本發(fā)明涉及到一種鑄造用有機(jī)粘結(jié)劑，即應(yīng)用于熱芯工藝的一種基于磷酸鹽的有機(jī)鑄造粘結(jié)劑。
背景技術(shù)：
作為制造業(yè)的基礎(chǔ)，鑄造工業(yè)隨著中國(guó)制造、尤其是汽車產(chǎn)業(yè)的高速增長(zhǎng)而進(jìn)入了一個(gè)前所未有的快速發(fā)展時(shí)期。
目前，高品位鑄件的生產(chǎn)過程中需要使用大批量的樹脂粘結(jié)劑，熱法固化的覆膜砂生產(chǎn)過程中會(huì)產(chǎn)生大量的游離甲醛和游離苯酚；冷芯盒法則需要有毒的三乙胺氣體催化的作用實(shí)現(xiàn)酚醛樹脂中的羥甲基(-CH2OH)和聚異氰酸酯中的(-N＝C＝O)基團(tuán)之間生成固態(tài)尿烷酚醛的反應(yīng)；無論是熱法、還是冷法，在鑄件澆注后樹脂完全或不完全燃燒都會(huì)產(chǎn)生大量的有害廢氣；環(huán)境的日益惡化，環(huán)保意識(shí)的增強(qiáng)，迫使人們不斷尋找新型的低發(fā)氣、無污染的綠色鑄造粘結(jié)劑。
采用CO2固化的水玻璃系列無機(jī)粘結(jié)劑無毒、無味、鑄造過程無廢氣排放，但是殘留強(qiáng)度過高、不易再生等缺陷導(dǎo)致其產(chǎn)生污染，因而，具有良好潰散性的磷酸鹽基無機(jī)粘結(jié)劑成為綠色鑄造粘結(jié)劑的首選材料。
雖然早在1978年，美國(guó)專利US4127157就提出基于磷酸鹽的鑄造粘結(jié)劑；但是，磷酸鹽粘結(jié)劑的最大缺點(diǎn)，即具有明顯的易吸濕性，吸濕問題一方面導(dǎo)致固化形成的磷酸鹽空間網(wǎng)格節(jié)點(diǎn)斷開而失去強(qiáng)度，無法保證砂型或砂芯的外形，影響了砂芯的可存放時(shí)間；另一方面砂芯內(nèi)的水氣在澆注過程中汽化而導(dǎo)致鑄件氣孔缺陷，給鑄件質(zhì)量帶來危害。為了解決吸濕性問題，可以采用添加各種氧化物的方法，增強(qiáng)磷酸鹽的鍵合強(qiáng)度來改善耐濕性，但是效果并不理想，更是給舊砂的再生帶來困難。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：
針對(duì)上述的磷酸鹽粘結(jié)劑的吸濕性問題，確保使用磷酸鹽粘結(jié)劑的砂型或砂芯具有更長(zhǎng)的可存放時(shí)間，減少鑄件氣孔報(bào)廢的幾率，本發(fā)明是在磷酸鹽鑄造無機(jī)粘結(jié)劑基礎(chǔ)上，通過在縮聚的磷酸鹽空間網(wǎng)格增加憎水節(jié)點(diǎn)從而減少接觸水分的幾率，顯著改善其耐濕性；以磷酸鹽為鑄造粘結(jié)劑主體而制備的砂型或砂芯，在鑄造生產(chǎn)過程中較之有機(jī)樹脂粘結(jié)劑，不會(huì)產(chǎn)生任何有害的產(chǎn)物；為改善耐濕性而添加的聚乙烯醇不會(huì)像含苯的有機(jī)樹脂一樣，因不完全燃燒而產(chǎn)生有害的氣體。
本發(fā)明參照了生物學(xué)中常見的磷脂分子的結(jié)構(gòu)，即具有親水特性的磷酸根和憎水特性的乙烯基團(tuán)的雙重特性，滿足復(fù)雜的親水及憎水要求。
所述有機(jī)鑄造粘結(jié)劑由磷酸鹽溶液、具有乙烯基團(tuán)的酚醛樹脂、三乙酸甘油酯及金屬氧化物固化劑組成；用于制備砂型或砂芯時(shí)以新砂重量份數(shù)為參照，即新砂100份，金屬氧化物固化劑1～5份、具有乙烯基團(tuán)的酚醛樹脂2～10份、三乙酸甘油酯3～12份及磷酸鹽溶液3～5份，所述磷酸鹽溶液按重量份數(shù)計(jì)算：磷酸100份、氫氧化鋁10～40份、氫氧化鋇1～6份及水80～150份，將上述組分在80～150度混合均勻制成磷酸鹽溶液。
進(jìn)一步包括液態(tài)環(huán)氧樹脂，所述液態(tài)環(huán)氧樹脂選自由雙酚A環(huán)氧樹脂、雙酚F環(huán)氧樹脂、三官能團(tuán)或更多官能團(tuán)環(huán)氧樹脂、橡膠改性的環(huán)氧樹脂、氨基甲酸乙酯改性的環(huán)氧樹脂、丙烯酸類化合物改性的環(huán)氧樹脂、光敏環(huán)氧樹脂和它們的混合物組成的組中
所述酚醛樹脂具有50000～5000000g/mol的重均分子量。
所述金屬氧化物固化劑為純氧化鎂粉。
基于磷酸鹽的有機(jī)鑄造粘結(jié)劑用于制備砂型或砂芯的方法為：新砂質(zhì)量以100重量份計(jì)算，先后加入金屬氧化物固化劑0.1～1重量份、具有乙烯基團(tuán)的酚醛樹脂2～10重量份、三乙酸甘油酯3～12重量份及磷酸鹽溶液3～5份，并均勻混合；混勻的型砂或芯砂用手動(dòng)或機(jī)械的方式加入芯盒并緊實(shí)，加熱至80～150℃固化或采用相同溫度的熱氣流固化，形成鑄造所需的砂芯或砂型。
