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发泡技术在菱镁制品生产中的应用
来源:青海镁业 | 作者:pmoa809fde2 | 发布时间: 2016-07-12 | 27762 次浏览 | 分享到:
一、发泡技术在菱镁制品生产中的作用
    (1)采用锯末、珍珠岩等高吸水性材料降低密度的弊端
    为了降低制品的密度,同时提高制品的韧性,目前,在许多菱镁制品的生产中,常常掺用一定比例的锯末,珍珠岩等轻集料或木纤维。这些轻集料或木纤维的使用,虽然达到了降密增韧的目的,但却加大了卤液的用量。珍珠岩的吸水量为本体重的4倍左右,锯末的吸水量为本体重的3倍左右。如此大的吸水性,可大幅增加卤液用量。
    卤液用量的大幅增加,带来了三个问题:
    ①由于氯化镁用量的增加,使制品的成本提高;
    ②锯末和珍珠岩等高吸水性轻集料大量吸取卤液,而又不与氯化镁产生化学反应,就造成氯化镁的大量过剩,从而引发返卤、泛霜等弊端,增加了改性的难度。许多企业的菱镁制品出现返卤,这是一个重要的原因。
    ③锯末和珍珠岩使卤液用量增加,导致水料比过大,使大量水分在反应后过剩,这些过剩水分的蒸发,造成了大量的毛细孔,为卤和霜的泛出开辟了通道,加剧了返卤、泛霜。
    (2)采用发泡降密增韧的优点
    为了解决上述问题,我们近年开展了以发泡取代锯末,珍珠岩等高吸水性材料的研究,并进行了工业化生产应用。实践证明,以发泡取代锯末和珍珠岩,对菱镁材料进行降密是可行的。不论从经济性考虑,还是从改善菱镁性能考虑,采用发泡降密均是较理想的方法,比采用珍珠岩,锯末降密更有优势。它的突出优势有三个:
    ①菱镁弊病大大减少,有利改性
    经我们反复进行对比试验,在同样条件下,采用发泡降密,菱镁制品返卤、泛卤、变形等弊病均有不同程度的减少或克服,表l是我们的试验结果。


注:1、试验采用FP-1发泡剂、稀释30倍发泡、泡沫密度228g/L;

