4-2 slip casting -...

Whitewares IV-2 Slip casting 1

Slip Casting

Part IV (2)


ก�� ก�� (Slip casting)

� �� !�� ก��"��#��$��$�� "��

� ��%� &�ก�� Drain casting: ��%�'()��ก*' ก�� !�

+��,�-�#��ก�� ,��!��-��+�.��ก� Solid casting: ��/#��#0��#��

��-� 1 ก��+��2��2)��ก+� ��&��%�'() 1 ก��#��&��3��-�� !��-


ก� ��ก��+��%�'()


Automatic solid casting ขอดขีองการหลอโดยใชความดนั� เพิ่มปริมาณการผลิต ระยะเวลา

ในการหลอสัน้ลง� สามารถผึง่แหงชิน้งานไดเร็ว� ชิน้งานมีเนื้อดินแนนและแกรง

กอนเผา� การหดตวัของเนื้อดนินอยลง ลด

การบิดเบี้ยวหลังเผา� เนื้อดนิไมมีฟองอากาศ ลดรู

ฟองอากาศ ลดรูตามดบนผวิเคลือบ


Slip casting: Advantage

� Only practicable method available for production of complex shapes

� Allows reproduction of fine detail


Slip casting: DisadvantagesTime consuming� Relatively long casting times� Mould drying needed to remove moisture� Limiting production rates

High fixed costs� Many large, complex moulds� Limited life expectancy of mould� Drying costsRequires large factory areaTechnically the most difficult of the forming processes� High shrinkage� Low dimensional accuracy� Cracking� Warping


Basic slip casting

� Properties of the clays responsible for the majority of the properties of the cast piece products: Plasticity, particle size distribution, shrinkage and fluidity

� Non-plastic materials: mainly particle size and particle size distribution

� Control of casting slip and casting slip properties are very important


��

� ดินเนื้อละเอียดผานการลาง หรือดินที่ถูกอัดเปนแผนจาก filter-press โดยอัดเอาสารละลายในดินออกไปกับน้ําทิ้ง มีน้ําในสวนผสมนอยที่สุด(25-30%) เพื่อใหถอดแบบพิมพเร็วที่สุด และน้ํายากันดินตกตะกอนประมาณ 0.2%

� ดินขาว (kaolin, china clay): บริสุทธิ์ มีสีขาวหลังเผา ทําใหน้ําหลอแบบแหงเร็ว

� ดินดํา (ball clay) ใหความเหนียว น้ําดินไหลตัวไดดี ทําใหสวนผสมยดึติดกันไดดี ผลิตภัณฑที่แหงมีความแข็งแกรง เคลื่อนยายไดโดยไมแตกหัก

� ซิลิกา หรือทราย (silica) เสริมความแข็งแรงใหผลิตภัณฑ ทําใหผลิตภัณฑมีความทนไฟ ไมทรุดตัวหลังเผา ผึ่งแหงเร็วไมแตกราว

� หินฟนมา (feldspar) เปนตัวประสานใหอนุภาคดินและทรายหลอมตัว เปนเนื้อเดียวกัน ดินสุกตัวในอุณหภูมิที่ตองการ ลดการดูดซึมน้ําของผลิตภัณฑหลังเผา เพิ่มความโปรงแสงใหเนื้อ porcelain

� สารเคมีที่ชวยใหน้ําดินเกิดการกระจายตัว (Deflocculant)


การกระจายลอยตัวของเนือ้ดินปนทีม่ีดินเปนสวนประกอบ

� เนื่องจากอนุภาคของดนิสามารถดดูซับอนุมูลตางๆได เพราะพันธะที่ผวิของอนุภาคดนิไมสมบูรณ หรอืมีการแทนที่กันของอนุมูลตางๆ เชน Al 3+ แทนที่ Si 4+ , Mg 2+ เขาแทนที่ Al 3+ , Fe 2+ แทนที่ Al 3+ ดงันั้นทําใหอนุภาคของดนิมีประจุเปนลบ

