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

一种型壳用硅溶胶粘结剂
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
Figure BDA0002242656000000051
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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