CN102317005B - 制造铸造用砂模和/或型芯的方法和粘合剂组合物 - Google Patents
制造铸造用砂模和/或型芯的方法和粘合剂组合物 Download PDFInfo
- Publication number
- CN102317005B CN102317005B CN200980151654.1A CN200980151654A CN102317005B CN 102317005 B CN102317005 B CN 102317005B CN 200980151654 A CN200980151654 A CN 200980151654A CN 102317005 B CN102317005 B CN 102317005B
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- sand
- water
- mixtures
- solutions
- composition
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Active
Links
- 239000004576 sand Substances 0.000 title claims abstract description 86
- 239000000203 mixture Substances 0.000 title claims abstract description 75
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 title claims abstract description 17
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims description 29
- 239000011230 binding agent Substances 0.000 title abstract description 12
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 44
- 229910001868 water Inorganic materials 0.000 claims abstract description 44
- HEMHJVSKTPXQMS-UHFFFAOYSA-M Sodium hydroxide Chemical compound [OH-].[Na+] HEMHJVSKTPXQMS-UHFFFAOYSA-M 0.000 claims abstract description 33
- 239000004115 Sodium Silicate Substances 0.000 claims abstract description 22
- NTHWMYGWWRZVTN-UHFFFAOYSA-N sodium silicate Chemical compound [Na+].[Na+].[O-][Si]([O-])=O NTHWMYGWWRZVTN-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 22
- 229910052911 sodium silicate Inorganic materials 0.000 claims abstract description 22
- 229910052910 alkali metal silicate Inorganic materials 0.000 claims abstract description 20
- -1 alkyl silicate Chemical compound 0.000 claims abstract description 18
- BOTDANWDWHJENH-UHFFFAOYSA-N Tetraethyl orthosilicate Chemical compound CCO[Si](OCC)(OCC)OCC BOTDANWDWHJENH-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 13
- 150000008044 alkali metal hydroxides Chemical class 0.000 claims abstract description 9
- 239000000853 adhesive Substances 0.000 claims description 63
- 230000001070 adhesive effect Effects 0.000 claims description 63
- 229920002472 Starch Polymers 0.000 claims description 30
- 238000005266 casting Methods 0.000 claims description 29
- 239000008107 starch Substances 0.000 claims description 29
- 235000019698 starch Nutrition 0.000 claims description 29
- 235000019795 sodium metasilicate Nutrition 0.000 claims description 19
- 239000000843 powder Substances 0.000 claims description 17
- 229920002261 Corn starch Polymers 0.000 claims description 12
- 239000008120 corn starch Substances 0.000 claims description 12
- 229940099112 cornstarch Drugs 0.000 claims description 12
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 claims description 11
- 240000003183 Manihot esculenta Species 0.000 claims description 10
- 235000016735 Manihot esculenta subsp esculenta Nutrition 0.000 claims description 10
- BPQQTUXANYXVAA-UHFFFAOYSA-N Orthosilicate Chemical compound [O-][Si]([O-])([O-])[O-] BPQQTUXANYXVAA-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 8
- 239000007787 solid Substances 0.000 claims description 7
- 238000005058 metal casting Methods 0.000 claims description 5
- 239000007788 liquid Substances 0.000 claims description 4
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-M hydroxide Chemical compound [OH-] XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-M 0.000 claims description 3
- 239000006194 liquid suspension Substances 0.000 claims description 3
- VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N Silicium dioxide Chemical compound O=[Si]=O VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims 26
- 244000017020 Ipomoea batatas Species 0.000 claims 4
- 235000002678 Ipomoea batatas Nutrition 0.000 claims 4