� การทําใหน้ําดนิมีความหนืดลดลง โดยการทําใหดนิมีอนุมูลเปนบวกหนึ่ง และการแตกตวัในสารละลายควรใหอนุมูล OH เชน

Ca 2+ + NaOH� Ca(OH)2 sol.Ca 2+ + Na2CO3 or Na2SiO3� CaCO3 or CaSiO3 (unsol.)น้ําดนิเปนกรด � flocculatedน้ําดนิเปนดาง � deflocculated


Behavior of clay in water

� Fluocculation-

++

-

++

-++

-

++

• Generally acidic condition• Surface electrostatic charge• Face to edge attraction• Viscosity relatively high


Behavior of clay in water

� Deflocculatation

• Generally alkaline conditions• Surface electrostatic charges neutralized• No longer attracted •Viscosity relatively low


Deflocculating agent � อินทรียสาร เชน กรดตางๆ กรดแทนนิค กรดฮิวมิค � น้ํายาดางหรอืเกลือตางๆ เชน โซเดยีมซิลิเกต (Na2SiO3) โซเดยีมคารบอเนต (Na2CO3) โซดาแอสโซเดยีมโพลีฟอสเฟต (Na(PO3).nNa2O)โซเดยีมโพลีอะครเีลทโซเดยีมออกซาเลตโซเดยีมเฮ็กซาเม็ตตาฟอสเฟต (calgon)� สารประกอบของโพลีเมอรหรือสารสงัเคราะหดสีเปกซ (dispex) แอมโมเนียมโพลีอะครเีลตดาแวน (Davan 7)คอลลอยด (colloids 211)


Deflocculation

� ปรับใหน้ําดินมีการกระจายลอยตัวที่ดี จะทําใหความหนืดลดลง จุดที่เหมาะสมในการเติมสารชวยกระจายลอยตัวคือ จุดที่มีความหนืดต่ําสุด

AB

C

Deflocculant �

ความห

นืด


ผลของความหนาแนนของน้ําดิน

� เมือ่ความหนาแนนของน้ําดินลดลงจะมีผลตอ ปริมาณของสารชวยกระจายที่ใช และความหนืดต่ําสุดของน้ําดิน

A

BC

Deflocculant �

ความห

นืด

ความหนาแนนของน้ําดินเพิ่มขึ้น


Over sodium silicate

� ��

� ก��!��

� "�� #$��%&��% "�'��(#)"*�� "��'#� ��+�� '' ��,*��&��!��% ��)��-�ก��%ก ��&��ก��%��

� .��ก�ก��!� ��/)ก� ��'�� 'ก ��

� ��0,��%�&��# 0.05-0.1% ��'�ก ��%0,��%� ,��ก� 0.2%


การเตรียมน้ําดินหลอ

� เตรียมน้ําดินจากวัตถุดิบแหงบดแลวรอนผาน 100 เมช วัตถุดิบแหงสนิทกอนนํามาชั่ง

ต.ย. การคํานวณสูตรดินหลอ 100 กิโลกรัมดินขาวลาง 70 kgดินดําสุราษฎรลาง 20 kgซิลิกา 10 kg

ปริมาณน้ํา 45 ลิตร : ดินแหง 100 kgน้ํายาโซเดียมซิลิเกต 0.25 g : ดินแหง 100 gคํานวณปริมาณน้ํายา = (0.25 x 100,000)/100 = 250 g

วิธีเตรียมน้ําดิน� ชั่งวัตถุดิบ น้ํายา และน้ํา� ใสน้ํา และ น้ํายาละลายในน้ํา 3 ใน 4 สวน� ใสวัตถุที่เหนียวกอน และตามดวยดินขาว� กวน ตรวจดูการไหลตัว และความถวงจําเพาะ > 1.60� ถาขนมาก เติมน้ํายาเพิ่ม อาจทําการปรับใหมถาไมไดความหนืดตามที่ตองการ

