1、水玻璃有機脂自硬砂的研究一、刖百：在單件小批量的鑄件生產中，我國應用自硬型砂工藝來改善手工造型工人的勞動條件，提高勞動效率，改善鑄件質量，取得了積極的成果，我國從七十年代初期開始，便對水玻璃自硬砂著手研究開發。根據我國長期來在鑄鋼生產中應用這種自硬砂的體會，認為水玻璃有機脂沒有吠喃樹脂砂所存在的那么嚴重的環保，價格，氣孔缺陷，鑄鋼增碳等問題，而且適應性強。二、影響硬化反應的因素：水玻璃有機脂自硬砂是以石英砂（或其它特種砂）為原砂，水玻璃為粘結劑，易水解的液狀有機脂為硬化劑的自硬性型砂。影響水玻璃有機脂硬化反應的因素很多，其中主要有三個因素，有機脂的種類、水玻璃模數、環境溫度。1、 脂的種類的影

2、響有機脂的種類很多，它們的化學性又大不相同，與水玻璃之間硬化反應的速度相差懸殊，據有關資料介紹可以快到幾分鐘，慢到幾小時，這樣就可以根據生產需要，選用不同速度的硬化劑搭配。為了解決冬季MDT-901硬化反應過慢的問題，在MDT-901中加入適量的1#調節脂，硬化反應速度顯著加快，表1是采用2.6模數水玻璃的對比試驗數據。2、 水玻璃模數的影響試驗證明水玻璃模數越高，硬化反映速度越快。表2是不同模數的水玻璃硬化反應的數據。混合脂和MDT-901硬化反映速度對比（其它條件相同）序號脂類自硬砂抗壓強度MPa1小時1.5小時2小時3小時8小時1混合脂0.150.240.421110.541.082MD

3、T-9010.020.110.180.381.13、 環境溫度的影響系統溫度是大多數化學反應的條件之一，造型是在敞開的條件下操作，所以環境溫度氣溫對硬化反應速度的影響很大，為適應生產需要，低溫季節必須使用硬化調節脂（見表1）表3數據說明溫度對硬化反應的影響。表2:不同模數的水玻璃硬化反應速度對比序水玻璃模數型砂配方自硬砂抗壓強度（MPa）原砂水玻璃脂0.5小時1小時1.5小時2小時3小時5小時8小時12.810040.40.380.80.90.951.11.41.522.41003.50.50.050.320.60.70.80.951.1表3:不同季節相同配方的型砂硬化反應速度對比序號試驗月份

4、（氣溫C）自硬砂抗壓強度（MPa）1小時2小時3小時4小時5小時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、 原砂水玻璃有機脂自硬砂對原砂的要求不象樹脂砂那樣苛刻，當然粒形比較好、灰、粉少，粒度分布好的原砂，水玻璃加入量可經減少，我們原則上規定，作為面砂的石英砂，其成分級別在2s以上粒度為5#（40/70或45/75目），水分含量1,過去在生產中應用江、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、 水玻璃前面已經說明，水玻璃的模數明顯影響型砂的硬化反應速度，同時對型砂強度和潰散性也有較大影響，在生產中所使用的水玻璃，其模數為2.4左右，濃度為48-52Be。3、 有機脂脂的種類很多，而它們的化學活性又不相同，用它們作為水玻璃型砂的硬化劑，可以在很大的范圍內調節反應速度，目前根據國內資源和價格情況，應用MDT-901和1#調節脂，對其質量要求如下：(1)MDT-901:脂含量96%,游離酸含量0.5%（2） 1#調節脂：（工業級）隨著我國石油化工生產的迅速發展，不但為有機脂的生產提供了豐富的原料，而且已經開發出系列有機脂硬化劑，其硬化反應速度可根據工藝需要選擇。

6、（2） 配方及混砂工藝1、 型砂配方根據工藝需要，可以選用不同種類的原砂配制水玻璃有機脂自硬砂，以獲得優質鑄件，通常應用最多的是石英砂，其配方表4o表4:水玻璃有機脂自硬砂配方表材料名稱石英砂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，采用連續式混砂機配制型砂隨混隨用，二節攪拌糟，攪拌時間約15秒鐘。四、型砂性能及其對鑄造生產和鑄件質量影響水玻璃有機脂自硬砂具有良好綜合性能，強度高，水分低，透氣性和流動性好，適應于大件、單件、小批量產品組織機械化流水線生產。1、型砂硬化速度快，強度高見表5表5:生產現場型砂自

