幾十年來國內(nèi)外對樹脂砂鑄造工藝的應(yīng)用實(shí)踐表明：樹脂砂雖然具有鑄件尺寸精度高，表面光潔，造型效率高，可以制造形狀復(fù)雜和內(nèi)部質(zhì)量要求嚴(yán)格的鑄件，舊砂回收再生容易等優(yōu)點(diǎn);但是，樹脂砂的生產(chǎn)成本高，環(huán)境污染嚴(yán)重，在人們對于自身生存條件和環(huán)境的要求日趨嚴(yán)格的條件下，由于車間勞動保護(hù)和生產(chǎn)環(huán)境衛(wèi)生方面的投資很大，樹脂砂的應(yīng)用受到一定限制。而水玻璃無色、無臭、無毒，在混砂造型、硬化和澆鑄過程中都沒有刺激性或有毒氣體溢出。故近年來許多國家對水玻璃砂重新重視起來。  　　水玻璃砂的硬化方法可分為熱硬法、氣硬法和自硬法三大類，包括很多種方法。但目前  　　常用的硬化方法主要有以下兩種：  　　1、普通CO2氣硬法  　　此法是水玻璃粘結(jié)劑領(lǐng)域里應(yīng)用最早的一種快速成型工藝，由于設(shè)備簡單，操作方便，  　　使用靈活，成本低廉，在國內(nèi)外大多數(shù)的鑄鋼件生產(chǎn)中得到了廣泛的應(yīng)用。  　　CO2氣體硬化水玻璃砂的主要優(yōu)點(diǎn)是：硬化速度快，強(qiáng)度高;硬化后起模，鑄件精度高。  　　普通CO2氣體硬化水玻璃砂的缺點(diǎn)是：型(芯)砂強(qiáng)度低，水玻璃加入量(質(zhì)量分?jǐn)?shù))往往高達(dá)7~8%或者更多;含水量大，易吸潮;冬季硬透性差;潰散性差，舊砂再生困難，大量舊砂被廢棄，造成環(huán)境的堿性污染。  　　2、有機(jī)酯自硬法  　　此法是采用液體的有機(jī)酯代替CO2氣體作水玻璃的硬化劑。  　　這種硬化工藝的優(yōu)點(diǎn)是：型(芯)砂具有較高的強(qiáng)度，水玻璃加入量可降至3.5%以下;冬季硬透性好，硬化速度可依生產(chǎn)及環(huán)境條件通過改變粘結(jié)劑和固化劑種類而調(diào)整(5～150min);型(芯)砂潰散性好，鑄件出砂清理容易，舊砂易干法再生，回用率≥80%，減少水玻璃堿性廢棄砂對生態(tài)環(huán)境的污染，節(jié)約廢棄砂的運(yùn)輸、占地等費(fèi)用，節(jié)約優(yōu)質(zhì)硅砂資源;型砂熱塑性好，發(fā)氣量低，可以克服呋喃樹脂砂生產(chǎn)鑄鋼件時(shí)易出現(xiàn)的裂紋、氣孔等缺陷;可以克服CO2水玻璃砂存在的砂型表面穩(wěn)定性差、容易過吹等工藝問題，鑄件質(zhì)量和尺寸精度可與樹脂砂相媲美;在所有自硬砂工藝中生產(chǎn)成本最低，勞動條件好。  　　該硬化工藝的主要缺點(diǎn)是：型芯砂硬化速度較慢，流動性較差。  　　目前鑄造生產(chǎn)中，有時(shí)采用復(fù)合硬化工藝，例如短時(shí)吹CO2達(dá)到起模強(qiáng)度后先起模，再吹熱空氣，或烘干，或利用有機(jī)酯自硬，或自然脫水干燥，以獲得較大的終強(qiáng)度，提高生產(chǎn)效率。  　　水玻璃砂鑄造時(shí)，應(yīng)重點(diǎn)注意以下幾個(gè)主要問題：  　　1 影響水玻璃“老化”的因素有哪些?如何消除水玻璃“老化”?  　　新制備的水玻璃是一種真溶液。但是在存  放過程中，水玻璃中硅酸要進(jìn)行縮聚，將從真溶液逐步縮聚成大分子的硅酸溶液，最后成為硅酸凝膠。因此，水玻璃實(shí)際上是一種由不同聚合度的聚硅酸組成的非均相混合物，易受其模數(shù)、濃度、溫度、電解質(zhì)含量和存放時(shí)間的影響。  　　水玻璃在存放過程中分子產(chǎn)生縮聚，形成凝膠，其粘結(jié)強(qiáng)度隨著貯存時(shí)間的延長而逐漸降低，這一現(xiàn)象稱為水玻璃“老化”。  　　