Licí břečka, sádrová forma a nabírání střepu

Desapinde je nezávislý informační projekt o odlévání keramiky do sádrových forem. Držíme se jediné linie: co se s hmotou děje od chvíle, kdy se rozmíchá záměs, až po okamžik, kdy z pece vyjede vyglazovaný odlitek. Texty popisují běžnou dílenskou praxi a fyziku, která za ní stojí — proto se v nich mluví spíš o hustotě, savosti a čase než o receptech na míru.

elektrolytyhustota a výtoková dobasavost sádrydoba nabíráníslévání přebytkušvy a začišťovánísušení a smrštěníopotřebení forempřežah a glazuravady odlitků

Sádrové formy a keramické nářadí rozložené na pracovním stole v odlévací dílně

01Licí břečka a proč se do ní přidávají elektrolyty

Licí břečka je suspenze jílových a neplastických surovin ve vodě, která musí být zároveň tekutá a hustá. Tekutá proto, aby zatekla do všech detailů formy a nezanechala v rozích vzduchové kapsy. Hustá proto, že veškerá voda navíc se musí odsát do sádry — a čím víc jí forma nasaje, tím dřív je nasycená, tím pomaleji pracuje a tím větší je následné sušicí smrštění odlitku.

Samotný jíl ve vodě se chová opačně, než potřebujeme. Destičkovité částice se navzájem přitahují hranami a plochami, vytvářejí prostorovou strukturu a hmota tuhne. Aby taková směs vůbec tekla, potřebovala by obsah vody kolem čtyřiceti až padesáti procent. Elektrolyt tuto strukturu rozpouští: sodné ionty vymění vápenaté a hořečnaté ionty na povrchu částic, náboj se sjednotí a částice se začnou navzájem odpuzovat. Stejná surovina pak teče už při obsahu vody kolem třiceti procent.

V dílenské praxi se používá nejčastěji sodné vodní sklo, uhličitan sodný (soda) nebo jejich kombinace, u průmyslových hmot doplněná o organické ztekucovadlo na bázi polyakrylátu. Soda působí rychleji a hmota po ní bývá „krátká“, vodní sklo drží ztekucení déle a dává střepu o něco pevnější strukturu po sejmutí z formy. Dávkuje se v desetinách procenta k hmotnosti suché suroviny, takže rozdíl mezi dobře a špatně ztekucenou záměsí bývá pár gramů na kbelík.

Křivka ztekucení má minimum. S rostoucí dávkou elektrolytu hmota nejprve řídne, dosáhne nejnižší viskozity a pak začne opět houstnout — přeztekucená břečka se lepí na formu, špatně se slévá a odlitek z ní vychází měkký a nerad pouští stěnu. Proto se elektrolyt přidává po malých dávkách a mezi nimi se hmota nechá alespoň minutu promíchat, jinak se reakce vyhodnotí dřív, než proběhne.

Do stejné kapitoly patří i to, co se do kbelíku dostane nechtěně. Tvrdá voda, sádrový prach z broušení forem a zbytky staré hmoty s odlišnou dávkou působí proti ztekucení: vápenaté ionty vracejí částice zpět ke shlukování. Dílna, která pracuje s jednou vodou a odděluje prostor pro broušení sádry od prostoru pro míchání, má méně nevysvětlitelných dnů, kdy „hmota najednou nejde“.

1
Navážení vody a elektrolytu. Elektrolyt se rozpouští ve vodě předem, ne až v hotové suspenzi — jinak vzniknou lokálně přeztekucená místa.
2
Postupné vsypávání suché směsi. Sype se do vířící vody, ne obráceně, aby se nedělaly hrudky nesmočeného jílu.
3
Míchání. Pomaloběžné míchadlo bez vtahování vzduchu; rychlé vrtule vhánějí do hmoty bubliny, které se pak objeví ve stěně odlitku.
4
Odležení. Nejméně několik hodin, u nových záměsí přes noc. Suroviny se dosytí vodou a hmota se ustálí.
5
Prosití a odmagnetování. Síto kolem 60 až 80 ok odstraní hrubé podíly, magnet zachytí železité částice, které by po výpalu daly tmavé skvrny.
6
Kontrolní měření před litím. Hustota a výtoková doba se zapisují; teprve pak se dolaďuje elektrolyt, nikdy naopak.

