發泡技術在菱鎂制品生產中的應用

    一、發泡技術在菱鎂制品生產中的作用
    (1)采用鋸末、珍珠巖等高吸水性材料降低密度的弊端
    為了降低制品的密度，同時提高制品的韌性，目前，在許多菱鎂制品的生產中，常常摻用一定比例的鋸末，珍珠巖等輕集料或木纖維。這些輕集料或木纖維的使用，雖然達到了降密增韌的目的，但卻加大了鹵液的用量。珍珠巖的吸水量為本體重的4倍左右，鋸末的吸水量為本體重的3倍左右。如此大的吸水性，可大幅增加鹵液用量。
    鹵液用量的大幅增加，帶來了三個問題：
    ①由于氯化鎂用量的增加，使制品的成本提高；
    ②鋸末和珍珠巖等高吸水性輕集料大量吸取鹵液，而又不與氯化鎂產生化學反應，就造成氯化鎂的大量過剩，從而引發返鹵、泛霜等弊端，增加了改性的難度。許多企業的菱鎂制品出現返鹵，這是一個重要的原因。
    ③鋸末和珍珠巖使鹵液用量增加，導致水料比過大，使大量水分在反應后過剩，這些過剩水分的蒸發，造成了大量的毛細孔，為鹵和霜的泛出開辟了通道，加劇了返鹵、泛霜。
    (2)采用發泡降密增韌的優點
    為了解決上述問題，我們近年開展了以發泡取代鋸末，珍珠巖等高吸水性材料的研究，并進行了工業化生產應用。實踐證明，以發泡取代鋸末和珍珠巖，對菱鎂材料進行降密是可行的。不論從經濟性考慮，還是從改善菱鎂性能考慮，采用發泡降密均是較理想的方法，比采用珍珠巖，鋸末降密更有優勢。它的突出優勢有三個：
    ①菱鎂弊病大大減少，有利改性
    經我們反復進行對比試驗，在同樣條件下，采用發泡降密，菱鎂制品返鹵、泛鹵、變形等弊病均有不同程度的減少或克服，表l是我們的試驗結果。

注：1、試驗采用FP-1發泡劑、稀釋30倍發泡、泡沫密度228g／L；[-page-]
    2、試樣為200×200×50mm板。  
    ②可大幅降低制品密度
    北京某防火板廠采用我們的發泡降密技術后，降密效果十分明顯。他們原產品密度為1129kg／m3，采用發泡后，降為820kg／m3。我們在實驗室試驗，發泡配合輕集料，密度低可降至300kg／m3。如果發泡技術繼續完善，配合適當的輕集料，有望實驗菱鎂制品的超輕化。
    ③有利于降低菱鎂制品的成本
    發泡劑l公斤僅10多元，可制出2～3m3的泡沫，每m3僅幾元，遠低于珍珠巖及鋸末的造價，鋸末也要幾十元。以發泡取代鋸末及珍珠巖可直接降低制品成本。
  另外，以發泡取代珍珠巖和鋸末，可大幅降低鹵水用量。目前，氯化鎂價格仍在攀升。降低氯化鎂用量，也可間接降低制品成本。
    二、主要技術原理
    (1)發泡原理
    菱鎂發泡同水泥、石膏的發泡原理相同，有化學發泡與物理發泡兩種方法?；瘜W發泡是采用化學發泡劑與菱鎂體系產生化學反應釋發氣體而發泡，物理發泡則是采用表面活性劑發泡劑，通過發泡機把發泡劑水溶液制成泡沫，再把泡沫與菱鎂漿體混合，化學發泡不需發泡機，物理發泡則必須使用發泡機。
    化學發泡的優點是制品強度高于物理發泡(在同等密度時)，而且可形成較大的氣孔。它的缺點是工藝不易控制，對氣溫十分敏感，規?；a必須配備恒溫車間或養護窯，而且發泡劑用量大，發泡成本較高(每立方需幾十元)。另外，它不適合于輥壓工藝。
    物理發泡的優點是發泡成本低，發泡劑用量少(每立方只需0.3～0.7kg)、對氣溫不敏感，10℃以上均可生產、工藝易于控制，生產難度小，可適合于各種工藝。它的缺點是強度不如化學發泡，硬化速度也低于化學發泡，且只能制出泡徑小于lmm以下的微孔制品，不能形成大泡徑制品。
