卫生陶瓷制造中高压树脂模具的应用测试

陈泽峰

（佛山市恒洁卫浴有限公司，佛山 528137）

1 前言

高压注浆工艺是压力注浆成形工艺的一种，主要被应用于各种大型陶瓷卫浴的生产过程，从具体的操作性质上分析，高压注浆属于压滤过程，它依靠对模具施加足够的压力，将液体渗析出来。在实施高压注浆过程中，需要一种具有良好过滤性的模具，因此采用高压注浆制作卫生陶瓷用品的厂家会选择多孔树脂模具，在制作卫生陶瓷过程中，生产人员对泥浆施加压力，让水分快速向模型扩散、渗透、贯穿和排除，得到拥有良好厚度和理想强度的坯件，模具的材质和性能在此过程中成为决定坯件厚度和强度的关键，所以在卫生陶瓷生产中开展树脂模具的检测分析就十分重要。

2 树脂模具的优势和要求

传统注浆成形工艺一般选用石膏模具制作坯件，石膏模具的表面光滑度低，粗糙且不耐用，在陶瓷用品的制作难以制作出质量佳、美观度高的成品。为了提升卫生陶瓷的美观度和耐用度。部分厂商会选择以电镀铜的做法增加模具表面的光滑度，在石膏模具镀铜后，表面的光滑度会得到提高，这种铜镀模具更耐用，成品的质量也更好。但铜镀模具的制作工期过长，需要投入的人力成本和经济成本更高，且卫生陶瓷为生活用品，使用铜镀模具可能导致重金属和酸性气体残留在坯件内，对购置卫生陶瓷用品的消费者造成身体健康上的影响[1]。

为了确保注浆成形的过程更高效、成品更绿色健康、投入成本更低廉，当前陶瓷厂家开始广泛选择树脂模具作为生产卫生陶瓷的主要模具。和石膏模具、铜镀模具相比，树脂模具的优势性明显，在模具硬度上，树脂模具优于石膏模具，所以其耐用性要远强于石膏模具，且因为其材质是树脂，所以不会出现石膏一样的掉粉问题。且树脂模具也不像铜镀模具一般含有金属，对消费者的健康影响较小，并且省去电镀环节后，需要投入的人力成本和经济成本也更低。

树脂模具对于温度较为敏感，要求模具材料和构件的热膨胀系数尽量达成一致，如果无法保证构件匹配，那么最终生产的卫生陶瓷可能会发生严重变形，且尺寸的稳定性会非常差，因此好的树脂模具，要求模具表面要足够光滑平整，生产人员在翻模过程中需注意检查模具的密实程度，注意模具有无裂缝和针眼，如果模具存在裂缝和针眼，就有高概率引起陶瓷成品的开裂，让产品质量受到严重影响。除了温度外，模具还要有足够的刚度和强度，如洗面器、大便器等卫生陶瓷制品的重量较大，对模具的承重要求较高，所以树脂模具要具备承受自重、制件重量、生产震动和活载荷的组合作用。

最后，树脂的耐热性相比材料较差，易在加热固化阶段发生起拱和变形问题，影响产品质量，因此在选择树脂模具时要注意查看材料构成，含水率大的树脂容易收缩变形，会对陶瓷成品的质量造成影响，树脂的受力节点结合不严，容易在高压状态下产生位移变形，树脂过薄容易鼓泡，以上等问题要会对陶瓷成品带来质量影响。所以在树脂材料选择时，要注意材料的热传导性和热稳定性，树脂模具必须要有足够理想的耐热性，才能避免因为加热而出现固化变形，影响到卫生陶瓷制品的最终质量[2]。

3 树脂模具的结构与制作

用于高压注浆的树脂模具在结构上分成树脂层、填充保护层、填充层等三层，树脂层由树脂组成，填充保护层和填充层由石头和水泥组成，树脂模具的具体工艺流程如图1所示。

图1 树脂模具的制备流程

在树脂模具的制作中，生产人员首先各种固化剂、稀释剂和乳状树脂聚合物进行均匀且充分的搅拌，然后预埋设导水细管，并将流动性较为出色的乳状浆料向母模进行注入，通过室温作用，注入的乳状浆料充分发生聚合反应，逐渐固化，最终成为了拥有均匀分布微孔的塑料模，将塑料模用机械加工进行处理，得到最后的成品，即高压注浆模具[3]。

