硫磺砂浆模具的制作方法

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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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