【正文】 出以下幾點(diǎn)結(jié)論： （ 1）水玻璃砂硬化過程可歸納為：水玻璃膜表層接觸 CO2 反應(yīng)生成硅凝膠，硅凝膠脫水，在粘結(jié)膜內(nèi)形成很強(qiáng)內(nèi)應(yīng)力，產(chǎn)生初強(qiáng)度。在存放過程 中，未反應(yīng)的水玻璃不斷脫水，強(qiáng)度不斷提高。 （ 2）一套正確的吹氣方案應(yīng)在保證水玻璃砂即時(shí)強(qiáng)度達(dá)到起模強(qiáng)度的前提下，保留盡可能多的水玻璃不與 CO2 發(fā)生反應(yīng)。 （ 3）為了方便研究，將氣體的預(yù)熱溫度控制在合適范圍內(nèi)，主要研究吹氣時(shí)間，吹氣流量及水玻璃加入量等對(duì)水玻璃砂硬化的影響，而對(duì)水玻璃的模數(shù)和密度變化的研究不作為重點(diǎn)。 （ 4）所謂“過吹” [8]，實(shí)際上是硬化過程中以化學(xué)方式形成的凝膠占優(yōu)勢(shì)，應(yīng)當(dāng)控制 CO2 的濃度或流量，避免這種情況的產(chǎn)生 。 添加劑對(duì)水玻璃砂熱性能的研究 15 3 各配方水玻璃砂潰散性研究 試驗(yàn)?zāi)康? 水玻璃 是廣泛應(yīng)用的鑄型粘結(jié)劑之一，但其潰散性差是阻礙其進(jìn)一步擴(kuò)大應(yīng)用最主要因素。 水玻璃砂強(qiáng)度的大小，取決于包附在砂粒表面硅酸凝膠薄膜的致密程度，即水玻璃在型砂中的加入量。水玻璃的加入量越大，強(qiáng)度越高，相對(duì)潰散性也越差。怎樣才能既降低水玻璃的加入量，提高潰散性，又不使水玻璃砂的強(qiáng)度降低，這就是我們這個(gè)課題所要解決的中心問題。 為改善潰散性，現(xiàn)在大多數(shù)企業(yè)最主要是向水玻璃砂中加潰散劑。 本章節(jié)主要通過向水玻璃型砂中添加 添加 劑的方法來研究其對(duì)型砂潰散性的改善作用，并找出具有良好性能的型砂配方。 添加 劑的確定 添加 劑的擬定 在水玻璃砂中添加附加物是最簡單和最實(shí)用的解決型砂潰散性的方法 , 因而早就受到了國內(nèi)外鑄造工作者的重視。 （ 1） GLT： GLT、石棉水泥生產(chǎn)中的殘料及磷鈣土粉都能使水玻璃砂撞擊功曲線第二峰值向更高的溫度區(qū)推移，沒有添加劑和有添加劑混合料撞擊功相應(yīng)為130J 和 35～ 40J。 GLT 能提高混合料的初強(qiáng)度，減少水玻璃加入量，且加熱和冷卻時(shí)存在相變，導(dǎo)致粘結(jié)膜破壞，因而在這三種添加劑中， GLT 更能改善型砂潰散性。若使用經(jīng)磺氨酸和甲硅烷改性的 GLT 則會(huì)進(jìn)一步改善水玻璃砂的潰散性。 （ 2） SPSN：由于受 SPSN 溶解度的影響，所以本實(shí)驗(yàn)加入的硼全部以四配位的形式進(jìn)入網(wǎng)絡(luò)，形成復(fù)合統(tǒng)一的網(wǎng)絡(luò)，使原有的網(wǎng)絡(luò)結(jié)果更加完整，從而在一定程度上提高水玻璃的粘結(jié)強(qiáng)度。 （ 3） LSEQN： LSEQN 可催化合成乙酸丁酯，而對(duì)于具有自硬性質(zhì)的水玻璃砂酯硬化工藝而言，可影響砂型的硬化終強(qiáng)度，硬化速度，高溫殘留強(qiáng)度等參數(shù) 。 （ 4） MTC：水玻璃砂中加入適量的 MTC，可以較好的解決水玻璃砂的潰散性問題，另外， MTC 的加入，可以減少水玻璃的加入量，提高型砂潰散性。 