破水是水基浸涂涂料中非常典型的一種缺陷。水基涂料在浸涂過(guò)程中砂芯會(huì)吸收涂料中的自由水。這些自由水通常會(huì)被砂芯內(nèi)部發(fā)達(dá)的毛細(xì)系統(tǒng)吸收，正常情況下不會(huì)出現(xiàn)破水。但是如果這部分自由水?dāng)?shù)量較多，不能被砂芯內(nèi)部的毛細(xì)系統(tǒng)完全吸收，多余的自由水具有流動(dòng)性，就會(huì)在重力的作用下沿著砂芯表層向下不斷聚集，最后聚集成具有一定壓力的滲流，沖破濕態(tài)的涂層從底部或側(cè)面滲出形成破水。
第一部分破水的表觀特征及影響
破水的表觀特征：
1、出現(xiàn)位置：在浸涂過(guò)程中，砂芯從涂料中取出后，“破水”通常出現(xiàn)在砂芯的底部或側(cè)面，通常是在砂芯浸涂后2～3分鐘內(nèi)出現(xiàn)。
2、在涂層上的表現(xiàn)主要為：①在型（芯）垂直面上涂層被水溝分割，水溝內(nèi)涂層被沖走，涂層的連續(xù)性被破壞，形成缺陷；②在水平面涂層上，這種缺陷表現(xiàn)為低凹處積水。
破水對(duì)鑄造涂料和鑄件的影響：
1、涂料性能?chē)?yán)重劣化：
①施工性差：難以通過(guò)浸涂、噴涂或刷涂均勻施掛。浸涂時(shí)易流淌、堆積不均；噴涂時(shí)易流淌、霧化不良；刷涂時(shí)易流掛、覆蓋性差。
②懸浮穩(wěn)定性喪失：固體顆粒沉降快，導(dǎo)致涂料成分不均，每次使用前都需要長(zhǎng)時(shí)間強(qiáng)力攪拌，且效果不佳。
③粘度失控：無(wú)法維持穩(wěn)定的工作粘度，影響涂掛厚度和均勻性。
④流平性差：涂掛后容易形成流痕、堆積、波紋等缺陷。
2、鑄型/型芯表面涂層質(zhì)量差：
①涂層厚度不均：由于流淌和沉降，涂層厚薄不一，薄弱處保護(hù)作用不足。
②涂層疏松多孔：析水導(dǎo)致涂層干燥后結(jié)構(gòu)疏松，孔隙率增加，強(qiáng)度和致密度下降。
③易開(kāi)裂、剝落：干燥過(guò)程中水分不均勻蒸發(fā)導(dǎo)致應(yīng)力集中，涂層易開(kāi)裂甚至從砂型/砂芯表面剝落。
3、直接導(dǎo)致鑄件缺陷：
①砂眼/夾砂：涂層剝落、開(kāi)裂或強(qiáng)度不足的顆粒被金屬液沖刷下來(lái)，卷入鑄件形成砂眼缺陷。
②氣孔：涂層中包裹的游離水在高溫金屬液作用下急劇汽化，產(chǎn)生大量氣體，若無(wú)法順利排出型腔，則形成侵入性氣孔。疏松多孔的涂層本身也容易吸附氣體，在澆注時(shí)釋放出來(lái)形成氣孔。
③粘砂：
機(jī)械粘砂：涂層厚度不均、開(kāi)裂或剝落，導(dǎo)致金屬液直接滲透砂粒間隙。
化學(xué)粘砂：涂層致密度差、保護(hù)效果減弱，加劇了金屬液與型砂之間的化學(xué)反應(yīng)。
④表面粗糙：涂層不平整、有流痕、堆積等，導(dǎo)致鑄件表面粗糙。
⑤尺寸偏差：涂層厚度不均或剝落，影響鑄件局部尺寸精度。
增加成本和浪費(fèi)：
①破水的涂料往往難以修復(fù)，只能報(bào)廢處理，造成材料浪費(fèi)。
②導(dǎo)致鑄件廢品率升高，增加生產(chǎn)成本。
③需要頻繁攪拌、調(diào)整涂料，增加人工和時(shí)間成本。
第二部分引起破水的相關(guān)理化指標(biāo)
破水的核心原因
破水的實(shí)質(zhì)是涂料出現(xiàn)了絮凝。懸浮體由于溶在連續(xù)相中的高分子聚合物的作用，而發(fā)生聚集的現(xiàn)象叫做“絮凝”。這種現(xiàn)象的特點(diǎn)是聚合物分子吸附在多個(gè)顆粒上；從而使這些顆粒聚集在一起，但仍保持著幾何的分離狀態(tài)，而不是顆粒相結(jié)合。輕微的絮凝狀態(tài)有利于防止浸涂時(shí)的流掛，但絮凝程度較高時(shí)就會(huì)引起破水。