熱固化過程使得磷酸鹽發(fā)生縮聚反應(yīng)，形成空間網(wǎng)格包覆于鑄造砂的表面，并把這些鑄造砂緊密聯(lián)系起來，形成鑄造砂芯或砂型所需的強(qiáng)度；由于空間網(wǎng)格部分節(jié)點(diǎn)上具有憎水特性的乙烯基團(tuán)，顯著減少吸水幾率，使得鑄造砂芯或砂型具有良好的耐濕性；乙烯基團(tuán)在鑄造澆注后的燃燒過程不會(huì)因類似苯環(huán)的不完全燃燒而產(chǎn)生任何有毒的氣體排放，因而是一種綠色環(huán)保的鑄造粘結(jié)劑。
具體實(shí)施方式
為了評(píng)價(jià)鑄造粘結(jié)劑的吸濕性，通常是把固化后的型砂試樣放置于特定濕度(如相對(duì)濕度85±5％)條件下，測(cè)定試樣抗拉強(qiáng)度或抗壓強(qiáng)度隨時(shí)間的衰減關(guān)系，易吸濕的粘結(jié)劑試樣可能在一小時(shí)或數(shù)小時(shí)內(nèi)失去強(qiáng)度而潰散，嚴(yán)重影響鑄造砂型或砂芯的可存放時(shí)間。
下面結(jié)合實(shí)例進(jìn)一步說明本發(fā)明的實(shí)際使用方法，它是對(duì)本發(fā)明的解釋而不限于以下實(shí)例。
實(shí)例1
磷酸鹽溶液按照按重量份數(shù)計(jì)算：質(zhì)量百分濃度為85％的工業(yè)磷酸100份+氫氧化鋁25份+氫氧化鋇2份+水100份，將上述組分在90度混合均勻制成磷酸鹽溶液；
新砂質(zhì)量以100重量份計(jì)算，先后加入金屬氧化物固化劑0.1重量份、具有乙烯基團(tuán)的酚醛樹脂2重量份、三乙酸甘油酯3重量份及磷酸鹽溶液3份，并均勻混合；混勻的型砂或芯砂用手動(dòng)或機(jī)械的方式加入芯盒并緊實(shí)，加熱至80～150℃固化或采用相同溫度的熱氣流固化，形成鑄造所需的砂型，取出試樣并測(cè)試其抗拉強(qiáng)度，即時(shí)強(qiáng)度0.38MPa；85±5％濕度條件下，24小時(shí)后的強(qiáng)度0.32Mpa，這個(gè)強(qiáng)度意味著型砂試樣的可存放時(shí)間至少24小時(shí)。
實(shí)例2
磷酸鹽溶液按照按重量份數(shù)計(jì)算：質(zhì)量百分濃度為85％的工業(yè)磷酸100份+氫氧化鋁25份+氫氧化鋇2.5份，混合并加熱攪拌制備磷酸鋁溶液；
新砂質(zhì)量以100重量份計(jì)算，先后加入金屬氧化物固化劑1重量份、具有乙烯基團(tuán)的酚醛樹脂10重量份、三乙酸甘油酯12重量份及磷酸鹽溶液5份，并均勻混合；混勻的型砂或芯砂用手動(dòng)或機(jī)械的方式加入芯盒并緊實(shí)，加熱至80～150℃固化或采用相同溫度的熱氣流固化，形成鑄造所需的砂型，取出試樣并測(cè)試其抗拉強(qiáng)度；即時(shí)強(qiáng)度0.33MPa；85±5％濕度條件下，24小時(shí)后的強(qiáng)度0.29Mpa，這個(gè)強(qiáng)度意味著型砂試樣的可存放時(shí)間至少24小時(shí)。
實(shí)例3
磷酸鹽溶液按照按重量份數(shù)計(jì)算：質(zhì)量百分濃度為85％的工業(yè)磷酸100份+氫氧化鋁25份+氫氧化鋇2.5份，混合并加熱攪拌制備磷酸鋁溶液；
新砂質(zhì)量以100重量份計(jì)算，先后加入金屬氧化物固化劑0.5重量份、具有乙烯基團(tuán)的酚醛樹脂8重量份、三乙酸甘油酯8重量份及磷酸鹽溶液4份，并均勻混合；混勻的型砂或芯砂用手動(dòng)或機(jī)械的方式加入芯盒并緊實(shí)，加熱至80～150℃固化或采用相同溫度的熱氣流固化，形成鑄造所需的砂型，取出試樣并測(cè)試其抗拉強(qiáng)度；即時(shí)強(qiáng)度0.32MPa；85±5％濕度條件下，24小時(shí)后的強(qiáng)度0.30Mpa，這個(gè)強(qiáng)度意味著型砂試樣的可存放時(shí)間至少24小時(shí)。
對(duì)所公開的實(shí)施例的上述說明，使本領(lǐng)域?qū)I(yè)技術(shù)人員能夠?qū)崿F(xiàn)或使用本發(fā)明。對(duì)這些實(shí)施例的多種修改對(duì)本領(lǐng)域的專業(yè)技術(shù)人員來說將是顯而易見的，本文中所定義的一般原理可以在不脫離本發(fā)明的精神或范圍的情況下，在其它實(shí)施例中實(shí)現(xiàn)。因此，本發(fā)明將不會(huì)被限制于本文所示的實(shí)施例，而是要符合與本文所公開的原理和新穎特點(diǎn)相一致的最寬的范圍。