改性剂对水玻璃砂溃散强度影响研究(4)
经物理改性后的水玻璃，可提高水玻璃砂强度20%~30%，减少水玻璃加入量30%~40%，有较好的经济效益。但这两种改性都存在共同的不足：处理过程缓慢而耗时，水玻璃需要长时间进行超声或者多次通过强磁场才能达到改性的目的；另外经改性后的水玻璃需尽快使用，放置时间过长则会出现强度衰减现象。试验表明，水玻璃磁化改性效果在24h后基本消失。
1.3.2.水玻璃的化学改性
1950年前苏联科学家发现在热压釜中往水玻璃溶入0.2%的聚丙烯酰胺或3%的三聚磷酸钠，也可以使水玻璃的粘结强度提高1/3左右，称为水玻璃的“化学改性”。同期日本仓部兵次郎[7]等也发表了一系列以铝酸钠作为助粘剂的铝酸钠改性水玻璃铸型的研究报告。稍后1984年有科学家将聚丙烯酞胺与低分子的表面活性剂C-PAC和硬脂酸钠进行对比,通过大量实验研究发现：从降低表面张力和湿润角来看，0.4%C-PAC或硬脂酸钠加入量的水玻璃粘结强度增强效果与0.15%加入量的聚丙烯酞胺改性水玻璃相当。2005年华中科技大学发表了关于超细粉末材料改性水玻璃的报道[8][9]：经一定量超细粉末与分散剂改性的水玻璃粘结剂[10]，能提高水玻璃砂常温24小时强度30%，降低残留强度40%。他们分别从助粘剂，表面活性剂[11]，超细粉末材料改性剂等方面拓宽了水玻璃改性剂范围，为水玻璃化学改性指出了新的途径。
在众多化学改性水玻璃中，比较成功的例子国外有前苏联的OMC改性水玻璃，国内有沈阳汇亚通铸造材料有限公司开发的以木糖醇为主要改性剂的水玻璃。OMC改性水玻璃的制备方法是在3m3热压釜中注入工业用水及水玻璃量0.2%的PAM，混合10~20分钟后加入块状泡花碱，在4~6MPa压力和180~200e下使其溶解，直到密度到达1.38*103kg/m3为止。该改性水玻璃加入量3.5%时大致与未改性水玻璃加入量5%相当，即粘结强度提高30%左右。沈阳汇亚通铸造材料有限公司开发的改性水玻璃的主要化学成分为：木糖醇0.5%~25%，硅酸钠25%~55%，水余量。制备方法为：将按配比称量的水玻璃、木糖醇残液或母液或其它改性剂混合加热、搅拌均匀，控制温度40~100℃，调节水分含量使改性水玻璃的固体物质含量占30%~60%，冷却至50℃以下改性即可完成。该公司开发出了系列化的新型改性水玻璃，结合不同硬化速度的有机醋硬化剂使用，可在水玻璃加入量1.8%~3.5%的情况下满足多种条件下的铸造生产要求。
水玻璃化学改性虽然获得了成功并产生了一定的社会经济效益，但由于改性成分的单一，改性效果往往只是某个方面的加强，在其它方面则不尽人意。如OMC改性水玻璃，在使用上能获得较满意的强度，但它对溃散性的改善很不明显，尤其是800℃的残留强度几乎没有降低1341；汇亚通铸造材料有限公司开发的改性水玻璃，受环境和气候因素影响很大，在高湿度低温度情况下型砂瞬硬性不强，抗吸湿性弱等。此外，研发的改性剂必须与专用水玻璃配合，一起出售，对于离生产改性水玻璃厂家较远的用户增大了运输成本，因此其推广和应用受到一定的限制。
1.3.3.水玻璃的复合改性
用两种或两种以上物质对水玻璃进行改性处理，得到的水玻璃称为复合改性水玻璃。多种改性剂的使用，使得复合改性水玻璃比使用单一改性剂的改性水玻璃性能全面，一般既具有较高的粘结性、抗吸湿性，又有较好的溃散性、表面稳定性，因此具有有机高分子、无机阴离子和阳离子复合的多元复合改性是水玻璃改性研究的发展趋向。目前已研究开发的水玻璃复合改性可分为：有机高分子-硅酸盐复合，如华中科技大学与中国北方机车车辆工业集团公司共同研究开发的DFH系列复合改性水玻璃[12]；无机阴离子-硅铝酸盐复合，如济南锻压和铸造机械研究所李明星开发的RC系列双组分硅铝复合改性水玻璃[13]；无机阳离子-钠钾复合，如李风藻等实验研究的硅酸钠-钾-铝三元复合改性水玻璃；有机-无机-硅酸盐复合，如上海交通大学开发的强力2000变性水玻璃，何纪运等用三聚磷酸五钠和有机物K制成的复合改性水玻璃等，都是成功的例子，值得借鉴。
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