究其根本原因在于，水基浸涂涂料的膠體體系通常處于一種亞穩(wěn)定狀態(tài)或臨界狀態(tài)。膠體化學(xué)關(guān)于膠體的穩(wěn)定性有一基本理論稱(chēng)為DLVO理論。該理論認(rèn)為，構(gòu)成膠體的膠體粒子表面帶電荷，帶電粒子又會(huì)吸引相反電性的離子，從而形成雙電層。粒子帶電越多，粒子之間由于靜電斥力而保持遠(yuǎn)離分散狀態(tài)。反之帶電越少，粒子之間的斥力越小，兩個(gè)粒子越容易聚集在一起。ζ（澤塔）電位是粒子所帶電荷的標(biāo)志。ζ電位的絕對(duì)值一般要大于30mv時(shí)體系才會(huì)穩(wěn)定。ζ電位的絕對(duì)值越低，涂料越不穩(wěn)定。極端情況下，當(dāng)ζ電位接近0時(shí)體系最不穩(wěn)定，會(huì)快速絮凝、沉淀。水基浸涂涂料的ζ電位接近臨界值，一般在15-30mv，所以是處于一種亞穩(wěn)定的狀態(tài)。水基浸涂一般采用粘土類(lèi)懸浮劑如膨潤(rùn)土、凹凸棒土、海泡石等，粘土類(lèi)礦物一般都帶負(fù)電，介質(zhì)中如果含有高價(jià)的陽(yáng)離子如Mg2+, Ca2+, Al3+ 會(huì)中和粘土顆粒表面的負(fù)電，降低其ζ電位，使體系的穩(wěn)定性下降而產(chǎn)生絮凝。而破水則是絮凝的宏觀表現(xiàn)。
現(xiàn)場(chǎng)常見(jiàn)的破水理化指標(biāo)
1、覆膜砂芯上的涂料最容易出現(xiàn)破水。原因是覆膜砂表面有殘留的一層硅油脫模劑，難以被水基涂料潤(rùn)濕，涂料中的自由水不能被快速吸收。另外，覆膜砂本身吸收水分的能力較差，不能鎖住從涂料中滲入砂芯表層的自由水。有時(shí)，覆膜砂中部分添加劑可能與涂料有反應(yīng)而引起破水。
需要注意的是，冷芯盒也用脫模劑，但脫模劑的憎水性沒(méi)有覆膜砂明顯。但是如果冷芯盒生產(chǎn)時(shí)脫模劑濃度過(guò)高或噴涂過(guò)多也會(huì)引起破水。
2、高分子類(lèi)增稠劑或懸浮劑也會(huì)引起破水。高分子在涂料中在某一特定濃度時(shí)極易引起破水，這種情況下，高分子成了高效絮凝劑。而絮凝正是水基浸涂涂料破水的本質(zhì)原因。
3、浸涂涂料的ζ電位受涂料中各種組分的影響都比較大，如涂料中的潤(rùn)濕劑、分散劑、高分子、電解質(zhì)等都非常敏感。
4、pH值的影響也很大，pH在其一范圍時(shí)涂料的ζ電位接近0，即接近等電點(diǎn)，此時(shí)涂料極易出現(xiàn)絮凝、沉淀、破水等問(wèn)題。
5、此外，水中電解質(zhì)（如Ca2?、Mg2?）過(guò)多、其他材料受到污染、骨料含泥量高或雜質(zhì)多也會(huì)破壞懸浮劑電荷穩(wěn)定性，從而導(dǎo)致破水。
第三部分防止破水的關(guān)鍵對(duì)策
基于以上分析，破水缺陷是涂料與砂芯綜合作用的結(jié)果。解決破水的方法也主要從涂料和砂芯兩個(gè)方面著手。
首先是涂料制造商必須做好配方設(shè)計(jì)、生產(chǎn)過(guò)程控制以及潤(rùn)濕劑、分散劑、懸浮劑等功能助劑的合理搭配和正確使用，讓涂料對(duì)各種砂芯的適用性更好。涂料本身的性能做好了，產(chǎn)生破水的風(fēng)險(xiǎn)就會(huì)降低。
其次，涂料使用方也可從砂芯方面如覆膜砂的質(zhì)量、粒度分布、添加劑等做些改進(jìn)。比如砂芯中含有一定的細(xì)砂、細(xì)粉甚至泥分、鐵紅、防脈紋添加劑等有利于在砂芯內(nèi)部形成發(fā)達(dá)的毛細(xì)系統(tǒng)，鎖住自由水，從而防止破水的發(fā)生。
