CN111889616A - 铸造用固化剂及其应用 - Google Patents

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Abstract

本发明属于铸造技术领域，特别涉一种铸造用固化剂及其应用。所述铸造用固化剂按质量百分比计算由以下组分组成，具体为硅灰10％～40％、白炭黑10％～30％、金属碱5％～15％、磷酸盐2％～8％、碱性硅溶胶3％～17％、悬浮剂3％～7％、有机硅改性树脂3％～7％以及蒸馏水10％～30％；所述铸造用固化剂与铸造用热硬化无机粘结剂配套使用；所述固化剂为一种强碱性的灰色至灰白色薄悬浮液，所述固化剂的pH值为12～14。本发明克服了现有技术存在的不足，成功地发明了铸造用固化剂，所述铸造用固化剂与铸造用热硬化无机粘结剂配套使用。本发明固化剂与水玻璃无机粘结剂配合生产的砂型具有常温强度高、耐高温性能优异、优良的溃散性能且本发明固化剂在生产和使用过程中VOCs排放量接近于零，无有毒有害气体产生，绿色环保。

Description

铸造用固化剂及其应用
技术领域
本发明涉及铸造辅助材料领域，具体涉及一种铸造用固化剂及其制备方法。
背景技术
目前热芯盒砂型铸造行业普遍使用的粘结剂包括有机合成树脂和无机粘结剂两大类。有机合成树脂粘结剂以热硬化呋喃树脂和覆膜砂用酚醛树脂为主，无机粘结剂以采用加热成形的水玻璃粘结剂为主。
有机合成树脂粘结剂虽然具有优异的使用性能，但其存在成本高昂、树脂砂在使用过程中污染环境、危害人员健康以及有机合成树脂生产企业产生的大量废水、废渣污染环境等问题。
热芯盒砂型铸造领域目前使用的水玻璃粘结剂普遍采用热空气加热、热二氧化碳气体加热，或者二者结合应用的模式加热成形，这种成形模式虽然不会产生有毒有害气体污染环境和人体健康，但生产的砂型(芯)强度较低，无法满足大型铸件及薄壁类铸件的生产。另一方面，这种传统模式生产的砂型(芯) 溃散性较差，导致铸件后期清砂困难，影响铸件质量。为了实现高效、节能、环保的“绿色铸造”理念，非常有必要合成一种绿色环保的固化剂与铸造用热硬化无机粘结剂配套使用。
发明内容
本发明有效地克服了现有技术存在的不足，通过技术创新，成功地发明了铸造用固化剂，所述铸造用固化剂与铸造用热硬化无机粘结剂配套使用。本发明固化剂与水玻璃无机粘结剂配合生产的砂型(芯)具有常温强度高、耐高温性能优异、优良的溃散性能且本发明固化剂在生产和使用过程中VOCs排放量接近于零，无有毒有害气体产生、无固体废物排出，绿色环保。
为解决上述存在的不足，本发明采用的技术方案为：
一种铸造用固化剂，所述铸造用固化剂按质量百分比计算由以下组分组成，具体为硅灰10％～40％、白炭黑10％～30％、金属碱5％～15％、磷酸盐2％～8％、碱性硅溶胶3％～17％、悬浮剂3％～7％、有机硅改性树脂、3％～7％以及蒸馏水 10％～30％。
进一步的，所述铸造用固化剂与铸造用热硬化无机粘结剂配套使用。
进一步的，所述固化剂为一种强碱性的灰色至灰白色薄悬浮液，所述固化剂的pH值为12～14。
进一步的，所述金属碱为氢氧化钠或氢氧化钾中的至少一种。
进一步的，所述磷酸盐为六偏磷酸钠、三聚磷酸钠、磷酸氢二钠、磷酸二氢铝中的至少一种。
进一步的，所述悬浮剂为钠基膨润土、木质素磺酸钙、聚乙烯醇、羧甲基纤维素钠中的至少一种。
一种用于制备如上任一项所述的铸造用固化剂的方法，包括如下步骤：
①将金属碱和蒸馏水抽入离心分散釜中，启动搅拌，搅拌45～60min；
②将硅灰、白炭黑以及磷酸盐抽入离心分散釜中，搅拌30～60min；
③将碱性硅溶胶和有机硅树脂抽入离心分散釜中，搅拌60～90min；
④将悬浮剂抽入离心分散釜中，继续搅拌60～90min。
一种铸造用砂型(芯)，所述铸造用砂型(芯)由如上任一项所述的铸造用固化剂制备而成。
一种用于制备如上所述的铸造用砂型(芯)的方法，包括以下步骤：
