專利名稱：一種基于磷酸鹽的無機(jī)鑄造粘結(jié)劑的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及到一種鑄造用無機(jī)粘結(jié)劑，即應(yīng)用于熱芯工藝的一種基于磷酸鹽的無機(jī)鑄造粘結(jié)劑。
背景技術(shù)：
作為制造業(yè)的基礎(chǔ)，鑄造工業(yè)隨著中國制造、尤其是汽車產(chǎn)業(yè)的高速增長而進(jìn)入了一個(gè)前所未有的快速發(fā)展時(shí)期。目前，高品位鑄件的生產(chǎn)過程中需要使用大批量的樹脂粘結(jié)劑，熱法固化的覆膜砂生產(chǎn)過程中會(huì)產(chǎn)生大量的游離甲醛和游離苯酚；冷芯盒法則需要有毒的三乙胺氣體催化的作用實(shí)現(xiàn)酚醛樹脂中的羥甲基(-CH2OH)和聚異氰酸酯中的(-N=C=O)基團(tuán)之間生成固態(tài)尿烷酚醛的反應(yīng)；無論是熱法、還是冷法，在鑄件澆注后樹脂完全或不完全燃燒都會(huì)產(chǎn)生大量的有害廢氣；環(huán)境的日益惡化，環(huán)保意識(shí)的增強(qiáng)，迫使人們不斷尋找新型的低發(fā)氣、無污染的綠色鑄造粘結(jié)劑。采用(X)2固化的水玻璃系列無機(jī)粘結(jié)劑無毒、無味、鑄造過程無廢氣排放，但是殘留強(qiáng)度過高、不易再生等缺陷導(dǎo)致其產(chǎn)生污染，因而，具有良好潰散性的磷酸鹽基無機(jī)粘結(jié)劑成為綠色鑄造粘結(jié)劑的首選材料。雖然早在1978年，美國專利US4127157就提出基于磷酸鹽的鑄造粘結(jié)劑；但是，磷酸鹽粘結(jié)劑的最大缺點(diǎn)，即具有明顯的易吸濕性，吸濕問題一方面導(dǎo)致固化形成的磷酸鹽空間網(wǎng)格節(jié)點(diǎn)斷開而失去強(qiáng)度，無法保證砂型或砂芯的外形，影響了砂芯的可存放時(shí)間；另一方面砂芯內(nèi)的水氣在澆注過程中汽化而導(dǎo)致鑄件氣孔缺陷，給鑄件質(zhì)量帶來危害。為了解決吸濕性問題，湖北工大的張友壽等采用添加各種氧化物的方法，增強(qiáng)磷酸鹽的鍵合強(qiáng)度來改善耐濕性，但是效果并不理想，更是給舊砂的再生帶來困難；其專利CN10941045A提出了磷酸鹽粘結(jié)劑的固化劑制備方法，減少了粉狀固化劑產(chǎn)生粉塵的可能，但是卻加入了含苯有機(jī)樹脂。德國專利DE10226817C1針對(duì)磷酸鹽粘結(jié)劑制備的砂芯彎曲強(qiáng)度不足，添加含多胺(Polyamine)的有機(jī)物，基于此專利的歐洲產(chǎn)品也依然存在明顯的易吸濕性，固化后的型砂試樣在相對(duì)濕度85士5%條件下，可存放時(shí)間不超過兩個(gè)小時(shí)。

發(fā)明內(nèi)容
針對(duì)上述的磷酸鹽粘結(jié)劑的吸濕性問題，確保使用磷酸鹽粘結(jié)劑的砂型或砂芯具有更長的可存放時(shí)間，減少鑄件氣孔報(bào)廢的幾率，本發(fā)明是在磷酸鹽鑄造無機(jī)粘結(jié)劑基礎(chǔ)上，通過在縮聚的磷酸鹽空間網(wǎng)格增加憎水節(jié)點(diǎn)從而減少接觸水分的幾率，顯著改善其耐濕性；以磷酸鹽為鑄造粘結(jié)劑主體而制備的砂型或砂芯，在鑄造生產(chǎn)過程中較之有機(jī)樹脂粘結(jié)劑，不會(huì)產(chǎn)生任何有害的產(chǎn)物；為改善耐濕性而添加的聚乙烯醇不會(huì)像含苯的有機(jī)樹脂一樣，因不完全燃燒而產(chǎn)生有害的氣體。本發(fā)明參照了生物學(xué)中常見的磷脂分子的結(jié)構(gòu)，即具有親水特性的磷酸根和憎水特性的乙烯基團(tuán)的雙重特性，滿足復(fù)雜的親水及憎水要求。