- 229920001592 potato starch Polymers 0.000 claims 4
- 239000002023 wood Substances 0.000 claims 4
- 239000000377 silicon dioxide Substances 0.000 claims 2
- 229910052845 zircon Inorganic materials 0.000 claims 2
- GFQYVLUOOAAOGM-UHFFFAOYSA-N zirconium(iv) silicate Chemical group [Zr+4].[O-][Si]([O-])([O-])[O-] GFQYVLUOOAAOGM-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims 2
- 230000008020 evaporation Effects 0.000 claims 1
- 238000001704 evaporation Methods 0.000 claims 1
- 239000000243 solution Substances 0.000 abstract description 14
- 239000007864 aqueous solution Substances 0.000 abstract description 5
- 238000002156 mixing Methods 0.000 abstract description 4
- 238000007664 blowing Methods 0.000 abstract description 2
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 9
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 description 8
- 150000001720 carbohydrates Chemical class 0.000 description 7
- 235000014633 carbohydrates Nutrition 0.000 description 7
- 229920002635 polyurethane Polymers 0.000 description 5
- 239000004814 polyurethane Substances 0.000 description 5
- CURLTUGMZLYLDI-UHFFFAOYSA-N Carbon dioxide Chemical compound O=C=O CURLTUGMZLYLDI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 239000004411 aluminium Substances 0.000 description 4
- 229910052782 aluminium Inorganic materials 0.000 description 4
- XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N aluminium Chemical compound [Al] XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 238000001723 curing Methods 0.000 description 4
- 239000000523 sample Substances 0.000 description 4
- PNEYBMLMFCGWSK-UHFFFAOYSA-N Alumina Chemical compound [O-2].[O-2].[O-2].[Al+3].[Al+3] PNEYBMLMFCGWSK-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- ZMANZCXQSJIPKH-UHFFFAOYSA-N Triethylamine Chemical compound CCN(CC)CC ZMANZCXQSJIPKH-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 238000003754 machining Methods 0.000 description 3
- 239000000463 material Substances 0.000 description 3
- 229920003023 plastic Polymers 0.000 description 3
- 239000004033 plastic Substances 0.000 description 3
- 238000012545 processing Methods 0.000 description 3
- 239000000126 substance Substances 0.000 description 3
- WQZGKKKJIJFFOK-GASJEMHNSA-N Glucose Natural products OC[C@H]1OC(O)[C@H](O)[C@@H](O)[C@@H]1O WQZGKKKJIJFFOK-GASJEMHNSA-N 0.000 description 2
- UQSXHKLRYXJYBZ-UHFFFAOYSA-N Iron oxide Chemical compound [Fe]=O UQSXHKLRYXJYBZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 208000034189 Sclerosis Diseases 0.000 description 2
- RAHZWNYVWXNFOC-UHFFFAOYSA-N Sulphur dioxide Chemical compound O=S=O RAHZWNYVWXNFOC-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 240000008042 Zea mays Species 0.000 description 2
- 235000005824 Zea mays ssp. parviglumis Nutrition 0.000 description 2
- 235000002017 Zea mays subsp mays Nutrition 0.000 description 2
- 239000000654 additive Substances 0.000 description 2
- 230000000996 additive effect Effects 0.000 description 2
- 150000001412 amines Chemical class 0.000 description 2
- 239000002585 base Substances 0.000 description 2
- WQZGKKKJIJFFOK-VFUOTHLCSA-N beta-D-glucose Chemical compound OC[C@H]1O[C@@H](O)[C@H](O)[C@@H](O)[C@@H]1O WQZGKKKJIJFFOK-VFUOTHLCSA-N 0.000 description 2
- 239000001569 carbon dioxide Substances 0.000 description 2
- 229910002092 carbon dioxide Inorganic materials 0.000 description 2
- 235000005822 corn Nutrition 0.000 description 2
- 230000007547 defect Effects 0.000 description 2
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 2
- 230000007613 environmental effect Effects 0.000 description 2
- 239000007789 gas Substances 0.000 description 2
