【精品】水玻璃有机脂自硬砂的研究

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呋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)

表1

3、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

表3：不同季节相同配方的型砂硬化反应速度对比

三、原材料及配方工艺

原材料及配方工艺

(一）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。

(二）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4。

表4：水玻璃有机脂自硬砂配方表

2、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，二节搅拌槽,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：生产现场型砂自硬砂测试记录之一

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。

2、型砂透气性好

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.

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φ100＊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

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,采用搌实台紧实水玻璃有机脂自硬砂砂型，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，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

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—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+XH2O ×（HOCH2CH22O—2XCH2COOH……。(1）

2、醋酸与水玻璃应中和HaOH使水玻璃模数不断提高

2XCH2COOH+K（Na2OmSiO2)+nH2O