2、试样为200×200×50mm板。   
    ②可大幅降低制品密度
    北京某防火板厂采用我们的发泡降密技术后,降密效果十分明显。他们原产品密度为1129kg/m3,采用发泡后,降为820kg/m3。我们在实验室试验,发泡配合轻集料,密度最低可降至300kg/m3。如果发泡技术继续完善,配合适当的轻集料,有望实验菱镁制品的超轻化。
    ③有利于降低菱镁制品的成本
    发泡剂l公斤仅10多元,可制出2~3m3的泡沫,每m3仅几元,远低于珍珠岩及锯末的造价,锯末也要几十元。以发泡取代锯末及珍珠岩可直接降低制品成本。
  另外,以发泡取代珍珠岩和锯末,可大幅降低卤水用量。目前,氯化镁价格仍在攀升。降低氯化镁用量,也可间接降低制品成本。
    二、主要技术原理
    (1)发泡原理
    菱镁发泡同水泥、石膏的发泡原理相同,有化学发泡与物理发泡两种方法。化学发泡是采用化学发泡剂与菱镁体系产生化学反应释发气体而发泡,物理发泡则是采用表面活性剂发泡剂,通过发泡机把发泡剂水溶液制成泡沫,再把泡沫与菱镁浆体混合,化学发泡不需发泡机,物理发泡则必须使用发泡机。
    化学发泡的优点是制品强度高于物理发泡(在同等密度时),而且可形成较大的气孔。它的缺点是工艺不易控制,对气温十分敏感,规模化生产必须配备恒温车间或养护窑,而且发泡剂用量大,发泡成本较高(每立方需几十元)。另外,它不适合于辊压工艺。
    物理发泡的优点是发泡成本低,发泡剂用量少(每立方只需0.3~0.7kg)、对气温不敏感,10℃以上均可生产、工艺易于控制,生产难度小,可适合于各种工艺。它的缺点是强度不如化学发泡,硬化速度也低于化学发泡,且只能制出泡径小于lmm以下的微孔制品,不能形成大泡径制品。
    综合考虑,物理发泡的优势更多一些,目前,在菱镁行业工业化应用的多是物理发泡,化学发泡在小规模手工生产中也有少量应用。生产防火板和菱镁墙板,大多选择物理发泡。因此,下面将重点介绍物理发泡。
  (2)降低密度原理
  发泡剂所产生的泡沫,可在浆体硬化后形成封闭气孔,根据泡沫加入量的大小,气孔率可达10%~80%。泡沫加入量越大,气孔率越高,则制品越轻。在生产时,可根据密度的需要,来选择合适的泡沫加入量。
  (3)改善菱镁性能原理
  ①降低卤液用量减少返卤和泛霜
  采用发泡降低密度,与采用锯末、珍珠岩降低密度相比,卤液用量可降低30%~40%。在我们进行的对比试验中,采用锯末、珍珠岩,卤液用量为654g,而采用发泡,卤液用量仅为350g。卤液用量的大幅降低,可防止因卤液过剩而导致返卤和泛霜。
    ②降低毛细孔率而抑卤、抑霜、抑水
    发泡降低密度,卤液用量少,料液比低,过剩水份的蒸发量少,由水分蒸发造成的毛细孔也随之减少。毛细孔减少后,卤、霜、水相应也减少了通道。这在一定程度上也起到了抑制返卤和泛霜,并提高了耐水性。
    ③发泡剂的憎水作用抑卤、抑霜、抑水
    我们研制的FP—l菱镁专用发泡剂,是一种憎水性的化学制剂。它在发泡的同时,还可封闭毛细孔,减少卤、霜、水的通道,从而也产生了抑卤抑霜抑水的作用。
    ④气泡的抗渗作用抑卤、抑霜、抑水
    微气泡有着较强的抗渗作用。大量的微气泡占据了菱镁硬化体的自由空间,切断了毛细管的通道。另外,它可以使泌水、沉降减少,细化大毛细孔。试验证明,微气泡的这些作用,可有效抗渗。国家水利科学研究院的试验数据为:混凝土含气量4.8%,不透水压力可达0.68MPa;混凝土含气量升至10%左右时,不透水压力就可增至0.82MPa。同样的道理,当菱镁发泡以后,微气泡对毛细孔的细化及切断作用,对卤、霜的外泛与水的内渗有着双重的抑制作用。
  ⑤发泡对翘曲变形的抑制
  引起翘曲变形的因素一是不均匀干缩,二是热应力,对此二者,发泡均有一定的抑制作用。发泡剂的表面活性作用,可以对固体颗粒产生分散作用,使浆体更加匀质。同时,发泡可大量降低卤水用量,在一定程度上也减少了干缩的程度。在另一方面,发泡形成的大量气孔,可吸纳一部分热应力,从而减少热应力变形。在对比试验中,发泡制品的变形明显要小一些。

三、发泡菱镁的应用范围
    发泡菱镁适用于各种注浆在型、流浆辊压成型等需要降低密度的各种制品。现将主要制品介绍于下。
    (1)发泡菱镁空心墙板、夹心墙板
    其中,发泡菱镁夹心墙板在国内生产应用较广,不少菱镁墙板生产厂家都采用发泡技术,取代了部分珍珠岩和锯末,应用比较普遍,技术已趋于成熟。
    发泡菱镁夹心墙板,以发泡菱镁为面层,以聚苯泡沫塑料板为芯层,形成复合保温墙板。目前,这种墙板国内有多家规模化生产,并已出口国外,主要用于高档别墅及住宅。
    另一种发泡菱镁夹心墙板为我公司所开发。它以1200kg/m3发泡菱镁为面层,以300kg/m3密度发泡菱镁为芯层。从防火和耐老化方面考虑,这种墙板有一定的优势。
  (2)发泡轻质防火板
  这种板材的密度可控制在300kg/m3~800kg/m3。在我们指导下,国内已有多家防火板企业采用发泡技术全部或部分取代锯末及珍珠岩。这可能是发泡菱镁最有前景的制品之一。
    (3)发泡砌块
    发泡砌块开发者甚多,但技术仍需完善,目前仍没有规模化生产应用。以后若技术成熟,仍会有广阔的市场。
    (4)其它发泡菱镁制品
    这些制品包括蔬菜大棚支架、包装箱、防火装饰板、防火门、通风管道等。这些制品均可不同程度地加入适量泡沫,既可降低密度,又可改善性能。可以认为,大多数菱镁制品均可采用发泡技术,仅个别对强度要求较高的制品除外。
四、发泡菱镁生产方法
    (1)主要设备
    ①发泡机
    物理发泡的主要设备为发泡机。如今,发泡机已发展到第3代。第一代为鼓风发泡机,第二代为高压空气发泡机,第三代为高压空气二次加压高效发泡机。目前,我公司生产的SD一30型发泡机,即为第三代最新机型。它与原机型相比,电耗降低40%,泡沫产量提高5倍以上,每小时最高可达30m3,且泡沫均匀细腻,含水量低。图1为SD一30的外观。表1为其技术性能。



