專利名稱：石膏半水合物的水合方法
專利說明 本發(fā)明涉及制造石膏模型之一種方法，該模型主要包含從石膏半水合物為主地原料經(jīng)水合而成的石膏二水合物。
通常，石膏用作為模制陶器所用的模型材料。這項(xiàng)用途是利用石膏的吸收水性質(zhì)。
制造石膏模型的一般方法包括這些步驟將石膏半水合物粉末與水混合成為石膏漿料，將石膏漿料傾注到不透水的模型中并使?jié){料于模型中保持不動(dòng)，直至凝固反應(yīng)完成，然后將已模制的石膏結(jié)構(gòu)從模型中取出。
在此過程中，石膏半水合物經(jīng)水合反應(yīng)而轉(zhuǎn)化成為石膏二水合物，可由下列反應(yīng)式表明 由此表明石膏半水合物是溶解于水中，然后再結(jié)晶成為石膏二水合物。由于石膏二水合物結(jié)晶時(shí)生長成為針狀晶體，晶體之間的空隙在石膏模型中成為毛細(xì)管，而由于毛細(xì)現(xiàn)象使石膏模型具有吸收水的性質(zhì)。
用石膏模型模制陶器就是利用它的吸收水性質(zhì)，將澆注泥漿注入石膏模型中并在模型中保持規(guī)定的時(shí)間，就把澆注泥漿中所含的水吸收到石膏模型中。澆注泥漿脫去水之后就發(fā)生固化，形成按最終制件形狀的坯件。在此情況下，由石膏模型吸收澆注泥漿中水分所需時(shí)間，或換句話講使坯件達(dá)到一定厚度所需的時(shí)間，或換句話講使坯件達(dá)到一定厚度所需的時(shí)間，占了制陶過程總時(shí)間的很大部分，所以，要想提高陶器生產(chǎn)效率，就必須縮短吸收水所用的時(shí)間。坯件厚度增長速率可以由下式的厚度增長速率常數(shù)K來表示其中K是厚度增長速率常數(shù)(厘米2/秒)，t是使坯件增至一定厚度所需時(shí)間(秒)，L是坯件的厚度(厘米)。
此處的常數(shù)K決定于該模型的吸收水容量和澆注泥漿的性質(zhì)，并且總是一個(gè)常數(shù)而與厚度增長時(shí)間t無關(guān)。因此，為了比較不同石膏模型的吸收水容量可以比較將相同性質(zhì)的澆注泥漿注于該模型后所測得的K值。K值越大，厚度增長所需時(shí)間越短，于是K值大的石膏模型能保證陶器生產(chǎn)達(dá)到高效率。
一個(gè)石膏模型的厚度增長速率常數(shù)K是決定于石膏的毛細(xì)勢差，而毛細(xì)勢越大，或換言之，即該石膏二水合物晶體越細(xì)微，并且由晶體間空隙形成的毛細(xì)管直徑越小，則其K值將越大。(但是，只有當(dāng)坯件的水滲透阻力大于該石膏模型的水滲透阻力時(shí)，這樣的相互關(guān)系方才能成立。當(dāng)使用特殊類型的泥漿并且所形成的坯件的水滲透阻力很小時(shí)，則若那些毛細(xì)管的直徑太小而使石膏模型的水滲透阻力相對于坯件的阻力是很大的話，這時(shí)得到的K值很小)。
對于石膏二水合物晶體大小的影響因素包括該石膏二水合物的正常稠度(或其吸收水的容量)，對該石膏漿料進(jìn)行攪拌的速率和時(shí)間長短，以及它所伴隨的雜質(zhì)，另外，該石膏漿料的溫度也是不可忽略的因素。石膏漿料的溫度越低，所生成的晶體越微細(xì)，結(jié)果使K值更大。但是，石膏漿料的溫度越低，凝固所需時(shí)間就越長，從而使操作效率降低。由于以上原因，一般采用的石膏漿料溫度為10-20℃(將石膏半水合物和水?dāng)嚢柰戤吅蟮臏囟?，特別優(yōu)選的溫度為15℃左右。舉例來講，由于在攪拌過程中有水合熱放出，使該漿料溫度趨于上升，所以，在室溫將水與石膏摻和就不可能得到15℃左右的石膏漿料。因此，迄今為止都使用經(jīng)過冷凍的水與石膏半水合物進(jìn)行摻和。因?yàn)槭嗍翘幱诜勰顟B(tài)，還由于石膏的比熱很小，只有水的1/5，所以把水冷卻要比把石膏冷卻的效果高得多。