“老化”現(xiàn)象可由下述兩組試驗(yàn)數(shù)據(jù)來說明：高模數(shù)水玻璃(M=2.89，ρ=1.44g/cm3)貯放20、60、120、180、240天后，吹CO2硬化的水玻璃砂干拉強(qiáng)度相應(yīng)下降9.9%、14%、23.5%、36.8%和40%;低模數(shù)水玻璃(M=2.44，ρ=1.41g/cm3)貯放7、30、60和90天后，干拉強(qiáng)度分別下降4.5%、5%、7.3%和11%。  　　水玻璃存放時(shí)間對酯硬化水玻璃自硬砂初期強(qiáng)度影響不大，但對后期強(qiáng)度影響明顯，據(jù)測定，對于高模數(shù)水玻璃下降60%左右，對于低模數(shù)水玻璃下降15～20%。殘留強(qiáng)度也隨存放時(shí)間的延長而降低。  　　水玻璃在存放過程中聚硅酸的縮聚反應(yīng)和解聚反應(yīng)同時(shí)進(jìn)行著，分子量發(fā)生了歧化，最終生成單正硅酸和膠粒并存的多重分散體系，也就是在水玻璃的老化過程中，聚硅酸的聚合度發(fā)生了歧化，單正硅酸和高聚硅酸的含量均隨存放時(shí)間的延長而增多。水玻璃在存放中縮聚、解聚反應(yīng)的結(jié)果，使粘結(jié)強(qiáng)度下降了，即產(chǎn)生“老化”現(xiàn)象。  　　影響水玻璃“老化”的因素主要有：存放時(shí)間、水玻璃的模數(shù)和濃度。存放時(shí)間越長，模數(shù)越高，濃度越大，則“老化”越嚴(yán)重。  　　對久存的水玻璃可以采用多種方法的改性處理，以消除“老化”，使水玻璃恢復(fù)到新鮮水玻璃的性能：  　　1、物理改性  　　水玻璃老化是緩慢釋放能量的自發(fā)過程，用物理改性處理“老化”的水玻璃就是用磁場、超聲波、高頻或加熱等辦法，向水玻璃體系提供能量，促使高聚合的聚硅酸膠粒重新解聚，促使聚硅酸的分子量重新均勻化，從而消除了老化現(xiàn)象，這就是物理改性的機(jī)理。例如，用磁場處理后，水玻璃砂的強(qiáng)度提高了20～30%，減少水玻璃加入量30～40%，節(jié)約CO2，改善潰散性，有較好的經(jīng)濟(jì)效益。  　　物理改性的缺點(diǎn)是不持久，處理后再貯放，粘結(jié)強(qiáng)度又會下降，故適用于鑄造廠處理后盡快使用。尤其是M>2.6的水玻璃，硅酸分子濃度大，經(jīng)過物理改性解聚后又會較快地縮聚，最好是處理后立即使用。  　　2、化學(xué)改性  　　化學(xué)改性是往水玻璃中加入少量化合物，這些化合物均含有羧基、酰胺基、羰基、羥基、醚基、氨基等極性基團(tuán)，通過氫鍵或靜電將其吸附在硅酸分子或膠粒表面，改變其表面位能和溶劑化能力，提  高聚硅酸穩(wěn)定性，從而阻止“老化”進(jìn)行。  　　例如往水玻璃中加入聚丙烯酰胺、改性淀粉、聚磷酸鹽等，可取得較好的效果。  　　往普通水玻璃甚至改性水玻璃中摻入有機(jī)物可以起到多種作用，如：改變水玻璃的粘流性質(zhì);改善水玻璃混和料的造型性能;提高粘結(jié)強(qiáng)度，使水玻璃的絕對加入量減少;提高硅酸凝膠的可塑性;降低殘留強(qiáng)度，使水玻璃砂更適用于鑄鐵和有色合金。  　　3、物理—化學(xué)改性  　　物理改性適宜于已“老化”的水玻璃，改性后立即使用�；瘜W(xué)改性適宜于處理新鮮水玻璃，改性后的水玻璃可較長時(shí)間的存放。物理改性與化學(xué)改性結(jié)合起來，能使水玻璃具有持久的改性效果，例如在高壓釜中加聚丙烯酰胺來改性“老化”的水玻璃效果很好，其中利用高壓釜的壓力和攪拌是屬于物理改性，加聚丙烯酰胺是化學(xué)改性。

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