菱镁复合材料是以轻烧镁粉(M gO ) 为主要胶凝物质, 以氯化镁(M gCl2) 溶液为拌合剂, 以其它矿物粉剂工业废渣及农作物秸杆粉末为填充材料, 以玻璃纤维、竹蔑或苇蔑为增强材料,经配料、搅拌、成型、养护而成的制品。轻烧镁粉是以菱镁矿在850 度左右煅烧磨细而成。我国菱镁矿产资源丰富, 居世界{dy}。现已探明储量约30 亿吨(远景储量约80 亿吨) , 占世界储量的五分之一。辽宁、山东成为全国菱镁原材料生产供应基地。我国氯化镁储量也相当丰富, 主要产地是青海盐湖及沿海各制盐厂副产品。因此我国发展菱镁复合材料具有得天独厚的优势。
     近年来我国菱镁材料得到了很快发展, 应用领域越来越广,材料性能也在不断提高和稳定, 但由于气密性胶凝材料的本质所决定, 在性能方面总有这样或那样的不足, 如耐水性和抗老化性不如硅酸盐胶凝材料, 耐酸碱和表面装饰性能不如高分子材料。为了改善与克服菱镁材料的缺陷, 国内诸多研究者做了大量工作, 各种菱镁材料外加剂也应运而生, 其种类繁多, 不尽相同。有些外加剂对改善菱镁材料的性能确实起到了一定作用, 而有些作用甚微, 但成本增加了不少, 有的还带来二次污染。笔者经过多年努力研究出新型菱镁材料的配比与工艺, 以期待与同仁探讨。
1 材料与配比
新型菱镁复合材料主要是由氧化镁(M gO )、氯化镁(M gCl2)、活性添加剂、改性剂(1)、改性剂(2)、玻璃纤维增强材料组成基层; 由高分子材料及助剂、色浆组成彩釉层; 以及由偶联层复合而成。现分别表述如下:
1.1 基层比(重量比) 为: 氧化镁20- 30% (轻烧镁粉重量×M gO 含量×活性M gO% ) ; 氯化镁溶液30- 40% (波美度为25- 30) ; 活性添加剂20- 45%; 改性剂(1) 016- 112%; 改性剂(2) 013- 015%
1.2 彩釉层配比(重量比) : 高分子聚合物: 固化剂: 促进剂:有机色浆= 1: 012: 013: 016: 0106
1.3 活性添加剂由活性粉煤灰与硫酸废渣组成, 重量比例为: 3: 1- 3: 115
活性粉煤灰的制备: 由火力发电厂而来的粉煤灰的颗粒粒径大部分在45Lm 以下, 其中玻璃微珠粒径平均10～ 30Lm, 正常情况下玻璃微珠的微孔被杂质堵塞, 比表面积很小, 所以活性也很小, 为提高比表面积活性, 加入95% 的工业硫酸或废硫酸可达到上述目的, 而且硫酸与粉煤灰所产生的反应物为硫酸盐对氯氧镁材料有很好的促进作用。
1.4 改性剂(1) 为含固量大于45% 的高分子乳夜
1.5 改性剂(2) 为磷氧化物: 过磷酸盐= 1: 3- 6 (重量)
1.6 偶联层为经过特殊处理的非金属矿物
1.7 玻璃纤维增强材料为中碱网格布或开刀丝
2 工艺过程
先将1.1 和1.2 组分在不同的容器里制成料浆, 将1.5 加入1.4 中搅拌均匀并一起加入1.1 中。根据不同产品以下工艺有所不同, 以手工制屋面瓦(小波、中波) 为例:将1.2 均匀的铺于聚酯薄膜上, 将1.6 (偶联剂) 均匀的铺散在1.2 上, 将1.1 以1- 115mm 的厚度均匀的铺抹在1.6 上, 再把1.7 铺上并压实, 以三层浆两层布方式重复, {zh1}铺盖上聚酯薄膜, 将上述过程制得的复合材料体置于模具上静停硬化24 小时, 揭下聚酯薄膜即可得到初步成品。若终端产品是井盖或树篦, 可在1.1 的基础上加入10% -30% 的锯末或木屑, 将玻璃纤维布换成开刀丝, 再以竹篾增强,将1.2 均匀的涂于模具上, 然后再加入偶联层与基层料浆, 振动密实, 静停硬化, 24 小时脱模即可制成初产品。
3 硬化反应机理
3.1 常温气凝镁质材料胶凝力学性能的主要相结构与相组分为: 5M g (OH) 2·M gCl2·8H2O。在生产中,M gO (氧化镁) 的反应摩尔比是多少, 这是技术的核心。它的用量确定是通过M gO?M gCl2 的不同摩尔比的胶凝硬化体, 分别测试不同龄期的强度及防水性能, 确定{zj0}组分的物理力学性能, 同时用X 衍射及电子显微观察确定组分的相组成和{zj0}用量, 作为M gO?M gCl2 的摩尔比用量应大于5, 这是一个基本原则。作为确定配比用量的M gO 应是活性M gO , 即在常温下(10- 35℃) 和特定的时间内发生水化反应的氧化镁。作为刚出厂M gO 含量在80% 一85% 的轻烧镁粉, 其活性氧化镁的含量大都是65% 左右, 若以轻烧镁粉中M gO 含量作为摩尔配比计算依据必然导致M gCl2 的用量过剩。在确定正确计算依据的情况下还应注意轻烧氧化镁中的活性氧化镁含量不是一成不变的, 在储存过程中由于受潮或吸收空气中的水分形成水镁石M g (OH ) 2从而降低活性M gO 的含量, 这种情况在我国南方尤为突出。因此生产企业必须不定期地测定轻烧粉中的活性M gO 含量、调整M gCl2 的用量和配比组成, 以动态科学的配比克服返卤、泛霜现象。
3.2 外加剂的影响
3.2.1 活性粉煤灰与活性硫酸废渣的加入可以有效地抑制返卤提高强度和软化系数, 其原理在于它们的加入不仅能降低成本而且能有效地和M g2+ 形成M gSiO3 和3M gHPO3·3H2O 等抗水性强的结晶胶凝化合物, 并改变氯氧镁复盐结接点, 增强了晶体间的穿透和粘附力, 从而提高材料的强度和抗水性。活性物质不但参与硬化反应, 而且可以吸附游离的M gCl2, CaO , 从而提高氯氧镁材料的强度, 抑制返卤。在此之前均采用滑石粉或碳酸钙粉等惰性矿物质, 成本高作用小。
3.2.2 改性剂是由高分子乳夜和磷化物组成。它可以堵塞材料毛细通道, 使游离的泛霜物质不能溢出, 降低吸率, 同时它还能够提高材料的后期强度。
3.2.3 彩釉层在氯氧镁胶凝材料的表面有机的复合一层高分子材料, 可以更彻底的解决返霜, 吸水率高, 表观饰性不强、光泽度耐久性差等问题。
3.2.4 偶联层偶联层的使用可以使基层与彩釉层牢固有机得结合在一起。大家知道, 有机物和无机物在正常情下是不能相互融合的, 本复合材料的基层是无机物质, 而面层是有机高分子材料, 为此笔者曾试用过很多材料和方法, 本偶联剂的使用达到了理想的效果, 其原理在于, 干燥非金属矿物的一端与有机材料牢固的结合, 另一端与无机材料牢固的结合。综上所述, 利用本配比和工艺所配制的菱镁复合材料具有成本低、耐水性好、不返霜、吸水率低、表面琉璃光泽耐久、装饰性强等特点, 相关产品可达到或超过国家有关标准。