水基鑄造涂料價格低廉、安全可靠、性能穩(wěn)定、運(yùn)輸方便、清潔無污染，在砂型鑄造、金屬型鑄造、離心鑄造、消失模鑄造等方面都有著廣泛應(yīng)用，是未來鑄造涂料發(fā)展方向之一[1]。在水基鑄造涂料生產(chǎn)中，最常用的無機(jī)懸浮劑有鈉基膨潤土，有機(jī)懸浮劑有羧甲基纖維素鈉(CMC)，增稠劑有白乳膠，粘結(jié)劑有三聚磷酸鈉[2-4]。但關(guān)于這些助劑材料對涂料最重要的技術(shù)指標(biāo)———懸浮率和粘度的影響及其交互作用的研究，鮮見報道。本文選用中性的鋁礬土作水基涂料的骨料，研究了鈉基膨潤土、CMC、白乳膠和三聚磷酸鈉等助劑對涂料懸浮率和粘度的影響，探討了這幾種助劑之間的交互作用，為水基鑄造涂料的研究提供參考。

　　1·實(shí)驗(yàn)材料及方法

　　鋁礬土，320目(貴州七砂產(chǎn));鈉基膨潤土(河南信陽產(chǎn));羧甲基纖維素鈉(CMC);三聚磷酸鈉;白乳膠;潤濕劑：OP-10;消泡劑：JFC。

　　涂料懸浮率采用100mL圓柱量筒，靜置6、24h澄清法;其粘度采用100mL、準(zhǔn)6mm流杯法。將鈉基膨潤土、白乳膠、CMC、三聚磷酸鈉在使用前，用特定工藝引發(fā)、溶解，制成漿料，72h后使用。工藝過程如下：

　　工藝過程

　　2·助劑對懸浮率和粘度的影響

　　2.1涂料配比

　　為了真實(shí)地反映出助劑材料種類及其加入量對涂料懸浮率和粘度的影響，必須消除耐火骨料酸堿性對試驗(yàn)結(jié)果的干擾，故選用剛玉化程度很高的、化學(xué)呈中性的[5]貴州產(chǎn)鋁礬土作涂料骨料。所用涂料配方均以鋁礬土為100%，其它助劑材料占鋁礬土質(zhì)量百分?jǐn)?shù)(所有配方均同)計量。選取4因素3水平涂料配比正交表，見表1。涂料密度控制在1.80g/cm3，實(shí)驗(yàn)方案及測試結(jié)果見表2。對表2中的數(shù)據(jù)進(jìn)行極差分析，結(jié)果見表3。

　　表1

　　表2

　　表3

　　2.2實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析

　　由表3中極值R的大小可知，影響懸浮率最顯著的因素是白乳膠，鈉基膨潤土對24h懸浮率影響較大;影響粘度的因素從強(qiáng)到弱排序是鈉基膨潤土、白乳膠、三聚磷酸鈉和CMC。由表3還可知，隨著鈉基膨潤土或CMC加入量的提高，涂料的懸浮率是上升的;隨著三聚磷酸鈉或白乳膠加入量的增加，涂料的懸浮率是下降的。隨著三聚磷酸鈉加入量的提高，涂料的粘度是大幅度下降的;而隨著鈉基膨潤土、CMC、白乳膠含量的增加，涂料粘度大幅度提高。

　　3·助劑交互作用對涂料性能的影響

　　三聚磷酸鈉是一種表面活性劑，可以使細(xì)小的骨料顆粒凝聚而沉淀下來，使涂料上層的水溶液變得澄清，這是懸浮率下降和粘度變小的原因所在。CMC和白乳膠同屬高分子化合物，呈多鏈狀，溶于水后，形成網(wǎng)狀膠體[6]，可是從表3中可以看出，二者對懸浮率的影響規(guī)律卻相反，CMC增進(jìn)懸浮率，白乳膠則降低懸浮率。鈉基膨潤土能在水中膨脹,形成水化膜,并搭接成立體網(wǎng)狀結(jié)構(gòu),阻止耐火骨料下沉[5]。這4種助劑之間是否存在影響涂料懸浮率和粘度的交互作用，需要進(jìn)一步用實(shí)驗(yàn)證實(shí)。

　　助劑交互作用實(shí)驗(yàn)仍選用鋁礬土作涂料骨料，固定兩種助劑的量，變動要考察的其它兩種助劑的量，分別將涂料的懸浮率和粘度作為考察的指標(biāo)，來檢驗(yàn)這兩種助劑之間是否存在交互作用。對變動的二助劑分別取兩水平，控制每組試樣的密度相同，觀測涂料的懸浮率、粘度與因素水平之間的關(guān)系，并將觀測數(shù)據(jù)描述在圖中，從圖中直線的相交或平行趨勢來直觀判斷其有無交互作用[7]。

