[发明专利]一种水玻璃复合改性的方法以及改性水玻璃在型砂配置中应用的方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种水玻璃改性方法，更具体地说是涉及一种结合磁化改性和化学改性的水玻璃防老化复合改性方法。

背景技术

水玻璃砂是铸造生产中应用最为广泛的三大型砂之一，它与粘土砂、树脂砂相比，具有明显的特点。与粘土砂比较，水玻璃砂具有：型砂流动性好、易紧实、劳动强度低，操作简便、能耗低、劳动条件好，型芯尺寸精度高、铸件质量好、铸件缺陷少等优点。与树脂砂比较，水玻璃砂又具有：成本低、硬化速度快，生产现场无毒无味、劳动条件好等优势。水玻璃砂作为粘结剂有很多独特的优点，但同时也存在着很多不容忽视的致命缺陷。比如老化现象、落砂性能差(溃散性差)、旧砂再生和回用比较困难等等。水玻璃贮放于密闭的容器中，其模数和浓度不会发生变化，但许多性状却在贮放中不断发生变化，如粘度、凝胶化值和硬化强度均随时间而下降，唯有表面张力升高，表面张力的升高，使水玻璃对砂粒的润湿性变差，这个现象即被称作水玻璃的“老化现象”，其后果会使水玻璃的性状变差。朱纯熙等认为当水玻璃处于“介安状态”，它自发释放出能量，借以提高体系的稳定性；聚合度大的聚硅酸趋向于进一步聚合起来变成更大的分子，甚至成为胶粒；例如：链四硅酸——环四硅酸——立方八硅酸——硅酸胶粒，释放出较多能量，并将多余H₂O和Na⁺离子排放到体系中；这些H₂O和Na⁺离子进攻低聚硅酸，促使其解聚，最终成为正硅酸四钠，吸收较少能量；结果是水玻璃内的硅酸聚合度向二极分离，称作“聚合度的歧化”，理论上最终变成正硅酸钠与硅酸胶粒的混合分散体系，朱纯熙等，“水玻璃砂基础研究的最新进展”，中国机械工程，1998，10。所以防止老化是使用水玻璃的重要措施之一。

目前，防止水玻璃老化常采用的方法就是对水玻璃进行改性。水玻璃改性有两种方法，即物理改性法和化学改性法。物理改性——即用强磁场、超声波、微波、激光、电场或热压釜加热，长时间回流加热等方法对水玻璃进行改性。例如，对水玻璃进行磁化改性，在水玻璃流经管道的外侧，设置一平行磁场，使管中流动的水玻璃通过磁场，经受磁场力的作用，结果使水玻璃砂的可使用时间延长25％左右，水玻璃粘结强度提高，水玻璃加入量降到2.5％左右，水玻璃砂的溃散性得到改善，但磁化效果在24小时后消失。化学改性包括无机材料改性(如多聚磷酸盐、多聚铝酸盐)、有机材料改性(如粘多糖、聚丙烯酰胺)、硅酸复盐改性(如硅酸钾、硅酸锂)等。典型的水玻璃化学改性剂加入量仅为0.2％～0.4％。已见报导的有二类化合物，第一类是高聚物，如聚丙烯酞胺、聚醚或胺基聚醚；第二类是表面活化剂，如硬脂酸钠、表面活性剂II C-PAC等。然而，对于水玻璃进行复合改性方面的研究尚未见诸报道。

发明内容

本发明所要解决的第一个技术问题是提供一种液态水玻璃的复合改性方法，即先采用聚丙烯酰胺对水玻璃进行化学改性，后采用磁化对水玻璃进行物理改性；本发明所要解决的第二个技术问题是将上述改性水玻璃应用于型砂配置，应用本发明复合改性的水玻璃砂的强度有明显提高。

本发明技术方案：一种水玻璃复合改性方法，其步骤为：将水玻璃与占水玻璃重量0.2％～0.4％的聚丙烯酰胺充分混合，然后将混合物放入到旋转磁场发生器中进行磁化，所述旋转磁场发生器特征为额定功率3KVA，三相50Hz电动机定子，输入电压50V，磁化15～60分钟，放置12～24小时，从而完成液态水玻璃型的复合改性。

将上述权利要求1改性的水玻璃应用于型砂配置的方法，其步骤是：由旧砂70％(wt)、新砂30％(wt)组成原砂，以100份的原砂重量计，加入占水玻璃重量10％的有机酯，在碾轮式混砂机混合2～3分钟，然后加入所述的改性水玻璃5重量份，继续混合2～3分钟，完成型砂配置，将型砂进行造型或制芯，24小时抗压强度为0.15～2.10MPa，其中所述的有机酯由丙三醇二乙酸酯60％(wt)和丙三醇三乙酸酯40％(wt)组成。

本发明的有益效果，在同等条件下，采用化学改性水玻璃作为粘结剂的水玻璃砂的强度比普通水玻璃砂强度有明显的提高，经化学改性后再经磁化改性的水玻璃作为粘结剂的水玻璃砂的强度比单纯经化学改性的水玻璃砂的强度有所提高。而且，经过本发明改性的水玻璃砂经高温后的强度大幅度的降低，表明溃散性的提高。

附图说明

图1是聚丙烯酰胺加入量对水玻璃砂抗拉强度性能的影响曲线图；

图2是磁化化学改性后的水玻璃对水玻璃砂抗拉强度的影响曲线图；