CN103317083B - 一种提高胺法冷芯盒砂芯脱模性的方法 - Google Patents

Abstract

本发明提出提高胺法冷芯盒砂芯脱模性的方法，根据本发明，向树脂粘结剂中引入复合脱模剂，该复合脱模剂包含烯烃脱模剂和酯类脱模剂，所述烯烃脱模剂为C12-C16单烯烃，所述酯类脱模剂为由C12-C18烷酸单羟基醇酯、C12-C18烷酸多羟基醇酯、C12-C18烷基二酸的单醇酯、C12-C18烷基二酸二醇酯构成的组中的一种或者多种。本发明的方法显著提高了制备复杂型芯时的连续制芯次数，显著提高了生产效率。

Description

一种提高胺法冷芯盒砂芯脱模性的方法

技术领域

本发明涉及模具铸造领域，具体涉及使用粘结剂调节砂芯脱模性能的方法。适用于铸造各种类型的铸钢、铸铁及有色合金件。

背景技术

在铸造工业中，冷芯盒法是指用气体或气雾催化剂在室温下催化树脂砂瞬时固化的工艺方法。按气体或气雾催化剂的不同，可将冷芯盒法分为胺法、SO2法、CO2树脂法和甲酸甲酯法。

胺法冷芯盒工艺可使用的催化剂有三乙胺、二甲基乙胺、二甲基异丙胺等，由于三乙胺价格低廉，通常采用三乙胺作催化剂，其特点是，硬化速度快、制芯效率高、芯砂流动性好、芯砂可使用时间长、砂芯尺寸精度高及节约能源等，满足了铸造生产优质、高效、节能的要求，适合大批量复杂砂芯的生产，现已广泛应用于汽车、内燃机、机车车辆、飞机、制泵等行业，成为各种制芯工艺的主流。

随着更大批量的铸造生产需求，以及高制芯生产率、铸件高精度、高品质、高重复性的需求，制芯单元流水线化程度越来越高，集成为一个制芯中心，即用机器人自动化、流水作业地对冷芯盒射芯机制造出的各种砂芯进行取芯、组芯、浸涂等一系列操作，一个制芯中心的生产效率可达每小时50型芯组以上，这就期望在模具上喷涂脱模剂的频率越低越好。。

但是，目前的胺法冷芯盒树脂粘结剂则不太适应这种高流水线化的作业方式。虽然可能有部分的粘结剂可以满足形状简单的型芯的制备，但是在制备复杂形状的型芯时，会产生缺陷。具体表现为：在制备复杂形状的型芯时，型芯中的粘结剂很容易与模具表面发生粘结，在连续进行少数次的制芯之后，型芯（已经固化）会粘在模具上，这就需要频繁的停机，以进行人工清理，在喷涂脱模剂后再重新运行，限制了自动化水平的发挥。另一方面，高频率的粘模势必会使更多的砂型芯表面被拉伤，造成表面缺陷，导致产品的废品率高，质量下降。

发明内容

本发明克服了上述缺点，提出了一种提高胺法冷芯盒砂芯脱模性的方法。

根据本发明，向树脂粘结剂中引入复合脱模剂，该复合脱模剂包含烯烃脱模剂和酯类脱模剂，所述烯烃脱模剂为C12-C16单烯烃，所述酯类脱模剂为由C12-C18烷酸单羟基醇酯、C12-C18烷酸多羟基醇酯、C12-C18烷基二酸的单醇酯、C12-C18烷基二酸二醇酯构成的组中的一种或者多种。

使用本发明的胺法冷芯盒粘结剂，显著提高砂芯的脱模性能，尤其适合形状复杂的型芯的制备，大大减少浇铸制芯时向模具上喷涂脱模剂的次数，保护了环境；提高了产品的成品率和生产效率。

具体实施方式

本发明中，将C10至C16的单烯烃与酯类脱模剂配合使用，所得到的胺法冷芯盒粘结剂可以显著提高树脂砂的脱模性能。术语“单烯烃”是指在烃链中仅有一个C-C双键的直链或带支链的烯烃，其中优选直链烯烃。典型的例子包括1-癸烯、2-癸烯、1-十一烯、2-十一烯、1-十二烯、2-十二烯、1-十三烯、2-十三烯、1-十四烯、2-十四烯、1-十五烯、2-十五烯、1-十六烯、2-十六烯以及其他双键位的直链或支链单烯烃，其中支链单烯烃优选仅包含甲基、乙基、丙基或异丙基的单烯烃。本发明尤其优选C12-C14的烯烃，最优选直链烯烃。

