水玻璃有机脂自硬砂的研究

1、水玻璃有机脂自硬砂的研究一、前言：在单件小批量的铸件生产中，我国应用自硬型砂工艺來改善手工造型工人的劳动条件，提高劳 动效率，改善铸件质量，取得了枳极的成果，我国从七i-年代初期开始，便对水玻璃白换砂着手研究 开发。根据我国长期來在铸钢生产中应用这种自硬砂的体会，认为水玻璃有机脂没有咲喃树脂砂所存 在的那么严重的环保，价格，气孔缺陷，铸钢增碳等问题，而且适应性强。二、影响碾化反应的因素：水玻璃有机脂自硬砂是以石英砂（或其它特种砂）为原砂，水玻璃为粘结剂，易水解的液状有 机脂为硬化剂的自硬性型砂。影响水玻璃有机脂硬化反应的因素很多，其中主要有三个因索，有机脂 的种类、水玻璃模数、环境温度。1脂的

2、种类的影响有机脂的种类很多，它们的化学性又大不相同，与水玻璃z间破化反应的速度相差悬殊，据有 关资料介绍可以快到几分钟，慢到几小时，这样就町以根据生产需要，选用不同速度的硬化剂搭配。为了解决冬季mdt-901硬化反应过慢的问题，在mdt-901小加入适址的调节脂，硬化反 应速度显著加快，表1是采用2.6模数水玻璃的对比试验数据。2、水玻璃模数的彫响试验证叨水玻璃模数越高，駛化反映速度越快。表2是不同模数的水玻璃硬化反应的数据。混合脂和mdt-901硬化反映速度对比（其它条件相同）序号脂类口硬砂抗压强度mpa1小时1.5小时2小时3小时8小时1混合脂0.150.240.420.541.0821m

3、dt-900.020.110.180.381.13、环境温度的影响系统温度是大多数化学反应的条件之一，造型足在敞开的条件下操作，所以环境温度气温 对硕化反应速度的影响很大，为适应生产需耍，低温季节必须使用硕化调节脂（见表1）表3数据说 明温度对硬化反应的影响。表2：不同模数的水玻璃硬化反应速度对比序 号水 玻璃模 数型砂配方口破砂抗压强度（mpa）原 砂水玻璃脂0.5小时1小时1.5小时2小时3小时5小时8 小时12.810040.40.380.80.90.951.11.41.522.4 i1003.50.50.050.320.60.70.80.951.1表3：不同季节和同配方的型砂硬化反应速

4、度对比序号试验月份（气温°c）自硬砂抗压强度（mpa）1小时2小时3小时4小时5小时17 月（30°c 左右）0.30.951.11.421 月（0°c 左右）0.0880.150.280.350.4%1. 原材料及配方工艺原材料及配方工艺（一） 原材料仁原砂水玻璃有机脂自硬砂对原砂的要求不象树脂砂那样苛刻，当然粒形比较好、灰、粉少，粒度分 布好的原砂，水玻璃加入址可经减少，我们原则上规定，作为而砂的石英砂，其成分级别在2s以上 粒度为5# （40/70或45/75目），水分含量v1,过去在生产屮应用江、浙一带的人工石英砂、粒形 和灰、粉含量均不够理想，因而水玻璃

5、加入量较多，一般为原砂量的1.5%左右，采用粒形好，粉尘 少的海砂，水玻璃加入量为原砂的3%。2、水玻璃前而已经说叨，水玻璃的模数明显影响型砂的硕化反应速度，同时对型砂 强度和溃散性也有较 大影响，在主产中所使用的水玻璃，其模数为2.4左右，浓度为4&52be。3、有机脂脂的种类很多，而它们的化学活性又不相同，用它们作为水玻璃型砂的硬化剂，可以在很大的 范围内调节反应速度，h前根据国内资源和价格情况，应用mdt-901和1#调节脂，对其质量要求如 下：（2）1#调节脂：（工业级）随着我国石油化工生产的迅速发展，不但为有机脂的生产提供了丰富的原料，而且u经开发出系列有机脂硬化剂，其硬化反

