調(diào)高水玻璃模數(shù)的研究

1、調(diào)高水玻璃模數(shù)的研究談劍 張?？?張方（昆明理工大學(xué)，昆明，云南，650093）摘要：在鑄造生產(chǎn)上使用較高模數(shù)的水玻璃具有殘留強(qiáng)度低、吹CO2時(shí)間短等優(yōu)點(diǎn)，并有好的抗吸濕性和表面穩(wěn)定性，一般低模數(shù)的水玻璃可以通過在其中加入一定量的無定形二氧化硅（即白炭黑）來提高模數(shù)。該方法雖然能達(dá)到調(diào)高水玻璃模數(shù)的目的，但是經(jīng)研究表明用這種方法調(diào)得的高模數(shù)水玻璃質(zhì)量并不十分理想，在使用上存在很大問題。關(guān)鍵詞：水玻璃；模數(shù)；無定形二氧化硅；調(diào)高模數(shù)高模數(shù)水玻璃與低模數(shù)水玻璃之間最大的不同就是其水玻璃體系中二氧化硅的含量。當(dāng)濃度一定時(shí)，隨著水玻璃體系中二氧化硅含量的增加，模數(shù)增加，此時(shí)溶液中硅酸溶膠就多，在水玻璃

2、硬化時(shí)，隨著水分的脫除，粘度迅速增加、硬化速度加快以致達(dá)到最高強(qiáng)度所需的時(shí)間短1，因此高模數(shù)水玻璃相對(duì)于低模數(shù)水玻璃，特別是在環(huán)境溫度偏低的冬天，能大大提高水玻璃砂的硬化速度，減少CO2吹氣量，縮短起模時(shí)間，提高生產(chǎn)效率2等，所以高模數(shù)水玻璃也具有其一定的使用空間和應(yīng)用價(jià)值，有其自身的特點(diǎn)。而目前提高水玻璃模數(shù)的方法有兩種：一種是在水玻璃中加入鹽酸（HCl）或氯化銨（NH4Cl）；另一種就是在水玻璃中加入無定形二氧化硅（即白炭黑）；第一種方法已有定論，而第二種方法進(jìn)行模數(shù)調(diào)整的效果卻很少有人研究，因此該試驗(yàn)就是用無定形二氧化硅（即白炭黑）來提高水玻璃模數(shù)，并研究用該方法得到的高模數(shù)水玻璃對(duì)水玻

3、璃砂強(qiáng)度的影響。1、 實(shí)驗(yàn)條件、實(shí)驗(yàn)方法及實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)1.1 實(shí)驗(yàn)條件實(shí)驗(yàn)環(huán)境：室內(nèi)溫度，22，相對(duì)濕度，16%實(shí)驗(yàn)設(shè)備：SHN碾輪式混砂機(jī)、SAC錘擊式制樣機(jī)、杠桿式萬能強(qiáng)度試驗(yàn)機(jī)、SWY型液壓萬能試驗(yàn)機(jī)、S.C.202型電熱恒溫干燥箱、天平、燒杯等。實(shí)驗(yàn)用材：市售2.0模數(shù)水玻璃、市售2.5模數(shù)水玻璃、昆明明朗擦洗砂、市售白炭黑。1.2 實(shí)驗(yàn)方法首先對(duì)市售2.0模數(shù)水玻璃進(jìn)行氧化鈉和二氧化硅含量的標(biāo)定（標(biāo)定方法：GB/T 4209-1996），測得該水玻璃氧化鈉含量為13.21%，二氧化硅含量為25.91%，按水玻璃模數(shù)調(diào)整公式：m'=1.033X(SiO2% + x)/Na2O%，其

4、中m'表示調(diào)整后的水玻璃模數(shù)，x表示無定形二氧化硅即白炭黑的加入百分含量，現(xiàn)要將2.0模數(shù)水玻璃調(diào)整至2.5模數(shù)，因此白炭黑的加入量x=（2.5X13.21%÷1.033）-25.91%，即加入量為6%。稱取250g現(xiàn)有市售2.0模數(shù)水玻璃進(jìn)行水浴加熱(水溫恒定800C) ，稱取白炭黑15g（加入量為6%）邊加入邊攪拌緩慢溶解到水玻璃中去，待白炭黑充分溶解后停止加熱，攪拌，水浴冷卻至室溫。對(duì)比實(shí)驗(yàn)如下：1.1不同實(shí)驗(yàn)方案測試用水玻璃列表實(shí)驗(yàn)方案實(shí)驗(yàn)所用水玻璃實(shí)驗(yàn)市售2.0模數(shù)水玻璃，即用實(shí)驗(yàn)市售2.5模數(shù)水玻璃，即用實(shí)驗(yàn)白炭黑調(diào)制的2.5模數(shù)水玻璃，調(diào)好即用實(shí)驗(yàn)白炭黑調(diào)制的2

5、.5模數(shù)水玻璃，放置6天后測試實(shí)驗(yàn)市售2.5模數(shù)水玻璃，放置6天后測試以上五組實(shí)驗(yàn)均稱取120g對(duì)應(yīng)水玻璃， 2000g砂，SHN碾輪式混砂機(jī)，混砂時(shí)間2至3分鐘，在SAC錘擊式制樣機(jī)上制成50mm×50mm標(biāo)準(zhǔn)試樣。試樣分別制取12個(gè)，采用CO2吹硬法，吹氣時(shí)間30秒、流量20L/MIN，吹硬后取模，放置，3個(gè)為一組測試試樣2小時(shí)、5小時(shí)、24小時(shí)抗壓強(qiáng)度和烘干抗壓強(qiáng)度（烘干溫度200oC，時(shí)間40分鐘）。記錄實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)。1.3實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)1.2不同水玻璃抗壓強(qiáng)度硬化表水玻璃不同硬化時(shí)間的抗壓強(qiáng)度（MPa）烘干抗壓強(qiáng)度（MPa）2h5h24h市售2.0模數(shù)，即時(shí)0.100.240.902