适用于本发明的酯类脱模剂包括C12-C18烷酸单羟基醇酯、C12-C18烷酸多羟基醇酯、C12-C18烷基二酸的单醇酯、C12-C18烷基二酸的二醇酯，其中，术语“单羟基醇”是指仅含一个羟基的C1-C6醇，其中优选C1-C4醇，例如甲醇、乙醇、正丙醇、异丙醇、1-丁醇、2-丁醇。术语“多羟基醇”是指含二、三、或四个羟基的醇，例如乙二醇、丙三醇（甘油）、季戊四醇等。术语“C12-C18烷酸多羟基醇酯”包含C12-C18烷酸多羟基醇单醇酯和C12-C18烷酸多羟基醇多醇酯。典型的实例包括硬脂酸甘油酯、三硬脂酸甘油酯、季戊四醇单硬脂酸酯、季戊四醇二硬脂酸酯、季戊四醇三硬脂酸酯、季戊四醇四硬脂酸酯、硬脂酸丁酯等。这些酯类脱模剂可以单独使用，也可以是两种或者两种以上的组合。

本发明中，烯烃脱模剂与酯类脱模剂的质量比优选在1:1至10:1的范围，更优选在1:1~5:1的范围，最优选在1:1~3:1的范围。

在本发明的进一步的方案中，在脱模剂中进一步包含酰胺类脱模剂。典型的例子包括油酸酰胺、硬脂酸酰胺、乙撑双油酸酰胺、六亚甲基双油酰胺、间苯二甲基双硬脂酰胺等的一种或其组合。该类脱模剂占脱模剂总量的0.05~10%之间。

在本发明的一种具体实施方式中，该胺法冷芯盒粘结剂由以下重量份的原料组成：

作为上述具体实施方式的改进，该胺法冷芯盒粘结剂由以下重量份的原料组成：

胺法冷芯盒粘结剂中的酚醛树脂通常是苄基醚型酚醛树脂。在本发明中，苄基醚酚醛树脂的重均分子量优选为500～2000，优选为600-1200之间。通过选用该特定的苄基醚酚醛树脂，可以降低粘结剂的粘度，使得混合有粘结剂的铸造砂具有较高的流散性和更高的砂型砂芯强度。本发明中优选使用高邻位苄基醚酚醛树脂，所谓高邻位苄基醚酚醛树脂是指邻/对比大于1的酚醛树脂，或者说大部分为邻位的酚醛树脂。使用高邻位苄基醚酚醛树脂可以获得较快的固化速度。该高邻位苄基醚酚醛树脂的制备的例子在申请人的中国专利CN 200710188114.3中有披露。在下文的实施例中采用的即为该苄基醚酚醛树脂。

可以用于本发明的聚异氰酸酯包括但不限于二苯基甲烷-4,4’-二异氰酸酯（简称为“MDI”）、粗二苯基甲烷-4,4’-二异氰酸酯（简称为粗“MDI”）、或多亚甲基多苯基多异氰酸脂（简称为“PAPI”）。气态胺催化剂可以是三乙胺、二甲基乙胺或二甲基异丙胺，优选为三乙胺。

在大多数情况下，需要向冷芯盒粘结剂中引入稀释剂（溶剂），使得该树脂粘结剂适于与型砂混合均匀。可以使用的溶剂包括液体高沸点酯、低级醇和烃类，例如芳烃。在本发明中，高沸点酯是指沸点在100～400℃之间，尤其是在150～400℃之间，特别是在200～400℃之间的羧酸酯，例子包括邻苯二甲酸二丁酯、邻苯二甲酸二辛酯、邻苯二甲酸二异丁酯、邻苯二甲酸二异辛酯、己二酸二辛脂、丁二酸二甲酯、戊二酸二甲酯、己二酸二甲酯；低级醇的例子包括甲醇、乙醇、丁醇、异丙醇；芳烃的例子包括苯、甲苯、二甲苯和乙苯、以及馏程为150～290℃的液态石油芳烃分馏物和煤油中的一种或多种。

