水玻璃有機(jī)脂自硬砂的研究

1、水玻璃有機(jī)脂自硬砂的研究一、刖百：在單件小批量的鑄件生產(chǎn)中，我國(guó)應(yīng)用自硬型砂工藝來(lái)改善手工造型工人的勞動(dòng)條件，提高勞動(dòng)效率，改善鑄件質(zhì)量，取得了積極的成果，我國(guó)從七十年代初期開(kāi)始，便對(duì)水玻璃自硬砂著手研究開(kāi)發(fā)。根據(jù)我國(guó)長(zhǎng)期來(lái)在鑄鋼生產(chǎn)中應(yīng)用這種自硬砂的體會(huì)，認(rèn)為水玻璃有機(jī)脂沒(méi)有吠喃樹(shù)脂砂所存在的那么嚴(yán)重的環(huán)保，價(jià)格，氣孔缺陷，鑄鋼增碳等問(wèn)題，而且適應(yīng)性強(qiáng)。二、影響硬化反應(yīng)的因素：水玻璃有機(jī)脂自硬砂是以石英砂（或其它特種砂）為原砂，水玻璃為粘結(jié)劑，易水解的液狀有機(jī)脂為硬化劑的自硬性型砂。影響水玻璃有機(jī)脂硬化反應(yīng)的因素很多，其中主要有三個(gè)因素，有機(jī)脂的種類(lèi)、水玻璃模數(shù)、環(huán)境溫度。1、 脂的種類(lèi)的影

2、響有機(jī)脂的種類(lèi)很多，它們的化學(xué)性又大不相同，與水玻璃之間硬化反應(yīng)的速度相差懸殊，據(jù)有關(guān)資料介紹可以快到幾分鐘，慢到幾小時(shí)，這樣就可以根據(jù)生產(chǎn)需要，選用不同速度的硬化劑搭配。為了解決冬季MDT-901硬化反應(yīng)過(guò)慢的問(wèn)題，在MDT-901中加入適量的1#調(diào)節(jié)脂，硬化反應(yīng)速度顯著加快，表1是采用2.6模數(shù)水玻璃的對(duì)比試驗(yàn)數(shù)據(jù)。2、 水玻璃模數(shù)的影響試驗(yàn)證明水玻璃模數(shù)越高，硬化反映速度越快。表2是不同模數(shù)的水玻璃硬化反應(yīng)的數(shù)據(jù)。混合脂和MDT-901硬化反映速度對(duì)比（其它條件相同）序號(hào)脂類(lèi)自硬砂抗壓強(qiáng)度MPa1小時(shí)1.5小時(shí)2小時(shí)3小時(shí)8小時(shí)1混合脂0.150.240.421110.541.082MD

3、T-9010.020.110.180.381.13、 環(huán)境溫度的影響系統(tǒng)溫度是大多數(shù)化學(xué)反應(yīng)的條件之一，造型是在敞開(kāi)的條件下操作，所以環(huán)境溫度氣溫對(duì)硬化反應(yīng)速度的影響很大，為適應(yīng)生產(chǎn)需要，低溫季節(jié)必須使用硬化調(diào)節(jié)脂（見(jiàn)表1）表3數(shù)據(jù)說(shuō)明溫度對(duì)硬化反應(yīng)的影響。表2:不同模數(shù)的水玻璃硬化反應(yīng)速度對(duì)比序水玻璃模數(shù)型砂配方自硬砂抗壓強(qiáng)度（MPa）原砂水玻璃脂0.5小時(shí)1小時(shí)1.5小時(shí)2小時(shí)3小時(shí)5小時(shí)8小時(shí)12.810040.40.380.80.90.951.11.41.522.41003.50.50.050.320.60.70.80.951.1表3:不同季節(jié)相同配方的型砂硬化反應(yīng)速度對(duì)比序號(hào)試驗(yàn)月份

