CN110802196A - 一种型壳用硅溶胶粘结剂 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种型壳用硅溶胶粘结剂,其组分及质量百分比为:碱性硅溶胶85‑90%,介孔二氧化硅纳米球0.6‑1.2%,氢氧化钙0.1‑0.2%,纳米纤维素0.3‑0.5%,分散助剂0.15‑0.25%,余量为水;所述分散助剂包括六偏磷酸钠、聚乙二醇单甲醚‑2000、三乙醇胺。本发明的型壳用硅溶胶粘结剂既具有较快的干燥速度,能缩短层间干燥时间,提高型壳的生产效率,制壳周期短,制壳效率高,又能提高型壳的常温强度,而且残留强度低,易于清理,适合生产几何形状复杂的铸件。
Description
技术领域
本发明涉及熔模铸造粘结剂技术领域,尤其涉及一种型壳用硅溶胶粘结剂。
背景技术
熔模铸造型壳是由耐火材料、粘结剂和一些其他添加剂组成的,粘结剂直接影响着型壳以及铸件的质量,还有生产周期和成本,具有至关重要的作用。硅溶胶粘结剂具有良好的粘结性,使用方便,安全环保,得到广泛的应用。但是,普通硅溶胶粘结剂的制壳干燥速度较慢,制得的型壳常温强度低,制壳周期长,生产效率低。而且,普通硅溶胶粘结剂制得型壳的残留强度较高,型壳不易清理。这些因素限制了硅溶胶粘结剂在熔模精密铸造领域的推广应用。
发明内容
基于背景技术存在的技术问题,本发明提出了一种型壳用硅溶胶粘结剂,干燥速度快,制得的型壳常温强度高,制壳周期短,制壳效率高,而且残留强度低,易于清理。
本发明提出的一种型壳用硅溶胶粘结剂,其组分及质量百分比为:
碱性硅溶胶85-90%,介孔二氧化硅纳米球0.6-1.2%,氢氧化钙0.1-0.2%,纳米纤维素0.3-0.5%,分散助剂0.15-0.25%,余量为水;
所述分散助剂包括六偏磷酸钠、聚乙二醇单甲醚-2000、三乙醇胺,所述六偏磷酸钠、聚乙二醇单甲醚-2000、三乙醇胺的重量比为1:(0.2-0.3):(0.1-0.2)。
优选地,其组分及质量百分比为:碱性硅溶胶88%,介孔二氧化硅纳米球0.85%,氢氧化钙0.15%,纳米纤维素0.4%,分散助剂0.6%,余量为水。
优选地,所述分散助剂中,六偏磷酸钠、聚乙二醇单甲醚-2000、三乙醇胺的重量比为1:0.25:0.15。
优选地,所述碱性硅溶胶的固含量为30-35%,胶粒直径为10-10.5nm,pH为9.5-10。
优选地,所述介孔二氧化硅纳米球的粒径为100-200nm,比表面积为500-1000m2/g。
优选地,所述纳米纤维素的直径为20-50nm,长度为200-500nm。
优选地,型壳用硅溶胶粘结剂制备方法如下:
S1、先将分散助剂在水中充分溶解,然后加入介孔二氧化硅纳米球和纳米纤维素分散均匀,再加入氢氧化钙搅拌均匀,得到混悬液;
S2、将步骤S1得到的混悬液与碱性硅溶胶混合搅拌均匀,即得型壳用硅溶胶粘结剂。
优选地,型壳用硅溶胶粘结剂制备方法如下:
S1、先将分散助剂在水中充分溶解,然后加入介孔二氧化硅纳米球和纳米纤维素,超声分散5-15min,再加入氢氧化钙,在400-800r/min的条件下搅拌0.5-1h,得到混悬液;
S2、将步骤S1得到的混悬液在搅拌条件下滴加入碱性硅溶胶中,搅拌转速为600-1000r/min,滴加时间为10-20min,滴加完毕即得型壳用硅溶胶粘结剂。
本发明的有益效果如下:
本发明的型壳用硅溶胶粘结剂包括下述原料:碱性硅溶胶,介孔二氧化硅纳米球,氢氧化钙,纳米纤维素,分散助剂,水。分散助剂包括六偏磷酸钠、聚乙二醇单甲醚-2000、三乙醇胺。其中,氢氧化钙能释放Ca2+,夺取Si-OH中的氢离子,形成硅氧烷(–Si–O–Si–)网络,促进硅溶胶粒子间的缩合反应,促进硅溶胶胶凝,介孔二氧化硅纳米球能利用毛细作用吸附硅溶胶中的水,促进硅溶胶脱水浓缩而发生胶凝,介孔二氧化硅纳米球与氢氧化钙配合,能更有效地促进粘结剂的胶凝,从而提高型壳的干燥速度,但是,胶凝速度过快会导致型壳的结构疏松,强度下降;纳米纤维素既能形成三维网络结构,与硅溶胶形成的三维网络结构交织,起到强化作用,提高型壳的常温强度,又能在型壳焙烧时烧失,降低型壳的残留强度,便于型壳清理;六偏磷酸钠能增加表面负电荷,提供静电斥力,聚乙二醇单甲醚-2000、三乙醇胺具有亲水长链,能提供空间位阻,六偏磷酸钠、聚乙二醇单甲醚-2000、三乙醇胺配合,能提高介孔二氧化硅纳米球、氢氧化钙、纳米纤维素在粘结剂体系中的分散作用,提高硅溶胶胶凝的均匀性,从而更好地提高型壳的常温强度。综上所述,本发明的型壳用硅溶胶粘结剂既具有较快的干燥速度,能缩短层间干燥时间,提高型壳的生产效率,制壳周期短,制壳效率高,又能提高型壳的常温强度,而且残留强度低,易于清理,适合生产几何形状复杂的铸件。
具体实施方式
下面,通过具体实施例对本发明的技术方案进行详细说明。
实施例1
一种型壳用硅溶胶粘结剂,其组分及质量百分比为:
碱性硅溶胶85%,介孔二氧化硅纳米球0.6%,氢氧化钙0.1%,纳米纤维素0.3%,分散助剂0.15%,余量为水。
实施例2
一种型壳用硅溶胶粘结剂,其组分及质量百分比为:
碱性硅溶胶85%,介孔二氧化硅纳米球0.6%,氢氧化钙0.1%,纳米纤维素0.3%,分散助剂0.15%,余量为水。
碱性硅溶胶的固含量为30%,胶粒直径为10nm,pH为9.5。
介孔二氧化硅纳米球的粒径为100nm,比表面积为500m2/g。
纳米纤维素的直径为20nm,长度为200nm。
分散助剂包括六偏磷酸钠、聚乙二醇单甲醚-2000、三乙醇胺,其中六偏磷酸钠、聚乙二醇单甲醚-2000、三乙醇胺的重量比为1:0.2:0.1。
制备方法如下:
S1、先将分散助剂在水中充分溶解,然后加入介孔二氧化硅纳米球和纳米纤维素,超声分散5min,再加入氢氧化钙,在400r/min的条件下搅拌0.5h,得到混悬液;
S2、将步骤S1得到的混悬液在搅拌条件下滴加入碱性硅溶胶中,搅拌转速为600r/min,滴加时间为10min,滴加完毕即得型壳用硅溶胶粘结剂。
实施例3
一种型壳用硅溶胶粘结剂,其组分及质量百分比为:
碱性硅溶胶88%,介孔二氧化硅纳米球0.85%,氢氧化钙0.15%,纳米纤维素0.4%,分散助剂0.6%,余量为水。
碱性硅溶胶的固含量为32%,胶粒直径为10nm,pH为10。
介孔二氧化硅纳米球的粒径为100nm,比表面积为600m2/g。
纳米纤维素的直径为30nm,长度为450nm。
分散助剂包括六偏磷酸钠、聚乙二醇单甲醚-2000、三乙醇胺,其中六偏磷酸钠、聚乙二醇单甲醚-2000、三乙醇胺的重量比为1:0.25:0.15。
制备方法如下:
S1、先将分散助剂在水中充分溶解,然后加入介孔二氧化硅纳米球和纳米纤维素,超声分散10min,再加入氢氧化钙,在600r/min的条件下搅拌0.5h,得到混悬液;
S2、将步骤S1得到的混悬液在搅拌条件下滴加入碱性硅溶胶中,搅拌转速为800r/min,滴加时间为15min,滴加完毕即得型壳用硅溶胶粘结剂。
试验例
用实施例2-3制得的硅溶胶粘结剂与普通硅溶胶粘结剂分组制作型壳材料,普通硅溶胶粘结剂的成分为碱性硅溶胶,其固含量为30%,胶粒直径为10nm,pH为9.5。各层涂料配比如表1所示:
表1各层涂料配比(重量)
石英粉 | 莫来石粉 | 消泡剂 | 润湿剂 | 粘结剂 | |