在本发明的一种优选实施方式中，使用由高沸点酯和芳烃溶剂组成的混合稀释剂，其中引入高沸点酯可以起到增塑的作用。高沸点酯与芳烃溶剂的质量比优选在1:1至5:1的范围，更优选在1:1~3:1的范围，最优选在1:1~2:1的范围。

在本发明的一种具体实施方式中，该胺法冷芯盒粘结剂由以下重量份的原料组成：

本领域技术人员应明了可以向骨料或铸造混合物中加入其他添加剂如硅氧烷、消泡剂、润湿剂等。特定添加剂的选择取决于设计者的具体目的。这些助剂的选择和用量皆是现有技术所熟知的，在此不再详细叙述。

上述的各组成可以是单独的组分，或者与其它组分进行混合，但苄基醚酚醛树脂与聚异氰酸酯不能混合储存。优选地，该粘结剂由组分I和组分II构成；组分I包括所有重量份的酚醛树脂、溶剂和脱模剂；组分II包括所有重量份的聚异氰酸酯。典型的实施方式是，粘结剂体系以双组分体系包装和使用，组分I包括所有重量份的酚醛树脂和部分重量份的脱模剂、以及烃溶剂；组分II包括所有重量份的聚异氰酸酯与其余份的脱模剂、以及溶剂。作为替代方案，可以在使用所述树脂粘结剂之前加入所述复合脱模剂。

该树脂与铸造骨料混合形成铸造树脂砂混合料，所述铸造树脂砂混合料用于制造铸造金属铸件的型芯模。

采用本发明的方法，在进行砂型制芯时不易粘模。生产复杂形状的型芯时,模具的连续制芯次数达到90次以上，甚至100次以上，较佳的状态是100次以上。而传统的胺法冷芯盒树脂的连续生产次数通常为10次左右。另外，本发明的树脂粘结剂固化快，初强度高，方便机械手夹持；降低了砂芯砂型的废品率，提高了铸件质量。

实施例1

组分I的制备：在一装有搅拌器的混合釜中，加入高邻位苄基醚酚醛树脂580千克，邻苯二甲酸二丁酯200千克，Solvesso 150烃溶剂196千克，A－187硅烷9千克，开动搅拌，混合约2小时，使物料混合均匀。

组分II的制备：在一装有搅拌器的混合釜中，加入MDI 800千克，Solvesso 150烃溶剂131千克、硬脂酸丁酯18千克，A－187硅烷9千克，1-十四烯50千克，三氯化磷6公斤，开搅拌器，混合约2小时，使物料混合均匀。用容器对上述液体组分I和液体组分II分别包装，即得到易脱模胺法冷芯盒树脂。

该胺法冷芯盒树脂的强度检测参照GB2684《铸造用原砂及混合料试验方法》。按照100重量份大林标准砂、0.77重量份组分I、0.63重量份组分II的比例配成树脂砂。首先加入组分I与砂混合1分钟，再加入组分II混合2分钟，然后将该树脂砂通过MLA1制芯机吹气压制成抗拉八字试块。其制芯工艺参数为：射砂压力0.4MPa，吹胺压力0.2MPa，洗涤压力0.2MPa，吹胺时间3.0秒，洗涤时间5.0秒。

分别测定八字抗拉试块的5秒初始强度、24小时终强度、24小时高湿强度（湿度≥95％），结果见表1。

表1. 使用实施例1冷芯盒树脂的砂型的抗拉强度

用本实施例的树脂，用德国兰佩公司生产的射芯机工业化生产联接歧管芯，生产条件：50/100擦洗砂  树脂的加入量1.4 %，其中组分I和组分II的比例为55:45。连续生产型芯组次数不低于100次。

实施例2

组分I的制备：在一装有搅拌器的混合釜中，加入高邻位苄基醚酚醛树脂580千克，邻苯二甲酸二丁酯200千克，硬脂酸酰胺5千克、Solvesso 150烃溶剂196千克，A－187硅烷9千克，开动搅拌，混合约2小时，使物料混合均匀。

组分II的制备：在一装有搅拌器的混合釜中，加入MDI 800千克，Solvesso 150烃溶剂131千克、硬脂酸丁酯18千克，A－187硅烷9千克，1-十四烯50千克，三氯化磷6公斤，开搅拌器，混合约2小时，使物料混合均匀。

