关于卫生洁具石膏粉的基本性能及检测方法

1引 言

石膏是制作石膏模型的主要材料，石膏质量关系到模型质量，石膏模型质量关系到成形的半成品和成品的质量。因此，几乎所有的卫生瓷企业都非常重视石膏粉的质量。卫生洁具的结构造型比日用瓷或艺术瓷复杂，体积也要大，所以决定了此行业所使用的石膏粉既要保证翻制出的石膏模型具有一定的湿模强度和干燥强度，还要保证有合适的吸水性，而且在使用过程别是使用后期没有粉化脱落的现象，最主要是能生产出开裂少、表面平整、变形小的产品。下面简单介绍一下石膏的最基本性能。

2石膏的基本性能

（1） 卫生瓷所使用的石膏粉一般是半水石膏，是由天然的生石膏也就是石膏原矿（二水石膏CaSO4・2H2O）加热炒制而成。其反应如下：2CaSO4・2H2O= 2CaSO4・1/2 H2O+3H2O，其中水以水蒸汽的形式挥发掉，值得注意的是，生石膏（指纯度较高的石膏）在加热到65℃时才开始排出结晶水，到100～140℃时，大量结晶水排出，到150℃后，大部分二水石膏已变成了半水石膏，如继续升温到180℃左右时，结晶水继续排出，在200℃左右就完全变成无水石膏。根据石膏的各种晶型跟温度的关系，在实际生产中应严格控制石膏粉制作和石膏模型烘烤的制度。

另外，半水石膏根据加热方法不同又可分为两种形态的半水石膏，即α-半水石膏和β-半水石膏。在常压下制得的半水石膏，其晶型主要是碎片状，一般称为β型普通石膏粉，其强度不高，在蒸汽压力下制得的石膏粉其晶型为针状或短柱状，常称作α型高强石膏粉，通常市场上所说的高强石膏粉就是α型石膏，其所占的比例较大或全部为α型石膏粉，两种石膏粉的具体性能对比可查阅相关陶瓷工艺书籍。

（2） 半水石膏粉加水反应后又会向逆向方向进行反应生成二水石膏。

半水石膏加水生成二水石膏的反应有两个步骤。第一步，半水石膏部分溶于水，生成半水石膏的饱和溶液。由于二水石膏的溶解度比半水石膏的溶解度小很多（半水石膏的溶解度为10.5g/L，而二水石膏的溶解度为2.6g /L），所以此时形成的半水石膏的饱和溶液对二水石膏来说就是过饱和溶液，第二步就是溶液中析出二水石膏的晶体。形成二水石膏晶体后就破坏了饱和溶液的平衡，又有新的半水石膏溶解于水，这样反应一直进行下去直至全部半水石膏都溶解于水，并都形成二水石膏晶体，溶液中最后保持了二水石膏的饱和溶液的平衡。这些刚析出的二水石膏晶体晶粒之间以范德华力相互吸引，此时石膏浆并没有硬化，还具有触变性（初凝），随着时间的延长，二水石膏晶体晶核大量生成、长大，晶体之间相互接触、交叉、连生而形成一个牢固的结晶结构网，此时石膏彻底硬化（触变性消失），并具有一定的强度，此时便是石膏浆的终凝。这是半水石膏水化反应的一般过程，在实际生产中，从石膏加水开始到终凝，只有15～60min，这个反应过程一旦结束，石膏模许多性能就固定下来。要正确掌握反应过程，制造出性能较好的石膏模型，而且浪费的石膏粉又要少，就必须认真研究石膏粉的各项性能，才能保证翻制出的石膏模型适合注浆成形，保证产品半成品合格率的提高。

3 石膏粉的测试项目、方法

3.1 石膏的细度

石膏粉细度直接关系到石膏模型的强度及初终凝速度，石膏粉用途不同对细度的要求不一样。石膏粉越细，在半水石膏的水化过程中，颗粒的比表面积就越大。与水接触面积增大，在水中的溶解速度也加快，形成二水石膏晶体的速度也增快，也就是说石膏浆的凝结速度加快。增加石膏粉的细度可以增加石膏的致密度，也就是可以明显地增加模型的强度（一般干燥强度和湿模强度都会增加），但细度达到一定限度后，强度便会降低，因为在水化过程中会产生较大的结晶应力。目前国内卫生瓷模型用的石膏粉细度在120～180目的范围内，国外也有达到250目的。

常用的测试方法就是称取100g石膏粉，倒入规定的分析筛上，用水冲洗干净，将筛上的残渣倒入小碗中，在40～60℃的烘箱中烘干称重，就可以计算出残渣的百分含量或细度参数。

3.2 流动性测试

对不同的石膏，按要求比例配料（一般按1：1.25～1.55），先加水后加料，注意石膏粉浸泡时水面要淹没石膏粉。浸泡30s，搅拌1min，立即倒入事先已准备好的玻璃板上的圆筒内，将圆筒上表面刮平，迅速将圆筒垂直提起，测量石膏浆在玻璃板上摊开直径的大小，则为该比例下石膏粉的流动性。有的企业测试流动性时浸泡1min，搅拌2min，圆筒的直径和高度也有所不同，此时测试结果的数据也会不一样，只要每次的时间和器具是固定的，结果一样有效。

3.3 初、终凝时间的测定

在测定流动性时，用小刀迅速切割流散开的圆饼中心部位的石膏浆，当切口不再愈合，则视为初凝，此时所示时间为初凝时间，当用拇指按压石膏饼，而拇指不沾水，此时石膏已硬化，这时所示时间为终凝时间。不同企业的测试方法基本一致。