02Hustota a tekutost: dvě čísla, která drží dílnu pohromadě

Hustota se měří nejjednodušeji odměrnou nádobou o známém objemu a váhou: naplní se přesně litr a zváží se. Hmotnost v gramech na litr je údaj, se kterým se dá pracovat den po dni. Porcelánové a kameninové licí hmoty se běžně pohybují zhruba mezi 1700 a 1800 gramy na litr; nižší hodnota znamená víc vody v systému, delší dobu nabírání a tenčí, měkčí střep, vyšší hodnota naopak riziko, že hmota nezateče do detailu a zůstane v rozích.

Tekutost se sleduje výtokovým pohárkem s kalibrovanou tryskou — měří se počet sekund, než se pohárek vyprázdní. Samo o sobě je to relativní číslo, jehož smysl vzniká až porovnáním s předchozími záznamy téže hmoty a téhož pohárku. Právě proto má měření cenu jen tehdy, když se zapisuje: hustota, výtoková doba, teplota hmoty a datum. Bez záznamu se dílna dohaduje, s ním vidí trend.

Třetí veličina se neměří přístrojem, ale rozdílem dvou měření. Tixotropie znamená, že hmota v klidu houstne a po zamíchání se zase rozteče. Měří se tak, že se výtoková doba změří krátce po promíchání a potom znovu po několika minutách klidu. Určitá tixotropie je žádoucí — pomáhá střepu držet tvar po slití a lépe se odpoutat od formy. Přebytek se projeví nerovnoměrnou tloušťkou stěny a stopami po zastavení hladiny při plnění.

Teplota se do obou čísel promítá víc, než se čeká. Studená hmota z nevytápěného skladu je hustší a nabírá pomaleji, teplá hmota v létě naopak řídne a schne ve formě rychleji, než stihne obsluha slít. Proto se v dílnách s výkyvy teploty zapisuje ke každému měření i teplota břečky a forem.

Konkrétní hodnoty se u každé hmoty liší podle složení, mletí i tvaru výrobku. Uvedená rozmezí slouží k orientaci v tom, co se měří a proč, nikoli jako předpis pro konkrétní záměs.

03Sádrová forma a její savost

Forma není jen negativ tvaru, ale pracovní nástroj s definovanou nasákavostí. O ní rozhoduje především vodní součinitel při míchání sádry, tedy poměr vody a sádry. Řidší záměs dá formu s větším podílem pórů: saje rychleji, ale je měkčí a dřív se opotřebuje. Hustší záměs dá formu tvrdou a rozměrově stálejší, která však nabírá pomaleji a u členitých tvarů může vést k nerovnoměrné tloušťce stěny.

Odsávání vody neprobíhá po celé ploše stejně. Voda vzlíná do pórů kapilárními silami a jak se povrchová vrstva sádry sytí, absorpce zpomaluje. Právě proto tloušťka střepu neroste s časem lineárně — na začátku přibývá rychle, později stále pomaleji. Ze stejného důvodu se forma po odlití nemá okamžitě znovu plnit: potřebuje čas na přerozdělení vlhkosti dovnitř a na odpar z povrchu.

Provozní vlhkost formy je proto samostatná veličina. Zcela vysušená forma saje prudce, střep na ní roste nerovnoměrně a snadno vznikají tahové trhlinky a odloučené vrstvy. Přemokřená forma naopak nabírá tak pomalu, že se cyklus protáhne a odlitek zůstane měkký. Ustálený provoz s pravidelným střídáním forem a sušárnou o mírné teplotě je spolehlivější než snaha dohnat rozdíly prodlužováním doby nabírání.

Sušárna nesmí být horká. Sádra začíná ztrácet krystalicky vázanou vodu už kolem 45 až 50 °C a tím trvale mění strukturu — forma zkřehne, ztratí rozměr a její povrch se rozpadá do pórů. Mírné teplo s prouděním vzduchu je vždy lepší než rychlé vysoušení.

Formy z jedné série míchat stejným poměrem vody a sádry, jinak nabírají různě dlouho.
Nechat je odležet a vyschnout do ustáleného stavu, ne je nasadit do provozu hned druhý den.
Vést je v cyklech: lití — sušení — odpočinek, aby se vlhkost stihla vyrovnat.
Skladovat na roštech nebo latích, aby vzduch procházel i spodní stranou.
Neodkládat formy na mokrý beton a nemýt je proudem vody — povrch se vyplavuje.