อาจจะเติมวัตถุดิบลงไป ถาน้ําดินเหลวเกินไป หมกัไว 3 คืน กรองผาน 100 เมช


การเตรียมน้ําดนิหลอจากวตัถดุิบเปยก

� ชั่งน้ําหนักของวตัถดุิบตามสวน หักคาความชื้นออก เชน ในเนื้อดินมีปรมิาณความชื้น 20% ตองหาน้ําหนักดนิแหงกอน เพื่อคํานวณปรมิาณน้ํายาดนิ 100 kg มีความชื้น 20 kg

ดังนั้น ดินแหง = 80 kgดินแหง 100 กรมั ตองการโซเดยีมซลิิเกต 0.2 กรมัดินแหง 80,000 g ใชโซเดียมซลิิเกต = (0.2 x 80,000)/100

= 160 g.ในกรณนี้ําดนิหลอตนัควรมี ถ.พ. = 1.78-1.80


การวัดปริมาณความชื้นในดิน

��: ��!$��ก�)


คุณสมบัติที่ดีของน้ําดินหลอ

� มีดนิมาก น้ํานอย เพื่อใหเนื้อดินหดตวันอยและถอดแบบไดเร็ว

� น้ําดนิไหลตัวไดด ีเมื่อเทน้ําดินออก กนภาชนะดานในเรียบและเก็บรายละเอียดของแบบพิมพไดดี

� ทิ้งน้ําดนิไวนานๆ จะไมเกิดการตกตะกอน หรือแข็งตวัเปนวุนในแบบ

� เมื่อผลิตภณัฑหลอเสรจ็ ตองไมเปราะแตกงาย หลังเผาตองไมบิดเบี้ยวเสยีรูป

� น้ําที่ใชตองบริสทุธิ์ไมมีอิออนตางๆ หรอืหินปูน� เศษดนิที่ผานการหลอสามารถนํากลับมาผสมใหมไดไมเกิน

30% ของปริมาณทั้งหมด ถานํามาผสมทัง้หมดจะทําใหน้ําดนิอืดเนื่องจากมีน้ําผสมอยูมากเกินไป


วิธีการปรับปรงุความหนาแนนของน้ําดิน

� ในกรณทีี่ทราบความหนาแนนของของเหลว และของแข็งต.ย. การตรวจหาความหนาแนนของเนื้อดินปน

% ถ.พ. เนื้อดินปนดินเหนียว 15 2.55 38.25ดินขาว 30 2.62 78.6หินฟนมา 30 2.62 78.6ซลิิกา 25 2.65 66.25

261.7/100 = 2.617


การหา % ของแข็งจากกราฟ� ทราบ ถ.พ.ของน้ําดนิ และของแข็ง� หา % ของแข็ง โดยลากเสนตรงจากแกน ถ.พ.ของน้ําดนิ

ตัง้ฉากขึ้นไปตัดเสนกราฟ ถ.พ.ของแข็ง หลังจากนั้นลากเสนขนานไปตดัแกนตัง้ จะได % ของแข็งในน้ําดนิ

การปรับน้ําดิน เมื่อน้ําดินขนไป� X = ปริมาณน้ําที่ตองเตมิ =

� เมื่อ w= น้ําหนักน้ําดนิที่มี ถ.พ. Pi� Pd = ถ.พ. ที่ตองการ� Pi = ถ.พ. ที่วัดได

1/1 −

− d

i

d PP

Pw

Whitewares IV-2 Slip casting 22��: !$��ก�), �� 2��2)��


ความสัมพันธระหวาง% ของแขง็ และ ถ.พ.ของน้ําดิน

��: !$��ก�), �� 2��2)��


Slip casting control

� Very demanding� Balance� properties of raw materials� properties of casting slip

� Control � Slip density�Thixotropy� Fluidity


Slip density is also a very important property to consider

Increase slip density at optimum casting rheology results in: � Increased cast packing density � Lower cast moisture� Firmer cast piece� Increased “wet” strength� Lower wet to dry shrinkage� Less STRESS on drying� LOWER CLAY CRACKING LOSS

Therefore operate at MAXIMUM SLIP DENSITY that will allow OPTIMUM slip rheology to be achieved.


