TA的每日心情 | 慵懒
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发表于 2012-5-7 16:35:35
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水玻璃砂铸造时，应重点注意以下几个主要问题：
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% P( J& u- V1 V$ |1 影响水玻璃“老化”的因素有哪些？如何消除水玻璃“老化”？) i" ? k- z# d# D2 S- O" w6 G) u6 I
新制备的水玻璃是一种真溶液。但是在存放过程中，水玻璃中硅酸要进行缩聚，将从1 Q8 G2 Q3 F3 {, x! q
真溶液逐步缩聚成大分子的硅酸溶液，最后成为硅酸凝胶。因此，水玻璃实际上是一种由不同聚合度的聚硅酸组成的非均相混合物，易受其模数、浓度、温度、电解质含量和存放时间的影响。& g5 A1 j6 |. k3 @) N8 G$ m
水玻璃在存放过程中分子产生缩聚，形成凝胶，其粘结强度随着贮存时间的延长而逐渐降低，这一现象称为水玻璃“老化”。
' V% Z1 Y- R U4 w; n9 L4 H! ? “老化”现象可由下述两组试验数据来说明：高模数水玻璃（M＝2.89，ρ＝1.44g/cm3）贮放20、60、120、180、240天后，吹CO2硬化的水玻璃砂干拉强度相应下降9.9%、14%、23.5%、36.8%和40%；低模数水玻璃（M＝2.44，ρ＝1.41g/cm3）贮放7、30、60和90天后，干拉强度分别下降4.5%、5%、7.3%和11%。( J+ y& N! u( L; w: n+ d- S
水玻璃存放时间对酯硬化水玻璃自硬砂初期强度影响不大，但对后期强度影响明显，据测定，对于高模数水玻璃下降60%左右，对于低模数水玻璃下降15～20%。残留强度也随存放时间的延长而降低。
% j! `* L ^! ?; ?/ B 水玻璃在存放过程中聚硅酸的缩聚反应和解聚反应同时进行着，分子量发生了歧化，最终生成单正硅酸和胶粒并存的多重分散体系，也就是在水玻璃的老化过程中，聚硅酸的聚合度发生了歧化，单正硅酸和高聚硅酸的含量均随存放时间的延长而增多。水玻璃在存放中缩聚、解聚反应的结果，使粘结强度下降了，即产生“老化”现象。
- s3 e5 y7 h5 l4 n5 H, y' S$ V 影响水玻璃“老化”的因素主要有：存放时间、水玻璃的模数和浓度。存放时间越长，模数越高，浓度越大，则“老化”越严重。
4 m' b9 ~$ f1 j. I% q% ^2 L* H 对久存的水玻璃可以采用多种方法的改性处理，以消除“老化”，使水玻璃恢复到新鲜水玻璃的性能：
, a7 i0 z$ m. S) i0 z: x: [ 1、物理改性
7 G$ J2 X% ]* B: O 水玻璃老化是缓慢释放能量的自发过程，用物理改性处理“老化”的水玻璃就是用磁场、超声波、高频或加热等办法，向水玻璃体系提供能量，促使高聚合的聚硅酸胶粒重新解聚，促使聚硅酸的分子量重新均匀化，从而消除了老化现象，这就是物理改性的机理。例如，用磁场处理后，水玻璃砂的强度提高了20～30%，减少水玻璃加入量30～40%，节约CO2，改善溃散性，有较好的经济效益。" h4 u/ }& I8 T$ g3 q
物理改性的缺点是不持久，处理后再贮放，粘结强度又会下降，故适用于铸造厂处理后尽快使用。尤其是M＞2.6的水玻璃，硅酸分子浓度大，经过物理改性解聚后又会较快地缩聚，最好是处理后立即使用。" J1 R7 I) Q6 W1 R' z; n. r7 z" }
2、化学改性
1 C/ x$ w( D2 g; h 化学改性是往水玻璃中加入少量化合物，这些化合物均含有羧基、酰胺基、羰基、羟基、醚基、氨基等极性基团，通过氢键或静电将其吸附在硅酸分子或胶粒表面，改变其表面位能和溶剂化能力，提高聚硅酸稳定性，从而阻止“老化”进行。
/ j- o8 @/ a7 U' a' y1 M% J9 u) c 例如往水玻璃中加入聚丙烯酰胺、改性淀粉、聚磷酸盐等，可取得较好的效果。 |! ^3 z) x& A/ r- r+ A; d
