影响酯硬化水玻璃砂强度的因素

足够的硬化（终）强度是获得合格铸件的基本保障。提高水玻璃砂硬化强度的措施有：增加水玻璃加入量；降低水玻璃模数；降低环境湿度；采用改性水玻璃黏结剂；采用高品质的原砂等。各主要因素对水玻璃砂硬化强度的影响如图5-7至图5-16和表5-1所示。

1.水玻璃种类的影响

图5-7、图5-8为水玻璃种类不同对水玻璃砂强度的影响（试验条件为：试验的环境温度17℃，环境湿度89%；各组分的加入量为砂重的百分比；水玻璃m≈2.2，波美度≈50°Be）。试验结果表明，不同种类的水玻璃对水玻璃砂强度有重大影响。与不改性水玻璃相比，改性了的水玻璃的初期硬化速度快、硬透性好，终硬化强度稍高，溃散性大大改善。而不同改性水玻璃黏结剂的溃散性的区别也很大。例如：不改性水玻璃黏结剂的800℃残留强度为1.462MPa；某商品改性水玻璃黏结剂的800℃残留强度为0.896MPa，大约是不改性水玻璃的61%；由华中科技大学研制出的DFH-1型和DFH-2型改性水玻璃黏结剂的800℃残留强度为0.243MPa，大约是不改性水玻璃的17%。

图5-7 水玻璃种类对水玻璃砂常温抗压强度的影响

—◆——3.0%DFH1改性水玻璃，0.45%商品酯1#，50/100都昌砂 —■——3.0%商品改性水玻璃，0.45%商品酯1#，50/100都昌砂 —▲——3.0%普通水玻璃，0.45%商品酯1#，50/100都昌砂

图5-8 水玻璃种类对水玻璃砂高温残留强度的影响（800℃残留强度）

1—3.0%DFH1改性水玻璃，0.45%商品酯1#，50/100都昌砂 2—3.0%商品改性水玻璃，0.45%商品酯1#，50/100都昌砂 3—3.0%普通水玻璃，0.45%商品酯1#，50/100都昌砂

2.水玻璃模数的影响

水玻璃模数的影响如图5-9、图5-10所示（试验条件：试验的环境温度5℃，环境湿度85%；各组分的加入量为占砂重的百分比）。从图中可以看出，水玻璃模数高，硬化速度快，终强度低，溃散性好；而水玻璃模数低，硬化速度慢，终强度高，但溃散性较差。改变硬化剂的类型（快、中、慢酯等）也可改变硬化速度、终强度和残留强度（溃散性），通常慢酯的终硬化强度（比快酯）更高。

图5-9 水玻璃模数对常温抗压强度的影响

—◆——3.0%普通水玻璃Ⅰ（m≈2.2，波美度≈50°Be），0.30%快酯，40/70岳阳砂 —■——3.0%普通水玻璃Ⅱ（m≈3.0，波美度≈45°Be），0.30%快酯，40/70岳阳砂 —▲——3.0%普通水玻璃Ⅱ（m≈3.0，波美度≈45°Be），0.30%慢酯，40/70岳阳砂 —×——3.0%[85%普通水玻璃Ⅰ+15%DFH1改性剂]，0.30%快酯，40/70岳阳砂 —○——3.0%[85%普通水玻璃Ⅱ+15%DFH1改性剂]，0.30%慢酯，40/70岳阳砂

图5-10 水玻璃模数对水玻璃砂高温残留强度的影响（800℃残留强度）

1—3.0%普通水玻璃Ⅰ（m≈2.2，波美度≈50°Be），0.30%快酯，40/70岳阳砂 2—3.0%普通水玻璃Ⅱ（m≈3.0，波美度≈45°Be），0.30%快酯，40/70岳阳砂 3—3.0%普通水玻璃Ⅱ（m≈3.0，波美度≈45°Be），0.30%慢酯，40/70岳阳砂 4—3.0%[85%普通水玻璃Ⅰ+15%DFH1改性剂]，0.30%快酯，40/70岳阳砂 5—3.0%[85%普通水玻璃Ⅱ+15%DFH1改性剂]，0.30%慢酯，40/70岳阳砂

3.原砂的影响

原砂的影响如图5-11、图5-12所示（试验条件：试验的环境温度28℃，环境湿度85%；各组分的加入量为砂重的百分比；水玻璃m≈2.2，波美度≈50°Be）。结果表明：原砂的不同，对水玻璃砂的硬化强度和溃散性有重大影响。在如图5-11、图5-12所示的5种原砂中，24h硬化强度的次序为“大林砂>平潭砂>东山砂>都昌砂>海城砂”，大林砂的终硬化强度最高；而残留强度的次序则为：“东山砂>大林砂>海城砂>平潭砂>都昌砂”，都昌砂的残留强度最小（溃散性最好）。