การทดสอบน้ําดินหลอ

• ความถวงจําเพาะ (Specific gravity)• ความหนืด (Viscosity)• ความเปนวุน (Thixotropy)• อัตราการหลอ (casting rate)• การกระจายขนาดอนุภาค (Particle size)• การทดสอบคาความเปนกรดดาง (pH testing)

การทดสอบชิ้นงานที่ไดจากการหลอ• ความแข็งแรงของชิ้นงานเมื่อแหง (green strength)• การหดตัวเมื่อแหง (Drying shrinkage)


การหาความถวงจําเพาะของน้ําดิน

� ถ.พ. = มวลน้ําหนัก (กรมั) / ปริมาตร (ลิตร)ต.ย. น้ําดนิ 1 ลิตร (1000 cc) มีน้ําหนัก 1700 กรัมความหนาแนน = 1700/1000 = 1.7 g/cc.� วัดโดยไฮโดรมิเตอร (หนวยเปน โบเม Be’)� วัดดวยวิธีชั่งน้ําหนัก โดยการตวงน้ําดินมา 1 ลิตร นําไปชั่งหา

น้ําหนัก แลวหารดวย 1000 หรือใชกระบอกตวง 100 ml

ความหนาแนน = น้ําหนกัของน้ําดิน (กรัม) x 100ปริมาณน้ําดิน (cm3) ��: ��!$��ก�)


การหาปรมิาณของแข็งในน้ําดิน (%solid)

อบแหงในเตาอบ 100°c

น้ําดิน 100 กรัม

ชั่งน้ําหนักหลังอบ

รอยละของของแข็งในน้ําดิน = น้ําหนักน้ําดนิหลังอบ x 100น้ําหนักน้ําดนิ

��: ��!$��ก�)


ความหนดื (viscosity)

� วัดดวย viscometer คาที่อานไดเปน poise หรอืชนิดทีว่ัดองศาในการหมุนของลูกตุม (over swing) ตานกับของเหลว

� ดคูวามสมัพันธของการไหลตวัของน้ําดนิในปริมาณที่กําหนด โดยจับเวลาในการไหลตวัของน้ําดนิ


การวัดอตัราการไหลตวัของน้ําดิน (มิลลิลิตรตอวินาที)

ปลอยน้ําดินออกและจับเวลา

��: ��!$��ก�)


ความเปนวุน (Thixotropy)

� สภาพความเขมขนของน้ําดินที่จับตัวเปนวุน เมื่อตั้งน้ําดินทิ้งไว คุณสมบัตินี้ชวยใหน้ําดินแหงตัวและถอดแบบพิมพไดเร็ว ถามีมากเกินไปจะทําใหเทน้ําดินออกยาก ชิ้นงานติดแบบและเสียรปูทรงงาย

� ทดสอบโดย การเทน้ําดินลงในแบบพิมพ ตั้งทิ้งไวครึง่ชั่วโมง นํามาเทออก ถาไหลตัวออกดี ก็แสดงวาเปนน้ําดินที่ดี


การวัดความการกระจายตัวของอนุภาคในเนื้อดินปน

��: ��!$��ก�)


การหาปริมาณกากคางตะแกรง

ตวงน้ําดิน 1000 กรัม

เทผานตะแกรง 200, 250 เมช

เกบ็ตัวอยางกากคางตะแกรง

ปริมาณกากคางตะแกรง = น้ําหนกัของแข็งคางตะแกรง x 100ปริมาณของแข็งในน้ําดิน 1000 กรัม

��: ��!$��ก�)


การวัดอัตราการหลอแบบ

อัตราการหลอแบบ = ความหนา = มม./ นาทีเวลาที่น้ําดินอยูในแบบ

��: ��!$��ก�)


Deflocculation

AB

C

Deflocculant �

ความห

นืด

Flocculation ลดลงเนื่องจากการเติมสารชวยกระจายตัวมากขึ้น • The point of full deflocculation จะมีความหนืดลดลงต่ําที่สุด และการเติมสารชวยกระจายตัวเกินกวาจุดนี้จะทําใหความหนืดเพิ่มมากขึ้นอีกครั้ง (over deflocculant)


Effect of slip density

A

B

C

Deflocculant �

ความห

นืด

เมื่อความหนาแนนของน้ําดินเพิ่มขึ้น:• Point of full deflocculation & minimum level of viscosity are both affected by the initial density of the suspension.