所述磷酸鹽鑄造無機(jī)粘結(jié)劑由磷酸鹽溶液、聚乙烯醇[CH2CH(OH) ]n溶液及金屬氧化物固化劑組成；用于制備砂型或砂芯時(shí)以新砂重量份數(shù)為參照，即新砂100份，金屬氧化物固化劑ο. Γ1份、聚乙烯醇溶液0. 5^2份及磷酸鹽溶液3飛份。磷酸鹽溶液按重量份數(shù)計(jì)算磷酸100份、氫氧化鋁1(Γ40份、氫氧化鋇廣6份及水8(Γ150份，將上述組分在8(Γ150度混合均勻制成磷酸鹽溶液；其中磷酸與氫氧化鋁反應(yīng)的產(chǎn)物磷酸鋁是粘結(jié)劑的主要組分，氫氧化鋇作為避免磷酸鋁縮聚沉淀的穩(wěn)定劑。聚乙烯醇溶液按重量份數(shù)計(jì)算聚乙烯醇100份、檸檬酸5 20份及水650份 2000份，將上述組分在7(Γ120度混合均勻制成；其中聚乙烯醇中的氫氧根參與磷酸鹽的脫水縮聚反應(yīng)，乙烯基團(tuán)形成磷酸鹽網(wǎng)絡(luò)的憎水節(jié)點(diǎn)。所述金屬氧化物固化劑為純氧化鎂粉。將上述的磷酸鹽鑄造無機(jī)粘結(jié)劑制備砂型或砂芯的方法為新砂質(zhì)量以100重量份計(jì)算，先后加入金屬氧化物固化劑0. Γ1重量份、聚乙烯醇溶液0. 5^2重量份及磷酸鹽溶液;Γ5份，并均勻混合；混勻的型砂或芯砂用手動(dòng)或機(jī)械的方式加入芯盒并緊實(shí)，加熱至 8(T15(TC固化或采用相同溫度的熱氣流固化，形成鑄造所需的砂芯或砂型。熱固化過程使得磷酸鹽發(fā)生縮聚反應(yīng)，形成空間網(wǎng)格包覆于鑄造砂的表面，并把這些鑄造砂緊密聯(lián)系起來，形成鑄造砂芯或砂型所需的強(qiáng)度；由于空間網(wǎng)格部分節(jié)點(diǎn)上具有憎水特性的乙烯基團(tuán)，顯著減少吸水幾率，使得鑄造砂芯或砂型具有良好的耐濕性；乙烯基團(tuán)在鑄造澆注后的燃燒過程不會(huì)因類似苯環(huán)的不完全燃燒而產(chǎn)生任何有毒的氣體排放， 因而是一種綠色環(huán)保的鑄造粘結(jié)劑。
具體實(shí)施例方式為了評(píng)價(jià)鑄造粘結(jié)劑的吸濕性，通常是把固化后的型砂試樣放置于特定濕度(如相對(duì)濕度85士5%)條件下，測定試樣抗拉強(qiáng)度或抗壓強(qiáng)度隨時(shí)間的衰減關(guān)系，易吸濕的粘結(jié)劑試樣可能在一小時(shí)或數(shù)小時(shí)內(nèi)失去強(qiáng)度而潰散，嚴(yán)重影響鑄造砂型或砂芯的可存放時(shí)間。下面結(jié)合實(shí)例進(jìn)一步說明本發(fā)明的實(shí)際使用方法，它是對(duì)本發(fā)明的解釋而不限于以下實(shí)例。實(shí)例1
磷酸鹽溶液按照按重量份數(shù)計(jì)算質(zhì)量百分濃度為85%的工業(yè)磷酸100份+氫氧化鋁 25份+氫氧化鋇2份+水100份，將上述組分在90度混合均勻制成磷酸鹽溶液；
聚乙烯醇溶液按照按重量份數(shù)計(jì)算聚合度1750 士 50的聚乙烯醇100份+檸檬酸7份 +水900份，將上述組分在80度混合均勻制成聚乙烯醇溶液；
型砂配制按照質(zhì)量份數(shù)計(jì)算用100質(zhì)量份原砂+氧化鎂粉0. 6份+磷酸鹽溶液3份 +聚乙烯醇溶液0. 8份，10分鐘混合均勻；混勻的型砂用手動(dòng)方式放入“⑴”試樣模具并緊實(shí)，加熱至120°C，5分鐘固化，形成鑄造所需的砂型，取出試樣并測試其抗拉強(qiáng)度，即時(shí)強(qiáng)度0. 23MPa ；85士5%濕度條件下，24小時(shí)后的強(qiáng)度0. 21Mpa，這個(gè)強(qiáng)度意味著型砂試樣的可存放時(shí)間至少M(fèi)小時(shí)。實(shí)例2
磷酸鹽溶液按照按重量份數(shù)計(jì)算質(zhì)量百分濃度為85%的工業(yè)磷酸100份+氫氧化鋁25份+氫氧化鋇2. 5份，混合并加熱攪拌制備磷酸鋁溶液；