Licí hmota se z konve nalévá do válcových sádrových forem na pracovním stole — Plnění forem licí hmotou; hladina se během nabírání dolévá, aby okraj nezůstal tenčí než stěna.

04Doba nabírání střepu a slévání přebytku

Plnění má být plynulé a bez přerušení. Každé zastavení proudu zanechá na stěně vodorovnou stopu, která se po výpalu často projeví jako slabé místo nebo viditelná linka pod glazurou. Lije se do jednoho místa, aby hmota stoupala vzhůru a vytlačovala vzduch, ne aby dopadala na dno a napěnila se.

Během nabírání hladina klesá, protože voda odchází do sádry a stěna houstne. Pokud se nedolévá, zůstane horní okraj tenčí než zbytek výrobku a při sušení se zkroutí. Doléváním se udržuje hladina těsně u okraje formy až do slití.

Doba nabírání se řídí požadovanou tloušťkou stěny a přibývá zhruba s odmocninou času: zdvojnásobení tloušťky vyžaduje výrazně víc než dvojnásobný čas. Prakticky se proto stanovuje zkušebním odlitkem, změří se stěna po slití a čas se upraví. Krátká doba dá tenký, měkký a snadno deformovatelný střep, dlouhá zbytečně zatíží formu a prodlouží celý cyklus.

Slévání má vlastní tempo. Příliš rychlé obrácení strhne z čerstvé stěny hmotu a zanechá pruhy, příliš pomalé nechá hmotu stékat po jednom místě a stěna tam zesílí. Forma se pak nechá odkapat dnem vzhůru na roštu, dokud se okraj neomrzí a nepřestane táhnout nitky. Teprve potom se srovná do vodorovné polohy.

Odlitek se z formy nevyjímá podle hodin, ale podle chování. Střep se sušicím smrštěním odtahuje od stěny formy a na okraji vznikne viditelná mezera; povrch ztratí lesk a na dotek přestane být lepivý. Do té doby forma pracuje — vyjmutí dřív znamená měkký, zborcený kus, vyjmutí příliš pozdě znamená, že se smršťující střep zachytí na výstupku formy a praskne.

05Rozebrání formy, švy a začišťování

Vícedílná forma se rozebírá v pořadí, které respektuje směr úkosů — díl, který drží tvar nejvíc, jde poslední. Uvolňuje se rovnoměrně po obvodu, nikdy pákou v jednom rohu: sádrová hrana se odlomí a od té chvíle bude každý další odlitek mít v tom místě otřep navíc.

Ve spáře mezi díly se hmota vytlačí do tenkého žebra. Šev se odstraňuje ve stavu koženého tvrdnutí, kdy střep drží tvar, ale ještě se dá řezat. Na příliš měkkém kuse se hmota mazlavě roztírá a povrch se zatáhne, na vyschlém se švy obrušují nasucho, což znamená prach a ostré hrany pod glazurou.

Švy se nejdřív seříznou nožem šikmo, pak se zarovnají gumovým nebo kovovým oškrabávátkem a nakonec se přejedou vlhkou houbou. Houba nesmí být mokrá — voda vyplaví jemný podíl a v místě švu vznikne pórovitější pás, na kterém glazura po výpalu odskočí nebo změní odstín.

1
Rozebrat formu po uvolnění po celém obvodu a odlitek odložit na měkkou podložku, ne na holý stůl.
2
Odříznout nálitek a srovnat okraj do roviny, dokud je hmota kožovitě tvrdá.
3
Seříznout švy šikmým tahem ve směru od plochy k hraně.
4
Zarovnat povrch oškrabávátkem, aby stěna v místě švu nezůstala silnější ani slabší.
5
Přejet vlhkou houbou jedním až dvěma tahy, bez opakovaného mokření.
6
Zkontrolovat proti světlu — zbytek švu je vidět jako lesklý pruh dřív, než ho nahmatá ruka.

06Sušení odlitku a smrštění

Sušení není čekání, ale technologický krok s vlastními pravidly. Voda odchází nejdřív z prostoru mezi částicemi a právě v této fázi se rozměr výrobku zmenšuje; sušicí smrštění bývá u licích hmot v jednotkách procent. Když z jednoho místa odchází rychleji než z jiného, vzniká uvnitř napětí a kus se zkroutí nebo praskne — nikoli proto, že by hmota byla špatná, ale proto, že se části stejného kusu smrštily nestejně.

