CN102139341B - 铸造用自硬砂粘结剂及其制备和使用方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种铸造用粘结剂，特别是涉及铸造用自硬砂粘结剂及其制备和使用方法。一种铸造用自硬砂粘结剂，包括树脂和固化剂，其中树脂是由100份蓖麻油、40-90份甘油、0.1-0.2份氧化钙、50-90份邻苯二甲酸酐、5-9份二甲苯、120-200份高沸点芳香烃组成，固化剂是由100份异氰酸酯和20-40份高沸点芳香烃混合而成。本发明的粘结剂具有生产原料易得、环保，合成工艺所需设备简单，工艺条件容易控制，且粘结剂的混砂流动性好，发气量低，发气速度快，储存方便，砂芯/型尺寸稳定，表面光洁且有很好的抗粘砂、抗变形，砂型的整体硬化均匀、铸件尺寸精确度高，砂可重复利用，适合大型铸钢件砂型的生产。

Description

铸造用自硬砂粘结剂及其制备和使用方法

技术领域

　　本发明涉及一种铸造用粘结剂，特别是涉及铸造用自硬砂粘结剂及其制备和使用方法。

背景技术

用于制备金属零件的铸造工业的主要方法之一是砂型铸造，在砂型铸造中一次性型模是通过砂与无机或有机粘结剂混合、成形和固化而制得，所述粘结剂是用于增强模子和型芯。用于制备模子和型芯的两个主要方法是（1）冷芯盒制芯法（2）不烘焙法。多数冷芯盒制芯法是基于聚氨酯成型粘结剂。例如参见US3,409,579和3,676,392。这些体系是用气态季胺催化剂固化的。该聚氨酯成形粘结剂体系通常是由酚醛树脂组分和聚异氰酸酯组分组成，它们在压实之前与砂混合并固化形成固化混合料。该粘结剂体系中的组分酚醛树脂在生产和使用过程中不可避免的会产生有毒有害物质。且粘结剂体系存在可使用时间短，模具不能整体固化，达到终强度所需时间较长等问题，只能用于中小型铸钢件型砂模具使用，无法满足大型铸钢件的使用要求，且现有的粘结剂在生产过程中，会释放出对环境危害的有毒气体等缺陷。

发明内容

本发明的目是克服现有技术的缺陷，提供一种铸造用自硬砂粘结剂及其制备和使用方法。

本发明是通过下述技术方案实现的：一种铸造用自硬砂粘结剂，包括树脂和固化剂，其中树脂是由100份蓖麻油、40-90份甘油、0.1-0.2份氧化钙、50-90份邻苯二甲酸酐 、5-9份二甲苯、120-200份高沸点芳香烃组成，固化剂是由100份异氰酸酯和20-40份高沸点芳香烃混合而成。

上述异氰酸酯为二甲苯烷二异氰酸酯或聚异氰酸酯。

上述组成树脂和固化剂的原料纯度均采用工业级。

制备铸造用自硬砂粘结剂的方法，其制备步骤为：

A、树脂的制备：

1）蓖麻油醇解：在带搅拌的反应釜中，在氮气保护和搅拌状态下，按比例加入蓖麻油和甘油，同时升温至120℃，停止搅拌后加入氧化钙,继续搅拌并升温至230℃,保温使其充分醇解；

2）脂化反应：醇解反应完成后，使反应釜内温度降至140℃以下，停止通入氮气，加入邻苯二甲酸酐和二甲苯，再继续搅拌升温至酯化脱水温度,保持分水器中持续有水分出，分水完全后，停止加热使反应釜温度下降至140℃时，加入高沸点芳香烃继续搅拌至室温得树脂；

B、固化剂的制备：

按比例将二甲苯烷二异氰酸酯或聚异氰酸酯加入高沸点芳香烃中，均相混合后，即为固化剂。

铸造用自硬砂粘结剂的使用方法，其特征在于在搅拌状态下，将0.6-1.5份树脂加入到100份铸造用砂中，搅拌均匀后，加入0.6-1.5份固化剂搅拌均匀，即可进行铸造成型。

在上述加入树脂与固化剂的100份铸造用砂中，再加入0.01-0.03份三乙胺，搅拌均匀后，即可进行铸造成型。

目前评价铸造用的树脂和固化剂的指标较多，主要有可使用时间、脱模时间、是否整体固化、最终强度及型砂重复利用率。可使用时间的长短决定铸造生产的种类，可使用时间较短，如只有20分钟左右，适合生产小型铸件，而可使用时间为50到60分钟左右，就适合生产大型铸件。脱模时间的长短决定生产周期的长短。强度是指标中最重要的一项指标，一般分为抗拉强度和抗压强度，生产中主要考察抗拉强度，它决定了生产的铸件能否正常使用。大型铸件一般要求抗拉强度在1.80MPa以上。型砂重复利用程度决定生产成本。