　　3.1三聚磷酸鈉與鈉基膨潤土的交互作用

　　三聚磷酸鈉的含量分別取3%、7%，鈉基膨潤土含量分別取3%、6%，CMC含量固定為0.1%，白乳膠含量固定為1%。控制該組涂料4個樣的密度在ρ=1.51g/cm3。三聚磷酸鈉與鈉基膨潤土交互作用趨勢見圖1。

　　圖1

　　從圖1(a)可看出，當(dāng)鈉基膨潤土加入量為3%，三聚磷酸鈉的加入量由3%增加到7%時，涂料6h和24h懸浮率是下降的;當(dāng)鈉基膨潤土加入量為6%,三聚磷酸鈉的加入量由3%增加到7%時，涂料6h和24h懸浮率是升高的。還可以看到，兩條6h懸浮率曲線之間有相交的趨勢，24h懸浮率曲線也有相交趨勢。可以認(rèn)為三聚磷酸鈉與鈉基膨潤土對懸浮率有交互作用。

　　從圖1(b)可看出，鈉基膨潤土加入量為3%或6%，三聚磷酸鈉加入量由3%增加到7%，粘度都呈微弱的下降趨勢，說明三聚磷酸鈉與鈉基膨潤土對涂料粘度無交互作用，或?qū)φ扯扔绊懖淮蟆?/p>

　　3.2三聚磷酸鈉與白乳膠的交互作用

　　三聚磷酸鈉的含量分別取3%、7%，白乳膠的含量分別取1%、3%,CMC含量固定為0.1%，鈉基膨潤土含量固定為4%?？刂圃摻M涂料4個樣的密度在ρ=1.52g/cm3。三聚磷酸鈉與白乳膠交互作用趨勢見圖2。

　　圖2

　　由圖2(a)可知，白乳膠加入量1%，三聚磷酸鈉從3%增加到7%，6h懸浮率是下降的，24h懸浮率變化不明顯;白乳膠加入量3%，6h懸浮率是上升的，24h懸浮率是下降的。還可以看到，6h懸浮率的兩條線相交，24h懸浮率的曲線也有相交趨勢?？梢哉J(rèn)為三聚磷酸鈉與白乳膠之間對懸浮率有交互作用。

　　從圖2(b)可看出，白乳膠加入量1%或3%，三聚磷酸鈉加入量從3%增加到7%，涂料粘度均呈下降趨勢,可以判定三聚磷酸鈉與白乳膠對粘度無交互作用，或?qū)φ扯扔绊懖淮蟆?/p>

　　3.3鈉基膨潤土與CMC的交互作用

　　鈉基膨潤土的含量分別取3%、5%，CMC的含量分別取0.1%、0.3%,三聚磷酸鈉含量固定為5%，白乳膠固定為1%。控制該組涂料4個樣的密度在ρ=1.46g/cm3。鈉基膨潤土和CMC交互作用趨勢見圖3。

　　圖3

　　由圖3(a)可知，CMC加入量0.1%，6h懸浮率是下降的，24h懸浮率無變化;CMC加入量0.3%，鈉基膨潤土加入量從3%增加到5%，6h懸浮率是上升的，24h懸浮率也是上升的。還可以看到，不管是兩條6h懸浮率曲線還是兩條24h懸浮率的曲線，都有很明顯的相交的趨勢，故認(rèn)為鈉基膨潤土與CMC對懸浮率有交互作用。從圖3(b)可看出，CMC加入量0.1%或0.3%，鈉基膨潤土加入量從3%增加到5%，涂料粘度均略有上升，故CMC與鈉基膨潤土對粘度無交互作用。

　　3.4三聚磷酸鈉與CMC的交互作用

　　三聚磷酸鈉的含量分別取3%、7%，CMC的含量分別取0.1%、0.3%,鈉基膨潤土含量固定為4%，白乳膠含量固定為1%?？刂圃摻M涂料4個樣的密度在ρ=1.45g/cm3。三聚磷酸鈉與CMC交互作用趨勢見圖4。

　　圖4

　　由圖4(a)可知，CMC加入量0.1%或0.3%，三聚磷酸鈉從3%增加到7%，6h懸浮率是下降的，24h懸浮率也是下降的;可以看到6h的曲線幾乎平行，24h的曲線雖然相交，但兩者的變化趨勢是相同的，交點(diǎn)可能是由試驗(yàn)誤差引起。故三聚磷酸鈉與CMC對懸浮率無交互作用。

　　從圖4(b)中可看出，CMC加入量0.1%或0.3%，三聚磷酸鈉加入量從3%增加到7%，涂料粘度均略有下降，故可以判斷三聚磷酸鈉與CMC對粘度無交互作用。

　　3.5膨潤土與白乳膠的交互作用

　　鈉基膨潤土的含量分別取3%、6%，白乳膠的含量分別取1%、3%,CMC的含量固定為0.1%，三聚磷酸鈉的含量固定為4%。控制該組涂料4個樣的密度在ρ=1.45g/cm3。膨潤土與白乳膠交互作用趨勢見圖5。