整个过程中对制备工艺要求甚高，如果操作不当会导致大量不规则气孔的出现，这些气孔不仅会影响树脂模具的外观，且会对树脂模具的使用寿命造成影响。树脂模具的质量好坏和操作方式有密切关联，在制备树脂模具的过程中，生产人员要注意搅拌的力度、温度控制以及填料用量等等[4]。温度控制是树脂模具制备中的关键点，树脂模具的材料形成和温度的关联较大，为让物料能够具备流动性，且同时还能够利于反应的发生和进行，生产人员就要严格必须保证室温的合理性，如果温度控制不当，会导致模具的气孔过大，在注浆过程中，泥浆就会渗透到模具内，对模具的使用寿命带来严重损害[5]。除了温度控制外，搅拌亦是生产人员需要重视的环境，由于表面活性剂对于乳液只有稳定而无分散作用，所以水并不会因为表面活性剂的加入而分散到树脂中，加之树脂材料的粘度极大，更降低了水的分散度。为了实现液体的良好分散，生产人员必须采用强力搅拌的手法促进液体在物料体系内分散开。模具的孔结构和孔数量均由搅拌的充分度与均匀性决定，生产人员的搅拌越充分、越均匀，孔结构和孔数量越理想[6]。

4 树脂模具的物理性能应用测试与成分检测

为测试树脂模具的物理性能，随机从生产一线抽取3份样本，对样本的主要性能指标加以检测，最后的结果如表1所示。

从表1所示的数据可以发现，树脂模具的气孔率平均值、吸水率、体积密度和抗折强度的平均值分别在36.16%、32.48%、1.11g/cm3和8.66MPa。

表1 树脂模具的物理性能

用液相色谱对树脂模具进行化学组成测试，色谱选择规格100mm×3.0mm，2.6μm的苯基色谱柱，测定中的流速为0.5mL/min，柱温40℃，进样量2μL。质谱选择正离子模式，离子源温度为500℃，建立MS/MS谱库，在针泵下直接进样，配制好所有目标物的单标准溶液，选用针泵直接进样，在确定了树脂模具样品的母离子以及子离子的质荷比后，对去簇电压和碰撞能量等参数进行优化处理，最终建立树脂模具的MRM分析方式，并用溶剂对树脂模具的成分进行提取，观察提取效果，结果如表2所示。

表2 树脂模具的化学组成（%）

从表2可见，树脂模具的主要成分是有机树脂和无机填料，前者与后者的比例为36:64，在陶瓷制品的生产中，比较常见的有机树脂有两种，一种是丙烯酸酯类树脂，另一种是环氧树脂，丙烯酸酯类树脂根据自身的结构和成膜机理，一般被分为热塑性丙烯酸酯类树脂和热固性丙烯酸酯类树脂。丙烯酸酯类树脂的耐光性较好，且老化较慢，使用寿命较长。热塑性丙烯酸酯类树脂的干燥快、耐水性好，在高压注浆过程因为水泥渗透造成制品质量问题的几率较少，热塑性丙烯酸酯类树脂的结构带有官能团，耐温性较好，模具材料和构件的热膨胀系数达成一致的概率较高，不容易出现变形问题[7]。环氧树脂的结构带有至少两个环氧基团的有机高分子化合物，它的耐温性、耐水性相对不如丙烯酸酯类树脂，但其制造周期短、成本相比丙烯酸酯类树脂更低，除性价比的优势外，环氧树脂模具的重量也比丙烯酸酯类树脂模具更轻，且材料的来源相当充分，模具的设计不能只考虑到刚度和强度，还要站在生产运营的角度综合性思考模具的运输方便性、可加工性、维护成本等，环氧树脂模的成本低，比之丙烯酸酯类树脂也更易于加工，另外其老化性能虽然不如丙烯酸酯类树脂，但维护和维修都更加方便，可以通过人为检修的方式延长模具的使用寿命，所以一般的树脂模具都是选用环氧树脂[8]。

树脂模具的填料有无机填料和有机聚合物填料之分，无机填料的价格相比有机聚合物填料更低，且对减少收缩的效果也比有机聚合物填料更明显，所以树脂模具一般选用无机填料。但无机填料对于高压注浆成形中的料浆流动性会带来负面作用，用量过高会阻碍料浆流动，影响生产，故对于无机填料要尽可能克制使用[9]。

5 树脂模具高压注浆测试

根据SEM测试结果获得树脂模具的断面图，从图2和图3可见，

图2 树脂模具表面

图3 树脂模具断面

从图2和图3中可见发现，树脂模具的断面是多气孔状，树脂模具的表面光滑度很高，但依然会有气孔，在高压注浆过程中，这些气孔导致了泥浆进入树脂膜，影响到了模具的使用寿命。为了避免泥浆渗透树脂膜内部的现象出现，应当注意在高压注浆成形时的温度、搅拌速度控制，以保证模具的正常使用，避免模具老化过快。

6 结语

为了节约不断上涨的陶瓷成本，当前的卫生陶瓷制品在生产中多采用高压成形技术。高压成形技术通常选择树脂材料制备模具。为了保障树脂模具的规范和性能指标的合理，对树脂模具进行了检测，从检测结果来看，高压树脂模具的物理性能较为理想，适用于高压注浆成形。但是，这类模具的表面存在气孔，在注浆中容易导致水泥的渗透，影响到模具使用寿命，所以需要注意对树脂模具的按时清洗，避免发生老化过快，导致模具成本暴增的问题。