《武汉工程大学学报》 2008年03期
80-82
出版日期：2008-03-31
ISSN:1674-2869
CN:42-1779/TQ
氯氧镁水泥制品成型工艺实验研究
0引言氯氧镁水泥具有凝结快、强度高、收缩小、阻燃性好、节能减排等特点\[1~5\].常用于装饰材料，防火材料以及活动房屋和机械、玻璃包装箱等.本产品具有潜在的发展空间，因氯氧镁水泥制品生产成本低，且易于降解，尤其是在代木、代钢方面有着很大的优越性.我国的森林覆盖率只有14%，远低于世界25%的平均水平，国家严格限制森林资源的砍伐开采，代木材料已成为发展的大方向.氯氧镁水泥制品代木材料的开发利用，对我国这样一个森林资源缺乏的国家来说有很大的经济意义，对保护森林、改善生态环境也是十分有益的\[6\].氯氧镁水泥要获得广泛的应用，必须通过成型制成制品才能实现，注射成型是一种广泛使用的成型方法，许多学者\[7~12\]对制品成型缺陷进行了大量的研究，但对氯氧镁水泥成型缺陷的研究甚少，而氯氧镁水泥制品的成型是其广泛应用的基础.制品的注射成型是一个非常复杂的多因素耦合作用的动态加工过程,这一过程中的每一因素都对制品的成型质量都产生重要影响,其中成型收缩是影响制品质量的关键因素之一.收缩不仅降低了制品的尺寸精度与表观质量,同时还引起制品结构变形与内在质量缺陷.因此,成型收缩已成为困扰注射成型及其模具设计领域的重要难题,也是进一步提高注射制品尺寸精度与质量、扩展其应用领域亟待解决的关键问题\[13\].此外，气泡的产生同收缩一样，是制品成型过程中的又一重大难题.它不仅影响着制品表面的美观，而且影响制品的强度.因此，突破这两大障碍是氯氧镁水泥应用领域的关键问题.1实验1.1实验药品氧化镁：分析纯，天津泰兰德化学试剂厂；六水氯化镁：分析纯，北京双环化学试剂厂生产；表面活性剂：聚乙二醇-400，分子式HO(CH2CH2O)nH，相对分子量370～460，密度1.12～1.124，中国荣光石油产品有限公司；碳酸钙：工业级，用作填料.1.2实验过程a. 原料配制：将轻烧氧化镁、碳酸钙和表面活性剂按质量比5∶12.5∶0.3～0.5均匀混合，按MgO质量（g）∶氯化镁溶液体积（m/L）为5∶4.5的比例向粉料中加入卤液进行球磨.b. 球磨：将上面配比的原料放入球磨罐中球磨5～7次，球磨时间设定为每次2 min，每球磨两次观察浆体的粘度.浆体的粘度可通过卤液浓度来调节.c. 成型：将浆料通过注射成型，记录注射压力、注射时间.d. 固化：将成型的氯氧镁水泥制品放置，使其在室温下固化.e. 测量制品的收缩率，观察制品气泡产生情况.2结果与讨论2.1注射压力和注射时间Leroux等将注射器经过一个T形管与压力计及一根导管(内径3 mm)相连，将水泥置于导管中，推动注射器使水泥在导管中流动时，可由压力计读出导管中的注射压力\[14，15\].本实验用此法测定制品的注射压力，得出的注射压力与注射时间的关系，如图1所示.图1注射压力与注射时间的关系
Fig.1Relation between injection pressure and injection time由图1可知，注射压力与充模时间构成U形曲线函数.对应于最小注射压力的充模时间即为合理的充模时间\[16\].若充模时间过短，则意味着必须有很高的注射压力来维持浆体的高速充模；反之，充模时间过长，冷却效应又会使浆体粘度升高，同样需要很高的注射压力.本实验比较适宜的注射时间为1.5～3.5 s，注射压力为44.8～46 MPa.2.2制品收缩收缩试件的试模采用自制的40 mm×40 mm×160 mm三联有机玻璃试模成型，两端板各有1个5 mm的通孔，安放好长22.5 cm的圆头铜棒测头，成型后放至恒温养护室\[17\].2 h（接近初凝）后测定试件的初始长度，24 h（接近完全固化）后测定试件的长度.线收缩率的计算，采用公式（1）：
EL=(Lm-Lp)/Lm.（1）式（1）中：EL 为线收缩率； Lm为模具尺寸； Lp为成品尺寸.制品的收缩是由于型腔内的浆体在冷却过程中密度发生了变化而收缩,虽然氯氧镁水泥浆体冷却过程中温度变化不大，但它也存在着一定的收缩.在高的保压压力驱动下可以使浆体再次充入型腔补充收缩,这样制品的收缩会减少.同时,注射速率愈快,相应地注射压力就大,其作用是使浆体的密度增加,收缩减小\[18\].所以成型时间和注射速率对收缩影响较大.第3期张勇，等：氯氧镁水泥制品成型工艺实验研究
武汉工程大学学报第30卷
将不同条件下测得的收缩率制成图.其中图2为成型时间与收缩率的关系；图3为注射速率与收缩率的关系.图2成型时间与收缩率的关系
Fig.2Relation between molding time and minification由图2可知：在其它条件一定的情况下，成型时间越长，收缩率越小，但达到一定值后，几乎不再变化.图3注射速率与收缩率的关系
Fig.3Relation between injection speed and minification由图3可知：注射速率越大，收缩率越小，但达到一定速率后，收缩率基本不变.由于注射速率越快，而使得注射压力增大，因此在注射压力比较小的情况下，本实验的最佳注射速率为7.5 cm3/s. 2.3气泡的产生及解决方法气泡的产生不仅会降低制品的强度，而且当气泡出现在制品表面时还会影响其美观，因此，在生产过程中要严格控制气泡的出现.在注射成型过程中，要控制各种因素以减少气泡的产生.气泡形成的主要原因有：a. 在注射过程中，由于注射压力、注射速度以及注射料量的影响，使得浆料在模具内流动时掺入部分空气；b. 模具的排气效果不好，使得模具内的空气难以排尽；c. 在模具的冷却作用下，与模壁接触的浆料表面首先固化，然后中心部分的浆料冷却收缩， 造成体积缩小而形成泡.可以通过提高注射能量如压力、速度和料量，改善喷嘴、流道和浇口的流动状，改善模具排气状况，适当提高模具温度等方法来解决镁水泥制品气孔率的问题.本实验通过加入骨料质量1%的表面活性剂，在相同注射条件下可大大改善制品的气孔率.3结语氯氧镁水泥制品成型过程中产生的气泡和收缩是影响制品质量的关键因素，对它们控制的好坏不仅决定制品成型是否美观，而且影响着制品的强度.由成型过程的研究可知：a. 注射压力与注射时间呈U形曲线函数，本实验最佳注射压力为44.8 ～46 MPa，注射时间为1.5～3.5 s.b. 在其它条件一定的情况下，收缩率随着成型时间的增加呈降低趋势，成型时间越长，收缩率越小，达到一定值后，收缩率几乎不再变化.c. 收缩率随注射速率的增加呈降低趋势，注射速率越大，收缩率越小，在保证注射压力最小时，有一个最佳注射速率，本制品的最佳注射速率为7.5 cm3/s.