　　圖5

　　由圖5(a)可知，白乳膠加入量1%或3%，鈉基膨潤土從3%增加到6%，6h、24h懸浮率均呈上升趨勢，故可判斷鈉基膨潤土與白乳膠對懸浮率無交互作用。

　　從圖5(b)中可看出，白乳膠加入量1%或3%，鈉基膨潤土加入量從3%增加到6%，涂料粘度均有提高，可以認(rèn)為鈉基膨潤土與白乳膠對粘度無交互作用。

　　3.6CMC與白乳膠的交互作用

　　CMC的含量分別取0.1%、0.3%，白乳膠的含量分別取1%、3%,三聚磷酸鈉的含量固定為4%，鈉基膨潤土的含量固定為3%?？刂圃摻M涂料4個樣的密度在ρ=1.50g/cm3。CMC與白乳膠交互作用趨勢見圖6。

　　圖6

　　從圖6可看出，白乳膠加入量1%或3%，CMC加入量從0.1%增加到0.3%，涂料6h、24h懸浮率均呈上升趨勢，粘度也呈上升趨勢，并且兩條線幾乎重合。故CMC與白乳膠對懸浮率和粘度無交互作用。

　　4·助劑交互作用正負(fù)試驗(yàn)

　　為了考察三聚磷酸鈉和鈉基膨潤土，三聚磷酸鈉和白乳膠，鈉基膨潤土和CMC之間交互作用對懸浮率是加強(qiáng)的作用還是減弱的作用，又進(jìn)行了以下實(shí)驗(yàn)。

　　待考察交互作用正負(fù)的兩個因素分別選取0%，x%兩個水平，其余兩個因素在4個樣品中的含量相同。控制每組中的4個樣的密度相同，再考察當(dāng)兩因素共同作用時，總效應(yīng)大于還是小于獨(dú)立效應(yīng)之和，如總效應(yīng)大于獨(dú)立效應(yīng)之和，則是加強(qiáng)作用，反之，則是減弱作用[8]。

　　表4

　　4.1三聚磷酸鈉與鈉基膨潤土

　　4個樣中，白乳膠和CMC的含量相同，分別為1%和0.1%，控制4個樣的密度相同(ρ=1.48g/cm3)，試驗(yàn)配方及測試結(jié)果見表4。

　　從表4可看出，單獨(dú)添加9%的三聚磷酸鈉對涂料6h懸浮率的影響不大，單獨(dú)添加6%的鈉基膨潤土?xí)r，涂料6h懸浮率提高了63%，同時加6%的鈉基膨潤土和9%的三聚磷酸鈉使涂料6h懸浮率比單獨(dú)添加6%的鈉基膨潤土降低了4%，可以判斷三聚磷酸鈉和鈉基膨潤土對涂料6h懸浮率是減弱的交互作用。

　　4.2三聚磷酸鈉和白乳膠

　　固定4個樣的鈉基膨潤土和CMC含量相同，分別為4%，0.1%，控制4個樣的密度相同(ρ=1.54g/cm3)，實(shí)驗(yàn)配方及測試結(jié)果見表5。

　　表5

　　從表5可看出，同時添加2%的白乳膠和9%的三聚磷酸鈉時，涂料6h懸浮率是84%，比單獨(dú)添加2%的白乳膠或7%的三聚磷酸鈉時的都要低，可以肯定同時添加2%的白乳膠和7%的三聚磷酸鈉對涂料6h的懸浮率是減弱的交互作用。

　　4.3鈉基膨潤土和CMC

　　固定4個樣的三聚磷酸鈉和白乳膠的含量相同，分別為5%和1%，控制4個樣的密度相同(ρ=1.46g/cm3)。實(shí)驗(yàn)配方及測試結(jié)果如表6。

　　表6

　　從表6可知，同時添加0.3%CMC和5%鈉基膨潤土?xí)r，涂料6h懸浮率為88%，比單獨(dú)添加0.3%的CMC或單獨(dú)添加5%的鈉基膨潤土?xí)r的懸浮率分別高出17%和12%，可以判斷同時添加0.3%的CMC和5%的鈉基膨潤土對涂料6h的懸浮率是加強(qiáng)的交互作用。

　　5·結(jié)論

　　(1)白乳膠顯著提高涂料的粘度，但是降低涂料的懸浮率;鈉基膨潤土和CMC提高涂料的懸浮率和粘度;三聚磷酸鈉既降低涂料的懸浮率，又降低其粘度。

　　(2)從這4種助劑對涂料的懸浮率和粘度的影響規(guī)律看，涂料的懸浮率和粘度之間沒有對應(yīng)的關(guān)系。

　　(3)三聚磷酸鈉和鈉基膨潤土、三聚磷酸鈉和白乳膠、鈉基膨潤土和CMC之間對涂料懸浮率有交互作用，而對其粘度無交互作用。

　　(4)考察涂料6h懸浮率時，CMC和鈉基膨潤土之間是加強(qiáng)的交互作用，三聚磷酸鈉和鈉基膨潤土、三聚磷酸鈉和白乳膠之間是減弱的交互作用。