S1：将所述铸造用固化剂搅拌均匀，并按比例与铸造用原砂材料搅拌均匀，再向混合料中按比例加入水玻璃无机粘结剂，搅拌均匀；
S2：将S1的混合料注入金属模具中，加热金属模具至140～220℃，保温 45～120min后，脱模处理。
进一步的，所述S2中的加热温度及保温时间由砂型(芯)的大小决定。
本发明方法与现有技术相比具有以下有益效果：
(1)本发明铸造用固化剂与水玻璃无机粘结剂配合生产的砂型(芯)常温抗拉强度达到1.8MPa以上，与热硬化呋喃树脂和覆膜砂用酚醛树脂水平相当，远高于采用热空气或热二氧化碳气体加热成形的砂型(芯)强度；
(2)本发明铸造用固化剂与水玻璃无机粘结剂配合生产的砂型(芯)1000℃高温抗拉强度达到1.2MPa以上，远高于热硬化呋喃树脂0.6MPa的高温抗拉强度水平，耐高温性能优异；
(3)本发明铸造用固化剂与水玻璃无机粘结剂配合生产的砂型(芯)1000℃高温残留抗拉强度达到0.4MPa以下，与热硬化呋喃树脂水平相当，远低于传统热芯盒砂型铸造用水玻璃粘结剂0.8MPa的1000℃高温残留抗拉强度水，溃散性能优异；
(4)本发明铸造用固化剂与水玻璃无机粘结剂配合生产的砂型(芯)发气量低于10g/ml，发气量低，铸件质量优；
(5)本发明铸造用固化剂在生产和使用过程中VOCs排放量接近于零，无有毒有害气体产生，绿色环保。
具体实施方式
为了便于理解本发明，下面将参照相关实施例对本发明进行更全面的描述。实施例中给出了本发明的较佳实施方式。但是，本发明可以以许多不同的形式来实现，并不限于本文所描述的实施方式。相反地，提供这些实施方式的目的是使对本发明的公开内容理解的更加透彻全面。
除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施方式的目的，不是旨在于限制本发明。本文所使用的术语“及/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。
为解决上述存在的不足，本发明采用的技术方案为：
一种铸造用固化剂，所述固化剂按质量百分比计算由以下组分组成，具体为硅灰10％～40％、白炭黑10％～30％、金属碱5％～15％、磷酸盐2％～8％、碱性硅溶胶3％～17％、悬浮剂3％～7％、有机硅改性树脂3％～7％以及蒸馏水10％～30％。所述铸造用固化剂与铸造用热硬化无机粘结剂配套使用，所述固化剂为一种强碱性的灰色至灰白色薄悬浮液，所述固化剂的pH值为12～14。
进一步的，所述金属碱为氢氧化钠或氢氧化钾中的至少一种，所述磷酸盐为六偏磷酸钠、三聚磷酸钠、磷酸氢二钠、磷酸二氢铝中的至少一种，所述悬浮剂为钠基膨润土、木质素磺酸钙、聚乙烯醇、羧甲基纤维素钠中的至少一种。
一种用于制备如上任一项所述的铸造用固化剂的方法，包括如下步骤：
①将金属碱和蒸馏水一起用真空泵抽入离心分散釜中，启动搅拌并计时，计时搅拌45～60min；
②将硅灰、白炭黑以及磷酸盐用真空泵抽入离心分散釜中，计时搅拌 30～60min；
③将碱性硅溶胶和有机硅树脂用真空泵抽入离心分散釜中，计时搅拌 60～90min；
④将悬浮剂用真空泵抽入离心分散釜中，继续搅拌60～90min；
⑤检测、包装，即得铸造用固化剂。
一种铸造用砂型(芯)，所述铸造用砂型(芯)由如上任一项所述的铸造用固化剂制备而成。
一种用于制备如上所述的铸造用砂型(芯)的方法，包括以下步骤：
S1：将所述铸造用固化剂搅拌均匀，并按比例与铸造用原砂材料搅拌均匀，再向混合料中按比例加入水玻璃无机粘结剂，搅拌均匀；
S2：将S1的混合料注入金属模具中，加热金属模具至140～220℃，保温 45～120min后，脱模处理。
实施例一
①将10％质量分数的所述的金属碱和和20％质量分数的蒸馏水一起用真空泵抽入离心分散釜中，启动搅拌并计时，计时搅拌50min。
②将25％质量分数的硅灰、20％质量分数的白炭黑以及5％质量分数的所述的磷酸盐用真空泵抽入离心分散釜中，计时搅拌60min。