There are 2 ways to adjust viscosity of a slip

� Alkali (deflocculant)� Water (change slip density)

ทั้งสองตัวแปรมีผลตอความหนืดและ Thixotropy


อิทธิผลของอัลคาไลตอ thixotropy

AB

C

Deflocculant �

ความห

นืด

A, B, C แทนความหนืดที่ระดับตางๆเมื่อมีการเติมสารชวยกระจายตัว

Deflocculation curve

A

B

c

เวลา �ความห

นืด

Thixotropy curve

ที่จุด A มกีารกระจายตัวสูงสุด จะมี Thixotropy ต่ําจุด B, C จะมี thixotropy สูงตามลําดับ


อิทธพิลของน้ํา(density)ตอ Thixotropy

เวลา �

ความห

นืด

ABC

Thixotropy curve

ผลตอ Thixotropy นอยมาก

A

B

C

Deflocculant �

ความห

นืด

Deflocculation curve

Density มากขึน้


การปรับปรุงคณุภาพของน้ําดินหลอ

วัตถุดิบ การไหลตัว Thixotropy ถ.พ.เติมน้ํายา เพิม่ ลด ลดลงเล็กนอยเติมน้ํา เพิม่ ลดลงเล็กนอย ลดเติมเนื้อดิน ลด เพิ่ม เพิ่ม

� คาการไหลตัวสูง/Thixo. ต่ํา (น้ํามาก): หลอชา ดินยุบตัวงาย เปราะแตกงายขณะผึ่งแหง

� คาการไหลตัวต่ํา/thixo. สูง (ดินและน้ํายามาก): มีฟองอากาศในน้ําดิน เทน้ําดินออกชา ดินอืดและแหงชา


Using these effects to correct slip condition

IncreaseIncrease-----------

Increase----------Decrease

Too highCorrectToo low

Too low

Increase-------------Decrease

Increase--------------Decrease


Correct

-------------DecreaseDecrease

Increase---------Decrease


Too high

Corrective action

Deflocculant Density

ThixotropyViscosity


What are correct levels of viscosity and Thixotropy?

� คาตางๆจะเปนคาที่เหมาะสมในการหลอชิ้นงาน ซึง่คาเหลานี้จะแตกตางกันในแตละโรงงานและแตละเนื้อดินปน

� คาทั่วไปคือ ความหนืดประมาณ 300 TTV, 35-45 TTV ใน 1.5 min thixotropy, 70/90 TTV ใน 5 min thixotropy และมีความหนาแนนของน้ําดินขึ้นกับชิ้นงาน


Casting faults if viscosity and thixotropy incorrect

Viscosity too high

Viscosity too low

No recognizable

Casting spotwreathing

Thixotropy too high

Fast castingSlow drainageIncomplete drainageSoft castsHigh moistureSlow drying

Thixotropy too low

Slow castingEasy drainageRuns and tearsHard castsLow moistureFast drying

Reference: Gary Lymath


Casting slip

� Control of casting slip: compensate for variations in raw material, for changing clays in formula, for variations in bath weights

� Casting slip properties also influence�Cast rate�particle packing�permeability� drying characteristics� ultimately product yield


� ความหนืดสงูเกินไป thixotropy ก็นาจะสงู ปรับโดยการเตมิ deflc.Thixo. ด ี� ปรับน้ําThixo. ต่ํามาก � ลด defloc. หรอืเพิ่มน้ํา

� ความหนืดด ีแต thixo. สงู � เตมิ Defloc. หรอืลดน้ําThixo. ต่ํามาก � ลด defloc. หรอืเติมน้ํา

� ความหนืดต่ําและมี thixo. สงู � เพิ่ม defloc. หรอืลดน้ําThixo. ด ี� ลดน้ําหรือเตมิเนื้อดนิThixo. ต่ํา � ลด defloc.

