生產(chǎn)氯氧鎂水泥制品模具材料的研究

李加加，胡舜欽

（湖南工業(yè)大學(xué) 包裝與材料工程學(xué)院，湖南 株洲 412007）

生產(chǎn)氯氧鎂水泥制品模具材料的研究

李加加，胡舜欽

（湖南工業(yè)大學(xué) 包裝與材料工程學(xué)院，湖南 株洲 412007）

氯氧鎂水泥是一種性能良好的無機非金屬材料，應(yīng)用十分廣泛。但氯氧鎂水泥具有較強的粘接性、腐蝕性，因此對其生產(chǎn)模具有較高的要求。采用不同模具材料用于生產(chǎn)氯氧鎂水泥制品，對氯氧鎂水泥生產(chǎn)過程中氯氧鎂水泥對模具的影響進行了研究。研究結(jié)果表明：以鋁合金為基體材料和復(fù)合有機硅為涂層材料制備的模具具有良好的耐鹽腐蝕及老化、高強度和耐磨性。采用涂層材料處理的鋁合金模具具有使用周期長、脫模快等特點，較好地解決了氯氧鎂水泥對模具粘接和腐蝕問題，提高了氯氧鎂水泥的生產(chǎn)效率和產(chǎn)品品質(zhì)。

氯氧鎂水泥；模具；復(fù)合有機硅涂層材料

0 引言

1867年，瑞典學(xué)者索瑞爾（S.Sorel）發(fā)明了一種膠凝材料，由輕燒MgO, MgCl2和H2O三者按照一定配比調(diào)和形成，這就是氯氧鎂水泥，又稱索瑞爾水泥。與其他的水泥相比，氯氧鎂水泥具有一系列的顯著優(yōu)勢，因此常被用于制作門窗框，包裝箱底座、墻體、地板磚等簡易產(chǎn)品。

目前，氯氧鎂水泥的應(yīng)用領(lǐng)域越來越廣，針對氯氧鎂水泥的研究也越來越多[1-5]，但有關(guān)氯氧鎂水泥制品模具材料的選擇及其對氯氧鎂水泥制品生產(chǎn)影響研究的文獻卻很少。由于氯氧鎂水泥具有一定的粘接性，常粘附在模具表面，導(dǎo)致脫模難和時間長、制品表面不光滑等問題，因此塑料薄膜常被作為模具內(nèi)襯而用于生產(chǎn)氯氧鎂水泥制品。但是塑料薄膜內(nèi)襯容易變形，擠壓后易發(fā)生褶皺，影響制品表面的光滑度。有機硅涂料是一種性能優(yōu)良的涂料，它具良好的耐腐蝕、耐高溫等特性[6-11]。因此，本研究擬利用有機硅為涂層材料處理鋁合金模具，并應(yīng)用于氯氧鎂水泥制品生產(chǎn)中，以解決氯氧鎂水泥對模具粘接和腐蝕問題，提高氯氧鎂水泥的生產(chǎn)效率和產(chǎn)品品質(zhì)。

1 試驗部分

1.1 試驗材料

1.1.1 制備模具的基體材料

高密度聚乙烯塑料（high-density polyethylene plastics, HDPE）5306J，注塑級，長興電器材料有限公司生產(chǎn)；1.5cm×10cm×10cm有機玻璃鋼板材，長益玻璃鋼有限公司生產(chǎn)；普通鋼（ (P)≤0.045%，(S)≤0.050%），天磊金屬材料貿(mào)易有限公司生產(chǎn)；A04131鋁合金，上海澳鋒金屬制品有限公司生產(chǎn)。

1.1.2 表面涂層材料

XY7500聚氨酯改性有機硅涂料，蕪湖鳳凰涂料公司生產(chǎn)；DS150環(huán)氧樹脂改性有機硅涂料，嘉諾有機硅有限公司生產(chǎn)；SX188-YJG有機硅涂料，天津瑞馳雷德涂料有限公司生產(chǎn)。