    綜合考慮，物理發泡的優勢更多一些，目前，在菱鎂行業工業化應用的多是物理發泡，化學發泡在小規模手工生產中也有少量應用。生產防火板和菱鎂墻板，大多選擇物理發泡。因此，下面將重點介紹物理發泡。
  (2)降低密度原理
  發泡劑所產生的泡沫，可在漿體硬化后形成封閉氣孔，根據泡沫加入量的大小，氣孔率可達10％～80%。泡沫加入量越大，氣孔率越高，則制品越輕。在生產時，可根據密度的需要，來選擇合適的泡沫加入量。
  (3)改善菱鎂性能原理
  ①降低鹵液用量減少返鹵和泛霜
  采用發泡降低密度，與采用鋸末、珍珠巖降低密度相比，鹵液用量可降低30%～40％。在我們進行的對比試驗中，采用鋸末、珍珠巖，鹵液用量為654g，而采用發泡，鹵液用量僅為350g。鹵液用量的大幅降低，可防止因鹵液過剩而導致返鹵和泛霜。
    ②降低毛細孔率而抑鹵、抑霜、抑水
    發泡降低密度，鹵液用量少，料液比低，過剩水份的蒸發量少，由水分蒸發造成的毛細孔也隨之減少。毛細孔減少后，鹵、霜、水相應也減少了通道。這在一定程度上也起到了抑制返鹵和泛霜，并提高了耐水性。
    ③發泡劑的憎水作用抑鹵、抑霜、抑水
    我們研制的FP―l菱鎂專用發泡劑，是一種憎水性的化學制劑。它在發泡的同時，還可封閉毛細孔，減少鹵、霜、水的通道，從而也產生了抑鹵抑霜抑水的作用。
    ④氣泡的抗滲作用抑鹵、抑霜、抑水
    微氣泡有著較強的抗滲作用。大量的微氣泡占據了菱鎂硬化體的自由空間，切斷了毛細管的通道。另外，它可以使泌水、沉降減少，細化大毛細孔。試驗證明，微氣泡的這些作用，可有效抗滲。水利科學研究院的試驗數據為：混凝土含氣量4．8％，不透水壓力可達0．68MPa；混凝土含氣量升至10％左右時，不透水壓力就可增至0．82MPa。同樣的道理，當菱鎂發泡以后，微氣泡對毛細孔的細化及切斷作用，對鹵、霜的外泛與水的內滲有著雙重的抑制作用。
  ⑤發泡對翹曲變形的抑制
  引起翹曲變形的因素一是不均勻干縮，二是熱應力，對此二者，發泡均有一定的抑制作用。發泡劑的表面活性作用，可以對固體顆粒產生分散作用，使漿體更加勻質。同時，發泡可大量降低鹵水用量，在一定程度上也減少了干縮的程度。在另一方面，發泡形成的大量氣孔，可吸納一部分熱應力，從而減少熱應力變形。在對比試驗中，發泡制品的變形明顯要小一些。[-page-]
    三、發泡菱鎂的應用范圍
    發泡菱鎂適用于各種注漿在型、流漿輥壓成型等需要降低密度的各種制品?，F將主要制品介紹于下。
    (1)發泡菱鎂空心墻板、夾心墻板
    其中，發泡菱鎂夾心墻板在國內生產應用較廣，不少菱鎂墻板生產廠家都采用發泡技術，取代了部分珍珠巖和鋸末，應用比較普遍，技術已趨于成熟。
    發泡菱鎂夾心墻板，以發泡菱鎂為面層，以聚苯泡沫塑料板為芯層，形成復合保溫墻板。目前，這種墻板國內有多家規?；a，并已出口國外，主要用于高檔別墅及住宅。
    另一種發泡菱鎂夾心墻板為我公司所開發。它以1200kg／m3發泡菱鎂為面層，以300kg／m3密度發泡菱鎂為芯層。從防火和耐老化方面考慮，這種墻板有一定的優勢。
  (2)發泡輕質防火板
  這種板材的密度可控制在300kg／m3～800kg／m3。在我們指導下，國內已有多家防火板企業采用發泡技術全部或部分取代鋸末及珍珠巖。這可能是發泡菱鎂有前景的制品之一。