本發(fā)明的目的是提供石膏半水合物進(jìn)行水合的一種新方法，從而使制出的石膏模型的K值大大超過用常規(guī)方法所制石膏模型的K值，同時(shí)基本上不需要延長凝固時(shí)間。
通過這樣一種石膏半水合物的水合方法來達(dá)到本發(fā)明的目的，此法包括將冷卻至-40-5℃的石膏半水合物與水混合，得到-5-10℃的石膏漿料，將如此制得的石膏漿料傾注于不透水模型中，并使?jié){料于模型中保持不動(dòng)，直至凝固反應(yīng)完成為止，然后將模制成的石膏結(jié)構(gòu)從模型中取出。
按照常規(guī)的方法，是將石膏漿料的溫度維持在10-20℃，而為了達(dá)到這樣的漿料溫度，使用的是經(jīng)冷凍的水。
另一方面，本發(fā)明者發(fā)現(xiàn)，為了使石膏漿料的溫度低達(dá)-5-10℃，通過將石膏冷卻而不是將水冷卻但使石膏漿料同樣達(dá)到上述低溫，就可以增大所制石膏模型的K值。
本發(fā)明者在這項(xiàng)發(fā)現(xiàn)的基礎(chǔ)上進(jìn)行了研究工作，即研究加入冰點(diǎn)降低劑或在凝固過程中采用室溫對于石膏性質(zhì)有何影響，從而完成了本發(fā)明。
在本發(fā)明中，若采取將石膏半水合物冷卻至0℃或更低溫度的方法，該石膏半水合物周圍的水就以滴狀結(jié)成冰，因而有時(shí)就不能順利地進(jìn)行攪拌，具體情況取決于石膏半水合物和水的溫度，將石膏半水合物傾入水中的方式，攪拌開始的時(shí)間以及攪拌所用功率。為了避免這些困難，需要在水與石膏摻和之前，向水中加入一種冰點(diǎn)降低劑。
此處所用的“冰點(diǎn)降低劑”是指與水摻和后能降低水的冰點(diǎn)的物質(zhì)。適宜冰點(diǎn)降低劑的實(shí)例有醇類，如甲醇、乙醇、1-丙醇以及異丙醇；二醇類，如乙二醇、丙二醇以及1，3-丙二醇；還有二醇醚類，例如二乙二醇醚、三乙二醇醚、二丙二醇醚以及三丙二醇醚。
冰點(diǎn)降低劑在水中的加入比率取決于石膏半水合物和水的溫度，將石膏半水合物傾入水中的方式，攪拌開始的時(shí)間以及攪拌的功率，但加入比率最好不超過20％(重量)，以防冰點(diǎn)降低劑對凝固后制件的性質(zhì)有不利影響，例如影響強(qiáng)度。
石膏的冷卻方法可以包括在不同種類的冷藏室中進(jìn)行冷卻。但在工業(yè)生產(chǎn)中，許多情況下都是以分批方式制備石膏漿料，通常在各制備步驟之間要有時(shí)間拖延。適于這種情況的經(jīng)濟(jì)的冷卻方法是將液化氣體，例如液化二氧化碳或液氮直接噴在石膏半水合物粉末上。
在本發(fā)明中，是通過降低石膏漿料的溫度來增大K值的。當(dāng)石膏漿料攪拌完畢之后，以及將漿料傾注入不透水模型中之后，溫度的變化也會影響到K值，所以可通過進(jìn)一步將環(huán)境保持在低溫，直至石膏漿料完成凝固為止，這樣可進(jìn)一步增大K值。但是，控制環(huán)境溫度會使成本增高很多，所以要不要采用溫度控制系統(tǒng)，應(yīng)取決于就其成本和增大K值所帶來益處而從經(jīng)濟(jì)觀點(diǎn)來權(quán)衡的結(jié)果。