1.2 試驗儀器

馬弗爐；玻璃棒；玻璃杯；JCM-6000 NeoScope臺式掃描電鏡，北京美嘉圖科技有限公司生產(chǎn)；YW-10鹽霧箱，上海新苗醫(yī)療器械有限公司生產(chǎn)；紫外老化試驗箱，杭州奧科環(huán)境試驗設(shè)備有限公司生產(chǎn)。

1.3 磨具的形狀與尺寸

本文中使用的磨具均為簡易磨具，使用5塊材質(zhì)相同，長110mm、寬50mm、厚5mm的板材，并在其中2塊上鑿出3個3mm深的嵌溝。圖1所示為簡易磨具的俯視圖。

圖1 簡易模具俯視圖Fig.1 Vertical view of simple mould

1.4 試驗過程

1.4.1 氯氧鎂水泥的制備

分別稱量65g氧化鎂（工業(yè)級）、30g氯化鎂（工業(yè)級）、15g水，將氯化鎂溶解在水中，再將氧化鎂加入氯化鎂水溶液中攪拌均勻，即可得試驗應(yīng)用氯氧鎂水泥。按上述操作重復(fù)制作即可得到相同成份的氯氧鎂水泥。

1.4.2 涂層材料處理模具方法

1）聚氨酯改性有機硅涂料處理模具方法

將配置好的聚氨酯改性有機硅涂料均勻地涂抹在模具表面，然后將其放置在馬弗爐中，溫度設(shè)置為150℃，烘烤0.5h后取出冷卻。

2）環(huán)氧樹脂改性有機硅涂料處理模具方法

將配置好的環(huán)氧樹脂改性有機硅涂料均勻地涂抹在模具表面。可在溫度為80℃的條件下，將其放置在烘箱中烘烤2h；也可將其放置在陽光充足的地方自然風(fēng)干。

3）有機硅涂料處理模具方法

將配置好的有機硅涂料均勻地涂抹在模具的表面，使用馬弗爐在溫度為250℃的條件下烘烤0.5h，使其表面結(jié)成一層光滑透明的表層。

1.4.3 掃描電鏡

本試驗使用表面涂層材料處理過的模具，利用機械刀剪切一塊5mm×5mm的小方塊，將樣品鍍晶后放置在JCM-6000 NeoScope 臺式掃描電鏡中，按照試驗儀器使用步驟操作，并測量數(shù)據(jù)。

1.4.4 中性鹽霧試驗

鹽霧試驗是一種檢驗涂層耐蝕性的加速腐蝕試驗經(jīng)典方法，它模擬沿海環(huán)境大氣條件對試驗樣品進行快速腐蝕試驗。本試驗采用上海新苗醫(yī)療器械有限公司的 YW-10鹽霧箱, 按照GB /T10125—1997中的中性鹽霧試驗方法進行[12]。

1.4.5 紫外老化試驗

紫外老化試驗是一種檢測涂層材料使用周期的常規(guī)方法，它模擬自然界中太陽光的紫外線能譜對材料進行紫外光輻射老化試驗。本試驗采用杭州奧科環(huán)境試驗設(shè)備有限公司的紫外老化試驗箱，按照GB/T16585—1996中的紫外老化實驗方法進行實驗。

1.4.6 涂層材料強度的檢測

本研究采用鉛筆法測定涂層材料的強度。通過在涂層上推壓已知硬度標(biāo)號的鉛筆，以沒有使涂層出現(xiàn)劃痕的最硬的鉛筆的硬度為涂層的硬度。本研究按照GB/T6739—1996中的相關(guān)要求進行涂層材料強度的檢測。

2 分析與討論

2.1 不同材料的模具對氯氧鎂水泥制品生產(chǎn)的影響

制作4份相同成份的氯氧鎂水泥，并將其分別加入4個不同材料制作的模具中，在恒溫25℃條件下風(fēng)干7d，之后脫模，并重復(fù)試驗50次。對比脫模之后模具的形態(tài)，記錄實驗情況如表1所示。

