水玻璃作为粘结剂使用的探讨

1.水玻璃的特点及制造工艺（见表4-49）

表4-49 水玻璃的制造工艺

（续）

2.水玻璃的技术规格

1）用于铸造业的工业硅酸钠国家技术标准见表4-50。

表4-50 用于铸造业的工业硅酸钠国家技术标准（GB/T 4209—2008）

2）铸造用钠水玻璃专业标准技术指标见表4-51。

表4-51 铸造用钠水玻璃专业标准技术指标（JB/T 8835—1999）

3.水玻璃模数及其调整方法

（1）模数 模数是影响水玻璃一系列性能的重要参数。二氧化硅与氧化钠的摩尔数之比称为水玻璃的模数，用M表示。

式中 1.033——SiO₂的摩尔数与Na₂O的摩尔数的比值，即62∶60=1.033。

（2）模数的调整方法

1）降低水玻璃模数的方法。降低水玻璃模数的实质是用火碱（NaOH）中和水玻璃中游离的SiO₂。其方法，是向原高模数水玻璃溶液中加入质量分数为10%～20%的NaOH水溶液，从而使模数M值降低。其加入量按下式计算：

式中 X——每kg水玻璃应加入的NaOH（g）；

B——原水玻璃中SiO₂的质量分数（%）；

M——要求达到的模数；

C——原水玻璃中Na₂O的质量分数（%）。

2）提高水玻璃模数的方法。提高水玻璃模数的实质是用工业氯化铵（NH₄Cl）中和水玻璃中的一部分氧化钠（Na₂O）。其方法是向原低模数的水玻璃溶液中加入质量分数为10%的NH₄Cl水溶液。其加入量按下式计算：

式中 Y——每kg水玻璃应加入的NH₄Cl（g）；

B——原水玻璃中SiO₂的质量分数（%）；

M——要求达到的模数；

C——原水玻璃中Na₂O的质量分数（%）。

4.水玻璃密度及其调整方法(www.xing528.com)

（1）水玻璃密度 水玻璃溶液中含有硅酸钠（Na₂O·mSiO₂）的质量分数称之为浓度，常用密度（ρ）表示，铸造中则用波美度（°Be′）表示。由于温度对密度影响大，所以，说密度时应指出是在什么温度下测定的密度。

对于模数一定的水玻璃，密度越大，说明含硅酸钠越多，其中游离的SiO₂越多，硬化后的强度越高。密度大的水玻璃溶液粘度大，混砂困难，因此生产中常将水玻璃密度控制在1.48～1.56g/cm³。

生产中常用的“波美密度计”其上有两种刻度，可以测出溶液的波美度（°Be′），也可以直接读出密度值。20℃的水玻璃，波美度（°Be′）与密度（ρ）的换算关系为

当水玻璃模数和波美度一定时，水玻璃中的SiO₂和Na₂O含量则一定，它们之间的关系如图4-1所示。只要知道水玻璃四个参数中任何两个，就可以求出另外两个参数。

图4-1 水玻璃模数、波美度（密度）与SiO₂、Na₂O质量分数的关系

（2）水玻璃密度的调整方法 调整水玻璃密度只需通过加热脱水或增水即能实现。

1）当密度太小时，只需通过加热脱水即可。

2）当密度（或浓度）太大时，可以加水稀释，其加水量（kg）可按下式计算：

式中 G——要稀释的水玻璃重量（kg）；

ρ——稀释前的水玻璃密度（g/cm³）；

ρ₁——稀释后水玻璃需要达到的密度（g/cm³）。

5.水玻璃模数和密度的选用

铸造中使用的水玻璃模数一般取M=2.2～2.6。模数过大，硬化时间缩短，强度降低；模数过小，则硬化时间延长，甚至不硬化。因此在生产中，水玻璃模数常需根据气候条件和不同季节加以控制和调整，来改变型砂的工艺性能（硬化性能、粘结强度、溃散性），以适应造型操作的要求。

对于模数一定的水玻璃，密度越大，说明含硅酸钠越多，其中游离的SiO₂越多，硬化后的强度越高。密度大的水玻璃溶液粘度大，混砂困难，因此生产中常将水玻璃密度控制在1.48～1.56g/cm³。

水玻璃的选用见表4-52。

表4-52 水玻璃的选用

注：选用时，水玻璃中铁和水不溶物的含量应符合标准要求，且越低越好。

6.改善水玻璃溃散性的技术方案

（1）传统的CO₂硬化水玻璃砂 一般要求有一定的湿压强度，以满足“先起模后硬化”的工艺需要，因此，配比中不得不加入一定量的粉状材料，水玻璃粘结作用不能充分发挥，导致水玻璃加入量居高不下，型砂易烧结，溃散性差。

新型CO₂硬化水玻璃砂，配比中不加粉状材料，没有湿强度。采用改性水玻璃、结合科学的吹CO₂工艺（如脉冲吹CO₂），采用“先硬化后起模”的操作工艺，使得水玻璃加入量降低，溃散性提高。改性水玻璃有：RC系列双组分硅铝复合水玻璃、强力2000多重变性水玻璃、Solosil-433改性水玻璃、有机改性硅酸复盐水玻璃等。

（2）溃散剂 水玻璃砂中加入的溃散剂有：多糖类（如蔗糖、葡萄糖、糊精、淀粉）；树脂类（如呋喃树脂、水溶性酚醛树脂、酮醛树脂、有机酯）；油类（如渣油、沥青、动物油、植物油）；纤维素类（如聚醋酸乙烯、羧甲基纤维素、羟丙基甲纤维素）；碳质类（如煤粉、石墨粉）；无机物类（如氧化铁、氧化铝、氧化镁、碳酸钙）；矿石类（如氟化钙、氟化铝）。

7.水玻璃硬化剂

水玻璃硬化剂有三类：①气体（CO₂）；②固体（硅铁粉、β硅酸二钙、氟硅酸钠等）；③液体（如丙烯碳酸酯、多元醇乙酸酯等）。其中，固体硬化剂的使用逐渐减少。

目前最常用的水玻璃固化剂是：气态CO₂和液态有机酯。