水玻璃砂鑄造應(yīng)重點注意的幾個問題

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)強度隨著貯存時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，干拉強度分別下降4.5%、5%、7.3%和11%。

水玻璃存放時間對酯硬化水玻璃自硬砂初期強度影響不大，但對后期強度影響明顯，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%。殘留強度也隨存放時間的延長而降低。

水玻璃在存放過程中聚硅酸的縮聚反應(yīng)和解聚反應(yīng)同時進行著，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：存放時間、水玻璃的模數(shù)和濃度。存放時間越長，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理。例如，用磁場處理后，水玻璃砂的強度提高了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)濟效益。

物理改性的缺點是不持久，處理后再貯放，粘結(jié)強度又會下降，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，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)強度，使水玻璃的加入量減少；提高硅酸凝膠的可塑性；降低殘留強度，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。

2 如何防止CO2吹氣硬化水玻璃砂型（芯）表面粉化？

鈉水玻璃砂吹CO2硬化并放置一段時間后，有時在下型（芯）表面會出現(xiàn)象白霜一樣的物質(zhì)，嚴(yán)重降低該處表面強度，澆注時易產(chǎn)生沖砂缺陷。根據(jù)分析，這種白色物質(zhì)的主要成分是NaHCO3，可能是由于鈉水玻璃砂中含水分或CO2過多而引起的，其生成的反應(yīng)如下：

Na2CO3+H2O→NaHCO3+NaOH

Na2O+2CO2+H2O→2NaHCO3

NaHCO3易隨水分向外遷移，使型、芯表面出現(xiàn)類似霜的粉狀物。

解決的方法如下：

1、控制鈉水玻璃砂的水分不要偏高（特別是雨季和冬季）。

2、吹CO2時間不宜過長。

3、硬化的型、芯不要久放，應(yīng)及時合型澆注。

4、在鈉水玻璃砂中加入占砂1%（質(zhì)量分?jǐn)?shù)）左右、密度為1.3g/cm3的糖漿，可以有效地防止表面粉化。