表1 不同材料模具脫模后情況Table1 Description of different material moulds after demoulding

對比表1中的脫模情況不難發(fā)現(xiàn)，由于氯氧鎂水泥中含有大量的氯離子，對模具的腐蝕性很強，使得模具的使用周期大大地縮短。氯氧鎂水泥的粘接性導(dǎo)致氯氧鎂水泥制品在風(fēng)干后脫模難。從4種模具材料對比來看，金屬類模具比聚乙烯模具、有機玻璃鋼模具的粘接情況輕；但就腐蝕情況及脫模難易情況來看，4種模具中聚乙烯模具與有機玻璃鋼模具比金屬類模具的腐蝕程度輕。氯氧鎂水泥的粘黏性、腐蝕性導(dǎo)致了模具的使用周期縮短，生產(chǎn)的時間加長，產(chǎn)品的生產(chǎn)效率低下。

2.2 不同涂層材料性能的研究

2.2.1 使用涂層材料處理過的模具對氯氧鎂水泥制品生產(chǎn)的影響

使用3種不同的涂層材料處理鋁合金模具，將配置好的3份成份相同的氯氧鎂水泥加入3個模具中，恒溫25℃風(fēng)干7d后脫模，重復(fù)試驗50次。對比脫模后模具的形態(tài)，記錄試驗情況如表2所示。

表2 不同涂層材料處理過的模具脫模后情況Table2 Demoulding description of moulds modified by different coating material

分析表2可知，使用3種涂層材料處理模具可以很好地脫模得到氯氧鎂水泥制品，說明3種涂層材料跟氯氧鎂水泥的粘接性較差，滿足了氯氧鎂水泥生產(chǎn)的需要，符合表面涂層材料的基本要求。

2.2.2 材料涂層的表面結(jié)構(gòu)

使用3種不同的涂層材料處理50mm×50mm鋁合金，并使用掃描電鏡檢測3種不同涂層材料的表面結(jié)構(gòu)，其結(jié)果如圖2所示。

圖2 3種涂層材料的表面掃描電鏡圖Fig.2 The SEM pictures of Al mould surface modified by three kinds of coating material

對比圖2不難發(fā)現(xiàn)，3種涂層材料表面結(jié)構(gòu)是非常質(zhì)密的，特別聚氨酯改性有機硅涂料和機硅涂料在放大的情況下依然可以看出其表面光滑程度。3種涂層材料能夠滿足生產(chǎn)的需要，滿足選取表面涂層材料的基本要求。

2.2.3 涂層材料與模具基體材料的粘接性

使用3種不同的涂層材料處理50mm×50mm鋁合金，并使用掃描電鏡檢測3種不同涂層材料的側(cè)面結(jié)構(gòu)，其結(jié)果如圖3所預(yù)示。

圖3 3種涂層材料的側(cè)面掃面電鏡圖Fig.3 The side SEM pictures of Al mould modified by three kinds of coating material

由圖3可知，聚氨酯改性有機硅涂料與鋁合金的粘接性最好，其次是環(huán)氧樹脂改性有機硅涂料，而有機硅改性涂料與鋁合金的粘接性比較差。從圖3c中可以看出，有機硅涂料與鋁合金之間有明顯的空隙，這說明有機硅改性涂料不符合氯氧鎂水泥生產(chǎn)過程中模具涂層材料的基本要求。

2.2.4 涂層材料的抗鹽霧性

將4塊50mm×50mm鋁合金片中的3塊使用3種不同的涂層材料處理，然后將它們放置到鹽霧試驗裝置中。采用5%的氯化鈉鹽水溶液作為噴霧用的溶液，且溶液pH值調(diào)整在中性范圍（6～7），在溫度為35℃的條件下進行試驗，圖4為鹽霧試驗結(jié)果圖。