- 150000004676 glycans Chemical class 0.000 description 2
- 239000005011 phenolic resin Substances 0.000 description 2
- 150000002989 phenols Chemical class 0.000 description 2
- 231100000614 poison Toxicity 0.000 description 2
- 230000007096 poisonous effect Effects 0.000 description 2
- 229920001282 polysaccharide Polymers 0.000 description 2
- 239000005017 polysaccharide Substances 0.000 description 2
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 description 2
- 238000003860 storage Methods 0.000 description 2
- 238000012360 testing method Methods 0.000 description 2
- XDIYNQZUNSSENW-UUBOPVPUSA-N (2R,3S,4R,5R)-2,3,4,5,6-pentahydroxyhexanal Chemical compound OC[C@@H](O)[C@@H](O)[C@H](O)[C@@H](O)C=O.OC[C@@H](O)[C@@H](O)[C@H](O)[C@@H](O)C=O XDIYNQZUNSSENW-UUBOPVPUSA-N 0.000 description 1
- 229910000838 Al alloy Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000005995 Aluminium silicate Substances 0.000 description 1
- 235000019890 Amylum Nutrition 0.000 description 1
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229920002245 Dextrose equivalent Polymers 0.000 description 1
- CWYNVVGOOAEACU-UHFFFAOYSA-N Fe2+ Chemical compound [Fe+2] CWYNVVGOOAEACU-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- FYYHWMGAXLPEAU-UHFFFAOYSA-N Magnesium Chemical compound [Mg] FYYHWMGAXLPEAU-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910000914 Mn alloy Inorganic materials 0.000 description 1
- ISWSIDIOOBJBQZ-UHFFFAOYSA-N Phenol Chemical compound OC1=CC=CC=C1 ISWSIDIOOBJBQZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000004111 Potassium silicate Substances 0.000 description 1
- 244000061456 Solanum tuberosum Species 0.000 description 1
- 235000002595 Solanum tuberosum Nutrition 0.000 description 1
- 241000209140 Triticum Species 0.000 description 1
- 235000021307 Triticum Nutrition 0.000 description 1
- XSQUKJJJFZCRTK-UHFFFAOYSA-N Urea Chemical compound NC(N)=O XSQUKJJJFZCRTK-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- QCWXUUIWCKQGHC-UHFFFAOYSA-N Zirconium Chemical compound [Zr] QCWXUUIWCKQGHC-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- LPQOADBMXVRBNX-UHFFFAOYSA-N ac1ldcw0 Chemical compound Cl.C1CN(C)CCN1C1=C(F)C=C2C(=O)C(C(O)=O)=CN3CCSC1=C32 LPQOADBMXVRBNX-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000002253 acid Substances 0.000 description 1
- 235000012211 aluminium silicate Nutrition 0.000 description 1
- 238000013459 approach Methods 0.000 description 1
- 239000000440 bentonite Substances 0.000 description 1
- 229910000278 bentonite Inorganic materials 0.000 description 1
- SVPXDRXYRYOSEX-UHFFFAOYSA-N bentoquatam Chemical compound O.O=[Si]=O.O=[Al]O[Al]=O SVPXDRXYRYOSEX-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 210000000988 bone and bone Anatomy 0.000 description 1
- 229910021538 borax Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000004202 carbamide Substances 0.000 description 1
- 239000003054 catalyst Substances 0.000 description 1
- 235000019504 cigarettes Nutrition 0.000 description 1
- 239000004927 clay Substances 0.000 description 1
- 229910052570 clay Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000009833 condensation Methods 0.000 description 1
- 230000005494 condensation Effects 0.000 description 1
- 230000007812 deficiency Effects 0.000 description 1
- 239000008121 dextrose Substances 0.000 description 1
- 238000003912 environmental pollution Methods 0.000 description 1
- 235000013312 flour Nutrition 0.000 description 1
- 230000008014 freezing Effects 0.000 description 1
- 238000007710 freezing Methods 0.000 description 1
- 150000002240 furans Chemical class 0.000 description 1
- 239000008103 glucose Substances 0.000 description 1
- 239000010439 graphite Substances 0.000 description 1
