CN105855456B - 一种磷酸盐粘结剂自硬砂用固化剂及其制备和使用方法 - Google Patents
一种磷酸盐粘结剂自硬砂用固化剂及其制备和使用方法 Download PDFInfo
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Abstract
一种磷酸盐粘结剂自硬砂用固化剂，可应用到造型及制芯。所述磷酸盐是指以磷酸二氢铝为主要成分的磷酸盐粘结剂。所述固化剂包含两个组分：组分I为苯胺，组分II由尿素、水、氯化铵、硅烷以及四乙烯五胺组成，可以通过改变两组分的加入量来调节砂样的硬化速度。具体工艺步骤为：将固化剂先与原砂混合，然后加入磷酸盐粘结剂混匀出砂，将混合料倒入置于模具中紧实制样，砂样可在室温下自硬。制得的砂样24小时抗拉强度≥1.0MPa，而且抗吸湿性、溃散性好。所述固化剂制备工艺简单、化学性质稳定，具有很好的应用前景。本发明所涉及的自硬工艺有利于解决传统热硬磷酸盐砂芯抗吸湿性差的技术问题，以及自硬工艺中不易定量、混砂易产生粉尘的技术问题。
Description
技术领域
本发明涉及铸造行业中的造型（制芯）材料领域，具体指一种铸造用磷酸盐自硬砂用液态固化剂及其制备和使用方法。
背景技术
铸造用磷酸盐粘结剂砂高温强度高，高温变形小，发气量低，溃散性好等优点，是一种很有应用价值的造型、制芯材料。磷酸盐粘结剂可以通过加热硬化，制得的砂芯初强度较高，容易吸湿，在较高环境湿度下强度下降严重，影响了其在铸造生产中的使用；而自硬砂工艺，型、芯不需要烘烤，在室温下即可硬化成型，不仅节约能源，而且有助于提高劳动生产效率，降低生产成本。目前磷酸盐粘结剂自硬砂体系中所用固化剂多以碱金属氧化物或碱金属氢氧化物为主，如氧化镁等，在混砂过程中易产生粉尘，污染了工作环境，且在使用中不易定量，也影响磷酸盐粘结剂的自硬砂工艺应用。基于以上技术背景，制备出一种应用于磷酸盐自硬砂体系的液态固化剂尤为必要。
发明内容
发明目的：
本发明提供了一种磷酸盐粘结剂自硬砂用固化剂及其制备方法和使用方法，其目的在于研制出一种液态固化剂以代替粉状的碱性氧化物及碱性氢氧化物，改善粉状固化剂带来的粉尘污染；解决磷酸盐粘结剂砂加热硬化工艺存在的抗吸湿性差的技术难题。
技术方案：
磷酸盐粘结剂用固化剂，其特征在于：由苯胺、尿素、水、氯化铵、硅烷以及四乙烯五胺组成，按重量百分比其原材料组分配比为：组分I为苯胺，组分II由25-45重量份的尿素、20-40重量份的水、5-20量份的氯化铵、1-6重量份的硅烷以及5-15重量份的四乙烯五胺组成，且组分I占固化剂总加入量的50%-70%。
其中所述固化剂不包含其它成分。
本发明所述的固化剂中组分II的制备方法如下：
步骤一：按权利要求2所给配比称量各组分，首先向反应釜中加入水，升温至50℃-70℃；
步骤二：开动搅拌器开始搅拌，向反应釜内加入尿素，此时温度会有所下降，全部溶解后，再次升温至70℃-80℃；
步骤三：缓慢向反应釜内加入氯化铵，60℃-70℃保温至完全溶解;
步骤四：降至室温依次加入四乙烯五胺和硅烷，待溶解透明后搅拌15min～30min，放料。
本发明所述固化剂的主要成分为苯胺，可与磷酸盐反应可形成非水溶性胶结物，具有一定的强度，且对环境中的水分敏感性小，体现出很好的抗吸湿性。
固化剂中的四乙烯五胺与磷酸盐粘结剂反应，其反应产物为一种胶结物，四乙烯五胺的引入可提高型芯的强度。但是四乙烯五胺与磷酸盐粘结剂反应剧烈，加入量应控制得当，过量会与粘结剂剧烈反应，使混砂过程出现砂团，影响混砂效果及砂芯强度。
硅烷偶联剂的使用，目的在于进一步提高粘结剂的粘结强度，所述的硅烷型号为KH-550。
加入氯化铵与尿素起到减缓硬化速度的作用，适合与四乙烯五胺搭配使用，延长型砂的可使用时间。
固化剂中的水作为溶剂，可以溶解尿素、氯化铵、四乙烯五胺和硅烷，混砂过程中将各组分均匀地涂覆在砂粒表面，使粘结剂与固化剂充分接触反应。
本发明的有益效果：实现了磷酸盐粘结剂在液态固化剂作用下自硬，改善了传统自硬磷酸盐粘结剂混砂过程中粉尘的污染；型砂24h抗拉强度≥1.0MPa，溃散性良好，可应用于铸造造型制芯。