圖4 鹽霧試驗結(jié)果Fig.4 Results of salt spray test

從圖4中可以看出：在同樣的條件下，不同涂層對基體鋁合金的耐蝕性的影響有很大的差異。結(jié)果表明，空白試樣在 68h就出現(xiàn)明顯的局部腐蝕，而在聚氨酯改性機硅涂料、環(huán)氧樹脂改性有機硅涂料和有機硅涂料分別經(jīng)過了235, 189和193h才出現(xiàn)點蝕，可見由于涂層材料的使用，大幅度提高了基體鋁合金的耐蝕性能。

2.2.5 涂層材料的耐老化性

使用3種不同的涂層材料處理50mm×50mm鋁合金板材，將其放置在紫外老化試驗箱中進行老化試驗。具體數(shù)據(jù)如表3所示。

表3 涂層材料的耐老化性能測試結(jié)果Table3 The experiment data of coating material aging performance

由表3可知，3種涂層材料的使用周期都在10a以上。使用涂層材料處理模具可以在很大程度上保證模具的使用周期，滿足了氯氧鎂水泥制品在生產(chǎn)中的需要。

2.2.6 涂層材料硬度的檢測

使用H鉛筆在不同涂層材料處理過的鋁合金片劃動的方法來檢測涂層材料的強度，所得具體數(shù)據(jù)如表4所示。

表4 涂層材料的硬度測試結(jié)果Table4 The experiment data of the coating materials’ hardness

由表4可知，3種涂層材料均具有一定的強度，其中聚氨酯改性有機硅涂料的強度最高。在氯氧鎂水泥制品生產(chǎn)過程中，由于模具的反復(fù)使用而磨損會影響生產(chǎn)，涂層材料具有一定的強度，可以在一定程度上避免模具的損耗，同時可以保證生產(chǎn)過程中不會出現(xiàn)使用次數(shù)較少就要重新給模具涂層的情況，保證了氯氧鎂水泥的生產(chǎn)效率。

3 結(jié)論

1）氯氧鎂水泥具有較強的粘接性，對生產(chǎn)模具的要求很高。通過對比4種材料制作的模具，發(fā)現(xiàn)金屬類的模具更適合氯氧鎂水泥生產(chǎn)的需要。

2）氯氧鎂水泥具有較強的腐蝕性，金屬類模具能夠滿足生產(chǎn)的需要但腐蝕嚴(yán)重，工廠常給模具增加塑料薄膜內(nèi)襯，但塑料薄膜內(nèi)襯容易變形，擠壓后易發(fā)生褶皺，影響制品表面光滑度。而通過涂層材料處理模具內(nèi)表面可以較好地解決這一問題。

3）模具涂層材料具備耐腐蝕性，表面光滑等特點，本研究成果較好地解決了氯氧鎂水泥對模具粘接和腐蝕問題，提高了氯氧鎂水泥的生產(chǎn)效率和產(chǎn)品品質(zhì)。

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（責(zé)任編輯：申 劍）

Investigation into Mould Materials Used for Magnesium Oxychloride Cement Products

Li Jiajia，Hu Shunqin
（School of Packaging and Material Engineering， Hunan University of Technology， Zhuzhou Hunan 412007，China）

Magnesium oxychloride cement（MOC） is a kind of inorganic nonmetal material and is used widely. As it has strong adhesion and corrosion, there are higher requirements for MOC product mould. The different mold materials are used for MOC product and the influences of MOC on the different mould are investigated. The results show that the mould with aluminum alloy as matrix material and composite silicone as coatings has high strength and good salt corrosion, aging and wear resistance. The coated material-modified aluminum alloy mold in the research has characteristics of long use period and fast demolding, and it has solved the die bonding and corrosion problems of the magnesium oxychloride cement and improved the magnesium oxychloride cement production efficiency and product quality.

magnesium oxychloride cement；mould；composite organic silicone coating material

TG178

A

1673-9833(2014)02-0023-05

2014-01-15

李加加（1991-），男，河南鶴壁人，湖南工業(yè)大學(xué)碩士生，主要研究方向為材料替代及工藝更新，

E-mail：718190469@qq.com

10.3969/j.issn.1673-9833.2014.02.005