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、刖百：在单件小批量的铸件生产中，我国应用自硬型砂工艺来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，取得了积极的成果，我国从七十年代初期开始，便对水玻璃自硬砂着手研究开发。根据我国长期来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吠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、影响硬化反应的因素：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，其中主要有三个因素，有机脂的种类、水玻璃模数、环境温度。1、 脂的种类的影

2、响有机脂的种类很多，它们的化学性又大不相同，与水玻璃之间硬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，这样就可以根据生产需要，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中加入适量的1#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、 水玻璃模数的影响试验证明水玻璃模数越高，硬化反映速度越快。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）序号脂类自硬砂抗压强度MPa1小时1.5小时2小时3小时8小时1混合脂0.150.240.421110.541.082MD

3、T-9010.020.110.180.381.13、 环境温度的影响系统温度是大多数化学反应的条件之一，造型是在敞开的条件下操作，所以环境温度气温对硬化反应速度的影响很大，为适应生产需要，低温季节必须使用硬化调节脂（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水玻璃模数型砂配方自硬砂抗压强度（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12.810040.40.380.80.90.951.11.41.522.41003.50.50.050.320.60.70.80.951.1表3:不同季节相同配方的型砂硬化反应速度对比序号试验月份

4、（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（30C左右）0.30.951.11.421月（0C左右）0.0880.150.280.350.4三、原材料及配方工艺原材料及配方工艺（1） 原材料1、 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，水玻璃加入量可经减少，我们原则上规定，作为面砂的石英砂，其成分级别在2s以上粒度为5#（40/70或45/75目），水分含量1,过去在生产中应用江、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

5、加入量为原砂的.3%。2、 水玻璃前面已经说明，水玻璃的模数明显影响型砂的硬化反应速度，同时对型砂强度和溃散性也有较大影响，在生产中所使用的水玻璃，其模数为2.4左右，浓度为48-52Be。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，目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：(1)MDT-901:脂含量96%,游离酸含量0.5%（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，而且已经开发出系列有机脂硬化剂，其硬化反应速度可根据工艺需要选择。

6、（2） 配方及混砂工艺1、 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4o表4:水玻璃有机脂自硬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+硬化剂+水玻璃放砂混砂要求拌和均匀，越快越好，采用连续式混砂机配制型砂随混随用，二节搅拌糟，搅拌时间约15秒钟。四、型砂性能及其对铸造生产和铸件质量影响水玻璃有机脂自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、型砂硬化速度快，强度高见表5表5:生产现场型砂自

7、硬砂测试记录之一硬化时间（小时）0.11.523416824抗压强度（Mpa）0.320.850.051.021.21.421.691.761.81由于型砂强度高，造型时芯骨可以简化，砂型表面不需插园钉，铸件不产生夹砂，结疤缺陷，既节约辅助材料，又提高生产效率。另一方面由于型砂强度高，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。水玻璃有机脂自硬砂由于不加粉料，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

8、。3、 型砂水分量低水玻璃有机脂自硬砂水分含量在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4100*100之圆筒，灌满型砂，刮平后垂直提起，测得塌落高度（即100减去残留高度）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表中数据说明水玻璃有机脂自硬砂的流动性很好，极易充满型腔，容易紧实，因而为实现造型机械化开了方便之路，实践证明，采用据实台紧实水玻璃有机脂

9、自硬砂砂型，动力省，速度快，效果好。5、 粘模性水玻璃有机脂自硬砂对于一般模型不粘模，不需要特殊脱模剂，但对于新油漆的木模，由于MDT系列脂是一种良好的有机溶剂，能溶解漆模，因而产生粘模现象，故水玻璃有机脂自硬砂用的木模，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自硬砂具有的流动性和较高的硬化强度，又不粘模，这就构成了良好的成型性，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硬化的型砂表面，利用这一性能，在型砂损坏部位修型时只要在损坏部位插几园钉，复上新配制的型砂，

10、待其硬化到适当强度，修刮成型。8、发气性水玻璃有机脂自硬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几种型砂中是最低的，对于生产排气困难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，它不同于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自硬砂所用水玻璃模数较高，加入量较少，而其硬化反应产物在高温下可分解和燃烧，使硅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:水玻璃有机脂自硬砂受热残强受热温度

11、c1002003004005006007008009001000残留抗压强度(MPa)1.81.751.71.551.260.660.350.230.20.2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、水玻璃有机脂自硬砂工艺试验特点水玻璃有机脂自硬砂，是一种化学自硬砂，其硬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(CH2COOCH2)2O+XH2OX(HOCH2CH22O-2XCH2COOH.(1)2、 醋酸与水玻璃应中和HaO

12、H使水玻璃模数不断提高2XCH2COOH+K(Na20msi02)+nH2O2XNaOOCCH2+(K-X)(Na20XKM/K-XXSiO2)+(n+X)H20-.综合以上而步反应X(CH2COOCH2CH2)2O+K(Na20msiO2)+nH2OX(HOCH2CH2)2O+2XNaCOCH2+(KX)(3)(Na2OXKM/K-XXSiO2)+(n-X)H2O,在KM/KX式中随着X值的增加KM/KX的值增加则水玻璃模数提高。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（克分子数）

13、X是未知数，由KM/KX所要达到的模数值来确定。上海交通大学铸造教研室关于水玻璃老化现象及其防治的最新研究成果，认为立方八硅酸是水玻璃中聚合硅酸的基本成分，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硬化反应所需要的耗脂量，以次来指导自硬砂的工艺试验大有补益。以此为依据，根据上海地区市售水玻璃规格（M=2.2-2.4及M=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。模数图I耗醋量（克分子）220.M07S0720.660.60。布0.420.360300.240.18012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，按照试验配比配制的自硬砂的试样，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，一般为硬化剂加入量偏低，故反应不完全，因为试样体积小，受外界因素影响较大，而砂型，砂芯不能完全硬化就要塌落。在控制硬化反应速度时也有