[发明专利]一种基于磷酸盐的无机铸造粘结剂

说明书

技术领域

本发明涉及到一种铸造用无机粘结剂，即应用于热芯工艺的一种基于磷酸盐的无机铸造粘结剂。

背景技术

作为制造业的基础，铸造工业随着中国制造、尤其是汽车产业的高速增长而进入了一个前所未有的快速发展时期。

目前，高品位铸件的生产过程中需要使用大批量的树脂粘结剂，热法固化的覆膜砂生产过程中会产生大量的游离甲醛和游离苯酚；冷芯盒法则需要有毒的三乙胺气体催化的作用实现酚醛树脂中的羟甲基（-CH₂OH）和聚异氰酸酯中的（-N=C=O）基团之间生成固态尿烷酚醛的反应；无论是热法、还是冷法，在铸件浇注后树脂完全或不完全燃烧都会产生大量的有害废气；环境的日益恶化，环保意识的增强，迫使人们不断寻找新型的低发气、无污染的绿色铸造粘结剂。

采用CO₂固化的水玻璃系列无机粘结剂无毒、无味、铸造过程无废气排放，但是残留强度过高、不易再生等缺陷导致其产生污染，因而，具有良好溃散性的磷酸盐基无机粘结剂成为绿色铸造粘结剂的首选材料。

虽然早在1978年，美国专利US4127157就提出基于磷酸盐的铸造粘结剂；但是，磷酸盐粘结剂的最大缺点，即具有明显的易吸湿性，吸湿问题一方面导致固化形成的磷酸盐空间网格节点断开而失去强度，无法保证砂型或砂芯的外形，影响了砂芯的可存放时间；另一方面砂芯内的水气在浇注过程中汽化而导致铸件气孔缺陷，给铸件质量带来危害。为了解决吸湿性问题，湖北工大的张友寿等采用添加各种氧化物的方法，增强磷酸盐的键合强度来改善耐湿性，但是效果并不理想，更是给旧砂的再生带来困难；其专利CN10941045A提出了磷酸盐粘结剂的固化剂制备方法，减少了粉状固化剂产生粉尘的可能，但是却加入了含苯有机树脂。德国专利DE10226817C1针对磷酸盐粘结剂制备的砂芯弯曲强度不足，添加含多胺（Polyamine）的有机物，基于此专利的欧洲产品也依然存在明显的易吸湿性，固化后的型砂试样在相对湿度85±5%条件下，可存放时间不超过两个小时。

发明内容

针对上述的磷酸盐粘结剂的吸湿性问题，确保使用磷酸盐粘结剂的砂型或砂芯具有更长的可存放时间，减少铸件气孔报废的几率，本发明是在磷酸盐铸造无机粘结剂基础上，通过在缩聚的磷酸盐空间网格增加憎水节点从而减少接触水分的几率，显著改善其耐湿性；以磷酸盐为铸造粘结剂主体而制备的砂型或砂芯，在铸造生产过程中较之有机树脂粘结剂，不会产生任何有害的产物；为改善耐湿性而添加的聚乙烯醇不会像含苯的有机树脂一样，因不完全燃烧而产生有害的气体。

本发明参照了生物学中常见的磷脂分子的结构，即具有亲水特性的磷酸根和憎水特性的乙烯基团的双重特性，满足复杂的亲水及憎水要求。

所述磷酸盐铸造无机粘结剂由磷酸盐溶液、聚乙烯醇[CH₂CH(OH)]_n溶液及金属氧化物固化剂组成；用于制备砂型或砂芯时以新砂重量份数为参照，即新砂100份，金属氧化物固化剂0.1~1份、聚乙烯醇溶液0.5~2份及磷酸盐溶液3~5份。

磷酸盐溶液按重量份数计算：磷酸100份、氢氧化铝10~40份、氢氧化钡1~6份及水80~150份，将上述组分在80~150度混合均匀制成磷酸盐溶液；其中磷酸与氢氧化铝反应的产物磷酸铝是粘结剂的主要组分，氢氧化钡作为避免磷酸铝缩聚沉淀的稳定剂。

聚乙烯醇溶液按重量份数计算：聚乙烯醇100份、柠檬酸5~20份及水650份～2000份，将上述组分在70~120度混合均匀制成；其中聚乙烯醇中的氢氧根参与磷酸盐的脱水缩聚反应，乙烯基团形成磷酸盐网络的憎水节点。

所述金属氧化物固化剂为纯氧化镁粉。

将上述的磷酸盐铸造无机粘结剂制备砂型或砂芯的方法为：新砂质量以100重量份计算，先后加入金属氧化物固化剂0.1~1重量份、聚乙烯醇溶液0.5~2重量份及磷酸盐溶液3~5份，并均匀混合；混匀的型砂或芯砂用手动或机械的方式加入芯盒并紧实，加热至80~150℃固化或采用相同温度的热气流固化，形成铸造所需的砂芯或砂型。

热固化过程使得磷酸盐发生缩聚反应，形成空间网格包覆于铸造砂的表面，并把这些铸造砂紧密联系起来，形成铸造砂芯或砂型所需的强度；由于空间网格部分节点上具有憎水特性的乙烯基团，显著减少吸水几率，使得铸造砂芯或砂型具有良好的耐湿性；乙烯基团在铸造浇注后的燃烧过程不会因类似苯环的不完全燃烧而产生任何有毒的气体排放，因而是一种绿色环保的铸造粘结剂。

具体实施方式