下面對本發(fā)明進(jìn)行更詳細(xì)描述。
配制不同溫度的100份(重量)石膏半水合物粉末與70份(重量)水的摻和物，成為石膏漿料，其攪拌后測得的溫度分為四個(gè)等級，即10±1℃，5±1℃，0±1℃以及-5±1℃。于表1中列出各配制料所需的凝固時(shí)間，以及對同一澆注泥漿所測得之K值，其中樣品9、11、12、13和14中示出由乙二醇替換水的量(重量份數(shù))。(例如，對于樣品9而言，該石膏漿料含有100份(重量)的石膏半水合物，63份(重量)水，還有7份(重量)乙醇。)以上各實(shí)驗(yàn)中，凝固時(shí)的環(huán)境溫度均為室溫。
表1 從1表可明顯看到，石膏漿料的溫度越低，K值就越大，而另一方面，需要的凝固時(shí)間越長。但在所得漿料溫度相同的情況下，若是將石膏半水合物(而不是把水)冷卻至低溫度，則所得值趨向于更大，同時(shí)凝固時(shí)間可較短。
此外，為了研究石膏漿料凝固時(shí)環(huán)境溫度的影響，將100份(重量)的石膏半水合物于-25℃與70份(重量)的水于13.0℃進(jìn)行摻和攪拌，形成6.1℃的石膏漿料，將如此制成的漿料傾注于不透水模型中并分別于20℃、10℃、-10℃和-20℃環(huán)境溫度凝固。測定了凝固時(shí)間和對于同一澆注泥漿所測得的K值。結(jié)果示于表2。
表2 如表2所示，在石膏漿料凝固過程中，降低環(huán)境溫度可進(jìn)一步增大K值。
本發(fā)明所規(guī)定的石膏半水合物溫度為-40-5℃，因?yàn)槿舻陀?40℃，僅靠加入冰點(diǎn)降低劑就難于防止石膏半水合物周圍的水發(fā)生結(jié)冰，而高于5℃，實(shí)質(zhì)上不能期望得到本發(fā)明的增大K值的有益效應(yīng)。
本發(fā)明規(guī)定的石膏漿料溫度為-5-10℃范圍，因?yàn)槿舻陀?5℃，漿料凝固需時(shí)過久，使操作效率下降，而若高于10℃，得不到本發(fā)明所要求的增大K值的有益效果。
下文將以具體實(shí)例對本發(fā)明作更全面描述。
在下述實(shí)例和對比實(shí)例中，按照下面所提出的方法測定了凝固時(shí)間、干件彎曲強(qiáng)度和K值。
凝固時(shí)間 將石膏漿料傾入模型后，用熱電偶測定其溫度隨時(shí)間之變化，從完成攪拌至該漿料達(dá)到其最高溫度所需時(shí)間定義為凝固時(shí)間。
干件彎曲強(qiáng)度 將15×15×150毫米試驗(yàn)件于干燥后進(jìn)行三點(diǎn)彎曲試驗(yàn)，試驗(yàn)條件為跨距100毫米，試頭速率2.5毫米/分鐘，所得之值定義為干件彎曲強(qiáng)度。
K值 將直徑75毫米，厚度30毫米的試驗(yàn)件子干燥后置于30℃恒溫室中24小時(shí)。
然后將試驗(yàn)件用透明圓筒套住，然后將主成分為粘土、長石和瓷石并且比重為1.7的澆注泥漿于30℃傾注入該圓筒中。通過透明筒壁測量所形成的坯餅的厚度，然后按方程式K＝L2/t計(jì)算出數(shù)值，定義為K值。
此項(xiàng)厚度增長試驗(yàn)應(yīng)于30℃恒溫室中進(jìn)行。