    生产发泡防火板或墙板,只需在原生产线上增加一台这样的发泡机即可,不须另加其它设备。

②成套发泡设备
    本成套设备包括上料机、连续螺带搅拌机、发泡机、泡沫与菱镁浆自动混合装置、浇注泵等。它的泵送距离为500m,高度100m。基主要优点是产能大(每班100~150m3),连续自动浇注,泡沫混合快速仅2秒,是目前最先进的发泡装备。图2是我公司研发的FT—SZ一200型成套发泡装备。表2是其技术性能。本机适合于各种发泡菱镁制品的生产,可作为发泡制浆系统使用,置于各种成型机前。



    (2)主要发泡原料
    ①发泡剂
    目前,市场上的发泡剂有100多种,但都是发泡水泥使用的,菱镁专用的仍没有。由于菱镁与硅酸盐水泥的性能不同,二者对发泡剂的适应性也有很大的不同。许多用于硅酸盐水泥的发泡剂,用于菱镁发泡时效果不好。当泡沫进入菱镁浆体后,就会消泡、塌陷,影响菱镁水泥硬化,后期降低强度,或不利于菱镁改性(造成连通孔)。因此,发泡剂并不是随便拿来一种就用,而应先进行小试,符合菱镁的使用要求时才可使用。菱镁制品的发泡剂,技术要求如下:
    a在菱镁浆体内泡沫稳定,不消泡、成型后不塌陷。
    b较高的起泡力,发泡倍数大于30倍,泡沫含水量低,其密度不大于250g/L;
    c对菱镁的水化负作用小,不降低强度;
    d不会形成连通孔,大多数应是封闭孔;
    e对菱镁有改性作用或有利于改性。
    我们专门针对菱镁研发出三种发泡剂,是目前仅有的菱镁发泡剂品种。它的性能如表3。


②稳泡剂
稳泡剂的作用有三个:
a提高泡沫稳定性,使之在大体积浇注或辊压时不消泡;
b提高闭孔率,减少连通孔,使制品吸水率降低,并具憎水性;
c有助于菱镁改性,减少菱镁弊病。
当制品不要求过高性能时,也可不用稳泡剂。