另外，還要保證涂料使用前充分地?cái)嚢琛⒎乐故褂眠^(guò)程中電解質(zhì)和微生物的污染。這些因素將對(duì)防止涂料破水起到積極的作用?，F(xiàn)場(chǎng)出現(xiàn)了破水很難靠后添加助劑來(lái)解決，因?yàn)楹筇砑拥闹鷦┩鶗?huì)加重破水，需要充分?jǐn)嚢璨⒎胖檬旎欢螘r(shí)間，讓涂料膠體分散體系慢慢達(dá)到平衡。
同時(shí)在生產(chǎn)和使用過(guò)程中，也需要注意以下幾點(diǎn)：
1、減少制造過(guò)程中的電解質(zhì)和微生物的污染，因?yàn)橥苛夏z體分散體系對(duì)電解質(zhì)、pH值非常敏感。電解質(zhì)、pH值的微小變化會(huì)引起涂料ζ電位的明顯變化。
微生物的污染也會(huì)引起涂料體系pH值的變化而導(dǎo)致涂料變質(zhì)，引發(fā)沉淀、破水等問(wèn)題。
2、應(yīng)用過(guò)程中需要注意的是涂料稀釋過(guò)程和稀釋用水。涂料稀釋前要先將原始涂料攪拌均勻，然后邊攪拌邊加水，不要一次性加入過(guò)量的水。攪拌器具要保持清潔，避免交叉污染。涂料的稀釋攪拌過(guò)程本質(zhì)上是讓涂料膠體分散體系重新建立平衡的過(guò)程。所以需要一定的混合時(shí)間和混合強(qiáng)度保證讓加入的自由水與原漿涂料的膠體混合均勻并充分融合成較低濃度的新的膠體體系。
稀釋用水要使用清潔的水源，最好是自來(lái)水。井水、河水或湖水等因各地地質(zhì)條件不同有很大差異，如水的硬度、電導(dǎo)率及微生物含量有很大不同。硬度過(guò)高的水含有較多的電解質(zhì)，特別是若含有較多的鈣、鎂、鋁等高價(jià)離子時(shí)，用它稀釋的涂料可能會(huì)引起涂料絮凝而導(dǎo)致涂料破水。
3、水基浸涂涂料夏季防腐非常重要，因?yàn)槲⑸镌谙募靖邷丶竟?jié)繁殖很快，空氣中以及涂料器具上的細(xì)菌、霉菌等微生物會(huì)進(jìn)入涂料中并快速繁殖并分泌出酸性物質(zhì)及有機(jī)化合物，當(dāng)遇到放假、臨時(shí)停產(chǎn)情況時(shí)，涂料槽中的涂料幾天時(shí)間便會(huì)變質(zhì)。變質(zhì)的涂料會(huì)降低涂料的懸浮性、惡化涂料的浸涂性能甚至破水等問(wèn)題。夏季應(yīng)對(duì)涂料槽、包括管道及輸送泵在內(nèi)的涂料循環(huán)系統(tǒng)進(jìn)行徹底殺菌處理。放假或停產(chǎn)時(shí)要將浸涂槽中的涂料抽出，補(bǔ)加一定量的防腐劑，然后裝入包裝桶內(nèi)密封保存。
綜上，水基浸涂涂料是一種膠體與懸濁液的復(fù)雜分散體系。既有懸濁液的一些特性也有膠體的一些特性。涂料的懸浮劑形成涂料的膠體部分，而耐火骨料等較粗顆粒形成懸濁液部分，兩者混合在一起，形成一個(gè)復(fù)雜的膠體懸濁液分散體系。
凡是能引起絮凝的助劑如各種絮凝劑都會(huì)增大涂料的破水傾向。反之，反絮凝助劑如分散劑可以防止絮凝和破水，因?yàn)榉稚⒑托跄且粚?duì)相反的過(guò)程，適當(dāng)?shù)姆稚┛梢苑乐剐跄捌扑?，但可能?huì)增加流掛，因此，在絮凝和分散之間也要找到一個(gè)平衡。
在實(shí)際生產(chǎn)、使用過(guò)程中，從涂料生產(chǎn)角度，適當(dāng)?shù)姆稚┖托跄齽┑慕M合加上理想的懸浮劑，獲得最佳的綜合效果；從涂料使用角度，避免各類(lèi)污染、采用合適的攪拌方式、選擇適合的稀釋水源、注意防腐等措施，均為預(yù)防涂料破水的有效方法。（河南偉業(yè)新材料公司李瑾瑾）