Kritická jsou místa s odlišnou tloušťkou a s velkým povrchem: okraje, ucha, nálepky, dna talířů. Ty schnou nejrychleji a musí se proto brzdit — volným zakrytím fólií, papírem nebo sušením v uzavřené bedně, kde se vlhkost vyrovnává. Rovnoměrnost je důležitější než rychlost.

Při lepení dílů platí, že spojované kusy musí mít podobnou vlhkost. Přischlé ucho na vlhčím těle se při dalším sušení nesmrští stejně a spoj se otevře; často se trhlina objeví až po výpalu, ale vznikla tady. Spoj se zdrsňuje, spojuje šlikrem ze stejné hmoty a přebytek se hned odstraňuje, dokud je měkký.

Druhá část smrštění přichází ve výpalu, kdy se střep slinuje a póry se uzavírají. Celkové smrštění od formy k hotovému výrobku se u porcelánových hmot pohybuje běžně kolem dvanácti až čtrnácti procent, u kameninových méně. S tímto číslem se počítá už u modelu — sádrový model se dělá o odpovídající míru větší než cílový rozměr, jinak sada nádobí nikdy nepasuje k sobě.

07Opotřebení formy a její výměna

Sádrová forma je spotřební nástroj. Každým cyklem se povrch pracovní dutiny mírně vyplavuje, póry se zanášejí jemným jílovým podílem a rozpustnými solemi z hmoty a nasákavost klesá. U běžných dílenských forem se počet použitelných odlitků pohybuje řádově v desítkách až první stovce, podle tvaru, hmoty a zacházení.

Opotřebení se nepozná podle vzhledu, ale podle chování. Prvním signálem bývá prodlužující se doba nabírání při jinak stejné hustotě a teplotě. Následuje zdrsnělý povrch odlitku, ztráta ostrých hran a detailů, rozměr, který se pomalu zvětšuje, a bílý výkvět solí na formě. V pokročilé fázi se odlitek přestane pouštět a začne trhat v místech, kde se sádra rozdrolila.

Rozhodnutí o výměně je proto snazší tam, kde se vede jednoduchá evidence. Každá forma dostane číslo a k němu se zapisuje datum zhotovení a počet odlitků; u sérií se vyřazují celé sady najednou, aby výrobky z jedné dávky měly stejný rozměr. Nová forma se odlévá z matečné formy nebo znovu podle modelu, který se z tohoto důvodu skladuje odděleně a nepoužívá se k výrobě.

Formu lze při běžném znečištění opatrně vyčistit měkkým kartáčem a nechat vyschnout, ale ztracenou savost tím vrátit nelze. Jakmile začne forma zvětšovat rozměry výrobku, další cykly už jen zhoršují výstup.

08Přežah a glazování litých výrobků

Před výpalem musí být střep vysušený skrz naskrz. Zbytková voda v hmotě se v peci mění na páru rychleji, než stačí uniknout póry, a odlitek se roztrhne — u litého zboží typicky ve dně nebo v místě spoje, tedy tam, kde je stěna nejsilnější. Náběh přežahu se proto vede pomalu a s otevřeným průduchem, dokud teplota nepřekročí sto stupňů.

Přežah se u litých hmot pálí obvykle v rozmezí zhruba 900 až 1000 °C. Cílem není slinutí, ale opak: pórovitý střep, který drží tvar, dá se bez rizika manipulovat a přitom nasaje vodu z glazurové suspenze. Výše vypálený přežah nasákavost snižuje a glazura se na něm drží tence a nerovnoměrně, níže vypálený je křehký a při máčení se rozmáčí.

Litý střep mívá jinou nasákavost než točený nebo lisovaný, i když je ze stejné suroviny — jemné částice se během nabírání ukládají uspořádaně a povrch přiléhající k formě je hladší než vnitřní strana. Praktický důsledek: stejná glazura ve stejné hustotě se na litém kusu chytá jinak dlouho než na točeném a doba máčení se musí ověřit zvlášť.