    (3)發泡砌塊
    發泡砌塊開發者甚多，但技術仍需完善，目前仍沒有規?；a應用。以后若技術成熟，仍會有廣闊的市場。
    (4)其它發泡菱鎂制品
    這些制品包括蔬菜大棚支架、包裝箱、防火裝飾板、防火門、通風管道等。這些制品均可不同程度地加入適量泡沫，既可降低密度，又可改善性能?？梢哉J為，大多數菱鎂制品均可采用發泡技術，僅個別對強度要求較高的制品除外。
四、發泡菱鎂生產方法
    (1)主要設備
    ①發泡機
    物理發泡的主要設備為發泡機。如今，發泡機已發展到第3代。代為鼓風發泡機，第二代為高壓空氣發泡機，第三代為高壓空氣二次加壓高效發泡機。目前，我公司生產的SD一30型發泡機，即為第三代新機型。它與原機型相比，電耗降低40％，泡沫產量提高5倍以上，每小時高可達30m3，且泡沫均勻細膩，含水量低。圖1為SD一30的外觀。表1為其技術性能。

    生產發泡防火板或墻板，只需在原生產線上增加一臺這樣的發泡機即可，不須另加其它設備。[-page-]
    ②成套發泡設備
    本成套設備包括上料機、連續螺帶攪拌機、發泡機、泡沫與菱鎂漿自動混合裝置、澆注泵等。它的泵送距離為500m，高度100m?；饕獌烖c是產能大(每班100～150m3)，連續自動澆注，泡沫混合快速僅2秒，是目前先進的發泡裝備。圖2是我公司研發的FT―SZ一200型成套發泡裝備。表2是其技術性能。本機適合于各種發泡菱鎂制品的生產，可作為發泡制漿系統使用，置于各種成型機前。

    (2)主要發泡原料
    ①發泡劑
    目前，市場上的發泡劑有100多種，但都是發泡水泥使用的，菱鎂專用的仍沒有。由于菱鎂與硅酸鹽水泥的性能不同，二者對發泡劑的適應性也有很大的不同。許多用于硅酸鹽水泥的發泡劑，用于菱鎂發泡時效果不好。當泡沫進入菱鎂漿體后，就會消泡、塌陷，影響菱鎂水泥硬化，后期降低強度，或不利于菱鎂改性(造成連通孔)。因此，發泡劑并不是隨便拿來一種就用，而應先進行小試，符合菱鎂的使用要求時才可使用。菱鎂制品的發泡劑，技術要求如下：
    a在菱鎂漿體內泡沫穩定，不消泡、成型后不塌陷。
    b較高的起泡力，發泡倍數大于30倍，泡沫含水量低，其密度不大于250g／L；
    c對菱鎂的水化負作用小，不降低強度；
    d不會形成連通孔，大多數應是封閉孔；
    e對菱鎂有改性作用或有利于改性。
    我們專門針對菱鎂研發出三種發泡劑，是目前僅有的菱鎂發泡劑品種。它的性能如表3。

②穩泡劑
穩泡劑的作用有三個：
a提高泡沫穩定性，使之在大體積澆注或輥壓時不消泡；
b提高閉孔率，減少連通孔，使制品吸水率降低，并具憎水性；
c有助于菱鎂改性，減少菱鎂弊病。
當制品不要求過高性能時，也可不用穩泡劑。[-page-]
   (3)主要工藝
    發泡菱鎂的主要工藝如下；
    ①發泡劑加水，稀釋30倍～50倍，配成發泡劑溶液；
    ②按常規制備菱鎂漿體；
    ③開動發泡機，將發泡劑溶液吸入并制成均勻的泡沫；
    ④將泡沫噴入菱鎂漿體，攪拌混合成泡沫漿體。若采用自動混泡器，讓漿體與泡沫自動瞬間混合；
    ⑤采用人工或泵送，將漿體送進成型機，澆注成型或輥壓成型，也可人工澆注成型。
    (4)發泡菱鎂生產技術要點
    ①發泡劑的選擇至關重要
    有些發泡劑對菱鎂負作用很大(消泡、降低強度、連通孔)，而有的發泡劑卻有良好的影響。如果發泡劑選擇不當，就會使生產困難且制品質量差。