4、（氣溫C）自硬砂抗壓強(qiáng)度（MPa）1小時(shí)2小時(shí)3小時(shí)4小時(shí)5小時(shí)17月（30C左右）0.30.951.11.421月（0C左右）0.0880.150.280.350.4三、原材料及配方工藝原材料及配方工藝（1） 原材料1、 原砂水玻璃有機(jī)脂自硬砂對(duì)原砂的要求不象樹(shù)脂砂那樣苛刻，當(dāng)然粒形比較好、灰、粉少，粒度分布好的原砂，水玻璃加入量可經(jīng)減少，我們?cè)瓌t上規(guī)定，作為面砂的石英砂，其成分級(jí)別在2s以上粒度為5#（40/70或45/75目），水分含量1,過(guò)去在生產(chǎn)中應(yīng)用江、浙一帶的人工石英砂、粒形和灰、粉含量均不夠理想，因而水玻璃加入量較多，一般為原砂量的1.5%左右，采用粒形好，粉塵少的海砂，水玻璃

5、加入量為原砂的.3%。2、 水玻璃前面已經(jīng)說(shuō)明，水玻璃的模數(shù)明顯影響型砂的硬化反應(yīng)速度，同時(shí)對(duì)型砂強(qiáng)度和潰散性也有較大影響，在生產(chǎn)中所使用的水玻璃，其模數(shù)為2.4左右，濃度為48-52Be。3、 有機(jī)脂脂的種類(lèi)很多，而它們的化學(xué)活性又不相同，用它們作為水玻璃型砂的硬化劑，可以在很大的范圍內(nèi)調(diào)節(jié)反應(yīng)速度，目前根據(jù)國(guó)內(nèi)資源和價(jià)格情況，應(yīng)用MDT-901和1#調(diào)節(jié)脂，對(duì)其質(zhì)量要求如下：(1)MDT-901:脂含量96%,游離酸含量0.5%（2） 1#調(diào)節(jié)脂：（工業(yè)級(jí)）隨著我國(guó)石油化工生產(chǎn)的迅速發(fā)展，不但為有機(jī)脂的生產(chǎn)提供了豐富的原料，而且已經(jīng)開(kāi)發(fā)出系列有機(jī)脂硬化劑，其硬化反應(yīng)速度可根據(jù)工藝需要選擇。

6、（2） 配方及混砂工藝1、 型砂配方根據(jù)工藝需要，可以選用不同種類(lèi)的原砂配制水玻璃有機(jī)脂自硬砂，以獲得優(yōu)質(zhì)鑄件，通常應(yīng)用最多的是石英砂，其配方表4o表4:水玻璃有機(jī)脂自硬砂配方表材料名稱(chēng)石英砂MDT-901水玻璃加入量（）1000.3-0.43.32、 混砂工藝拌勻拌勻原砂+硬化劑+水玻璃放砂混砂要求拌和均勻，越快越好，采用連續(xù)式混砂機(jī)配制型砂隨混隨用，二節(jié)攪拌糟，攪拌時(shí)間約15秒鐘。四、型砂性能及其對(duì)鑄造生產(chǎn)和鑄件質(zhì)量影響水玻璃有機(jī)脂自硬砂具有良好綜合性能，強(qiáng)度高，水分低，透氣性和流動(dòng)性好，適應(yīng)于大件、單件、小批量產(chǎn)品組織機(jī)械化流水線生產(chǎn)。1、型砂硬化速度快，強(qiáng)度高見(jiàn)表5表5:生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)型砂自

7、硬砂測(cè)試記錄之一硬化時(shí)間（小時(shí)）0.11.523416824抗壓強(qiáng)度（Mpa）0.320.850.051.021.21.421.691.761.81由于型砂強(qiáng)度高，造型時(shí)芯骨可以簡(jiǎn)化，砂型表面不需插園釘，鑄件不產(chǎn)生夾砂，結(jié)疤缺陷，既節(jié)約輔助材料，又提高生產(chǎn)效率。另一方面由于型砂強(qiáng)度高，型砂硬化后起模就比較困難，因而要求木模有較大的拔模斜度，最好采用抽芯結(jié)構(gòu)的木模。水玻璃有機(jī)脂自硬砂由于不加粉料，不用碾壓，在采用相同原砂時(shí)其透氣性比其它種類(lèi)的型砂好，采用5#人造石英砂配制的普通水玻璃的透氣率僅有700AFA左右，提高了型砂的透氣性，必然減少鑄件的氣孔缺陷，并能消除鑄件表面氣孔，改善鑄件表面粗糙度