6、.41市售2.5模數(shù)，即時(shí)0.460.651.332.62調(diào)制2.5模數(shù)，即時(shí)0.290.511.200.84調(diào)制2.5模數(shù)，6天0.200.370.640.52市售2.5模數(shù)，6天0.480.641.302.532、數(shù)據(jù)分析及討論2.1 該方法調(diào)得的2.5模數(shù)水玻璃抗壓硬化強(qiáng)度不理想由第、組和第組實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)可以看出，用白炭黑調(diào)高至2.5模數(shù)的水玻璃砂強(qiáng)度并不理想，強(qiáng)度大約只達(dá)到了市售2.5模數(shù)水玻璃的80%，而烘干強(qiáng)度僅為市售2.5模數(shù)水玻璃的30%，甚至比原市售2.0模數(shù)水玻璃烘干強(qiáng)度還要低，強(qiáng)度只有其35%。2.2 該方法調(diào)得的2.5模數(shù)水玻璃存在嚴(yán)重的老化現(xiàn)象由第組和第組實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)可以看出

7、，用白炭黑調(diào)制的2.5模數(shù)水玻璃在放置6天后再測量其強(qiáng)度僅為新調(diào)置時(shí)候的65%，在短短6天時(shí)間內(nèi)強(qiáng)度下降了35%，不僅沒有達(dá)到提高模數(shù)提高水玻璃強(qiáng)度的作用，反而高的模數(shù)加速了水玻璃的老化3，使得水玻璃性質(zhì)下降甚至不及原市售2.0模數(shù)水玻璃；而從第組和第組實(shí)驗(yàn)可以看出，市售2.5模數(shù)水玻璃在放置6天后測試的性能基本沒變化。2.3 該方法調(diào)得的2.5模數(shù)水玻璃質(zhì)量不理想原因的探討純凈的水玻璃乃是無色透明的液體。而實(shí)驗(yàn)用白炭黑調(diào)制成的2.5模數(shù)水玻璃則顯渾濁而帶有一定程度的乳白色，初步認(rèn)為這是由于加入的白炭黑并未完全溶融到水玻璃體系中去而是以微粒的形態(tài)懸濁在水玻璃中所致（雖然該調(diào)制水玻璃在放置一周后

8、并沒有沉淀、明顯雜質(zhì)等異象的產(chǎn)生）。因此只溶解了部分白炭黑的調(diào)制2.5模數(shù)水玻璃達(dá)不到市售2.5模數(shù)水玻璃的硬化性能；而懸浮在水玻璃中的另外一部分白炭黑不但沒有起到生成硅酸膠粒的核心作用，反而以雜質(zhì)的形式存在破壞了硅酸凝膠的形成和其連續(xù)性，使得其強(qiáng)度不僅達(dá)不到市售2.5模數(shù)水玻璃的要求甚至起到反作用使得烘干強(qiáng)度大大降低。因此，用該方法將白炭黑溶解到水玻璃中去來提高水玻璃模數(shù)的方法是不理想的。2.4 調(diào)高水玻璃模數(shù)方法的探討現(xiàn)已有研究表明：在水玻璃中加入鹽酸（HCl）或氯化銨（NH4Cl）來調(diào)高水玻璃模數(shù)會(huì)產(chǎn)生一定數(shù)量的氯化鈉，而氯化鈉是水玻璃中的有害雜質(zhì)，因此該方法不宜再使用4；而在水玻璃中加

9、入無定形二氧化硅（即白炭黑）的方法經(jīng)由以上實(shí)驗(yàn)測試，效果也不理想。但是本次實(shí)驗(yàn)所用的無定形二氧化硅（即白炭黑）采用的是水?。囟?00C）加熱，常壓溶解，那么在熱壓釜（高溫高壓）中白炭黑是否能充分溶解，調(diào)制成的水玻璃能否達(dá)到其應(yīng)有的使用性能，還有待進(jìn)一步的實(shí)驗(yàn)測試和驗(yàn)證。3、結(jié)論綜上所述，采用一般方法將無定形二氧化硅（即白炭黑）溶解到水玻璃中來調(diào)高水玻璃模數(shù)的方法是不很理想的，存在溶解不完全和嚴(yán)重的老化現(xiàn)象，而加入鹽酸（HCl）或氯化銨（NH4Cl）也是不可取的，因此建議廣大鑄造工作者不宜進(jìn)行水玻璃模數(shù)的調(diào)整而是盡量購買合適模數(shù)的優(yōu)質(zhì)純凈水玻璃，若需要進(jìn)行水玻璃模數(shù)的調(diào)整則要有一定的實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，且調(diào)制出來的水玻璃也不宜久存，還需對(duì)其進(jìn)行適當(dāng)?shù)奈锢砀男砸苑乐估匣?，否則容易產(chǎn)生負(fù)面影響，達(dá)不到應(yīng)有的使用性能，造成經(jīng)濟(jì)上的損失。主要參考文獻(xiàn)1