中国塑料bookmark0陶瓷成型用塑料模具的研究李铁军（湖南省塑料研究所，湖南长沙410001）石膏一直是制作陶瓷模具的主要材料。石膏模的优点是气孔率分布均匀，壁厚均匀，能脱水，泥坯在干燥过程中收缩均匀，十分有利于脱模。但石膏模有其不可克服的缺陷，例如，石膏在水中的可溶性使模具容易侵蚀，反复使用后表面变得粗糙；石膏模耐磨性差，与泥坯之间的摩擦而造成的磨损十分严重，而耐磨性是决定模具寿命的*重要因素；加水硬化后的石膏在水中的分解温度约60在模具干燥中由于组分变化和热冲击作用而容易导致模具破坏；冲击强度、弯曲强度等力学性能低，在操作和搬运过程中易于损伤。因此，石膏模的反复使用率很低。为此，我们研究采用塑料代替石膏制作陶瓷模具，取得了良好的应用效果。

　　塑料模的耐磨性、耐水性、耐温性以及压缩强度、弯曲强度等物理力学性能明显优于石膏模。本文以7%'圆盘模具为例探讨塑料模的主要组成、成型工艺及其性能和应用。

　　1技术要求陶瓷模具的基本要求是强度高，硬度大；具有较高的流体渗透性，产生渗透性的连通气孔尺寸小且分布均匀，以阻止湿粘土挤入而堵塞并具有光滑的表面。

　　2，阴影为任意粉粒ai和a2的熔3./糊呗塑料粉料烧结成型示意。2塑料原料的选择陶瓷成型模具用塑料材料首先必须是粉末状，粉料尽可能是球体，形状规整，否则表观密度不均，形成的空隙不均匀，透过性不佳。其次粒径应在0.01mm~0.2mm之间，粒径太小，则形成的空隙过小，限制了透过性；粒径太大，则制品密度难均衡，气孔尺寸较大，易堵塞，表面不很光滑。另外形状和尺寸分布应尽量均一，绝大多数粉料应能通过100目筛，80%以上的粉料通过200目筛，这样有利于形成空隙均匀的制品。*后熔流性要低，熔体流动速率太高，模具表面的粒子受热易熔化和熔结，内部粒子因传热慢而仍未熔，保持原松散的粉体状，影响空隙的形成及均匀性，强度差；熔体流动速率也不能太低，否则所需加热时间长且有降解的危险。

　　3.3助剂的选择1处理剂树脂的疏水性使塑料模不能像石膏模一样有很好的吸水性，严重影响常压旋坯成型时泥坯的顺利脱模，因此选用活性处理剂对树脂进行预处理，以赋予亲水性（如表1）。

　　表1塑料模预处理前后的吸水性项目未加活性处理剂加活性处理剂（0.4%，质量）吸水率/% 2热稳定剂塑料处于长时间高温受热过程，需要加入热稳定剂，以防塑料分解变色而导致模具强度下降、表面性能差（见表2）。

　　表2加稳定剂前后的制品性能项目未加稳定剂加稳定剂（6%，质量）弯曲强度/MPa压缩强度/MPa表面有较多沟槽表面无明显变化表面黑色，粗糙本色，光滑3填料塑料导热率很低，使模具壁面与内部密度不均，孔隙大小不一，温差大060°C），强度不高，而且烧结时间高3加入能长时间保持热量的细磨填hing料，依靠热处理时粉料本身吸收的热量烧结，烧结时间缩短30~45h，强度提高15%~30%，空隙均匀，透过性好，而且降低了加热时的线膨胀值（见表3）。但应控制加入量和均匀性，以防阻塞空隙而失去透过性，加入量以10%~15%为佳（如）。