8、。3、 型砂水分量低水玻璃有機(jī)脂自硬砂水分含量在3%左右，普通水玻璃砂約5%左右，因而型砂硬化后不需進(jìn)一步干燥，便能澆注鑄件一般不會(huì)產(chǎn)生氣孔缺陷，而普通水玻璃砂鑄件產(chǎn)生氣孔缺陷的傾向較大。4、 型砂流動(dòng)性好我們用如下試驗(yàn)提供一個(gè)可比較的數(shù)據(jù)，以4100*100之圓筒，灌滿(mǎn)型砂，刮平后垂直提起，測(cè)得塌落高度（即100減去殘留高度）作為流動(dòng)性指標(biāo)（見(jiàn)表6）。表6:幾種型砂流動(dòng)性對(duì)比表型砂種類(lèi)流動(dòng)性指標(biāo)原砂50水玻璃有機(jī)脂自硬砂45普通水玻璃砂31膨潤(rùn)土烘模砂25表中數(shù)據(jù)說(shuō)明水玻璃有機(jī)脂自硬砂的流動(dòng)性很好，極易充滿(mǎn)型腔，容易緊實(shí)，因而為實(shí)現(xiàn)造型機(jī)械化開(kāi)了方便之路，實(shí)踐證明，采用據(jù)實(shí)臺(tái)緊實(shí)水玻璃有機(jī)脂

9、自硬砂砂型，動(dòng)力省，速度快，效果好。5、 粘模性水玻璃有機(jī)脂自硬砂對(duì)于一般模型不粘模，不需要特殊脫模劑，但對(duì)于新油漆的木模，由于MDT系列脂是一種良好的有機(jī)溶劑，能溶解漆模，因而產(chǎn)生粘?，F(xiàn)象，故水玻璃有機(jī)脂自硬砂用的木模，只要求表面光潔，可不上油漆，或上有脂中不溶的樹(shù)脂漆。6、 成型性良好由于水玻璃有機(jī)脂自硬砂具有的流動(dòng)性和較高的硬化強(qiáng)度，又不粘模，這就構(gòu)成了良好的成型性，砂型輪廓清晰，即使是黏附在砂箱壁上的極薄的型砂，也不塌落。7、 粘附性水玻璃有機(jī)脂自硬砂具有的粘附性，新配制的型砂能夠牢固地粘附在已硬化的型砂表面，利用這一性能，在型砂損壞部位修型時(shí)只要在損壞部位插幾園釘，復(fù)上新配制的型砂，

10、待其硬化到適當(dāng)強(qiáng)度，修刮成型。8、發(fā)氣性水玻璃有機(jī)脂自硬砂在高溫下能夠轉(zhuǎn)變成氣體很少，是一種低發(fā)氣性型砂，其發(fā)氣量(1000C)為12ml/g老配方現(xiàn)在要防發(fā)氣量應(yīng)低在我廠使用的幾種型砂中是最低的，對(duì)于生產(chǎn)排氣困難的復(fù)雜砂芯極為有利。9、 存放性用水玻璃有機(jī)脂砂生產(chǎn)的砂型可以較長(zhǎng)時(shí)間保存而不變質(zhì)，它不同于C02氣體硬化的水玻璃砂型，沒(méi)有表面粉化的問(wèn)題，但在存放期間應(yīng)防水砂型受潮而影響鑄件質(zhì)量。10、 潰散性由于水玻璃有機(jī)脂自硬砂所用水玻璃模數(shù)較高，加入量較少，而其硬化反應(yīng)產(chǎn)物在高溫下可分解和燃燒，使硅凝膠黏結(jié)被破壞因而具有良好的潰散性，其受熱殘強(qiáng)見(jiàn)表7。表7:水玻璃有機(jī)脂自硬砂受熱殘強(qiáng)受熱溫度