- 229910002804 graphite Inorganic materials 0.000 description 1
- JEGUKCSWCFPDGT-UHFFFAOYSA-N h2o hydrate Chemical compound O.O JEGUKCSWCFPDGT-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000013007 heat curing Methods 0.000 description 1
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 description 1
- 230000006698 induction Effects 0.000 description 1
- NLYAJNPCOHFWQQ-UHFFFAOYSA-N kaolin Chemical compound O.O.O=[Al]O[Si](=O)O[Si](=O)O[Al]=O NLYAJNPCOHFWQQ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910001338 liquidmetal Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000011777 magnesium Substances 0.000 description 1
- 229910052749 magnesium Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910001092 metal group alloy Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000011415 microwave curing Methods 0.000 description 1
- 229910052609 olivine Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000010450 olivine Substances 0.000 description 1
- 229920001228 polyisocyanate Polymers 0.000 description 1
- 239000005056 polyisocyanate Substances 0.000 description 1
- 229920005749 polyurethane resin Polymers 0.000 description 1
- 229910052913 potassium silicate Inorganic materials 0.000 description 1
- 235000019353 potassium silicate Nutrition 0.000 description 1
- NNHHDJVEYQHLHG-UHFFFAOYSA-N potassium silicate Chemical compound [K+].[K+].[O-][Si]([O-])=O NNHHDJVEYQHLHG-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000010926 purge Methods 0.000 description 1
- 238000004064 recycling Methods 0.000 description 1
- 239000011819 refractory material Substances 0.000 description 1
- 229940100486 rice starch Drugs 0.000 description 1
- 239000011734 sodium Substances 0.000 description 1
- 239000004328 sodium tetraborate Substances 0.000 description 1
- 235000010339 sodium tetraborate Nutrition 0.000 description 1
- 238000007711 solidification Methods 0.000 description 1
- 230000008023 solidification Effects 0.000 description 1
- 238000010561 standard procedure Methods 0.000 description 1
- 229920002803 thermoplastic polyurethane Polymers 0.000 description 1
- 239000002341 toxic gas Substances 0.000 description 1
- 229940100445 wheat starch Drugs 0.000 description 1
- 229910052726 zirconium Inorganic materials 0.000 description 1
Classifications
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B22—CASTING; POWDER METALLURGY
- B22C—FOUNDRY MOULDING
- B22C1/00—Compositions of refractory mould or core materials; Grain structures thereof; Chemical or physical features in the formation or manufacture of moulds
- B22C1/16—Compositions of refractory mould or core materials; Grain structures thereof; Chemical or physical features in the formation or manufacture of moulds characterised by the use of binding agents; Mixtures of binding agents
- B22C1/18—Compositions of refractory mould or core materials; Grain structures thereof; Chemical or physical features in the formation or manufacture of moulds characterised by the use of binding agents; Mixtures of binding agents of inorganic agents
- B22C1/186—Compositions of refractory mould or core materials; Grain structures thereof; Chemical or physical features in the formation or manufacture of moulds characterised by the use of binding agents; Mixtures of binding agents of inorganic agents contaming ammonium or metal silicates, silica sols
- B22C1/188—Alkali metal silicates
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B29—WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
- B29C—SHAPING OR JOINING OF PLASTICS; SHAPING OF MATERIAL IN A PLASTIC STATE, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; AFTER-TREATMENT OF THE SHAPED PRODUCTS, e.g. REPAIRING