Thixo. ต่ํา : ตําหนิแบบ spot เทน้ําดนิออกไดแตไดผนังบาง แข็ง เปราะThixo. สงู: เทแบบไดผนังหนามาก เทน้ําดนิออกไหลไดชา ทําใหผิวไมเรียบ ชิน้งานแหงชา


คําถามทายบท

� น้ําดินมีความถวงจําเพาะ 1.8 มีน้ําหนัก 100 กิโลกรัม นักศึกษาพบวาน้ําดินมีความขนเกินไป ทําใหเกิดปญหาในการนําน้ําดินไปเทแบบหลอ ถาตองการปรับน้ําดินใหมีความถวงจําเพาะลดลง 1.7 ตองเติมน้ําลงไปในน้ําดินเทาไร


Slip Mould


แบบปลาสเตอร (CaSO4.2H2O)� Original model อาจทําดวยปลาสเตอร ดนิไม ขี้ผึ้งหรอืโลหะ� แบบซึ่งเหมือนกับแบบที่ใชในการเทแบบแตใชเปน case mold เรียกวา

block mold� แบบซึ่งจะใชสําหรับเทแบบปลาสเตอร เปนสวนใดสวนหนึ่งของแบบ

ปลาสเตอร ที่ใชสําหรบัขึ้นรูปผลิตภณัฑ เรียกวา case mold� แบบที่ใชขึ้นรูป เรียก working mold ซึ่งจะเหมือนกับ block mold แต

ไดจากการเทแบบจาก case mold� Consistency 60 = water 60 g / plaster 100 g� Original molds and block molds ตองการปลาสเตอรทีม่ีคุณสมบัติ

แกะสลักได เรียบ แข็งตัวชา สะดวกในการขึ้นรูป� Case molds: ขยายตวันอย เพื่อกันการอัดแนนหรอื ทําให block mold

โคงงอ มี consistency ต่ํา ผวิเรียบ แข็งแรง แตตองไหลตวัด ีเพื่อเก็บรายละเอียด ของแมแบบไวได


แมพิมพสําหรบัโรลเลอร (จาน)พิมพทิ้ง

ตนแบบ

แมแบบ

แบบสวนบน

แบบสวนลาง

พิมพชิ้นบน

พิมพชิ้นลาง

��: ��!$��ก�)


แมพิมพสําหรับการหลอจากพิมพ (สําหรับจาน)

ตนแบบ

แมแบบ, แบบ

แมพิมพ , พิมพ

��: ��!$��ก�)

www.lenham-pottery-models.co.uk/moldmaking/di...


การควบคุมคุณภาพของแมพิมพปูนปลาสเตอร

คุณสมบัติของแมพิมพปลาสเตอรที่ตองการ� การดูดซบัน้ํา� เวลาที่ใชในการเซต็ตัวคงที่� การขยายตัวเมื่อเกิดการเซต็ตัวคงที่

การควบคุมการสรางพิมพปูนปลาสเตอร� การควบคุมสตอก� การตวงที่แนนอน� ระยะเวลาการกวน� การควบคุมน้ํา (คุณภาพของน้ําและอุณหภูมิ)� การกําจัดฟอง


Setting properties of normal plaster


Moisture distribution during drain casting

อัตราเรว็ในการเทแบบหรืออัตราการเพิ่มความหนาของผนังผลิตภัณฑเริ่มลดลง เนื่องจาก น้ําซมึผานเขาแบบไดยากขึ้น เพราะถูกผนังผลิตภัณฑตานเอาไว และแบบชืน้มากขึ้น ทําใหอัตราการดูดซึมน้ําลดลง

4-2 slip casting -...

Documents