具体实施方式：
下面结合具体实施例对本发明进行具体说明，实施例中所用磷酸盐是指以磷酸二氢铝为主要成分的磷酸盐粘结剂，粘结剂加入量为原砂（大林擦洗砂）重量的3%-5%。
在造型或制芯中，固化剂的加入量占磷酸盐粘结剂重量的20%-40%，其中固化剂中主要组分为组分I，组分II作为辅剂加入，选择两组分是因为可以调节两组分的加入量以调节型砂的可使用时间以及强度，且组分I占固化剂总加入量的50%-70%。
实施例1：
本实施例固化剂中各组分所占重量比为：组分I苯胺为粘结剂重量的20%，组分II为粘结剂重量的10% 。其中组分II中各组分所占重量百分比为：尿素43%，水40%，氯化铵5%，硅烷4%，四乙烯五胺8%。
组分II的制备方法：
步骤一：首先向反应釜中加入水40Kg，升温至70℃；
步骤二：开动搅拌器开始搅拌，向反应釜内加入尿素43Kg，此时温度会有所下降，全部溶解后，再次升温至75℃；
步骤三：缓慢向反应釜内加入氯化铵5Kg，70℃保温至完全溶解后；
步骤四：降温至室温加入四乙烯五胺8Kg，硅烷4Kg，待溶解完全后搅拌20min，放料。
制芯工艺步骤为：称取原砂重量的3％的磷酸盐粘结剂，粘结剂重量的20%的组分I和粘结剂重量的10%的组分II备用，原砂与所述固化剂组分I、组分II混砂搅拌60s，然后加入磷酸盐粘结剂搅拌60s后出砂，利用标准“8”字形模具制备砂芯，硬化24h后测量砂芯的工艺性能。抗拉强度为1.04MPa；砂芯在800℃的马弗炉里保温30min，冷却至室温后，残留强度为0MPa，溃散性好。
实施例2：
本实施例固化剂中各组分所占重量比为：组分I苯胺为粘结剂重量的20%，组分II为粘结剂重量的20%。其中组分II中各组分所占重量百分比为：尿素30%，水34%，氯化铵15%，硅烷6%，四乙烯五胺15%。
组分II的制备方法：
步骤一：首先向反应釜中加入水34Kg，升温至70℃；
步骤二：开动搅拌器开始搅拌，向反应釜内加入尿素30Kg，此时温度会有所下降，全部溶解后，再次升温至75℃；
步骤三：缓慢向反应釜内加入氯化铵15Kg，70℃保温至完全溶解后；
步骤四：降温至室温加入四乙烯五胺15Kg，硅烷6Kg，待溶解完全后搅拌30min，放料。
制芯工艺步骤为：称取原砂重量的3％的磷酸盐粘结剂，粘结剂重量的20%的组分I和粘结剂重量的20%的组分II备用，原砂依次与所述固化剂组分I、组分II混砂搅拌60s，然后加入磷酸盐粘结剂搅拌60s后出砂，利用标准“8”字形模具制备砂芯，硬化24h后测量砂芯的工艺性能。抗拉强度为1.20MPa；砂芯在800℃的马弗炉里保温30min，冷却至室温后，残留强度为0MPa，溃散性好。
实施例3：
本实施例固化剂中各组分所占重量比为：组分I苯胺为粘结剂重量的10%，组分II为粘结剂重量的10% 。其中组分II中各组分所占重量百分比为：尿素25%，水40%，氯化铵20%，硅烷1%，四乙烯五胺14%。
组分II的制备方法：
步骤一：首先向反应釜中加入水40Kg，升温至50℃；
步骤二：开动搅拌器开始搅拌，向反应釜内加入尿素25Kg，此时温度会有所下降，全部溶解后，再次升温至70℃；
步骤三：缓慢向反应釜内加入氯化铵20Kg，60℃保温至完全溶解后；
步骤四：降温至室温加入四乙烯五胺14Kg，硅烷1Kg，待溶解透明后搅拌15min，放料。
制芯工艺步骤为：称取原砂重量的4％的磷酸盐粘结剂，粘结剂重量的10%的组分I和粘结剂重量的10%的组分II备用，原砂依次与所述固化剂组分I、组分II混砂搅拌60s，然后加入磷酸盐粘结剂搅拌60s后出砂，利用标准“8”字形模具制备砂芯，硬化24h后测量砂芯的工艺性能。抗拉强度为1.10MPa；砂芯在800℃的马弗炉里保温30min，冷却至室温后，残留强度为0MPa，溃散性好。
实施例4：
本实施例固化剂中各组分所占重量比为：组分I苯胺为粘结剂重量的15%，组分II为粘结剂重量的10% 。其中组分II中各组分所占重量百分比为：尿素45%，水20%，氯化铵20%，硅烷6%，四乙烯五胺9%。
组分II的制备方法：
步骤一：首先向反应釜中加入水20Kg，升温至60℃；