- B29C33/00—Moulds or cores; Details thereof or accessories therefor
- B29C33/44—Moulds or cores; Details thereof or accessories therefor with means for, or specially constructed to facilitate, the removal of articles, e.g. of undercut articles
- B29C33/54—Moulds or cores; Details thereof or accessories therefor with means for, or specially constructed to facilitate, the removal of articles, e.g. of undercut articles made of powdered or granular material
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Materials Engineering (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- Mold Materials And Core Materials (AREA)
- Adhesives Or Adhesive Processes (AREA)
- Molds, Cores, And Manufacturing Methods Thereof (AREA)
Abstract
用于制作铸造用型芯和/或模型的粘合剂，其含有硅酸烷基酯，优选硅酸四乙酯；碱金属硅酸盐水溶液，该碱金属硅酸盐优选硅酸钠，该溶液还含有碱金属氢氧化物，优选氢氧化钠，加入到该混合物中，和最后上述所有物质被混合直到该砂呈现均匀外观和构成。本发明的另一方面包括制造铸造用砂模的方法，该方法包括将铸造砂与用本发明的粘合剂混合，将还具有0.5％-2.5％水的、混有该粘合剂的该砂利用室温下的空气吹入冷芯盒，一旦冷芯盒模具填满该砂，通入热气流以干燥和硬化该粘合剂，从而铸造用模型。
Description
技术领域
本发明涉及在模型中金属铸塑的技术领域，和更特别涉及制造用于铸塑轻金属如铝、镁的砂模(sand molds)和/或型芯(cores)；更具体而言，涉及以粘合剂使用为基础的砂模和/或型芯的制造系统，该粘合剂基于碱金属硅酸盐、淀粉和其它添加剂，相对于目前使用的粘合剂，本系统提供了很多的优点。
本申请中，术语“模型(mold)”应包括型芯(除明确说明或文中明确指出不包括在内)。
背景技术
关于环境和其相关资金和运行成本，其需要长制造时间且还带来在模型中凝固后从金属铸件中去除砂的问题，目前使用的用于制造铸造用砂模的粘合剂具有许多缺陷。
目前使用的粘合剂典型地以酚树脂和多异氰酸酯为基础，其不需要用于固化或硬化的加热，而相反需要催化剂和化学品，例如胺(如三乙胺)或二氧化碳。但由于在模型中铸塑金属的热产生有毒蒸汽和气体，处理这些材料会造成健康和安全问题。还存在其他含有呋喃的粘合剂，其通过与二氧化硫反应固化，类似地会造成环境问题。
在铝和其他轻金属铸造工业(特别是汽车和航空铝铸件)中需要克服了当前粘结剂的缺陷的砂粘合剂；同时能够降低材料成本，不散发有毒气体，并以低运行成本使用(关于降低用于其固化和在铸塑产品固化后其去除的能源)。
以硅酸钠和碳水化合物为基础的粘合剂在市场上已经有几个方案，其可溶解于水，并且不会呈现出酚树脂和聚氨酯树脂(urethane resin)的环境问题。然而，这些现有的硅酸盐基粘合剂在其他重要所需性能方面令人不满的缺乏或不足。例如，当通过空气吹成模型(此处砂采用预定的几何形状)时，加入到此粘合剂中的准备的砂缺乏适当的砂流动性以有效流动。此外，得到的模型和/或型芯的粘合强度倾向于缺乏在承受加工和为保持其精确尺寸的液态金属的压力所需的机械强度。而且，这些现有砂模在熔融金属凝固后倾向于不容易被毁坏(因 为需要允许有效砂回收利用和再循环)。
上述这些现有技术中所缺少的所需品质可以由本发明的粘合剂提供，该粘合剂包括下列成份：(1)碱金属硅酸盐(如NaSiO2)；(2)碱金属氢氧化物(如NaOH)；(3)淀粉(如玉米粉和/或木薯淀粉)；(4)硅酸烷基酯(如硅酸四乙酯)；和(5)水。
发现与发明有关的现有技术的有些出版物如下：
授予Moore等的美国专利5,089,186的重新出版美国专利号Re 35334，描述了去除可以由塑料或金属形成的模制产品的砂芯(sand core)的方法，其中该砂通过由碱金属硅酸盐和碳水化合物组成的粘合剂粘合，该碳水化合物可以是糖精或淀粉。使用的粘合剂通过热固化。型芯和该制品暴露于水，优选浴中的热水或蒸汽，以便其从模制的产品中的快速分解(disintegration)和去除。
美国专利号5,248,552号描述了与硅酸钠和碳水化合物粘合的砂芯，该碳水化合物可以是淀粉。该专利是上述美国专利5,089,186的分案申请，其要求保护砂芯，而之前的专利要求保护从模制的金属或塑料制品中去除砂芯的方法。
美国专利号4,070,196描述了铸造模型和型芯组合物，其分解通过加入水解淀粉和硅酸钠而促进。该水解淀粉具有小于5的右旋糖(dextrose)当量。
美国专利号4,226,277描述了硅酸钠粘合剂，它同样包含添加剂，例如氧化铝、硼砂、粘土、高岭土、膨润土、氧化铁和石墨。该专利同样建议增加糖类，例如右旋糖、葡萄糖和其他多糖。该专利没有建议在粘合剂组合物中添加硅酸烷基酯或者淀粉混合物。尽管该专利提到用热空气固化砂试样(probes)，但是该粘合剂组合物却非常相同。
美国专利号4,329,177描述了用于制造铸造用砂芯的水性溶液的组合物，其通过混合碱金属硅酸盐和水溶性碳水化合物(单糖、多糖和它们的衍生物)获得。它还含有尿素。该粘合剂通过二氧化碳处理，其关于仅需要热的固化过程具有缺点。该专利同样没有建议在粘合剂组合物中使用硅酸烷基酯。
美国专利4,763,720描述了制造易分解的砂模的方法，其中该砂被两种粘合剂粘合：无机的粘合剂是硅酸钠，有机的粘合剂是淀粉。首先将淀粉和水混合然后与硅酸盐一起加入该砂中。型芯优选使用微波固化。然而该专利没有提到或者建议使用硅酸烷基酯，也没有建议采用热空气体来硬化用于当前在工业中使用的工艺和设备中所用的粘合剂。
上述专利中都没有提到在粘合剂组合物中加入硅酸烷基酯，也没有建议在 冷芯盒法(cold box process)中使用热气体与目前同酚-聚氨酯(phenol-urethane)粘合剂一起使用的加工工具和设备来硬化形成的型芯和模型。
上述提到的专利仅提到了本发明的两个基本成分，而且没有被发现现有技术显示在硅酸钠和氢氧化钠的组合中使用了硅酸烷基酯及如本发明中的粘合剂。
此处要求保护的粘合剂浸透了砂，和该粘合剂混合物具有流动性、力阻(mechanical resistance)和在金属凝固后砂易去除的品质，以提供优于目前用于制造模型和型芯的表面上类似方法的这几个显著优点。
发明目的
因此，本发明的目的是提供用于制造铸造用砂模和型芯的粘合剂，该粘合剂是成本低和对环境温和的，其中可以容易地使用已安装在铸造厂中的使用酚和/或聚氨酯粘合剂的冷芯盒加工工具。
本发明的另一目的是提供用于非铁金属铸塑用砂模和/或型芯，鉴于其低制造成本和其实环境友好的事实，其提供了优于目前汽车、航空工业中使用的模型和型芯的很多优点。
本发明的目的通过提供用于生产铸造用砂芯和/或模型的粘合剂而实现，包括将所述砂与占该砂的总重量0.2wt％-1.5wt％比例的硅酸烷基酯(优选硅酸四乙酯)混合40-60s的时间，；添加占该砂总重量1.0wt％-2.5wt％比例的碱金属硅酸盐水溶液，该碱金属硅酸盐优选硅酸钠，其还包含氢氧化钠，并混合它们35-50s的时间，(在优选的具体实施方式中，这种硅酸盐水溶液含有85％-95％的硅酸钠，2％-6％的氢氧化钠，4％-13％的水)，最后混合所有上述物质直到该砂呈现具有均匀外观和构成。
本发明的目的还是通过提供制造铸造用砂模的方法满足的，该方法包括用将铸造砂与本发明的粘合剂混合，将还具有0.5％-2.5％水的混有粘合剂的砂利用室温下的空气吹入冷芯盒，个一旦该冷芯盒模型已经填满该砂，将热气流通过该砂以干燥和硬化粘合剂，从而获得铸造用模型。
发明优选实施方案详述
描述在本说明书中的本发明的优选形式主要涉及其在铝合金铸造工业中的应用，但是在更宽方面本发明在其他非铁金属铸造工业和塑料模塑中也可以适用是显而易见的。