11、c1002003004005006007008009001000殘留抗壓強(qiáng)度(MPa)1.81.751.71.551.260.660.350.230.20.2如果選擇優(yōu)質(zhì)原砂，進(jìn)一步降低水玻璃質(zhì)量，型砂潰散性還可進(jìn)一步改善。五、水玻璃有機(jī)脂自硬砂工藝試驗(yàn)特點(diǎn)水玻璃有機(jī)脂自硬砂，是一種化學(xué)自硬砂，其硬化過(guò)程是以有機(jī)脂和水玻璃之間的化學(xué)反應(yīng)過(guò)程為主，該反應(yīng)吸收水分，同時(shí)其反應(yīng)產(chǎn)物之一一醋酸吸水結(jié)晶，也是促進(jìn)水玻璃膠凝的因素,MDT-901為例，其化學(xué)反應(yīng)如下：1、 醋水解產(chǎn)生醋酸X(CH2COOCH2)2O+XH2OX(HOCH2CH22O-2XCH2COOH.(1)2、 醋酸與水玻璃應(yīng)中和HaO

12、H使水玻璃模數(shù)不斷提高2XCH2COOH+K(Na20msi02)+nH2O2XNaOOCCH2+(K-X)(Na20XKM/K-XXSiO2)+(n+X)H20-.綜合以上而步反應(yīng)X(CH2COOCH2CH2)2O+K(Na20msiO2)+nH2OX(HOCH2CH2)2O+2XNaCOCH2+(KX)(3)(Na2OXKM/K-XXSiO2)+(n-X)H2O,在KM/KX式中隨著X值的增加KM/KX的值增加則水玻璃模數(shù)提高。以上反應(yīng)過(guò)程穩(wěn)定性地說(shuō)明一定量的二乙二醇二乙酸醋與一定量的水玻璃反應(yīng)，使得水玻璃的模數(shù)提高。在以上反應(yīng)式中，M是我們選用的水玻璃模數(shù)，K是加入的水玻璃量（克分子數(shù)）

13、X是未知數(shù)，由KM/KX所要達(dá)到的模數(shù)值來(lái)確定。上海交通大學(xué)鑄造教研室關(guān)于水玻璃老化現(xiàn)象及其防治的最新研究成果，認(rèn)為立方八硅酸是水玻璃中聚合硅酸的基本成分，而隨著水玻璃模數(shù)的提高，立方八硅酸含量增加，當(dāng)水玻璃模數(shù)達(dá)到4時(shí)，立方八硅酸及其縮聚物含量占70%o結(jié)合我們長(zhǎng)期試驗(yàn)和生產(chǎn)過(guò)程中的經(jīng)驗(yàn)教訓(xùn)，我們認(rèn)為把KM/K定為4是適當(dāng)?shù)模源螢橐罁?jù)便可以計(jì)算出一定量不同模數(shù)的水玻璃硬化反應(yīng)所需要的耗脂量，以次來(lái)指導(dǎo)自硬砂的工藝試驗(yàn)大有補(bǔ)益。以此為依據(jù)，根據(jù)上海地區(qū)市售水玻璃規(guī)格（M=2.2-2.4及M=3.6）按不同比例混合后每千克與雙脂反應(yīng)其模數(shù)上升到4所需醋克分子數(shù)見(jiàn)圖1。模數(shù)圖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，反應(yīng)至4模數(shù)時(shí)的耗脂量（雙脂）在應(yīng)用時(shí)只要根據(jù)圖1查到所需克分子數(shù)再乘上所應(yīng)用醋的克分子量便是每千克該水玻璃反應(yīng)到4模數(shù)所需脂的質(zhì)量。往往有這樣的情況，在做工藝試驗(yàn)時(shí)，按照試驗(yàn)配比配制的自硬砂的試樣，強(qiáng)度性能很好，當(dāng)應(yīng)用該配方進(jìn)行試生產(chǎn)時(shí)，有時(shí)產(chǎn)生塌箱的質(zhì)量事故。分析其原因，一般為硬化劑加入量偏低，故反應(yīng)不完全，因?yàn)樵嚇芋w積小，受外界因素影響較大，而砂型，砂芯不能完全硬化就要塌落。在控制硬化反應(yīng)速度時(shí)也有