6、应速度可根据工艺需要选择。（二） 配方及混砂工艺仁型砂配方根据工艺需要，可以选用不同种类的原砂配制水玻璃有机脂自硬砂，以获得优质铸件，通常应 用最多的是石英砂，其配方表4。表4：水玻璃有机脂向硕砂配方表材料名称石英砂mdt-901水玻璃加入量（）1000.3-0.43.32、 混砂工艺拌匀拌匀原砂+硕化剂+水玻璃 放砂混砂要求拌和均匀，越快越好，釆用连续式混砂机配制型砂随混随用，二节搅拌槽，搅拌时间 约15秒钟。四、型砂性能及其对铸造主产和铸件质量影响水玻璃肓机脂白硬砂具有良好综合性能，强度高，水分低，透气性和流动性好，适应于大件、 单件、小批量产品组织机械化流水线生产。1、型砂硕化速度快，强

7、度高见表5表5：生产现场型砂自硕砂测试记录之一硬化时间（小 吋）50.11.52346824抗压强度0.0.0.1.1.1.1.1.1.8(mpa)3285050224269761由于型砂强度高，造型时芯骨町以简化，砂型表面不需插园钉，铸件不产主夹砂，结疤缺陷， 既节约辅助材料，乂提高生产效率。另一方面由于黑砂强度高，型砂硬化后起模就比较困难，因而要求木模有较大的拔模斜度，最 好采用抽芯结构的木模。2、型砂透气性好水玻璃有机脂口硬砂由丁-不加粉料，不用碾压，在采用相同原砂时其透气性比其它种类的型砂 好，采用5#人造石英砂配制的普通水玻璃的透气率仅有700afa左右，提高了型砂的透气性，必然 减

8、少铸件的气孔缺陷，并能消除铸件表面气孔，改善铸件表面粗糙度。3、型砂水分量低水玻璃有机脂自硬砂水分倉量在3%左右，普通水玻璃砂约5%左右，因而型砂硬化后不需进一 步干燥，便能浇注铸件一般不会产生气孔缺陷，而普通水玻璃砂铸件产生气孔缺陷的倾向较大。4、型砂流动性好我们用如下试验提供一个可比较的数据，以（p100*100 z圆筒，灌满型砂，刮平后垂直提起， 测得塌落高度（即100减去残爾高度）作为流动性指标（见表6）。表6：几种型砂流动性对比表型砂种类流动性指标原砂50水玻璃有机脂自硬砂45普通水玻璃砂31膨润土烘模砂25表小数据说明水玻璃有机脂口硬砂的流动性很好，极易充满型腔，容易紧实，因而为实

9、现造型 机械化开了方便之路，实践证明，釆用掘实台紧实水玻璃有机脂自不更砂砂型，动力省，速度快，效果 好。5、粘模性水玻璃有机脂自硬砂对丁一般模型不粘模不需要特姝脱模齐丄但対于新油漆的木模j1t mdt 系列脂足一种良好的有机溶剂，能溶解漆模，因而产生粘模现象，故水玻璃有机脂卅更砂用的木模， 只要求表面光洁，可不上油漆，或上有脂中不溶的树脂漆。6、成型性良好由于水玻璃有机脂丹硬砂具有的流动性和较高的硬化强度，又不粘模，这就构成了 11好的成型 性，砂型轮廓清晰，即使是黏附在砂箱壁上的极薄的型砂，也不塌落。7、粘附性水玻璃有机脂自硬砂具有的粘附性，新配制的型砂能够牢固地粘附在已硕化的型砂表面，利用