用容器对上述液体组分I和液体组分II分别包装，即得到易脱模胺法冷芯盒树脂。按实施例1方法测定抗拉强度，结果见表2。

表2. 使用实施例2冷芯盒树脂的砂型的抗拉强度

按实施例1方法生产联接歧管芯，连续生产型芯组次数不低于120次。

对比例

组分I的制备：在一装有搅拌器的混合釜中，加入高邻位苄基醚酚醛树脂580千克，邻苯二甲酸二丁酯200千克，Solvesso 150烃溶剂196千克，A－187硅烷9千克，开动搅拌，混合约2小时，使物料混合均匀。

组分II的制备：在一装有搅拌器的混合釜中，加入MDI 800千克，Solvesso 150烃溶剂131千克、硬脂酸丁酯18千克，A－187硅烷9千克，三氯化磷6公斤，开搅拌器，混合约2小时，使物料混合均匀。

用容器对上述液体组分I和液体组分II分别包装，即得到胺法冷芯盒树脂。按实施例1方法测定抗拉强度，结果见表3。

表3. 使用比较例冷芯盒树脂的砂型的抗拉强度

按实施例1方法生产联接歧管芯，连续生产型芯模7次后，粘模严重，需清理、喷脱模剂后方可生产。

以上结合具体实施例对本发明的易脱模胺法冷芯盒树脂进行了阐述，这些实施例只是用于例举说明。对于本领域的技术人员来说，对上述内容的某些细节进行多种更改和变化不需要做出创造性劳动。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (14)

1.一种提高胺法冷芯盒砂芯脱模性的方法，其特征在于，向树脂粘结剂中引入复合脱模剂，该复合脱模剂包含烯烃脱模剂和酯类脱模剂，所述烯烃脱模剂为C12-C16单烯烃，所述酯类脱模剂为由C12-C18烷酸单羟基醇酯、C12-C18烷酸多羟基醇酯、C12-C18烷基二酸的单醇酯、C12-C18烷基二酸二醇酯构成的组中的一种或者多种。

2.根据权利要求1所述的方法，其中，所述C12-C16单烯烃为1-位直链烯烃。

3.根据权利要求1所述的方法，其中，所述酯类脱模剂为硬脂酸甘油酯、三硬脂酸甘油酯、季戊四醇单硬脂酸酯、季戊四醇二硬脂酸酯、季戊四醇三硬脂酸酯、季戊四醇四硬脂酸酯和硬脂酸丁酯中的一种或多种。

4.根据权利要求1所述的方法，其中，所述烯烃脱模剂与酯类脱模剂的质量比在1:1至10:1的范围。

5.根据权利要求1所述的方法，所述树脂粘结剂主要由以下重量份的原料组成：

6.根据权利要求5所述的方法，所述树脂粘结剂进一步包含酰胺类脱模剂，占所述复合脱模剂总质量的0.05～10％。

7.根据权利要求6所述的方法，所述酰胺类脱模剂为油酸酰胺、硬脂酸酰胺、乙撑双油酸酰胺、六亚甲基双油酰胺和间苯二甲基双硬脂酰胺的一种或多种。

8.根据权利要求5所述的方法，所述树脂粘结剂主要由以下重量份的原料组成：

9.根据权利要求5所述的方法，其中：所述酚醛树脂为重均分子量为500～2000的高邻位苄基醚酚醛树脂。

10.根据权利要求5所述的方法，其中，所述聚异氰酸酯是二苯基甲烷-4,4’-二异氰酸酯、粗二苯基甲烷-4,4’-二异氰酸酯或多亚甲基多苯基多异氰酸脂。

11.根据权利要求8所述的方法，其中，所述高沸点酯溶剂为邻苯二甲酸二丁酯、邻苯二甲酸二辛脂、邻苯二甲酸二异丁酯、邻苯二甲酸二异辛酯、己二酸二辛脂、己二酸二甲酯、丁二酸二甲酯和戊二酸二甲酯的一种或多种。

12.根据权利要求8所述的方法，其中，所述高沸点烃溶剂为馏程150～290℃的液态石油芳烃分馏物、煤油中的一种或其结合。

13.根据权利要求1至12任一项所述的方法，其中，在使用所述树脂粘结剂之前加入所述复合脱模剂。

14.根据权利要求4所述的方法，其中，所述烯烃脱模剂与酯类脱模剂的质量比在1:1～3:1的范围。