添加劑對(duì)水玻璃砂熱性能的研究 16 水玻璃砂加 添加 劑試驗(yàn)設(shè)計(jì)及結(jié)果分析 主 要試驗(yàn)原材料、設(shè)備及試驗(yàn)方法 （ 1） 試驗(yàn)材料 原砂：天然石英砂，粒度 70/140 目 ， 普通鈉水玻璃：模數(shù) m= 密度ρ=， SPSN， LSEQN， MTC：食品級(jí) MTC 代糖甜味劑 ， CO2：工業(yè)瓶裝 CO2， 空氣：工業(yè)瓶裝空氣 ， 環(huán)境溫度： 25℃ 濕度： 38%RH， 水浴溫度：90℃ 177。10℃ ， 氣體溫度： 40℃ 177。5 ℃ （ 2） 試驗(yàn)設(shè)備 SHYA 葉片式混砂機(jī) SAC 錘擊制樣機(jī) 電熱式 CO2 減壓器（ YQT731L） 微機(jī)控制電子萬能試驗(yàn)機(jī) (WDW)：用于測定 CO2水玻璃砂的初強(qiáng)度，終強(qiáng)度， 以及殘留強(qiáng)度 （ 3）試樣制備 混砂用 SHYA 葉片式混砂機(jī) 。 混砂流程 （ 1）稱取一定量水玻璃（占石英砂 5%），稱取一定量 SPSN 和 LSEQN（各占水玻璃 2%），放在研缽中研成粉末；將 SPSN 與 LSEQN 加入到水玻璃中，用玻璃棒攪拌均勻。 （ 2）將水玻璃混合溶液置于磁力加熱攪拌器上，加速溶質(zhì)溶解，溶解完成后滴水一滴進(jìn)行水份蒸發(fā)補(bǔ)償，然后放置待用。 （ 3）稱取一定量石英砂，放入混砂機(jī)中（一般為 400g）。 （ 4）放入石英砂干混 1min 以上，加入高嶺土（占石英砂 5%），再次干混1~2min，最后將水玻璃混合溶液細(xì)流倒入，濕混 1~2min，出砂。 （ 5）不加入添加劑的水玻璃砂配置時(shí)不用稱取添加劑加入且不需要第二步，以木糖醇做為添加劑時(shí)，稱取一定量木糖醇（占石英砂 %），在高嶺土干混完成后加入木糖醇干混 1~2min，最后加入水玻璃，濕混 1~2min，出砂。 （ 6）三種配方中百分比均為質(zhì)量分?jǐn)?shù)。 制樣流程 （ 1）清理好樣筒，稱取混好的水玻璃砂大約 50g 放入樣筒（樣筒內(nèi)徑為Φ30mm），然后放到制樣機(jī)上三錘緊實(shí)；拆開樣筒，測其內(nèi)試樣 高度是否為 50mm， 添加劑對(duì)水玻璃砂熱性能的研究 17 誤差不超過 1mm，若低于 50mm 則下次多稱取一些水玻璃砂，繁殖少稱取一些，最終保證制取的試樣高度為 50mm，然后吹氣硬化。 （ 2）各配方均采用熱空氣 CO2吹氣工藝，吹氣流量為 6L/min，脈沖吹氣總吹氣時(shí)間為 20s 配置水玻璃砂。用 SAC 錘擊制樣機(jī)手工制作Φ 30 50mm 的圓柱試樣。 （ 3）同一項(xiàng)性能測試需 2~3 個(gè)試樣，本論文中取各項(xiàng)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)均值，測水玻璃砂即時(shí)強(qiáng)度，即試樣制取后在 10min 內(nèi)測得的抗壓強(qiáng)度；終強(qiáng)度為試樣制取后放置 24h 后測得的抗壓強(qiáng)度；殘留強(qiáng)度為試樣制取 后放置 24h 后并置于某一溫度（一般測 200℃ 與 800℃ ）的爐中保溫 30min，取出測得的抗壓強(qiáng)度。 各配方水玻璃砂性能對(duì)比 分別對(duì) SPSN+LSEQN 和 MTC 研究 兩種配方 對(duì)水玻璃分散性的效果。 以不未加入任何添加劑 ， 5%水玻璃， 5%GLT 配置的水玻璃砂，記為 0號(hào)砂 ；加入2%SPSN 和 LSEQN， 5%水玻璃， 5%GLT 配置的水玻璃砂，記為 1號(hào)砂 ；加入%MTC， 5%水玻璃， 5%高嶺土配置的水玻璃砂，記為 2號(hào)砂。 