10、 这一性能,在型砂损坏部位修型时只耍在损坏部位插儿阴钉，复上新配制的型砂,待其硕化到适当强 度，修刮成型。& 发气性水玻璃有机脂口破砂在高温下能够转变成气体很少，是一种低发气性型砂，其发气量(1000c) 为12ml/g老配方现在要防发气量应低在我厂使用的儿种型砂中是最低的，对丁生产排气i木滩的复杂 砂芯极为有利。9、存放性用水玻璃有机脂砂生产的砂型可以较长时间保存而不变质，它不同丁 c02气体硬化的水玻璃砂 型，没有表面粉化的问题，但在存放期间应防水砂型受潮而影响铸件质量。10. 溃散性由于水玻璃有机脂口破砂所用水玻璃模数较高，加入量较少，而其破化反应产物在高温下可分 解和燃烧，使硅

11、凝胶黏结被破坏因而具有良好的溃散性，其受热残强见表7。表7：水玻璃仃机脂口硬砂受热残强受热温度°c0012000030400500600700800900010残昭抗 压强度(mpa).811.75.71551.261.660.350.230.20.20.如果选择优质原砂，进一步降低水玻璃质量，型砂溃散性还可进一步改善。五、水玻璃有机脂自不更砂工艺试验特点水玻璃有机脂自硕砂，是一种化学自硬砂，其硕化过程是以有机脂和水玻璃之间的化学反应过 程为主，该反应吸收水分，同时其反应产物之一一醋酸吸水结晶，也是促进水玻璃胶凝的因素， mdt-901为例，其化学反应如下：1、醋水解产生醋酸x (c

12、h2cooch2) 2o+xh2o x (hoch2ch22o-2xch2cooh (1)2、酷酸与水玻璃应中和haoh使水玻璃模数不断提岛2xch2cooh+k (na2omsio2) +nh2o2xnaoocch2+ (k-x) (na2oxkm/k-xxsio2) + (n+x) h2o. (2)综合以上而步反应x (ch2cooch2ch2) 20+k (na2omsio2) +nh2ox (hoch2ch2) 2o+2xnacoch2+ (kx)（na20 xkm/k-xxsio2） + （n-x） h20 （3）在km/k x式中随着x值的增加km/k x的值增加则水玻璃模数提高。

13、以上反应过程稳定性地说明一定量的二乙二醇二乙酸醋与一定量的水玻璃反应，使得水玻璃的 模数提高。在以上反应式中，m是我们选用的水玻璃模数，k是加入的水玻璃量（克分了数）x是未知数， 由km/k- x所要达到的模数值來确定。上海交通人学铸造教研室关于水玻璃老化现象及其防治的垠新研究成果，认为立方八硅酸 是水玻璃中聚合硅酸的基木成分，而随着水玻璃模数的提高，立方八硅酸含量增加，当水玻璃模数达 到4时，立方八硅酸及其缩聚物含量占70%o结合我们长期试验和生产过程中的经验教训，我们认为把km/k -x定为4是适当的，以次为依 据便可以计算出一定量不同模数的水玻璃硕化反应所需要的耗脂量，以次來指导口硬砂的

14、工艺试验大 有补益。以此为依据，根据上海地区市售水玻璃规格cm=2.2-2.4 am=3.6）按不同比例混合后每千 克与双脂反应其模数上升到4所需醋克分子数见图1。模数耗醋量（克分子）3.60.963.50.903.40.843.30.783.20.723.10.663.00.602.90.542.80.482.70.422.60.362.50.302.40.242.3 /0.182.20.12每千克混合水玻璃，反应至4模数时的耗脂量（双脂）在应用时只要根据图1查到所需克分子数再乘上所应用醋的克分子量便是每千克该水玻璃反应 到4模数所需脂的质量。往往有这样的情况，在做工艺试验时，按照试验配比呢制的自硬砂的试样，强度性能很好，当 应用该配方进行试生产时，有时产生塌箱的质量事故。分析其原因，一般为破化剂加入量偏低，故反 应不完全，因为试样体积小，受外界因素影响较人，而砂型，砂芯不能完全硬化就要塌落。在控制哽化反应