鈉水玻璃砂的硬化機(jī)理
關(guān)于鈉水玻璃砂強(qiáng)度形成過(guò)程中的物理一化學(xué)變化，也就是鈉水玻璃由液態(tài)變?yōu)楣虘B(tài)的硬化機(jī)理，至今尚無(wú)定論。
硅酸鈉是弱酸強(qiáng)堿鹽，在水溶液中幾乎完全電離，所以鈉水玻璃實(shí)際是部分電離的聚硅酸負(fù)離子和鈉離子在水中的分散體系。不同硅酸鹽負(fù)離子的平衡是錯(cuò)綜復(fù)雜的，它取決于pH值、模數(shù)和溫度，在若干特有的反應(yīng)過(guò)程中達(dá)到平衡。
其中最有意義的反應(yīng)是硅酸鈉的鈉一氧鍵水解和酸一堿反應(yīng)鈉。氧鍵離解水解平衡強(qiáng)烈地偏向左方，因此，硅酸鈉的水解度一般只有1.58%～9.29%。水解產(chǎn)生的硅酸不穩(wěn)定，可以縮聚為多硅酸(向右進(jìn)行)，而多硅酸又會(huì)進(jìn)行水解硅氧烷鏈沿線性方向生長(zhǎng)，就形成高聚物;當(dāng)它在三維空間任意生長(zhǎng)時(shí)，就形成凝膠，這就導(dǎo)致了鈉水玻璃的硬化。
如果沒(méi)有任何膠凝作用的影響，鈉水玻璃則可保存很長(zhǎng)時(shí)間，但它對(duì)引起平衡變化的任何因素卻非常敏感，這一潛在不穩(wěn)定特性，通常被用來(lái)加速鈉水玻璃的縮聚，以形成堅(jiān)硬的三維的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，使型砂粘結(jié)在一起。目前，鑄造生產(chǎn)中常用的一些硬化方法，都是加入能直接或問(wèn)接影響上述反應(yīng)平衡點(diǎn)的氣態(tài)、液態(tài)或粉狀固化劑靠失水來(lái)達(dá)到硬化。
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(jiǎn)單，操作方便，
使用靈活，成本低廉，在國(guó)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(guò)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(duì)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(shù)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(guò)吹等工藝問(wèn)題，鑄件質(zhì)量和尺寸精度可與樹(shù)脂砂相媲美;在所有自硬砂工藝中生產(chǎn)成本最低，勞動(dòng)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(dòng)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。
水玻璃砂的硬化方法與鈉水玻璃模數(shù)、密度的關(guān)系
硬化方式與鈉水玻璃模數(shù)、密度的關(guān)系
硬化方式 | 固化劑類型 | 模數(shù)塒 | 密度P，(g·cml3) |
C02法 | C02 | 2．0～2．3 | 1．48～1．52 |
有塑性的水玻璃砂(加有粘土和用粘度高的鈉水玻璃) | 硅酸二鈣(鉻鐵渣) | 2。7～3．1 | ≥1．42 |
復(fù)合酯 | 2．4。2．6 | ≥1．48 | |
自硬砂 | 金屬磷酸絡(luò)合物的粉末 (anta’pyrine’) | 2．3～2．5 | ≥1．47 |
流態(tài)自硬砂 | 硅酸二鈣(鉻鐵渣) | 2．7．3．1 | ≥1．36 |
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