硫磺砂浆模具的制作方法

时间:2022-08-16 02:25:06

硫磺砂浆模具的制作方法

摘要:模具在陶瓷工业生产中起着非常重要的作用,传统方法一般用硫磺制作母模与胎膜,操作过程较复杂。为了改善硫磺模具制备工艺的可行性,在硫磺模具中引入硫磺砂浆,采用一次熔制、两次浇注、一次成形的工艺,简化硫磺模具的制作程序,提高强度,减小模具的收缩、开裂和变形等问题。本文详细阐述了改性硫磺模具的制作方法及工艺流程。

关键词:模具 硫磺砂浆 石英骨料

1 引言

母模是陶瓷生产的必备工具,传统陶瓷生产中采用硫磺和石墨制作母模。其制作工艺为:先制作硫磺薄壁空心模,空心模完成后,往里填入石膏和泥块以提高母模强度。硫磺在固态状态下为斜方或单斜结晶体,脆性较强,抗拉及冲击强度低,一般抗拉强度仅为0.15MPa左右,抗冲击强度仅为0.08MPa;同时,硫磺经熔融后,在冷却凝固过程中收缩性大,易出现裂纹,且制作工艺复杂,对操作要求高,所以硫磺在陶瓷生产中的应用受到限制。

本文通过对硫磺砂浆的研究,结合陶瓷母模的现状,在熔融硫磺中加入适量的石英骨料,解决硫磺凝固过程中出现的收缩问题;同时,加入少量石墨以减缓硫磺在冷却过程中的晶型转换,进一步解决收缩问题。在改善硫磺模具性能的同时,需规范其工艺流程。

2 原料性能及其作用

硫磺砂浆模具由硫磺、石墨、石英等原料组成,其原料的性能与作用如下。

2.1硫磺

硫磺是硫磺砂浆的胶粘剂,通常选用工业中粉状或块状的硫磺,要求纯度高、杂质少、水份少,一般要求含量≥98%、水分≤1%。硫磺属于热施工材料,对温度要求较严格。纯硫磺在常温下为淡黄色固体、比重为2.07、熔点为112.8℃、沸点为444.6℃,不同的温度形成不同的同素异形体。固态的斜方在95.5℃形成固态单斜硫;119.25℃形成液态黄色硫,加温至160℃形成褐色液态硫;到444.6℃形成气态硫;1000℃形成气态硫蒸气。硫的工程特性见表1。

熔融硫磺的粘度变化较复杂。其粘度与温度的变化情况见表2。当温度为115℃时,粘度为0.0125Pa・s;160℃时为0.0066Pa・s;165℃时其粘度增加1000倍以上;198.8℃时,其粘度高达90Pa・s,增加10000倍以上。因此硫磺在施工过程中温度应介于115~160℃之间,易于操作施工。

石墨具有良好的物理性、化学稳定性,石墨的引入提高了硫磺砂浆的流动性,并有效减少硫磺模具的收缩、变形。磷片石墨的性质见表3。

2.2骨料

(1) 石英骨料

在硫磺砂浆中,掺入一定量的石英骨料,可以提高硫磺的强度,减少体积收缩。

质量要求:含水率小于0.5%,含泥量不大于1%;1.25mm筛孔筛余量不大于5%;使用前需烘干脱水。

(2) 石英粉料

石英粉料起集料的作用,可填充砂粒的空隙,改善硫磺砂浆浆液,防止硫磺砂浆浇注时分层离析。

质量要求:细度需过0.16mm筛孔,筛余率≤5%;过0.08mm筛孔,筛余率为10%~30%;含水率≤0.5%,使用前必须烘干。

3 硫磺砂浆的工艺流程及方法

3.1配合比设计

(1) 骨料粒径、级配的影响

若骨料中缺乏有效的粗粒级或骨料粒径过小,不能有效降低硫磺冷却时因收缩而产生的裂缝;若骨料中缺乏大小粒级的搭配,使骨料的空隙率增大,会造成硫磺粘结剂的不足,最终导致模具的强度下降。

(2) 骨料含量的影响

在骨料粒径、级配合理时,骨料含量过大,砂浆流动性下降;骨料含量过少,砂浆固化收缩过大。

经反复试验,较理想的配比为硫磺50%~60%、石墨9%~11%、石英砂12%~25%、石英粉6%~18%。

3.2硫磺砂浆的制备方法

(1) 先将硫磺打成2~5cm的小块,与石墨按比例称后好分批放入锅中,加热到130~150℃熔化,边熔边放边搅,防止局部过热,以达到充分脱水的目的。

(2) 硫磺脱水后,分批将石英骨料、石英粉料搅拌均匀,并升温至130℃脱水炒干,然后加入到熔融的硫磺中,混合均匀,继续熬制。注意要严格控制熬制温度,一般为140~170℃,最高不超过180℃,约3~4h。

(3) 待硫磺砂浆熬制均匀、颜色一致、汽泡完全消失后,取样检查其质量,如不符合要求,加5%~10%硫磺继续熬制,直到合格为止。

(4) 硫磺砂浆的质量鉴定:在140℃时,浇入耐温试模中,观察冷却时无涌泡、凹陷、不密实、分层等现象。然后将其打断,观察其颈部断面,小孔数大于5个时,说明熬制时间不够,延长熬制时间,直到小孔数小于或等于5个为止。硫磺砂浆熬制的工艺流程图如1所示。

4 硫磺砂浆模具的制作方法

(1) 先预备好石膏阴摸模或凹模,吸足水后捆绑结实。

(2) 初次浇注温度应保持在150℃左右,取硫磺砂浆上层清夜,注入石膏阴模中,并匀速转动石膏阴模,使硫磺砂浆液流过全部阴模面,然后把多余的液体倒出。

(3) 停止加热并不断搅拌砂浆,使其混合均匀。在温度下降至120℃左右时,在石英微粉的作用下,硫磺开始析晶,其粘度也随之增加,此时将砂浆快速注入石膏阴模内,并不断震动,使之充满每个地方。

(4) 根据母模的体积大小,确定其固化时间,一般需要1~2h,然后开模。

(5) 用锉刀砂纸适当修正开模线等位置,即完成母模的制作。

5 结论

(1) 采用一次熔制、两次浇注、一次成形的工艺,简化了模具的制作工艺流程。

(2) 因模具整个材质为硫磺石英砂结构,类似于混凝土结构,极大提高其抗弯、抗裂等承载能力。

(3) 硫磺砂浆模具还可以重新熔化使用,其性能没有改变,在生产中大大节约原料成本。

(4) 因硫磺砂浆的引入,有效减少了收缩、开裂和变形,一般对尺寸为820mm×820mm×50mm的模具内加Φ10mm钢筋支架,性能良好。

(5) 硫磺砂浆在陶瓷模具方面的应用有待于进一步研究,充分发挥硫磺砂浆的最佳性能。

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