此处要求保护的粘合剂包括以下组分：(1)0.2％-1.5％的硅酸烷基酯，如硅酸四乙酯；(2)1.0％-2.5％的碱金属硅酸盐溶液，如还包括氢氧化钠的硅酸钠；(3)1.0％-2.5％的淀粉混合物/溶液，该淀粉如玉米或木薯淀粉；(4)0.5％-2.5％的水。所有百分比按砂重量计算。
更具体地，此处要求保护的粘合剂包括：
(1)0.2％-1.5％的硅酸烷基酯；
(2)1.0％-2.5％的硅酸盐/氢氧化物的溶液/混合物，其具有基于该溶液/混合物85％-95％的碱金属硅酸盐，基于该溶液/混合物2％-6％的是碱金属氢氧化物，和基于溶液/混合物4％-8％的水；
(3)1.0％-2.5％的淀粉在水中的溶液/混合物，其具有该淀粉溶液/混合物70％-85％的水和该淀粉溶液/混合物15％-30％的淀粉；和
(4)0.5％-2.5％的水，所述组合物中所有的水包括在所述的0.5％-2.5％的范围内；
-所有前述百分比都按照与要与该组合物一起使用的砂的重量计算；另有说明的除外。
本申请中使用的“溶液/混合物”包括在作为混合物的液体悬浮液中固体和/或在此液体中至少部分或全部溶解在溶液中的固体。
使用的砂优选硅酸盐砂，这是因为其低成本，但是其他种类的砂也可以使用，如锆、橄榄石、铬铁矿(cromite)和它们的混合物。其它颗粒状耐熔(refractory)材料可以用于特殊应用。这是本发明的显著优点，因为其它硅酸钠基粘合剂不易于与pH值不接近7的砂一起使用。砂pH和ADV(酸需求值(acid demand value))是与本发明的粘合剂的使用不相关的参数。这些前述的砂和等效耐熔材料在本申请中统称为“铸造砂”。
尽管也可以使用硅酸钾，但碱金属硅酸盐优选为硅酸钠。硅酸钠优选在具有30％-50％的固体浓度和具有1.75-2.50、优选2.0的Na/Si比率的溶液中使用。
硅酸烷基酯优选硅酸四乙酯，它也被称缩合硅酸乙酯(condensed ethyl silicate)、原硅酸四乙酯和四乙氧基硅烷。这种硅酸四乙酯有助于淀粉粘合剂，使得用所得粘合剂处理的砂具有更好的流动性，且保护其不受环境湿度影响，因此，根据本发明形成的模型，即使暴露在环境湿度中，也可以在长时期内保持其力阻和尺寸(dimensionality)。
该淀粉优选玉米淀粉，但是马铃薯、木薯、小麦和稻子淀粉也可以使用。
本发明的一个特殊形式是其优选使用玉米淀粉和木薯淀粉的混合物。与木薯淀粉相比，优选使用更多玉米淀粉。玉米淀粉优选以改良型使用，而木薯淀粉则优选以天然型使用。50％-90％比例的玉米淀粉与10％-50％的木薯淀粉混合，混合物的剩余部分为水。如果淀粉水溶液是使用该混合物制备的，则其优选具有15％-20％的玉米淀粉、5％-10％的木薯淀粉以及70％-85％的水。
根据本发明制备具有粘合剂的砂的方法包括以下步骤：将所述砂与占该砂重量0.2wt％-1.5wt％比例的硅酸烷基酯混合至少40s和至多60s的时间，该硅酸烷基酯优选硅酸四乙酯；添加占该砂重量1.0wt％-2.5wt％比例的碱金属硅酸盐水溶液，该碱金属硅酸盐优选还包括氢氧化钠的硅酸钠并将它们混合至少35s和至多50s的时间(其中该水溶液含有85％-95％的硅酸钠，2％-6％的氢氧化钠，和4％-13％的水)，和最后混合上述所有物质直到该砂具有均匀外观和构成。
本申请涉及的这种用粘合剂处理的砂称为“备砂(prepared sand)”。仍然具有0.5％-2.5％之间的水的备砂，利用室温空气吹气进入冷芯盒，而一旦冷芯盒被该砂填满，则通过热气流以干燥并硬化粘合剂，因此获得具有足够力阻以用于金属例如铝和锰合金铸塑的砂芯。
如上面所提到的，本发明优点之一在于，此处要求保护的方法和粘合剂可以用在汽车和航空工业中砂芯和/或模型的制造中，其使用目前与酚类或聚氨酯粘合剂一起使用的冷芯盒加工工具，从而避免了在特别制造的芯模(core molds)中的昂贵投资，该型芯模型例如用于微波或由嵌入所述模型中的电阻感应产生的热(热芯盒制芯法)的应用。
本发明另一个显著优点在于，它为型芯和/或模型提供了对加工的高力阻，所以它们能够在其充满熔融金属前后保持尺寸的稳定性和精度，同时能够通过暴露于水、热水或蒸汽而易于分解。在所有目前的用于破坏型芯的方法中，它们通过冲击和生产工件的振动台(vibration station)进行，或者需要强热来烧尽酚类或聚氨酯粘合剂导致由在一些情况下有毒的烟和难闻(foul)蒸汽带来环境污染，这种容易的模型分解节省了能量和时间。
使用本发明处理的砂具有较长的储存期(多于数天)，而与现有硅酸钠基粘合剂混合的砂只有数分钟的储存期。这意味着现有技术中具有硅酸盐粘合剂的砂在不超过一小时的时间里就开始反应和硬化。
实施例
根据本发明的粘合剂的优选方法和组合物的非限制性实施例描述如下：
按照AFS3315-00-S“模型和型芯试验手册”第三版发表的标准方法，以吹制时间2.0s和吹压90psi.的“冷芯盒”法，测量粘合砂的抗拉伸性，该粘合砂使用目前工业中使用的现有技术代表性的酚-聚氨酯粘合剂。然后施用胺5.0s以固化该粘合剂，和其后将芯盒净化(purge)10.0s，产生的结果如下：
制备根据本发明的粘合剂，其混合有硅酸盐砂，和所得的砂被吹进“冷芯盒”。该粘合剂用热气流“固化”，该热气流在120℃下通过每个试样3分钟，其将该式样完全干燥。
在每个试样中测量抗拉伸性，结果如下：
这个实施例显示了本发明的方法和粘合剂相对于现有技术的优点，入在每次试验中显示的抗拉伸性，并因此根据本发明制造的砂芯和/或模型中的抗拉伸性大于通过分别的现有技术制造的型芯和模型的抗拉伸性。
可以理解，说明书中为说明其原理和优选形式，仅描述了本发明的某些形式，以更好理解本发明的原理和应用，并不限制它们的范围。同样可以理解，阅读了本发明的本领域技术人员能够在不脱离本发明实质和范围的情况下提出其他形式和变形，本发明范围仅由权利要求限定。
Claims (19)
1.用于制造铸造砂模的粘合剂组合物，该组合物包括：
（1）基于与组合物一起使用的砂的重量0.2%-1.5%的硅酸烷基酯；
（2）基于与组合物一起使用的砂的重量1.0%-2.5%的硅酸盐和氢氧化物的溶液/混合物，所述溶液/混合物具有基于该溶液/混合物85wt%-95wt%的碱金属硅酸盐，基于该溶液/混合物2wt%-6wt%的碱金属氢氧化物，和基于该溶液/混合物4wt%-8wt%的水；条件是碱金属硅酸盐、碱金属氢氧化物和水的总量是100%；
（3）基于与组合物一起使用的砂的重量1.0%-2.5%的淀粉在水中的溶液/混合物，且该淀粉在水中的溶液/混合物具有70wt%-85wt%的水和15wt%-30wt%的淀粉；
（4）基于与组合物一起使用的砂的重量0.5%-2.5%的水，所述组合物中所有的水包括在所述的0.5 wt %-2.5 wt %的范围内,
其中各所述溶液/混合物包括在作为混合物的液体悬浮液中固体和/或在此液体中至少部分或全部溶解在溶液中的固体。
2.根据权利要求1所述的粘合剂组合物，其中所述碱金属硅酸盐为硅酸钠。
3.根据权利要求1或2中任一项所述的粘合剂组合物，其中所述碱金属氢氧化物为氢氧化钠。
4.根据权利要求1或2中任一项所述的粘合剂组合物，其中所述淀粉为玉米淀粉。
5.根据权利要求1或2中任一项所述的粘合剂组合物，其中所述淀粉为木薯淀粉。
6.根据权利要求1或2中任一项所述的粘合剂组合物，其中所述淀粉在水中的溶液/混合物含有15wt%-20 wt %的改良玉米淀粉；5 wt %-10 wt %的天然木薯淀粉和70 wt %-85 wt %的水，条件是改良玉米淀粉、天然木薯淀粉和水的总量是100%。
7.根据权利要求1或2中任一项所述的粘合剂组合物，其中所述硅酸烷基酯为硅酸四乙酯。
8.使用铸造砂制造铸塑模型的备砂，其通过将所述铸造砂与根据权利要求1或7中任一项的粘合剂组合物混合而制备。
9.根据权利要求8所述的备砂，其中所述铸造砂是硅砂。
10.根据权利要求8所述的备砂，其中所述铸造砂是锆砂。
11.由铸造砂和粘合剂的混合物形成铸造砂模型的方法，该粘合剂包括碱金属硅酸盐；碱金属氢氧化物；淀粉；硅酸烷基酯和水，且
其中所述方法包括：将所述砂与该粘合剂混合；将所得的砂和粘合剂吹入冷芯盒模具；
使在100-150℃的温度下的热气流通过在所述冷芯盒模具内的所述砂，从而蒸发存在于所述砂中的水和任何其它液体；和
将所制得的铸造砂模型从该冷芯盒模具中取出，由此具有用于其在金属铸造中的应用的合适的机械稳定性，其中所述粘合剂包括组合物，该组合物具有：
（1）基于与组合物一起使用的砂的重量0.2%-1.5%的硅酸烷基酯；
（2）基于与组合物一起使用的砂的重量1.0%-2.5%的硅酸盐和氢氧化物的溶液/混合物，所述溶液/混合物具有基于该溶液/混合物85wt%-95wt%的碱金属硅酸盐，基于该溶液/混合物2wt%-6wt%的碱金属氢氧化物，和基于该溶液/混合物4wt%-8wt%的水，条件是该碱金属硅酸盐、碱金属氢氧化物和水的总量是100%；