表 31 各配方水玻璃砂性能對(duì)比 編號(hào) σ 即 /MPa σ24h/MPa σ48h/MPa σ200℃ /MPa σ800℃ /MPa 0 1 2 本章小結(jié) （ 1）加入 2%SPSN 和 LSEQN 的水玻璃砂和加入 %的木糖醇的水玻璃砂的即時(shí)強(qiáng)度和 24h 強(qiáng)度和 48h 強(qiáng)度都要高于無添加劑水玻璃砂，這使得在鑄造時(shí)加入了添加劑的水玻璃型砂能夠更好的承受鐵液沖擊而不會(huì)變形； （ 2）加入 2%SPSN和 LSEQN的水玻璃砂和加入 %的 MTC的水玻璃砂的 200℃和 800℃ 強(qiáng)度都要遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于無添加劑水玻璃砂，這使得在鑄造結(jié)束后取出鑄件時(shí)，加入了添加劑的水玻璃型砂能夠更輕易的從鑄件表面去除，降低了工作難度，使得工作效率大幅度提高； （ 3）加入了 MTC 的水玻璃砂的 200℃ 和 800℃ 強(qiáng)度即殘留強(qiáng)度都要高于以 添加劑對(duì)水玻璃砂熱性能的研究 18 SPSN 和 LSEQN 做為添加劑的水玻璃砂，即選用 SPSN 和 LSEQN 做為添加劑時(shí)能夠更好的去除包裹住鑄件的型砂； （ 4）綜上所述，選用 SPSN 和 LSEQN 做為水玻璃砂添加劑時(shí)，綜合性能最好，既提高了 即時(shí)強(qiáng)度和 24h 終強(qiáng)度，又顯著降低了殘留強(qiáng)度，使鑄造時(shí)鑄件因型砂受鐵液沖擊變形而產(chǎn)生的變形現(xiàn)象大幅度降低，并且更容易將鑄造結(jié)束后的型砂從鑄件表面去除。 添加劑對(duì)水玻璃砂熱性能的研究 19 4 添加劑對(duì)水玻璃砂熱性能的研究 實(shí)驗(yàn)?zāi)康? 本章節(jié)主要通過熱分析實(shí)驗(yàn)，熱膨脹實(shí)驗(yàn)，熱臺(tái)顯微鏡下觀察研究添加劑對(duì)水玻璃熱性能的各方面影響因素。 各配方水玻璃砂熱性能實(shí)驗(yàn)及分析 主要試驗(yàn)原材料、設(shè)備及試驗(yàn)方法 （ 1） 試驗(yàn)材料 原砂：天然石英砂，粒度 70/140 目 ， 普通 鈉水玻璃：模數(shù) m= 密度ρ=， SPSN， LSEQN， MTC：食品級(jí) MTC 代糖甜味劑 ， CO2：工業(yè)瓶裝 CO2， 空氣：工業(yè)瓶裝空氣 ， 環(huán)境溫度： 25℃ 濕度： 38%RH， 水浴溫度：90℃ 177。10℃ ， 氣體溫度： 40℃ 177。5 ℃ （ 2） 試驗(yàn)設(shè)備 SHYA 葉片式混砂機(jī) 電熱式 CO2 減壓器（ YQT731L） 插式掃描熱量儀 熱機(jī)械分析儀 熱臺(tái)顯微鏡 （ 3） 試樣制備 混砂流程 （ 1）稱取一定量水玻璃（占石英砂 5%），稱取一定量 SPSN 和 LSEQN（各占水玻璃 2%），放在研缽中研成粉末 ；將 SPSN 與 LSEQN 加入到水玻璃中，用玻璃棒攪拌均勻。 （ 2）將水玻璃混合溶液置于磁力加熱攪拌器上，加速溶質(zhì)溶解，溶解完成后滴水一滴進(jìn)行水份蒸發(fā)補(bǔ) 償，然后放置待用。 （ 3）稱取一定量石英砂，放入混砂機(jī)中（一般為 400g）。 （ 4）放入石英砂干混 1min以上，加入 GLT（占石英砂 5%），再次干混 1~2min， 添加劑對(duì)水玻璃砂熱性能的研究 20 最后將水玻璃混合溶液細(xì)流倒入，濕混 1~2min，出砂。 （ 5）不加入添加劑的水玻璃砂配置時(shí)不用稱取添加劑加入且 不需要第二步，以 MTC 做為添加劑時(shí)，稱取一定量 MTC（占石英砂 %），在 GLT 干混完成后加入 MTC 干混 1~2min，最后加入水玻璃，濕混 1~2min，出砂。 （ 6）三種配方中百分比均為質(zhì)量分?jǐn)?shù)。 制樣流程 （ 1）清理好樣筒，稱取混好的水玻璃砂大約 50g 放入樣筒（樣筒內(nèi)徑為Φ30mm），然后放到制樣機(jī)上三錘緊實(shí)；拆開樣筒，測其內(nèi)試樣高度是否為 50mm，誤差不超過 1mm，若低于 50mm 則下次多稱取一些水玻璃砂，反之少稱取一些，最終保證制取的試樣高度為 50mm，然后吹氣硬化。 （ 2） 各配方均采用熱空氣 CO2吹氣工藝，吹氣流量為 6L/min，脈沖吹氣總吹氣時(shí)間為 20s 配置水玻璃砂。用 SAC 錘擊制樣機(jī)手工制作Φ 30 50mm 的圓柱試樣。 （ 3）將制作的好的試樣切下來一部分，放入研缽中研成均勻的顆粒，稱取30mg 放入坩堝中，分別放入插式掃描熱量儀和熱臺(tái)顯微鏡中進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。 （ 4）稱取一定量的水玻璃砂（約 12mg），放入內(nèi)徑為 Φ 10mm 的制樣筒中，緊實(shí)后吹氣硬化，取出試樣，保證試樣高度為 50mm，放入熱機(jī)械分析儀中進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。 DSC 熱分析實(shí)驗(yàn) 圖 無 添加劑水玻璃砂熱分析試驗(yàn)曲線圖 添加劑對(duì)水玻璃砂熱性能的研究 21 圖 四硼酸鈉和磷酸二氫鈉水玻璃砂熱分析試驗(yàn)曲線圖 圖 木糖醇水玻璃砂熱分析試驗(yàn)曲線圖 三者均在開始時(shí)出現(xiàn)明顯吸熱峰，這是脫水所引起的；三者均在 570℃左右出現(xiàn)吸熱峰，這是硅酸鈉結(jié)構(gòu)水脫失所引起的；隨后硅酸鈉在 800℃左右熔融，不同的是 0號(hào)水玻璃砂 熔融吸熱峰靠后， 1號(hào)水玻璃砂 靠前， 2號(hào)水玻璃砂 居中。這主要因?yàn)樗Ａе屑尤氲?SPSN 和 LSEQN 在加熱過程中與水玻璃，特別是水玻璃中的氧化鈉結(jié)合形成新的化合物時(shí)吸收熱量，使得吸熱峰向前偏移 ，而木糖醇做為有機(jī)物在加熱過程中與空氣發(fā)生反應(yīng)吸收熱量，使得吸熱峰向前偏移，但偏 添加劑對(duì)水玻璃砂熱性能的研究 22 移程度小于 1號(hào)水玻璃砂 。 三者開始時(shí)均發(fā)生失重現(xiàn)象，這是脫水所引起的，不同的是 1和 2號(hào)水玻璃砂 又發(fā)生二次失重現(xiàn)象，這是由于 SPSN 和 LSEQN、 MTC 在加熱過程中發(fā)生多步分解，導(dǎo)致水份分段蒸發(fā)，使得熱重（ TG）曲線呈現(xiàn)分段失重現(xiàn)象。兩者均在 600℃開始發(fā)生極其微小熱重增加現(xiàn)象，這可能是由于加熱時(shí)環(huán)境氣體密度下降產(chǎn)生的浮力效應(yīng)導(dǎo)致的表觀質(zhì)量增加，扣除空白曲線修正后接近真實(shí)曲線。 熱膨脹實(shí)驗(yàn) 圖 各配 方水玻璃砂溫度位移曲線 可以看出，各配方水玻璃砂溫度位移曲線 300℃之后斜率基本一樣，但不同的是同溫度下 1號(hào)水玻璃砂的 位移程度總是最小， 2號(hào)水玻璃砂 居中， 0號(hào)水玻璃砂 最大。在加熱開始時(shí)， 0號(hào) 水玻璃砂吸熱脫水膨脹，在 180℃左右發(fā)生玻璃化轉(zhuǎn)變，曲線斜率增大，試