图5-11原砂种类对水玻璃砂常温抗压强度的影响

—◆——3.0%DFH1改性水玻璃，0.3%商品酯1#，50/100都昌砂 —■——3.0%DFH1改性水玻璃，0.3%商品酯1#，50/100海城砂 —▲——3.0%DFH1改性水玻璃，0.3%商品酯1#，50/100东山砂 —×——3.0%DFH1改性水玻璃，0.3%商品酯1#，50/100平潭砂 ———3.0%DFH1改性水玻璃，0.3%商品酯1#，50/100大林砂

图5-12原砂种类对水玻璃砂高温残留强度的影响（800℃残留强度）(www.zuozong.com)

1—3.0%DFH1改性水玻璃，0.3%商品酯1#，50/100都昌砂 2—3.0%DFH1改性水玻璃，0.3%商品酯1#，50/100海城砂 3—3.0%DFH1改性水玻璃，0.3%商品酯1#，50/100东山砂 4—3.0%DFH1改性水玻璃，0.3%商品酯1#，50/100平潭砂 5—3.0%DFH1改性水玻璃，0.3%商品酯1#，50/100大林砂

我们试验研究时，首次发现，原砂的不同，对水玻璃砂的溃散性有巨大影响，都昌砂有着很小的溃散性，主要原因及机理将在第8章中详细分析。

4.水玻璃加入量的影响

图5-13、图5-14的结果显示，水玻璃的加入量对水玻璃砂的终硬化强度和残留强度有着直接的影响（试验条件：环境温度20℃，环境湿度94%；各组分的加入量为砂重的百分比；水玻璃m=2.2，波美度≈50°Be）。水玻璃的加入量多，水玻璃砂的终硬化强度高，其残留强度也相应提高（即溃散性下降）。当水玻璃加入量为2.0%时，水玻璃砂样在800℃下的残留强度接近0。在保证常温使用强度足够的前提下，尽量降低水玻璃的加入量是提高水玻璃砂溃散性的主要途径之一。

图5-13 水玻璃加入量对水玻璃砂常温终硬化（抗压）强度的影响

—◆——2.0%DFH1改性水玻璃，0.3%商品酯1#，50/100都昌砂 —■——3.0%DFH1改性水玻璃，0.45%商品酯1#，50/100都昌砂 —▲——4.0%DFH1改性水玻璃，0.6%商品酯1#，50/100都昌砂

图5-14 水玻璃加入量对水玻璃砂高温残留强度的影响（800℃残留强度）

1—2.0%DFH1改性水玻璃，0.3%商品酯1#，50/100都昌砂 2—3.0%DFH1改性水玻璃，0.45%商品酯1#，50/100都昌砂 3—4.0%DFH1改性水玻璃，0.6%商品酯1#，50/100都昌砂

5.硬化剂（有机酯）种类的影响

硬化剂（有机酯）种类的影响如图5-15、图5-16所示（试验条件：环境温度19℃，环境湿度83%；各组分的加入量为砂重的百分比；水玻璃m=2.2～2.3，波美度≈50°Be）。在其他条件相同的情况下，不同厂家生产的有机酯（硬化剂）对水玻璃砂的硬化强度及其溃散性也有较大影响。试验结果表明，商品酯2#和自制酯的性能要优于商品酯1#，主要原因可能是酯的杂质含量和有效成分不同。

图5-15 硬化剂种类对改性水玻璃砂常温抗压强度的影响

—◆——3.0%DFH1改性水玻璃，0.45%商品酯1#，50/100都昌砂 —■——3.0%DFH1改性水玻璃，0.45%商品酯2#，50/100都昌砂 —▲——3.0%DFH1改性水玻璃，0.45%自制酯，50/100都昌砂 —×——3.0%商品改性水玻璃，0.45%商品酯1#，50/100都昌砂

图5-16硬化剂种类对水玻璃砂高温残留强度的影响（800℃残留强度）

1—3.0%DFH1改性水玻璃，0.45%商品酯1#，50/100都昌砂 2—3.0%DFH1改性水玻璃，0.45%商品酯2#，50/100都昌砂 3—3.0%DFH1改性水玻璃，0.45%自制酯，50/100都昌砂 4—3.0%商品改性水玻璃，0.45%商品酯1#，50/100都昌砂

6.不同温度、湿度的影响

不同温度、湿度的影响见表5-1。从表5-1中可以看出：不同环境温度和湿度下，对水玻璃砂的硬化速度及硬化终强度的巨大影响。应该根据不同的环境温度，采用快、中、慢固化剂来调节水玻璃砂的硬化速度。在相同环境温度条件下，湿度越大，通常24h的硬化强度（终强度）下降。

表5-1 不同温度、湿度下改性水玻璃砂性能

注：各组分的加入量为砂重的百分比；水玻璃m=2.2～2.3，波美度≈50°Be。