(3)主要工艺
    发泡菱镁的主要工艺如下;
    ①发泡剂加水,稀释30倍~50倍,配成发泡剂溶液;
    ②按常规制备菱镁浆体;
    ③开动发泡机,将发泡剂溶液吸入并制成均匀的泡沫;
    ④将泡沫喷入菱镁浆体,搅拌混合成泡沫浆体。若采用自动混泡器,让浆体与泡沫自动瞬间混合;
    ⑤采用人工或泵送,将浆体送进成型机,浇注成型或辊压成型,也可人工浇注成型。
    (4)发泡菱镁生产技术要点
    ①发泡剂的选择至关重要
    有些发泡剂对菱镁负作用很大(消泡、降低强度、连通孔),而有的发泡剂却有良好的影响。如果发泡剂选择不当,就会使生产困难且制品质量差。
    选择发泡剂最容易出现的问题就是只看发泡剂的发泡力,而忽视泡沫进入浆体后的稳定性及其对制品性能的影响。因此,一定要综合衡量发泡剂,其技术指标应包括:发泡倍数、半消时间、沉降距、用量、浆体陷落距、浆体流动度、制品抗压强度、抗折强度、绝干密度、导热系数、干缩值、吸水率等。
    ②泡沫质量控制
    泡沫质量控制是生产成败的主要因素之一。泡沫质量最容易出现的问题是含水量大,泌水快。也就是说,只有一部分发泡剂溶液被高压空气吹成气泡,而还有大量的发泡剂溶液没有变成泡沫,仍以水溶液形态混于泡沫中。泡沫含水量大不但大量浪费发泡剂,而且将大量水带入菱镁浆体,使氯化镁的浓度降低,影响制品强度,延缓凝结时间,而且增大水料比,使毛细孔增多,从而加重返卤泛霜和变形。
    泡沫含水量的判断方法主要是测量泡沫密度。方法是用标准1升容积的容量筒,取刚制出的泡沫装入容量筒,刮平,在分度值<0.1g的天平上取称重量。泡沫净密度应小于250g/L。密度值越大,含水量越大。经验法判断,含水低的干泡沫,抓在手里,当举手时不会有水顺着手腕往下淌,手掌翻转向下时,泡沫在手掌上悬挂而不掉落,也不滴水。但这种方法不易分辨含水量不是太高的泡沫,有局限性。
    泡沫含水量的影响因素,一是发泡剂,二是发泡机,三是操作。当发泡剂发泡力差时,含水量大;当发泡机发泡能力不强时,含水量大;当操作时,发泡剂稀释倍数过大,或发泡剂溶液的吸入量过大,气液比失调,均会造成含水量过大,使泡沫质量下降。其中,发泡机的影响最大,起关键作用。
    ③菱镁浆体的质量控制
    菱镁浆体的质量好坏,也将极大地影响发泡菱镁的质量。生产时应控制三个方面:
    a浆体的稠度。浆体过稠,泡沫难以混入浆体,大量泡沫在混合时因摩擦力过大而消失。浆体过稀,水料比过大,会使成型困难,并导致返卤,浇注成型时会塌陷。浆体的稠度不是一个恒定值,不同制品会有不同的稠度要求。一般注浆成型可以稀一些,辊压成型可以略稠一些。浆体的稠度一般以流动度来表示。流动度有多种检测方法,但以马氏漏斗法最适合发泡菱镁浆体。它是将浆体装入马氏漏斗中,以浆体从下口流出的时间来表示流动度,误差较小。
    b浆体的均匀度。浆体越均匀,泡沫越易混入且混合均匀。反之,泡沫不易混入,且混合不均匀,容易造成密度差。优质的浆体应细腻并具有光择,不应有大的料浆颗粒。颗粒越大,越易造成下沉分层和陷落。
    c浆体的搅拌时间。浆体的搅拌时间越短,制品的强度越差。在保证可操作时间的情况下,搅拌时间应尽量加长。    
    ④成型过程的工艺控制   
    成型时重点控制三点:   
    a成型的泵送压力和辊压力不宜过大。气泡壁极薄,承压力很差,在成型浇注时如果泵送压力或辊压力过大,会导致泡沫破坯。因此,应选择合适的浇注泵和辊压机,其压力以不会造成泡沫大量消失为宜。这可以通过测定成型前后浆体的密度来判定。成型后浆体湿密度变大的程度,表症着泡沫消失的程度。    
    b不宜振动成型和振捣成型。因为振动力和捣动力会使泡沫破灭,振动力和捣动力越大,泡沫消失越严重。    
    c一次浇筑高度不能过大。目前,国内外发泡水泥的浇筑高度大多为20cm以下,个别能达60cm,我公司可达100cm。如高度过大,浆体自重力会将下部泡沫压破,引起塌模。
    d成型温度不能过低。发泡菱镁适宜的生产温度为20~35℃,最低也不得低于15℃。如气温过低,化慢,气泡会因硬化时间过长而消失。

    
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