以下三類。

3.1上注上回式

這種成形注漿方式的注漿口和回漿口在模型的上部，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，將模型翻轉180度傾斜進行空漿。這種成形方式勞動強度大，工藝落后，生產效率低，模型使用壽命短，現很少采用，已逐步被上注下回式所取代。

3.2上注下回式

在生產中較常見，一般用于余漿少的地攤模型。如圈類、地攤面具等。注漿孔一般為直徑20mm，在模型上部，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12mm，下人瓷管或塑料管，并用木塞插緊，放漿時拔掉。這種方式放漿時模型不翻轉，故勞動強度低。為了防止注漿成形時產生氣泡，往往在模型上部注漿口的另一端設置直徑約12mm的氣眼孔。

3.3下注下回式

這種成形注漿方式在實際生產中應用最普遍。很多品種都采用此種方法，采用管道壓力注漿、真空回漿。既有地攤產品又有立澆產品;既有單面吃漿產品又有雙面吃漿產品，也有單雙面結合產品。例如早期單面吃漿的水箱、坐便器大胎體，現在雙面吃漿的水箱、水槽，單雙面吃漿的坐便器、洗面器等等。其中以單雙面吃漿的產品最多。而像早期單面吃漿的水箱、坐便器大胎體、立柱，僅有一個注（回）漿管（管徑為20～25mm）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型，除了有注回漿管（共用一個，管徑為18mm）外，還有微壓管孔（直徑12～15mm），目的是通氣、吹出余漿、鞏固坯體。

4成形應注意的問題

衛生陶瓷注漿成形產品質量受諸多因素（模型、泥漿、環境條件等）的影響，應從以下幾個方面加以注意。

4.1模型

（1）模型的設計應合理。坯體各部位的厚度要符合標準。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，又要有良好的耐用性能。模型的氣孔率應在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7MPa以上，抗折強度3MPa以上。模型不能過干和過濕，過干會導致坯體開裂，過濕造成不成坯。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，無油跡、無雜質和污物;對于大件模型，內部應放置鋼筋等物增強加固。

4.2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暢流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問保持組成一致，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，并造成脫模困難。同時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，尤其是像衛生瓷這樣的大件產品，更要求有較高的干坯強度。根據經驗，衛生陶瓷干坯強度應在3.5MPa以上。

（7）泥漿中不含氣泡、不含雜質。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，應嚴格除鐵過篩（80目篩），并對其進行真空處理，在成形注漿時不要操之過急。

4.3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用的電解質主要還是水玻璃（NaSi3）和純堿（Na2C03）。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，內外水分差別較大，坯體發軟易變形。

在我國北方，一年四季天氣溫度、濕度變化波動很大。在春季、秋季風較大，氣候干燥，在夏季溫度高，濕度大，在冬季寒冷刺骨。不像南方那樣具有得天獨厚的生產優良條件。故北方衛生瓷企業，一般隨季節變化，都是根據電解質的特性，通過電解質加入量來調節泥料的性能。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%。

4.4環境條件

注漿成形衛生瓷的環境溫度一般控制在25℃～37℃為好，夜問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℃，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，導致坯體出現大量開裂;另一方面溫度超過50℃，容易使石膏模過干、過熱粉化，而且石膏模形狀復雜，各部分干濕度不均，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。衛生瓷注漿成形室的濕度一般控制在40%～70%為好，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，嚴重影響成坯率。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，局部收縮過快而產生開裂。因此，春秋季節坯體成形要注意以下問題：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。