    選擇發泡劑容易出現的問題就是只看發泡劑的發泡力，而忽視泡沫進入漿體后的穩定性及其對制品性能的影響。因此，一定要綜合衡量發泡劑，其技術指標應包括：發泡倍數、半消時間、沉降距、用量、漿體陷落距、漿體流動度、制品抗壓強度、抗折強度、絕干密度、導熱系數、干縮值、吸水率等。
    ②泡沫質量控制
    泡沫質量控制是生產成敗的主要因素之一。泡沫質量容易出現的問題是含水量大，泌水快。也就是說，只有一部分發泡劑溶液被高壓空氣吹成氣泡，而還有大量的發泡劑溶液沒有變成泡沫，仍以水溶液形態混于泡沫中。泡沫含水量大不但大量浪費發泡劑，而且將大量水帶入菱鎂漿體，使氯化鎂的濃度降低，影響制品強度，延緩凝結時間，而且增大水料比，使毛細孔增多，從而加重返鹵泛霜和變形。
    泡沫含水量的判斷方法主要是測量泡沫密度。方法是用標準1升容積的容量筒，取剛制出的泡沫裝入容量筒，刮平，在分度值<0.1g的天平上取稱重量。泡沫凈密度應小于250g／L。密度值越大，含水量越大。經驗法判斷，含水低的干泡沫，抓在手里，當舉手時不會有水順著手腕往下淌，手掌翻轉向下時，泡沫在手掌上懸掛而不掉落，也不滴水。但這種方法不易分辨含水量不是太高的泡沫，有局限性。
    泡沫含水量的影響因素，一是發泡劑，二是發泡機，三是操作。當發泡劑發泡力差時，含水量大；當發泡機發泡能力不強時，含水量大；當操作時，發泡劑稀釋倍數過大，或發泡劑溶液的吸入量過大，氣液比失調，均會造成含水量過大，使泡沫質量下降。其中，發泡機的影響大，起關鍵作用。
    ③菱鎂漿體的質量控制
    菱鎂漿體的質量好壞，也將極大地影響發泡菱鎂的質量。生產時應控制三個方面：
    a漿體的稠度。漿體過稠，泡沫難以混入漿體，大量泡沫在混合時因摩擦力過大而消失。漿體過稀，水料比過大，會使成型困難，并導致返鹵，澆注成型時會塌陷。漿體的稠度不是一個恒定值，不同制品會有不同的稠度要求。一般注漿成型可以稀一些，輥壓成型可以略稠一些。漿體的稠度一般以流動度來表示。流動度有多種檢測方法，但以馬氏漏斗法適合發泡菱鎂漿體。它是將漿體裝入馬氏漏斗中，以漿體從下口流出的時間來表示流動度，誤差較小。
    b漿體的均勻度。漿體越均勻，泡沫越易混入且混合均勻。反之，泡沫不易混入，且混合不均勻，容易造成密度差。優質的漿體應細膩并具有光擇，不應有大的料漿顆粒。顆粒越大，越易造成下沉分層和陷落。
    c漿體的攪拌時間。漿體的攪拌時間越短，制品的強度越差。在保證可操作時間的情況下，攪拌時間應盡量加長。    
    ④成型過程的工藝控制  
    成型時重點控制三點：  
    a成型的泵送壓力和輥壓力不宜過大。氣泡壁極薄，承壓力很差，在成型澆注時如果泵送壓力或輥壓力過大，會導致泡沫破坯。因此，應選擇合適的澆注泵和輥壓機，其壓力以不會造成泡沫大量消失為宜。這可以通過測定成型前后漿體的密度來判定。成型后漿體濕密度變大的程度，表癥著泡沫消失的程度。   
    b不宜振動成型和振搗成型。因為振動力和搗動力會使泡沫破滅，振動力和搗動力越大，泡沫消失越嚴重。   
    c一次澆筑高度不能過大。目前，國內外發泡水泥的澆筑高度大多為20cm以下，個別能達60cm，我公司可達100cm。如高度過大，漿體自重力會將下部泡沫壓破，引起塌模。
    d成型溫度不能過低。發泡菱鎂適宜的生產溫度為20～35℃，低也不得低于15℃。如氣溫過低，化慢，氣泡會因硬化時間過長而消失。