本发明的粘结剂具有以下特点：1、粘结剂的技术优势。合成过程无污染物产生，生产原料易得、环保，合成工艺所需设备简单，工艺条件容易控制，容易移植到工业生产中，且粘结剂的混砂流动性好，发气量低，发气速度快，储存方便，砂芯/型尺寸稳定，表面光洁且有很好的抗粘砂、抗变形，砂型的整体硬化均匀、铸件尺寸精确度高，与现有铸造行业中常使用的酚醛树脂、糠醛树脂、尿烷树脂比毒性小，对环境危害小等特点；2、粘结剂的使用过程中对环境无污染，无“三废”排放；3、本粘结剂可根据企业需求和使用情况，使用时间可控制在20至180分钟范围，脱模时间可控制在6至8小时左右，最终强度达1.80MPa以上，砂型属整体固化，砂可重复利用，适合大型铸钢件砂型的生产。

具体实施方式

树脂的制备：

蓖麻油醇解：在带搅拌器的反应釜中，加入蓖麻油100份和60份甘油,在搅拌状态下升温并同时通入N₂进行保护。。

树脂的合成：分出水量达5份时，停止加热，当釜内温度降至140℃时，加入160份高沸点芳香烃，继续搅拌至室温得醇酸树脂。

固化剂的制备：将100份二甲苯烷二异氰酸酯加入到25份高沸点芳香烃中，均相混合后即为固化剂。

上述组成树脂和固化剂的原料纯度均采用工业级。

本发明粘结剂的使用：将上述制得的1份树脂，加入到100份铸造用砂中，在混砂仪中搅拌一分钟，使之混匀，在混匀的树脂砂中加入0.8份固化剂，继续在混砂仪中搅拌。。。数据结果：可使用时间为70分钟，脱模时间6小时，整体固化，最终强度2.14MPa。

实施例2-7：

树脂、固化剂的制备方法和条件与实施例1相同。各组分的比例见下表： 

实施例2数据结果：可使用时间为120分钟，脱模时间7小时，整体固化，最终强度1.88MPa。

实施例3数据结果：可使用时间为150分钟，脱模时间8小时，整体固化，最终强度1.82MPa。

实施例4数据结果：可使用时间为100分钟，脱模时间7小时，整体固化，最终强度2.12MPa。

实施例5数据结果：可使用时间为120分钟，脱模时间8小时，整体固化，最终强度2.16MPa。

实施例6数据结果：可使用时间为70分钟，脱模时间6小时，整体固化，最终强度2.28MPa。

实施例7数据结果：可使用时间为80分钟，脱模时间7小时，整体固化，最终强度2.36MPa。

实施例8：

树脂、固化剂的制备方法与实施例7一致：

将上述制得的1.5份树脂，加入到100份铸造用砂中，在混砂仪中搅拌一分钟，使之混匀，在混匀的树脂砂中加入1.0份固化剂与0.03份三乙胺，继续在混砂仪中搅拌。将混合好的铸造用砂放如标准芯盒中，观察并记录其可使用时间和脱模时间。48小时后，用抗拉强度测定仪测定其强度。数据结果：可使用时间为25分钟，脱模时间6小时，整体固化，最终强度2.32MPa。

实施例9：

在实施例8的基础上，将三乙胺的加入量改变为0.01份，数据结果：可使用时间为50分钟，脱模时间6.2小时，整体固化，最终强度2.32MPa。

实施例10：

在实施例8的基础上，将三乙胺的加入量改变为0.02份，数据结果：可使用时间为40分钟，脱模时间6.6小时，整体固化，最终强度2.32MPa。

Claims (6)

1.一种铸造用自硬砂粘结剂，包括树脂和固化剂，其中树脂是由100份蓖麻油、40-90份甘油、0.1-0.2份氧化钙、50-90份邻苯二甲酸酐 、5-9份二甲苯、120-200份高沸点芳香烃组成，固化剂是由100份异氰酸酯和20-40份高沸点芳香烃混合而成。

2.根据权利要求1所述的铸造用自硬砂粘结剂，其特征在于上述异氰酸酯为二甲苯烷二异氰酸酯或聚异氰酸酯。

3.根据权利要求2所述的铸造用自硬砂粘结剂，其特征在于组成上述树脂和固化剂的原料纯度均采用工业级。

4.制备上述权利要求2或3所述铸造用自硬砂粘结剂的方法，其制备步骤为：

A、树脂的制备：

1）蓖麻油醇解：在带搅拌的反应釜中，在氮气保护和搅拌状态下，按比例加入蓖麻油和甘油，同时升温至120℃，停止搅拌后加入氧化钙,继续搅拌并升温至230℃,保温使其充分醇解；

2）脂化反应：醇解反应完成后，使反应釜内温度降至140℃以下，停止通入氮气，加入邻苯二甲酸酐和二甲苯，再继续搅拌升温至酯化脱水温度,保持分水器中持续有水分出，分水完全后，停止加热使反应釜温度下降至140℃时，加入高沸点芳香烃继续搅拌至室温得树脂；

B、固化剂的制备：

按比例将二甲苯烷二异氰酸酯或聚异氰酸酯加入高沸点芳香烃中，均相混合后，即为固化剂。

5.权利要求1或2所述铸造用自硬砂粘结剂的使用方法，其特征在于在搅拌状态下，将0.6-1.5份树脂加入到100份铸造用砂中，搅拌均匀后，再加入0.6-1.5份固化剂搅拌均匀，即可进行铸造成型。

6.根据权利要求5所述的铸造用自硬砂粘结剂的使用方法，其特征在于在上述加入树脂与固化剂的100份铸造用砂中，加入0.01-0.03份三乙胺，搅拌均匀后，即可进行铸造成型。