聚乙烯醇溶液按照按重量份數(shù)計(jì)算聚合度1750 士 50的聚乙烯醇100份+檸檬酸7份 +水900份，將上述組分在120度混合均勻制成聚乙烯醇溶液；
型砂配制按照質(zhì)量份數(shù)計(jì)算用100質(zhì)量份原砂+氧化鎂粉0. 85份+磷酸鹽溶液4. 8 份+聚乙烯醇溶液1. 8份，15分鐘混合均勻；混勻的型砂放入“①，，試樣模具并緊實(shí)，采用 150°C的熱氣流固化5分鐘，形成鑄造所需的砂型，取出試樣并測試其抗拉強(qiáng)度；
即時(shí)強(qiáng)度0. 28MPa ；85士5%濕度條件下，24小時(shí)后的強(qiáng)度0. 24Mpa,這個(gè)強(qiáng)度意味著型砂試樣的可存放時(shí)間至少M(fèi)小時(shí)。
權(quán)利要求
1.一種基于磷酸鹽的無機(jī)鑄造粘結(jié)劑，其特征在于所述無機(jī)鑄造粘結(jié)劑由磷酸鹽溶液、聚乙烯醇[CH2CH(OH) ] 溶液及金屬氧化物固化劑組成；用于制備砂型或砂芯時(shí)以新砂重量份數(shù)為參照，即新砂100份，金屬氧化物固化劑0. Γ1份、聚乙烯醇溶液0. 5^2份及磷酸鹽溶液;Γ5份。
2.如權(quán)利要求1所述的一種基于磷酸鹽的無機(jī)鑄造粘結(jié)劑，其特征在于所述磷酸鹽溶液按重量份數(shù)計(jì)算磷酸100份、氫氧化鋁1(Γ40份、氫氧化鋇廣6份及水8(Γ150份，將上述組分在8(Γ150度混合均勻制成磷酸鹽溶液。
3.如權(quán)利要求1所述的一種基于磷酸鹽的無機(jī)鑄造粘結(jié)劑，其特征在于所述聚乙烯醇溶液按重量份數(shù)計(jì)算聚乙烯醇100份、檸檬酸5 20份及水650份 2000份，將上述組分在70 120度混合均勻制成。
4.如權(quán)利要求1所述的一種基于磷酸鹽的無機(jī)鑄造粘結(jié)劑，其特征在于所述金屬氧化物固化劑為純氧化鎂粉。
5.將權(quán)利要求1所述的一種基于磷酸鹽的無機(jī)鑄造粘結(jié)劑用于制備砂型或砂芯的方法為新砂質(zhì)量以100重量份計(jì)算，先后加入金屬氧化物固化劑0. Γι重量份、聚乙烯醇溶液0. 5 2重量份及磷酸鹽溶液3飛份，并均勻混合；混勻的型砂或芯砂用手動(dòng)或機(jī)械的方式加入芯盒并緊實(shí)，加熱至8(T15(TC固化或采用相同溫度的熱氣流固化，形成鑄造所需的砂芯或砂型。
全文摘要
本發(fā)明涉及到一種鑄造用無機(jī)粘結(jié)劑，即應(yīng)用于熱芯工藝的一種基于磷酸鹽的無機(jī)鑄造粘結(jié)劑。所述磷酸鹽鑄造無機(jī)粘結(jié)劑由磷酸鹽溶液、聚乙烯醇[CH2CH(OH)]n溶液及金屬氧化物固化劑組成；用于制備砂型或砂芯時(shí)以新砂重量份數(shù)為參照，即新砂100份，金屬氧化物固化劑0.1~1份、聚乙烯醇溶液0.5~2份及磷酸鹽溶液3~5份。本發(fā)明是在磷酸鹽鑄造無機(jī)粘結(jié)劑基礎(chǔ)上，通過在縮聚的磷酸鹽空間網(wǎng)格增加憎水節(jié)點(diǎn)從而減少接觸水分的幾率，顯著改善其耐濕性；以磷酸鹽為鑄造粘結(jié)劑主體而制備的砂型或砂芯，在鑄造生產(chǎn)過程中較之有機(jī)樹脂粘結(jié)劑，不會(huì)產(chǎn)生任何有害的產(chǎn)物；為改善耐濕性而添加的聚乙烯醇不會(huì)像含苯的有機(jī)樹脂一樣，因不完全燃燒而產(chǎn)生有害的氣體。
文檔編號(hào)B22C1/18GK102179471SQ20111012919
公開日2011年9月14日 申請日期2011年5月18日 優(yōu)先權(quán)日2011年5月18日
發(fā)明者李慶寶, 程曉農(nóng), 趙國平 申請人:江蘇大學(xué)