面层 | 35 | - | 0.05 | 0.05 | 10 |
过渡层 | 30 | - | - | - | 10 |
加固层 | - | 15 | - | - | 10 |
封浆层 | - | 15 | - | - | 10 |
面层撒砂采用100目莫来石砂,过渡层撒砂采用50目莫来石砂,加固层撒砂采用20目莫来石砂。
将各组制得的型壳材料按照HB5352.1-86《熔模铸造型壳抗弯强度测量方法》进行强度测试,其中常温强度测试采取在110℃保温2h后的试样;残留强度测试采取在1500℃保温1h后冷却的试样。层间干燥时间以涂挂下一层时可顺利涂挂为标准。测试结果如表2所示:
表2型壳材料性能测试结果
由此可见,采用本发明粘结剂制得的型壳常温强度高,制壳周期短,而且残留强度低,易于清理。
以上所述,仅为本发明较佳的具体实施方式,但本发明的保护范围并不局限于此,任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内,根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变,都应涵盖在本发明的保护范围之内。
Claims (8)
1.一种型壳用硅溶胶粘结剂,其特征在于,其组分及质量百分比为:
碱性硅溶胶85-90%,介孔二氧化硅纳米球0.6-1.2%,氢氧化钙0.1-0.2%,纳米纤维素0.3-0.5%,分散助剂0.15-0.25%,余量为水;
所述分散助剂包括六偏磷酸钠、聚乙二醇单甲醚-2000、三乙醇胺,所述六偏磷酸钠、聚乙二醇单甲醚-2000、三乙醇胺的重量比为1:(0.2-0.3):(0.1-0.2)。
2.根据权利要求1所述的型壳用硅溶胶粘结剂,其特征在于,其组分及质量百分比为:碱性硅溶胶88%,介孔二氧化硅纳米球0.85%,氢氧化钙0.15%,纳米纤维素0.4%,分散助剂0.6%,余量为水。
3.根据权利要求1或2所述的型壳用硅溶胶粘结剂,其特征在于,所述分散助剂中,六偏磷酸钠、聚乙二醇单甲醚-2000、三乙醇胺的重量比为1:0.25:0.15。
4.根据权利要求1-3任一项所述的型壳用硅溶胶粘结剂,其特征在于,所述碱性硅溶胶的固含量为30-35%,胶粒直径为10-10.5nm,pH为9.5-10。
5.根据权利要求1-4任一项所述的型壳用硅溶胶粘结剂,其特征在于,所述介孔二氧化硅纳米球的粒径为100-200nm,比表面积为500-1000m2/g。
6.根据权利要求1-5任一项所述的型壳用硅溶胶粘结剂,其特征在于,所述纳米纤维素的直径为20-50nm,长度为200-500nm。
7.根据权利要求1-6任一项所述的型壳用硅溶胶粘结剂,其特征在于,制备方法如下:
S1、先将分散助剂在水中充分溶解,然后加入介孔二氧化硅纳米球和纳米纤维素分散均匀,再加入氢氧化钙搅拌均匀,得到混悬液;
S2、将步骤S1得到的混悬液与碱性硅溶胶混合搅拌均匀,即得型壳用硅溶胶粘结剂。
8.根据权利要求1-7任一项所述的型壳用硅溶胶粘结剂,其特征在于,制备方法如下:
S1、先将分散助剂在水中充分溶解,然后加入介孔二氧化硅纳米球和纳米纤维素,超声分散5-15min,再加入氢氧化钙,在400-800r/min的条件下搅拌0.5-1h,得到混悬液;
S2、将步骤S1得到的混悬液在搅拌条件下滴加入碱性硅溶胶中,搅拌转速为600-1000r/min,滴加时间为10-20min,滴加完毕即得型壳用硅溶胶粘结剂。
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