3.4抗折强度检测(干燥强度和湿模强度)

3.4.1 试条的制备

按规定的水膏比配料、浸泡、搅拌，将石膏浆浇注到事先准备好的钢模型中，待终凝后，脱模得到待测样品，样品至少要12根，每三根为一组。

3.4.2 湿模抗折强度的测定

将已脱模的试条在空气中自然干燥30min、60min、120min后，分别在抗折试验机上做抗折试验，做好试条断裂时的数据记录，根据公式计算则可得出湿模强度。

3.4.3 干燥抗折强度的测定

将脱模后的试条在空气中干燥24h后再置于烘箱中（40～60℃），恒温干燥72h后取出，并冷却至室温，在抗折试验机做抗折试验，做好试条断裂时的数据记录。

3.4.4 抗折强度的计算

抗折强度的计算公式为：

R=3PL/（2aC）

式中：

R――抗折强度（MPa）

P――破坏荷重（N）

L――跨距（mm）

a――试样断面宽度（mm）

C――试样断面厚度（mm）

3.5 吸水率的测定

将测试完湿模强度的试条（选其中没有破损的）置于烘箱中（40～60℃），恒温干燥72h后取出，称重（G1），再将其放在水中浸泡2h后取出称重（G2），用以下公式计算该水膏比下的吸水率：

A=（G2-G1）/G1×100%

3.6 吸水速度的测定

（1） 将待测石膏粉按规定的水膏比配料、浸泡、搅拌，浇注到事先准备好的钢模具中，待凝固后，脱模得到样品，置于烘箱中（40～60℃）干燥72h备用。

（2） 将测试装置装好水，使水面刚好淹过铁钉，然后将试样竖直置于三颗铁钉上，同时计时，观测水上升高度，分别记下1min、5min、10min、15min、30min时水在石膏块上的上升高度。

3.7 凝结膨胀率的测定

（1） 将专用的膨胀测试仪器整理好，涂上油并调整零点，然后将按规定水膏比例配料、浸泡、搅拌后的石膏浆浇注到仪器的“V”形槽中，刮去多余的石膏浆，使试样在仪器内凝结直至发热冷却为止，记下百分表读数。

（2） 计算膨胀率

a=n/(L-n)×100%

式中：

a――凝结膨胀率

n――膨胀的长度（mm）

L――膨胀后试样的总长度（mm）

（3） 有的企业和部分陶瓷工艺书上是用温度计来测量石膏的膨胀率，用温度计测石膏的膨胀率操作更简单，方法可以查阅相关的陶瓷资料。

3.8 吸浆厚度值的测定

（1） 将待测石膏粉按规定的水膏比配料、浸泡、搅拌，制得石膏浆倒入方浆母模中，待石膏硬化后取出石膏浆，将表面修刮平整。

（2） 将石膏浆放入烘箱（40～60℃）中干燥72h，取出冷却至室温。

（3） 取成形泥浆注满石膏浆，并开始计时。

（4） 60min后倒掉浆中三分之一的泥浆，90min时再倒去三分之一的泥浆，120min时再倒去余下的三分之一泥浆，然后倒放至没有泥浆流动现象。

（5） 将吸浆放到烘箱低温（29～31℃）烘烤，直至泥坯硬化为止。

（6） 1h后，取出已硬化的泥坯，在泥坯的非倒浆面上从底部算起每次在中间位置处划一横线，在横线处切断泥坯，用游标卡尺测量断面处泥坯的厚度。

（7） 取其三面厚度的平均值，即为石膏吸浆不同时间的吸浆厚度。

（8） 测石膏吸浆厚度的前5次操作只能作为参考，5天以后（5次以后）再做15次，用这15次的平均值作为石膏的吸浆厚度。

（9） 每次测试完后，将石膏样品放入40～60℃的烘箱中烘烤20h，以备下次再进行测试。

3.9 开裂试验的测定

（1） 将待测石膏粉按规定的水膏比配料、浸泡、搅拌，制得的石膏浆倒入开裂试验的母模中，待石膏硬化后取出石膏模，将其表面修刮平整。

（2） 将石膏模型放入烘箱中（40～60℃）烘72h，取出冷却至室温。

（3） 取成形泥浆做开裂实验，方法与泥浆的开裂实验方法一样，但这只是测试此样品石膏粉制成的石膏模型的开裂情况。

（4） 做开裂实验时前5次只能作为参考，5天以后（一天一次）再做15次，用这15次的平均值计算出此石膏的开裂时间。每次测试完后，石膏模型样品放入40～60℃的烘箱中烘烤20h后，以备下次再进行测试。

3.10 石膏的常规化学分析

测石膏粉中半水石膏的百分量以及杂质等，目前部分企业没有进行化学分析测试。

3.11 生产过程中还需要测试石膏浆的比重。

以上对石膏粉的检测项目及方法，仅供参考。对于不同的企业、生产不同的产品（小件或大件）以及根据成形条件的不同，对石膏粉的要求也不一样。

影响石膏模型质量的因素还有许多，人、机、料、环、法对它都有影响，各企业应根据自己的实际情况，制定出合适的参数，为产品提供基础保证。

参考文献

1 赵连级.卫生瓷生产[M].北京:中国建材工业出版社,1993

2 国家建材局技术情报研究所.卫生瓷石膏模的设计制作技术[M].1994

3 刘康时等编.陶瓷工艺原理[M].华南理工大学出版社,1992