（3）基于与组合物一起使用的砂的重量1.0%-2.5%的淀粉在水中的溶液/混合物，该淀粉在水中的溶液/混合物具有70wt%-85wt%的水和15wt%-30wt%的淀粉；
（4）基于与组合物一起使用的砂的重量0.5%-2.5%的水，所述组合物中所有的水包括在所述的0.5 wt %-2.5 wt %的范围内，
其中各所述溶液/混合物包括在作为混合物的液体悬浮液中固体和/或在此液体中至少部分或全部溶解在溶液中的固体。
12.根据权利要求11所述的形成铸造砂模型的方法，其中所述的砂为硅砂。
13.根据权利要求11所述的形成铸造砂模型的方法，其中所述的砂为锆砂。
14.根据权利要求11-13任一项所述的形成铸造砂模型的方法，其中所述的碱金属硅酸盐为硅酸钠。
15.根据权利要求11-13中任一项所述的形成铸造砂模型的方法，其中所述碱金属硅酸盐是硅酸钠并且所述硅酸钠溶液/混合物含有85wt%-95 wt %的硅酸钠，2 wt %-6 wt %的氢氧化钠，和4 wt %-8 wt %的水，条件是硅酸钠、氢氧化钠和水的总量是100%。
16.根据权利要求11-13中任一项所述的形成铸造砂模型的方法，其中所述淀粉为玉米淀粉。
17.根据权利要求11-13任一项所述的形成铸造砂模型的方法，其中所述淀粉为木薯淀粉。
18.根据权利要求11-13任一项所述的形成铸造砂模型的方法，其中所述的淀粉在水中的溶液/混合物包括15 wt %-20 wt %的改良玉米淀粉；5 wt %-10 wt %的天然木薯淀粉和70%-85%的水，条件是改良玉米淀粉、天然木薯淀粉和水的总量是100%。
19.根据权利要求11-13任一项所述的形成铸造砂模型的方法，其中所述硅酸烷基酯为硅酸四乙酯。
Applications Claiming Priority (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| MXMX/A/2008/016384 | 2008-12-18 | ||
| MX2008016384A MX339544B (es) | 2008-12-18 | 2008-12-18 | Metodo y composicion de aglomerante para fabricacion de moldes y/o corazones de arena para fundicion. |
| PCT/US2009/068670 WO2010080583A1 (en) | 2008-12-18 | 2009-12-18 | Method and composition of binder for manufacturing sand molds and/or cores for foundries |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN102317005A CN102317005A (zh) | 2012-01-11 |
| CN102317005B true CN102317005B (zh) | 2014-07-23 |
Family
ID=42035673
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN200980151654.1A Active CN102317005B (zh) | 2008-12-18 | 2009-12-18 | 制造铸造用砂模和/或型芯的方法和粘合剂组合物 |
Country Status (8)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US8567481B2 (zh) |
| JP (1) | JP5794921B2 (zh) |
| KR (1) | KR101830081B1 (zh) |
| CN (1) | CN102317005B (zh) |
| BR (1) | BRPI0922407B1 (zh) |
| DE (1) | DE112009003741T5 (zh) |
| MX (1) | MX339544B (zh) |
| WO (1) | WO2010080583A1 (zh) |
Families Citing this family (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| MX2012006927A (es) | 2009-12-18 | 2012-08-15 | Tenedora Nemak Sa De Cv | Composicion de aglomerante y metodo para formar corazones y moldes de arena para fundicion. |
| CN104812509A (zh) * | 2012-11-19 | 2015-07-29 | 新东工业株式会社 | 铸模用砂、砂铸模的造模方法及金属铸造用芯子 |
| EP2937160A4 (en) * | 2012-12-19 | 2016-09-07 | Asahi Yukizai Corp | COATED SAND, MANUFACTURING METHOD THEREFOR, AND METHOD OF MANUFACTURING MOLD |
| CN104084519B (zh) * | 2014-06-13 | 2016-03-23 | 吴江市液铸液压件铸造有限公司 | 一种铸钢件用型砂及其制备方法 |
| KR101527909B1 (ko) * | 2014-12-16 | 2015-06-10 | 한국생산기술연구원 | 주조용 무기 바인더 조성물 |
| CN105710293B (zh) * | 2016-03-29 | 2018-10-30 | 共享装备股份有限公司 | 铸造铸型及合箱方法 |
| DE102016110752A1 (de) | 2016-06-10 | 2017-12-14 | Dr Axion Co., Ltd. | Bindemittelzusammensetzung zum vergiessen |
| KR102024882B1 (ko) * | 2018-01-17 | 2019-09-24 | 문성훈 | 타피오카를 이용한 주물사용 점결제의 제조 |
Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4070196A (en) * | 1975-09-15 | 1978-01-24 | Foseco International Limited | Binder compositions |
| US4226277A (en) * | 1978-06-29 | 1980-10-07 | Ralph Matalon | Novel method of making foundry molds and adhesively bonded composites |
| CA1200655A (en) * | 1982-09-01 | 1986-02-18 | Rodney F. Kiesel | Method of stabilizing silicate bonded sands |
| US5089186A (en) * | 1990-07-11 | 1992-02-18 | Advanced Plastics Partnership | Process for core removal from molded products |
| CN1316976A (zh) * | 1998-09-10 | 2001-10-10 | 日产化学工业株式会社 | 念珠状硅溶胶、其制法及喷墨记录介质 |
Family Cites Families (10)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US35334A (en) | 1862-05-20 | Improvement in apparatus for casting minie balls | ||
| GB1207101A (en) | 1969-01-23 | 1970-09-30 | Adam Dunlop | Shell moulds |