往普通水玻璃甚至改性水玻璃中掺入有机物可以起到多种作用，如：改变水玻璃的粘流性质；改善水玻璃混和料的造型性能；提高粘结强度，使水玻璃的绝对加入量减少；提高硅酸凝胶的可塑性；降低残留强度，使水玻璃砂更适用于铸铁和有色合金。- S! `/ U0 {# I5 @! L& o, ^
3、物理—化学改性
9 d7 Q& E/ M/ z: Q 物理改性适宜于已“老化”的水玻璃，改性后立即使用。化学改性适宜于处理新鲜水玻璃，改性后的水玻璃可较长时间的存放。物理改性与化学改性结合起来，能使水玻璃具有持久的改性效果，例如在高压釜中加聚丙烯酰胺来改性“老化”的水玻璃效果很好，其中利用高压釜的压力和搅拌是属于物理改性，加聚丙烯酰胺是化学改性。
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, C i$ j1 t+ X, n3 f$ ~2 如何防止CO2吹气硬化水玻璃砂型（芯）表面粉化？$ g" E Q L6 r
钠水玻璃砂吹CO2硬化并放置一段时间后，有时在下型（芯）表面会出现象白霜一样的物质，严重降低该处表面强度，浇注时易产生冲砂缺陷。根据分析，这种白色物质的主要成分是NaHCO3，可能是由于钠水玻璃砂中含水分或CO2过多而引起的，其生成的反应如下：9 u+ n; D; G7 a8 \" |# y- u
Na2CO3+H2O→NaHCO3+NaOH) V+ L- a/ L1 Z: E+ c: z9 w
Na2O+2CO2+H2O→2NaHCO3) O7 w7 d$ B) w; r
NaHCO3易随水分向外迁移，使型、芯表面出现类似霜的粉状物。2 R8 y! f* c8 [4 ^6 m0 Q8 p
解决的方法如下：
# k; m* i5 x+ T5 D# E$ L/ U 1、控制钠水玻璃砂的水分不要偏高（特别是雨季和冬季）。
6 z8 i4 ~, _1 `+ h; h# c8 x 2、吹CO2时间不宜过长。8 V* N, C g. y4 J3 B9 N
3、硬化的型、芯不要久放，应及时合型浇注。
8 A0 R2 M# q' [, p' U! } 4、在钠水玻璃砂中加入占砂1%（质量分数）左右、密度为1.3g/cm3的糖浆，可以有效地防止表面粉化。5 j- `- c, n* e# ?( [0 G' J; G# \* d8 k' }
: \7 J# K9 ?- ~1 i$ s( Y* c# r3 如何提高水玻璃砂型（芯）抗吸湿性？
, z6 D: T% I& X d6 V" Z 用CO2或加热等方法硬化的钠水玻璃砂芯，装配在粘土湿型中，如果不及时浇注，砂芯强度将急剧降低，不仅可能出现蠕变，甚至断塌；在潮湿的环境中储放的砂芯，强度也明显降低。表1为CO2硬化钠水玻璃砂芯在相对湿度为97%环境中放置24h时的强度值。在潮湿环境中存放失去强度的原因，是由于钠水玻璃重新发生水合作用。钠水玻璃粘结剂基体中的Na+与OH—吸收水分并浸蚀基体，最后使硅氧键Si—O—Si断裂，致使钠水玻璃砂粘结强度显著降低。
7 x) \: F$ X: I 解决此问题的措施有： H7 ~4 k# ]! n
1、在钠水玻璃中加入锂水玻璃，或在钠水玻璃中加入Li2CO3、CaCO3、ZnCO3等无机附加物，由于能形成相对不溶的碳酸盐和硅酸盐，以及可减少游离的钠离子，因而可改善钠水玻璃粘结剂的抗吸湿性。* s0 m. f' {' u
2、在钠水玻璃中加入少量有机材料或加入具有表面活性剂作用的有机物，粘结剂硬化时，钠水玻璃凝胶内亲水的Na+和OH—离子或为有机憎水基取代，或相互结合，外露的为有机憎水基，从而改善吸湿性。
y d- ^- \: J) E 3、提高水玻璃模数，因为高模数水玻璃的抗吸湿性比低模数水玻璃强。 C4 x3 w& |: F- C# `
4、在钠水玻璃砂中加入淀粉水解液。更好的方法是采用淀粉水解液对钠水玻璃改性。 |
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发表于 2012-5-7 10:56:01