③将10％质量分数的碱性硅溶胶和5％质量分数的有机硅树脂用真空泵抽入离心分散釜中，计时搅拌80min。
④将5％质量分数的所述的悬浮剂用真空泵抽入离心分散釜中，继续搅拌 90min。
⑤检测、包装，即得铸造用固化剂。
该铸造用固化剂与水玻璃无机粘结剂配合生产的砂型(芯)常温抗拉强度2.13MPa，1000℃高温抗拉强度≥1.45MPa，1000℃高温残留抗拉强度0.22MPa。
一种铸造用砂型(芯)，所述铸造用砂型(芯)由如上实施例一所述的铸造用固化剂制备而成。
一种用于制备如上所述的铸造用砂型(芯)的方法，包括以下步骤：
S1：将所述铸造用固化剂搅拌均匀，并按1.5％质量分数(占砂重)的比例与铸造用原砂材料搅拌均匀，再向混合料中按3.0％质量分数(占砂重)的比例加入水玻璃无机粘结剂，搅拌均匀；
S2：将S1的混合料注入金属模具中，加热金属模具至160℃，保温70min 后，脱模处理。
实施例二
①将5％质量分数的所述的金属碱和和30％质量分数的蒸馏水一起用真空泵抽入离心分散釜中，启动搅拌并计时，计时搅拌60min。
②将40％质量分数的硅灰、10％质量分数的白炭黑以及2％质量分数的所述的磷酸盐用真空泵抽入离心分散釜中，计时搅拌45min。
③将3％质量分数的碱性硅溶胶和7％质量分数的有机硅树脂用真空泵抽入离心分散釜中，计时搅拌90min。
④将3％质量分数的所述的悬浮剂用真空泵抽入离心分散釜中，继续搅拌 80min。
⑤检测、包装，即得铸造用固化剂。
该铸造用固化剂与水玻璃无机粘结剂配合生产的砂型(芯)常温抗拉强度1.98MPa，1000℃高温抗拉强度≥1.32MPa，1000℃高温残留抗拉强度0.16MPa。
一种铸造用砂型(芯)，所述铸造用砂型(芯)由如上实施例二所述的铸造用固化剂制备而成。
一种用于制备如上所述的铸造用砂型(芯)的方法，包括以下步骤：
S1：将所述铸造用固化剂搅拌均匀，并按1.2％质量分数(占砂重)的比例与铸造用原砂材料搅拌均匀，再向混合料中按2.5％质量分数(占砂重)的比例加入水玻璃无机粘结剂，搅拌均匀；
S2：将S1的混合料注入金属模具中，加热金属模具至200℃，保温60min 后，脱模处理。
实施例三
①将15％质量分数的所述的金属碱和和10％质量分数的蒸馏水一起用真空泵抽入离心分散釜中，启动搅拌并计时，计时搅拌45min。
②将10％质量分数的硅灰、30％质量分数的白炭黑以及8％质量分数的所述的磷酸盐用真空泵抽入离心分散釜中，计时搅拌45min。
③将17％质量分数的碱性硅溶胶和3％质量分数的有机硅树脂用真空泵抽入离心分散釜中，计时搅拌90min。
④将7％质量分数的所述的悬浮剂用真空泵抽入离心分散釜中，继续搅拌 90min。
⑤检测、包装，即得铸造用固化剂。
该铸造用固化剂与水玻璃无机粘结剂配合生产的砂型(芯)常温抗拉强度2.06MPa，1000℃高温抗拉强度≥1.52MPa，1000℃高温残留抗拉强度0.31MPa。
一种铸造用砂型(芯)，所述铸造用砂型(芯)由如上实施例三所述的铸造用固化剂制备而成。
一种用于制备如上所述的铸造用砂型(芯)的方法，包括以下步骤：
S1：将所述铸造用固化剂搅拌均匀，并按0.9％质量分数(占砂重)的比例与铸造用原砂材料搅拌均匀，再向混合料中按3.0％质量分数(占砂重)的比例加入水玻璃无机粘结剂，搅拌均匀；
S2：将S1的混合料注入金属模具中，加热金属模具至220℃，保温45min 后，脱模处理。
实施例四
①将12％质量分数的所述的金属碱和和13％质量分数的蒸馏水一起用真空泵抽入离心分散釜中，启动搅拌并计时，计时搅拌60min。
②将30％质量分数的硅灰、15％质量分数的白炭黑以及6％质量分数的所述的磷酸盐用真空泵抽入离心分散釜中，计时搅拌60min。
③将14％质量分数的碱性硅溶胶和5％质量分数的有机硅树脂用真空泵抽入离心分散釜中，计时搅拌75min。