實(shí)例1 取20公斤石膏半水合物(由日本Nitt0 Sekko K.K.供應(yīng)的β石膏)，通過向其中鼓入液化二氧化碳而冷卻至-20℃，然后與14.5公斤6.0℃的水以500轉(zhuǎn)/分鐘速率攪拌3.5分鐘，得到溫度為2.5℃的石膏漿料。將此石膏漿料傾注于不透水模型中并于室溫放置，該漿料于48分鐘內(nèi)凝固。
然后將模制的石膏結(jié)構(gòu)從模型中取出，并于50℃干燥48小時(shí)。測得其干件彎曲強(qiáng)度和k值分別為54.4公斤/厘米2和2.87×10-4厘米2/秒。
實(shí)例2 取20公斤石膏半水合物(日本Nitt0 Sekko K.K.供應(yīng)的β石膏)，通過向其中鼓入液化二氧化碳而冷卻至-30℃，然后與14.2公斤4.5℃的水以及0.3公斤乙二醇于實(shí)例1的相同條件下混合攪拌，得到-1.5℃的石膏漿料。將這樣得到的石膏漿料傾注于不透水模型中，并放置于-5℃的冷藏室中，該漿料于52分鐘內(nèi)凝固。
按實(shí)例1的相同條件測定其干件彎曲強(qiáng)度和K值，分別為56.3公斤/厘米2和3.05×10-4厘米2/秒。
對比實(shí)施例 將20公斤石膏半水合物(日本Nitt0 Sekko K.K.供應(yīng)的β-石膏)于20℃與14.5公斤于13.5℃的水按實(shí)例1的相同條件攪拌，得到15.3℃的石膏漿料。將此漿料傾注于不透水的模型中并于室溫放置，該漿料于44分鐘內(nèi)凝固。
按實(shí)例1的相同條件測定干件彎曲強(qiáng)度和K值，分別為51.8公斤/厘米和2.29×10-4厘米2/秒。
按本發(fā)明的實(shí)例1及2與應(yīng)用常規(guī)方法的對比實(shí)例相比較，其K值可以顯著增大，同時(shí)不需要延伸凝固時(shí)間。
按本發(fā)明的方法從水合石膏半水合物來制造石膏模型，與采用常規(guī)方法所制者相比較，前者的K值要高得多(厚度增長速率更高)，同時(shí)基本上不需要延長凝固時(shí)間。
權(quán)利要求
1.石膏半水合物的一種水合方法，包括將冷卻至-40-5℃的石膏半水合物與水的混合物進(jìn)行攪拌，得到-5-10℃的石膏漿料，將所制得的石膏漿料，傾注于不透水模型中，并使所述石膏漿料于該模型中停留，直至其凝固反應(yīng)完成，然后將模制成的石膏結(jié)構(gòu)從該模型中取出。
2.按權(quán)利要求1的方法，其中該石膏漿料還包括一種冰點(diǎn)降低劑。
3.按權(quán)利要求1的方法，其中該石膏半水合物是用一種液化氣體冷卻。
4.按權(quán)利要求1的方法，其中該石膏漿料是傾注于不透水的模型中，然后放置于-20-10℃的氣溫條件下保持不動(dòng)，直至其凝固反應(yīng)完成。
全文摘要
石膏半水合物的一種水合方法，包括將冷卻至-40-5℃的石膏半水合物與水的混合物進(jìn)行攪拌，得到-5-10℃的石膏漿料，將所制得的石膏漿料傾注于不透水的模型中，并使該漿料于模型中保持不動(dòng)，直至其凝固反應(yīng)完成，然后將模制的石膏結(jié)構(gòu)從模型中取出。
文檔編號B28B7/34GK1035098SQ88107200
公開日1989年8月30日 申請日期1988年10月13日 優(yōu)先權(quán)日1987年10月13日
發(fā)明者朱光牙彥, 小杉建博, 后藤正美 申請人:東陶機(jī)器株式會社