　　表3填料对试样线膨胀率的影响加热温度/C粉料试样线膨胀/未加填料粉料加填料粉料3.4烧结工艺的控制3.4.1烧结温度和时间的控制填料含量与空隙率的关系温度以上。烧结温度越高，时间越长，形成的熔结面强度越大，制品的强度就越高，但同时要考虑塑料的热稳定性。由于塑料的热导率、热扩散系数很低，粘度又高，加上粉料间存在空隙，所以温度及热量在物料中传递速率很低，造成各部分温度不均匀。如果片面地升高温度或升温太快，制品内外层温差大（见）内层物料温度比外层温度要迟后达到要求，将造成产品密度和空隙分布不均匀，并随升温速率的提高而更加明显（见）当外层温度已达到要求时而内层温度仍较低，甚至保持原松散的粉体状；若继续加热，当内层温度达到要求时，外层温度已很高，使外层粉料已熔合而失去空隙，没有透气性，还容易引起降解；温差过大还造成各部分膨胀不均匀，使制品产生内应力，甚至出现裂纹，力学强度下降，所以升温速率必须正确控制（见烧结温度制品大小升温速率厂C"h-保温时间直径80mm，厚度35mm直径60mm，厚度20mm 3.4.2烧结时压力的控制施加压力促使粘流状粉料间熔合以达到*佳的接触面积，有助于提高力学性能，控制制品密度和空隙。

　　压力尽量均匀，则形成的空隙均匀；压力不能过高，否则制品密度过大，空隙太小，透气性下降，也可能内应力增加，易开裂；压力不能过小，否则制品内部结构不紧密，力学性能较差。在定量的塑料粉料均匀地加入模腔后，加压过程中要进行放气，*后保压一段时间，再缓慢卸压以防压力解除后物料回弹而产生裂纹。由于烧结是在型腔一定的密闭金属模具内进行，所以压力大小及均匀性与塑料粉料加入量及均匀性直接相关，制品密度和空隙以及强度实际受塑料粉的加入量及均匀性的影响。

　　3.4.3烧结成型冷却的控制塑料导热性差，冷却过快，制品内外冷却不均，内部易产生内应力，可能造成收缩和裂缝，弯曲强度、拉伸强度等力学性能比应有的数值低，而过慢的冷却往往收缩一般快速冷却制品性好，收缩率小，而拉伸强度低；缓慢冷却制品拉伸强度大，表面硬度高，耐磨，但收缩大，对尺寸精度要求高的制品应在模内受压冷却。

　　4性能对比我们测试了塑料模和石膏模的性能（见表5），塑料模综合性能明显优于石膏模。

　　项巨塑料模石膏模弯曲强度干态湿态压缩强度干态湿态耐磨性（0.仅现抛光效果，不影已磨出深槽，吸水性周期）响吸水性下降使用温度厂C吸水率/%气孔直径/Pm表面光滑，不易划伤光洁，易划伤使用次数/次气孔率/%质量/kg 5工业应用'圆盘塑料模进行了工业应用试验，表明塑料模代替石膏模的新材质研究是成功的，它具有如下优点，是石膏材质无法比拟的。

　　模具强度高，耐磨性好，试用500次后模面完好如新，预计使用寿命比石膏模高7倍以上。因而可提高设备利用率减少换模次数和工时消耗，提高生产率，降低生产成本。

　　由于气孔通畅，真空吸模时增强了对泥坯的吸附能力，可消除石膏模因新旧或干湿不一产生成型花底缺陷，而且可降低滚头成型温度，节约电耗，相应地提高了成品率和产量。

　　由于耐磨性好，模面光洁，可克服和减少石膏模常见的斑点、熔洞、疙痕、滚压釉等坯面缺陷，提高产品质量，而且可以简化精坯工艺，降低劳动强度，提高生产率。

　　石膏模在*初几次浇注后表面就变得粗糙且分解，而塑料模则完好如初。

　　率较大因此冷速率控制在的咛内。实验证明舂6）。需胯盟的是塑料模坯实验总不高与该产品质量对比是在同一窑车上混装进行的（见厂质量大气候有关，与试验车同期大生产71'圆盘累计一级率只有57%.塑料模更适合于陶瓷的压滤成型。

　　表6塑料模坯与石膏模坯质量对比项目塑料模坯石膏模坯一级率/%二级率/%出口率/%滚压釉/%无缺陷疙痕/%无坯变形率/%采用塑料烧结成型法可制作符合要求的高强度、耐磨、耐水、耐温及透过性好的塑料陶瓷模具。

　　塑料烧结成型法制作陶瓷模具的关键是塑料材料的选择以及工艺过程中温度、时间、压力、冷却的控制。

　　性能测试和工业应用表明塑料模的耐水性、耐温性及压缩强度、弯曲强度等物理力学性能，特别是耐磨性明显优于石膏模，更适合长久性和耐高压性的陶瓷模。