④将5％质量分数的所述的悬浮剂用真空泵抽入离心分散釜中，继续搅拌 60min。
⑤检测、包装，即得铸造用固化剂。
该铸造用固化剂与水玻璃无机粘结剂配合生产的砂型(芯)常温抗拉强度2.26MPa，1000℃高温抗拉强度≥1.28MPa，1000℃高温残留抗拉强度0.27MPa。
一种铸造用砂型(芯)，所述铸造用砂型(芯)由如上实施例四所述的铸造用固化剂制备而成。
一种用于制备如上所述的铸造用砂型(芯)的方法，包括以下步骤：
S1：将所述铸造用固化剂搅拌均匀，并按1.5％质量分数(占砂重)的比例与铸造用原砂材料搅拌均匀，再向混合料中按3.0％质量分数(占砂重)的比例加入水玻璃无机粘结剂，搅拌均匀；
S2：将S1的混合料注入金属模具中，加热金属模具至180℃，保温90min 后，脱模处理。
实施例五
①将10％质量分数的所述的金属碱和和18％质量分数的蒸馏水一起用真空泵抽入离心分散釜中，启动搅拌并计时，计时搅拌60min。
②将20％质量分数的硅灰、20％质量分数的白炭黑以及8％质量分数的所述的磷酸盐用真空泵抽入离心分散釜中，计时搅拌35min。
③将15％质量分数的碱性硅溶胶和4％质量分数的有机硅树脂用真空泵抽入离心分散釜中，计时搅拌90min。
④将5％质量分数的所述的悬浮剂用真空泵抽入离心分散釜中，继续搅拌 90min。
⑤检测、包装，即得铸造用固化剂。
该铸造用固化剂与水玻璃无机粘结剂配合生产的砂型(芯)常温抗拉强度2.32MPa，1000℃高温抗拉强度≥1.52MPa，1000℃高温残留抗拉强度0.33MPa。
一种铸造用砂型(芯)，所述铸造用砂型(芯)由如上实施例五所述的铸造用固化剂制备而成。
一种用于制备如上所述的铸造用砂型(芯)的方法，包括以下步骤：
S1：将所述铸造用固化剂搅拌均匀，并按3.0％质量分数(占砂重)的比例与铸造用原砂材料搅拌均匀，再向混合料中按3.0％质量分数(占砂重)的比例加入水玻璃无机粘结剂，搅拌均匀；
S2：将S1的混合料注入金属模具中，加热金属模具至140℃，保温120min 后，脱模处理。
以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。
以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (8)

1.一种铸造用固化剂，其特征在于，所述铸造用固化剂按质量百分比计算由以下组分组成，具体为硅灰10％～40％、白炭黑10％～30％、金属碱5％～15％、磷酸盐2％～8％、碱性硅溶胶3％～17％、悬浮剂3％～7％、有机硅改性树脂3％～7％以及蒸馏水10％～30％。
2.根据权利要求1所述的铸造用固化剂，其特征在于，所述铸造用固化剂与铸造用热硬化无机粘结剂配套使用。
3.根据权利要求1或2所述的铸造用固化剂，其特征在于，所述固化剂的pH值为12～14。
4.根据权利要求1所述的铸造用固化剂，其特征在于，所述金属碱为氢氧化钠或氢氧化钾中的至少一种。
5.根据权利要求1所述的铸造用固化剂，其特征在于，所述磷酸盐为六偏磷酸钠、三聚磷酸钠、磷酸氢二钠、磷酸二氢铝中的至少一种。
6.根据权利要求1所述的铸造用固化剂，其特征在于，所述悬浮剂为钠基膨润土、木质素磺酸钙、聚乙烯醇、羧甲基纤维素钠中的至少一种。
7.一种铸造用砂型，其特征在于，所述铸造用砂型由如权利要求1至6任一项所述的铸造用固化剂制备而成。
8.一种用于制备如权利要求7所述的铸造用砂型的方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1：将所述铸造用固化剂搅拌均匀，并按比例与铸造用原砂材料搅拌均匀，再向混合料中按比例加入水玻璃无机粘结剂，搅拌均匀；
S2：将S1的混合料注入金属模具中，加热金属模具至140～220℃，保温45～120min后，脱模处理。
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