| US4329177A (en) | 1979-02-27 | 1982-05-11 | Foseco International Limited | Alkali metal silicate binder compositions |
| US4763720A (en) | 1986-06-23 | 1988-08-16 | Kabushiki Kaisha Komatsu Seisakusho | Microwave process for the fabrication of cores for use in foundry casting |
| US5089816A (en) | 1989-10-16 | 1992-02-18 | Holmes Lawrence Jr | Chart instrument for displaying real time vehicle position relative to information on charts |
| JP2831794B2 (ja) | 1990-04-03 | 1998-12-02 | 花王株式会社 | 鋳物用砂型の製造方法 |
| US5248552A (en) | 1990-07-11 | 1993-09-28 | Advanced Plastics Partnership | Molding core |
| JPH08174144A (ja) * | 1994-12-26 | 1996-07-09 | Daido Steel Co Ltd | 鋳造用鋳型とその製作方法 |
| DE29925011U1 (de) * | 1999-10-26 | 2008-10-02 | Minelco Gmbh | Giessereikern-Bindemittelsystem |
| US7019047B2 (en) | 2003-07-25 | 2006-03-28 | Ashland Licensing And Intellectual Property Llc | Acrylate-free binders containing an epoxy resin and an alkyl silicate |
-
2008
- 2008-12-18 MX MX2008016384A patent/MX339544B/es active IP Right Grant
-
2009
- 2009-12-18 US US13/141,023 patent/US8567481B2/en active Active
- 2009-12-18 DE DE112009003741T patent/DE112009003741T5/de not_active Ceased
- 2009-12-18 KR KR1020117016487A patent/KR101830081B1/ko active IP Right Grant
- 2009-12-18 JP JP2011542469A patent/JP5794921B2/ja active Active
- 2009-12-18 WO PCT/US2009/068670 patent/WO2010080583A1/en active Application Filing
- 2009-12-18 CN CN200980151654.1A patent/CN102317005B/zh active Active
- 2009-12-18 BR BRPI0922407-6A patent/BRPI0922407B1/pt active IP Right Grant
Patent Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4070196A (en) * | 1975-09-15 | 1978-01-24 | Foseco International Limited | Binder compositions |
| US4226277A (en) * | 1978-06-29 | 1980-10-07 | Ralph Matalon | Novel method of making foundry molds and adhesively bonded composites |
| CA1200655A (en) * | 1982-09-01 | 1986-02-18 | Rodney F. Kiesel | Method of stabilizing silicate bonded sands |
| US5089186A (en) * | 1990-07-11 | 1992-02-18 | Advanced Plastics Partnership | Process for core removal from molded products |
| CN1316976A (zh) * | 1998-09-10 | 2001-10-10 | 日产化学工业株式会社 | 念珠状硅溶胶、其制法及喷墨记录介质 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| WO2010080583A1 (en) | 2010-07-15 |
| US8567481B2 (en) | 2013-10-29 |
| CN102317005A (zh) | 2012-01-11 |
| JP2013514179A (ja) | 2013-04-25 |
| KR101830081B1 (ko) | 2018-02-20 |
| MX2008016384A (es) | 2010-06-21 |
| KR20110106372A (ko) | 2011-09-28 |
| BRPI0922407A2 (pt) | 2015-12-15 |
| BRPI0922407B1 (pt) | 2018-01-23 |
| MX339544B (es) | 2016-05-31 |
| JP5794921B2 (ja) | 2015-10-14 |
| DE112009003741T5 (de) | 2012-06-21 |
| US20120098157A1 (en) | 2012-04-26 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN102317005B (zh) | 制造铸造用砂模和/或型芯的方法和粘合剂组合物 | |
| EP3159073B1 (en) | Mold manufacturing method and mold | |
| JP4223830B2 (ja) | 水溶性鋳造用鋳型及びその製造方法 | |
| EP2513005B1 (en) | Foundry mixes containing sulfate and/or nitrate salts and their uses | |
| CN101607301B (zh) | 一种可溶型芯及其制备方法 | |
| CN101360574A (zh) | 铸型造型方法 | |
| CN105081198A (zh) | 一种铸钢件用含钠基膨润土的改性呋喃树脂砂及其制备方法 | |
| JPS6131737B2 (zh) | ||
| WO2011073715A1 (en) | Binder composition and method of forming foundry sand cores and molds | |
| US4383861A (en) | Metal silico-phosphate binders and foundry shapes produced therefrom | |
| CN105081203A (zh) | 一种铸钢件用含紫砂泥的高透气改性呋喃树脂砂及其制备方法 | |
| CN105108033A (zh) | 一种铸钢件用含贝壳粉的高透气性改性呋喃树脂砂及其制备方法 | |
| JP2006239774A (ja) | 球状鋳物砂 | |
| CN105081197A (zh) | 一种铸钢件用含纳米介孔氧化铝的改性呋喃树脂砂及其制备方法 | |
| JPS60121036A (ja) | 硬化性鋳型組成物 | |
| JPH0318976B2 (zh) | ||
| JPS62252634A (ja) | ガス硬化性鋳型用粘結剤組成物 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| C14 | Grant of patent or utility model | ||
| GR01 | Patent grant |