[发明专利]吸附有味和有害物质并用于金属铸造用砂箱的涂料组合物

说明书

本发明涉及一种金属铸造用的铸模、一种涂料组合物和一种制备铸模的方法。

钢铁工业和有色金属工业中的大部分制品为首次成型均要进行铸造过程。该过程中铁金属或有色金属的熔液材料转化为具有特定材料性能的有确定几何形状的物体。为使铸件成型，有时需首先制造非常复杂的容纳熔体的铸模。制备金属铸件的铸模由所谓的型芯和模型组成。铸模基本上形成待制备的铸件的阴模，其中型芯用于在铸件内部形成空腔，而该模型形成外界面。同时，对型芯和模型的要求不同。模型要具有较大的表面积，用于将铸造期间由热金属作用产生的气体移出。型芯通常仅具有非常小的可移出气体的面积。因此，如果气体形成太多，则存在气体从型芯转入液态金属并在那里产生铸造缺陷的风险。因此，内空腔通常通过由冷芯盒-粘合剂，即基于聚氨酯的粘合剂固化的型芯形成，而铸件的外轮廓由较廉价的模型如湿砂模型(即通过呋喃树脂或酚树脂结合的模型)或钢锭模型产生。

铸模由耐火材料如石英砂构成，铸模最后成型后其颗粒通过适合的粘合剂结合，以确保铸模型有足够的机械强度。因此，使用与适合的粘合剂反应的耐火造型材料来制备铸模。由造型材料和粘合剂获得的造型材料混合物优选以可倾倒的形式存在，使得其可倾倒入适合的空心模型中并在该处压实。通过粘合剂在造型材料的颗粒之间产生牢固的粘附，使得铸模获得所需的机械稳定性。

有机粘合剂和无机粘合剂均可用于制备铸模，其可通过冷法或热法进行固化。在本文中，可基本上在室温下进行而无需加热造型材料混合物的方法称为冷法。该固化通常通过化学反应进行，该化学反应可通过例如使气态催化剂通过待固化的造型材料混合物或在造型材料混合物中加入液态催化剂来引发。在热法中，造型材料混合物在成型后经加热到足够高的温度，以例如将粘合剂中所含的溶剂排出，或引发粘合剂通过交联而固化的化学反应。

当前，通常使用有机粘合剂如聚氨酯粘合剂、呋喃树脂粘合剂或环氧-丙烯酸酯粘合剂来制备铸模，通过加入催化剂实现粘合剂固化。

适合的粘合剂的选择由待制备铸件的形状和尺寸、制备条件以及用于铸造的材料决定。因此，在制备大量的小型铸件时，通常使用聚氨酯-粘合剂，这是因为这些粘合剂能够使生产周期加快并因此能够连续生产。

造型材料混合物的固化通过加热或通过随后加入催化剂来实现的方法的优点是，造型材料混合物的加工不受任何特定时间限制。造型材料混合物首先可较大量制备，然后在较长时间内即通常几小时内进行加工。造型材料混合物的固化仅在成型后进行，因此力求快速反应。铸模可在固化后直接从模型中取出，使得可实现短的生产周期。但为了获得良好强度的铸模，造型材料混合物的固化需在铸模内均匀进行。如果造型材料混合物的固化通过随后加入催化剂进行，则铸模在成型后用催化剂吹气。为此，使气态催化剂通过铸模。造型材料混合物在与催化剂接触后立即固化，并因此可从模型中快速取出。随铸模尺寸增大，更加难以在铸模的所有部分中提供足以使得造型材料混合物固化的催化剂量。吹气时间延长，尽管如此在铸模中仍可形成气态催化剂难以达到或根本达不到的部分。因此催化剂的用量随铸模尺寸增大而显著增加。

在热固化法中也遇到类似困难。在该情况下，必须将铸模的所有部分均加热到足够高的温度。一方面随铸模尺寸增大，必须将铸模加热到一定温度以固化的时间延长。只有这样，才可确保铸模内部也具有所需强度。另一方面，随铸模尺寸增大，固化设备变得非常昂贵。

在制备用于大铸件如船用发动机的铸锭或大型机器部件如风力发电机的转子轮毂的铸模时，通常使用自硬粘合剂。在自硬法中，首先利用催化剂涂敷耐火造型材料。然后加入粘合剂，并通过混合到已涂有催化剂的耐火造型材料的颗粒上来使粘合剂均匀分布。然后使造型材料混合物成型成铸模。因为粘合剂和催化剂在造型材料混合物中均匀分布，所以即使在大铸模的情况下，固化也大致均匀。

铸造期间，固化的粘合剂在液态金属的热和铸造期间所产生的还原性气氛的影响下分解，使得铸模丧失强度。然后可将铸模与铸件容易地分离。特别重要的是，在铸模中所用的型芯丧失了强度，使得用于制备该型芯的砂可从铸模的空腔中容易地倒出。粘合剂分解释放出大量气态有害物质，这些气态有害物质例如必须经适当设计的抽吸设备所捕获和除去。该有害物质一方面通过树脂的分解产生，另一方面通过为固化或改进性能而加到粘合剂中的组分的分解而产生。因此，例如在自硬法中用作催化剂的芳族磺酸特别是对甲苯磺酸、苯磺酸和二甲苯磺酸分解，除释放出二氧化硫外还释放出芳族有害物质如苯、甲苯或二甲苯(BTX)。一部分分解产物还保留在用过的砂中，并可在再加工时放出。