7、硬砂測試記錄之一硬化時間（小時）0.11.523416824抗壓強度（Mpa）0.320.850.051.021.21.421.691.761.81由于型砂強度高，造型時芯骨可以簡化，砂型表面不需插園釘，鑄件不產生夾砂，結疤缺陷，既節約輔助材料，又提高生產效率。另一方面由于型砂強度高，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，最好采用抽芯結構的木模。水玻璃有機脂自硬砂由于不加粉料，不用碾壓，在采用相同原砂時其透氣性比其它種類的型砂好，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一步干燥，便能澆注鑄件一般不會產生氣孔缺陷，而普通水玻璃砂鑄件產生氣孔缺陷的傾向較大。4、 型砂流動性好我們用如下試驗提供一個可比較的數據，以4100*100之圓筒，灌滿型砂，刮平后垂直提起，測得塌落高度（即100減去殘留高度）作為流動性指標（見表6）。表6:幾種型砂流動性對比表型砂種類流動性指標原砂50水玻璃有機脂自硬砂45普通水玻璃砂31膨潤土烘模砂25表中數據說明水玻璃有機脂自硬砂的流動性很好，極易充滿型腔，容易緊實，因而為實現造型機械化開了方便之路，實踐證明，采用據實臺緊實水玻璃有機脂

9、自硬砂砂型，動力省，速度快，效果好。5、 粘模性水玻璃有機脂自硬砂對于一般模型不粘模，不需要特殊脫模劑，但對于新油漆的木模，由于MDT系列脂是一種良好的有機溶劑，能溶解漆模，因而產生粘模現象，故水玻璃有機脂自硬砂用的木模，只要求表面光潔，可不上油漆，或上有脂中不溶的樹脂漆。6、 成型性良好由于水玻璃有機脂自硬砂具有的流動性和較高的硬化強度，又不粘模，這就構成了良好的成型性，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只要在損壞部位插幾園釘，復上新配制的型砂，

10、待其硬化到適當強度，修刮成型。8、發氣性水玻璃有機脂自硬砂在高溫下能夠轉變成氣體很少，是一種低發氣性型砂，其發氣量(1000C)為12ml/g老配方現在要防發氣量應低在我廠使用的幾種型砂中是最低的，對于生產排氣困難的復雜砂芯極為有利。9、 存放性用水玻璃有機脂砂生產的砂型可以較長時間保存而不變質，它不同于C02氣體硬化的水玻璃砂型，沒有表面粉化的問題，但在存放期間應防水砂型受潮而影響鑄件質量。10、 潰散性由于水玻璃有機脂自硬砂所用水玻璃模數較高，加入量較少，而其硬化反應產物在高溫下可分解和燃燒，使硅凝膠黏結被破壞因而具有良好的潰散性，其受熱殘強見表7。表7:水玻璃有機脂自硬砂受熱殘強受熱溫度

11、c1002003004005006007008009001000殘留抗壓強度(MPa)1.81.751.71.551.260.660.350.230.20.2如果選擇優質原砂，進一步降低水玻璃質量，型砂潰散性還可進一步改善。五、水玻璃有機脂自硬砂工藝試驗特點水玻璃有機脂自硬砂，是一種化學自硬砂，其硬化過程是以有機脂和水玻璃之間的化學反應過程為主，該反應吸收水分，同時其反應產物之一一醋酸吸水結晶，也是促進水玻璃膠凝的因素,MDT-901為例，其化學反應如下：1、 醋水解產生醋酸X(CH2COOCH2)2O+XH2OX(HOCH2CH22O-2XCH2COOH.(1)2、 醋酸與水玻璃應中和HaO

12、H使水玻璃模數不斷提高2XCH2COOH+K(Na20msi02)+nH2O2XNaOOCCH2+(K-X)(Na20XKM/K-XXSiO2)+(n+X)H20-.綜合以上而步反應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提高。以上反應過程穩定性地說明一定量的二乙二醇二乙酸醋與一定量的水玻璃反應，使得水玻璃的模數提高。在以上反應式中，M是我們選用的水玻璃模數，K是加入的水玻璃量（克分子數）

13、X是未知數，由KM/KX所要達到的模數值來確定。上海交通大學鑄造教研室關于水玻璃老化現象及其防治的最新研究成果，認為立方八硅酸是水玻璃中聚合硅酸的基本成分，而隨著水玻璃模數的提高，立方八硅酸含量增加，當水玻璃模數達到4時，立方八硅酸及其縮聚物含量占70%o結合我們長期試驗和生產過程中的經驗教訓，我們認為把KM/K定為4是適當的，以次為依據便可以計算出一定量不同模數的水玻璃硬化反應所需要的耗脂量，以次來指導自硬砂的工藝試驗大有補益。以此為依據，根據上海地區市售水玻璃規格（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其模數上升到4所需醋克分子數見圖1。模數圖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，反應至4模數時的耗脂量（雙脂）在應用時只要根據圖1查到所需克分子數再乘上所應用醋的克分子量便是每千克該水玻璃反應到4模數所需脂的質量。往往有這樣的情況，在做工藝試驗時，按照試驗配比配制的自硬砂的試樣，強度性能很好，當應用該配方進行試生產時，有時產生塌箱的質量事故。分析其原因，一般為硬化劑加入量偏低，故反應不完全，因為試樣體積小，受外界因素影響較大，而砂型，砂芯不能完全硬化就要塌落。在控制硬化反應速度時也有