步骤二：开动搅拌器开始搅拌，向反应釜内加入尿素45Kg，此时温度会有所下降，全部溶解后，再次升温至80℃；
步骤三：缓慢向反应釜内加入氯化铵20Kg，70℃保温至完全溶解后；
步骤四：降温至室温加入四乙烯五胺9Kg，硅烷6Kg，待溶解透明后搅拌30min，放料。
制芯工艺步骤为：称取原砂重量的5％的磷酸盐粘结剂，粘结剂重量的15%的组分I和粘结剂重量的10%的组分II备用，原砂依次与所述固化剂组分I、组分II混砂搅拌60s，然后加入磷酸盐粘结剂搅拌60s后出砂，利用标准“8”字形模具制备砂芯，硬化24h后测量砂芯的工艺性能。抗拉强度为1.25MPa；砂芯在800℃的马弗炉里保温30min，冷却至室温后，残留强度为0MPa，溃散性好。
实施例5：
本实施例固化剂中各组分所占重量比为：称取原砂重量的4％的磷酸盐粘结剂和固化剂备用，组分I苯胺为粘结剂重量的21%，组分II为粘结剂重量的9%。其中组分II中各组分所占重量百分比为：尿素39%，水30%，氯化铵20%，硅烷6%，四乙烯五胺5%。
组分II的制备方法：
步骤一：首先向反应釜中加入水30Kg，升温至70℃；
步骤二：开动搅拌器开始搅拌，向反应釜内加入尿素39Kg，此时温度会有所下降，全部溶解后，再次升温至70℃；
步骤三：缓慢向反应釜内加入氯化铵20Kg，60℃保温至完全溶解后；
步骤四：降温至室温加入四乙烯五胺5Kg，硅烷6Kg，待溶解透明后搅拌20min，放料。
制芯工艺步骤为：称取原砂重量的4％的磷酸盐粘结剂，粘结剂重量的21%的组分I和粘结剂重量的9%的组分II备用，原砂依次与所述固化剂组分I、组分II混砂搅拌60s，然后加入磷酸盐粘结剂搅拌60s后出砂，利用标准“8”字形模具制备砂芯，硬化24h后测量砂芯的工艺性能。抗拉强度为1.20MPa；砂芯在800℃的马弗炉里保温30min，冷却至室温后，残留强度为0MPa，溃散性好。
Claims (6)
1.一种磷酸盐粘结剂自硬砂用固化剂，其特征在于：组分I为苯胺，组分II是由尿素、水、氯化铵、硅烷以及四乙烯五胺组成；组分I为苯胺，组分II按重量百分比其原材料组分配比为：由25-45%的尿素、20-40%的水、5-20%的氯化铵、1-6%的硅烷以及5-15%的四乙烯五胺组成；组分I占固化剂总重量的50%-70%。
2.根据权利要求1所述的磷酸盐粘结剂自硬砂用固化剂，其特征在于：苯胺为含量≥99%的苯胺，尿素为含量≥99%的尿素，氯化铵为含量≥99%的氯化铵，四乙烯五胺为含量≥95%的四乙烯五胺。
3.根据权利要求2所述的磷酸盐粘结剂自硬砂用固化剂，其特征在于：固化剂中组分II的制备方法如下：
步骤一：按权利要求2所给配比称量各组分，首先向反应釜中加入水，升温至50℃-70℃；
步骤二：开动搅拌器开始搅拌，向反应釜内加入尿素，此时温度会有所下降，全部溶解后，再次升温至70℃-80℃；
步骤三：缓慢向反应釜内加入氯化铵，60℃-70℃保温至完全溶解;
步骤四：降至室温依次加入四乙烯五胺和硅烷，待溶解透明后搅拌15min-30min，放料。
4.根据权利要求3所述的磷酸盐粘结剂自硬砂用固化剂的使用方法，其特征在于：在造型制芯生产中被使用，固化剂的加入量占磷酸盐粘结剂重量的20%-40%，其中固化剂中主要组分为组分I，组分II作为辅剂加入，且组分I占固化剂总加入量的50%-70%。
5.根据权利要求3所述的磷酸盐粘结剂自硬砂用固化剂的使用方法，其特征在于：称取原砂重量的3%-5%的磷酸盐粘结剂和粘结剂重量份的20%-40%固化剂备用，然后原砂与所述固化剂组分I和组分II混砂搅拌共60s，然后加入磷酸盐粘结剂搅拌60s后出砂，利用标准“8”字形模具制备砂样，硬化30min-40min后起模，经24小时自硬后，进行抗拉强度测量。
6.根据权利要求5所述的磷酸盐粘结剂自硬砂用固化剂的使用方法，其特征在于：通过改变组分I和组分II两组分的加入量来调节型芯的硬化速度以及脱模时间，砂芯24小时的抗拉强度≥1.0MPa，型芯的抗吸湿性好，溃散性好。
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