Před glazováním se přežahnutý kus zbaví prachu a mastnoty z rukou. Prach po broušení švů brání přilnutí a projeví se jako drobné odloupnutí glazury, otisky prstů jako matné skvrny. Máčí se jedním plynulým pohybem a bez opakovaného ponoření; při druhém máčení se vrstva zesílí nerovnoměrně, může stékat a na hranách odhalit střep.

Dno a plocha dosedající na pomůcku se u ostrého výpalu očistí, aby se výrobek nepřipekl. U slinutých hmot je to podmínka: glazura při vysoké teplotě taje a spojila by kus s podložkou.

09Typické vady odlitků a jejich příčiny

Většina vad litého zboží vzniká dřív, než se výrobek dostane do pece. Pec je jen ukáže. Následující přehled vychází z toho, co se dá na dílně ovlivnit: z hmoty, z formy a z tempa práce.

Rozvrstvení stěny: Střep se ve stěně rozdělí na dvě vrstvy, které se od sebe odlupují; při ohýbání zlomku je vidět rovná dělicí plocha. Příčinou bývá přerušené plnění nebo dolití po delší pauze, kdy se na již vzniklou vrstvu položí nová bez propojení. Přispívá k tomu i příliš suchá forma, která první vrstvu odsaje prudce, a hmota s nadměrnou tixotropií.
Zborcení a deformace: Okraje se zvlní, kulatý tvar přejde do oválu, dno se prohne. Nejčastěji jde o nerovnoměrné sušení nebo o vyjmutí z formy dřív, než střep dostatečně ztuhl. Roli hraje i nestejná tloušťka stěny po pomalém slévání a manipulace za okraj, kterou měkký kus zaznamená a při výpalu ji zopakuje.
Bubliny a póry: Kulaté dutiny těsně pod povrchem, po přežahu často viditelné jako drobné důlky, po glazování jako otevřené jamky. Vzduch se do hmoty dostane rychlým mícháním, přeléváním z výšky nebo prudkým plněním formy. Uzavřený vzduch v členitém detailu formy dává stejný obraz — proto je důležité lít do jednoho místa a nechat hladinu stoupat.
Trhliny na dně a v rozích: Vznikají tam, kde se smršťující střep zachytí o výstupek formy nebo kde se náhle mění tloušťka stěny. Pomáhá včasné vyjmutí, dodržení úkosů při výrobě modelu a zaoblení vnitřních přechodů.
Otevřené spoje a viditelné švy: Spoj lepených dílů se rozevře nebo se šev po výpalu ukáže jako linka. Za tím stojí rozdílná vlhkost spojovaných částí, málo zdrsněný spoj, nebo naopak přemokřené začišťování, které z povrchu vyplaví jemný podíl.
Skvrny a stopy po vodě: Tmavší nebo matnější místa, která se objeví až pod glazurou. Obvykle jde o houbu s příliš velkým množstvím vody, o kapky stečené z okraje formy nebo o soli vzlínající z opotřebené sádry.

10Co na Desapinde najdete

Obsah projektu tvoří výkladové texty k jednotlivým krokům odlévacího cyklu, seřazené tak, jak jdou v dílně za sebou. Nejde o katalog receptur ani o návody vázané na konkrétní suroviny — spíš o vysvětlení souvislostí, aby bylo možné vlastní postup číst a upravovat s porozuměním.

Příprava licí břečky, ztekucení a to, co ztekucení kazí.
Měření hustoty, výtokové doby a tixotropie a vedení jednoduchých záznamů.
Sádrové formy: vodní součinitel, savost, provozní vlhkost a sušení.
Průběh lití: plnění, doba nabírání, slévání a okamžik rozebrání formy.
Začišťování švů, sušení, smrštění a spojování dílů.
Opotřebení forem, evidence cyklů a příprava náhrady.
Přežah, příprava povrchu a glazování litého zboží.
Rozbor typických vad a jejich dohledání zpět k příčině.

Texty jsou obecným výkladem technologie. Konkrétní hodnoty vždy závisí na použité hmotě, tvaru výrobku a podmínkách v dílně, proto je vhodné je ověřit vlastní zkouškou.

11Kontakt

Desapinde vede korespondenci pouze e-mailem. Uvítáme upřesnění, věcné připomínky k publikovaným textům i náměty na témata, která v přehledu odlévacího cyklu chybí.

[email protected]