本發(fā)明屬于鑄造用無機粘結(jié)劑領(lǐng)域，具體為一種高模數(shù)無機粘結(jié)劑。
背景技術(shù)：
：無機粘結(jié)劑，粘結(jié)強度高，可用于大無機粘結(jié)劑砂芯的組合粘結(jié)、吊芯、封箱等；高溫性能好，可用于陶質(zhì)澆注系統(tǒng)，澆口及其它耐高溫部位的粘結(jié)或修補；使用方便、經(jīng)濟。現(xiàn)有鑄造技術(shù)主要采用無機粘結(jié)劑制芯工藝替代具有高污染、高毒害的冷芯盒制芯工藝，所制造的鑄造用型芯具有環(huán)保性能好、生產(chǎn)成本低等性能。在所有類型的無機結(jié)劑中，水玻璃粘結(jié)劑是應用較為廣泛的一種，但純水玻璃粘結(jié)劑存在耐水性差，粘結(jié)強度低，易粉化，固化時間長等缺陷。具體應用中需要加各類有機乳化劑或潤濕劑等。如中國專利CN105440957A，其公開了一種鉀水玻璃粘結(jié)劑，其特征在于，它包括以下質(zhì)量份的原料：鉀水玻璃30～50份、白炭黑8～14份、氧化鎂14～28份、氯化鎂5～10份、硫酸鎂5～10份、縮合磷酸鋁5～10份、平平加O2～8份和水6～12份。但是該技術(shù)方案不能有效改善無機粘結(jié)劑砂的抗?jié)裥砸约傲鲃有缘葐栴}。技術(shù)實現(xiàn)要素：為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明提供一種高模數(shù)無機粘結(jié)劑，其有效改善無機粘結(jié)劑砂的流動性、抗?jié)裥?、強度及硬化速度、潰散性等。本發(fā)明為解決上述技術(shù)問題，所采取的具體技術(shù)方案為，一種高模數(shù)無機粘結(jié)劑，包括如下重量份的各物質(zhì)：陰離子表面活性劑5-25份、流動助劑1-75份、活性促進劑10-25份、固化劑5份、納米氧化硅30份、納米氧化鋅20份、氫化淀粉20份、磷酸鹽10份以及碳酸鹽5份。作為本發(fā)明改進的技術(shù)方案，包括如下重量份的各物質(zhì)：離子型表面活性劑20份、流動助劑5份、活性促進劑15份、固化劑5份、納米氧化硅30份、納米氧化鋅20份、氫化淀粉20份、磷酸鹽10份以及碳酸鹽5份。作為本發(fā)明改進的技術(shù)方案，陰離子表面活性劑選用HI95769-01型陰離子表面活性劑。作為本發(fā)明改進的技術(shù)方案，固化劑為五氧化二磷與三氧化二鋁按質(zhì)量比3：2混合制備而成。作為本發(fā)明改進的技術(shù)方案，固化劑為堿性酚醛樹脂、酚脲醛樹脂或者水性丙烯酸樹脂。作為本發(fā)明改進的技術(shù)方案，活化促進劑為非晶態(tài)改性硅灰。作為本發(fā)明改進的技術(shù)方案，流動助劑為超細空心玻璃微珠。作為本發(fā)明改進的技術(shù)方案，超細空心玻璃微珠的粒度為2500目。有益效果本發(fā)明采用多種材料改性的無機粘結(jié)劑的鑄造技術(shù)，以提高芯砂的流動性、抗?jié)裥浴姸燃坝不俣?、潰散性等。采用離子型表面活性劑對無機粘結(jié)劑進行改性并利用加入流動助劑改變砂粒間摩擦方式以提高型芯砂的流動性；選取高活性促進劑提高型芯砂的硬化速度和即時強度并加入少量的緩釋固化劑提高芯砂的硬化速度；同時加入無機納米材料提高芯砂抗?jié)裥阅?；添加有機物、碳酸鹽以及磷酸鹽改善芯砂的潰散性。附圖說明圖1是不同陰離子表面活性劑加入量對無機粘結(jié)劑砂流動性影響的圖譜；圖2是2500目流動助劑的加入量對無機粘結(jié)劑砂流動性影響的圖譜；圖3是活性促進劑對無機粘結(jié)劑砂強度性能影響的圖譜。具體實施例為使本發(fā)明實施例的目的和技術(shù)方案更加清楚，下面將結(jié)合本發(fā)明實施例，對本發(fā)明的技術(shù)方案進行清楚、完整地描述。顯然，所描述的實施例是本發(fā)明的一部分實施例，而不是全部的實施例?；谒枋龅谋景l(fā)明的實施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在無需創(chuàng)造性勞動的前提下所獲得的所有其他實施例，都屬于本發(fā)明保護的范圍。本
技術(shù)領(lǐng)域：
技術(shù)人員可以理解，除非另外定義，這里使用的所有術(shù)語(包括技術(shù)術(shù)語和科學術(shù)語)具有與本發(fā)明所屬領(lǐng)域中的普通技術(shù)人員的一般理解相同的意義。還應該理解的是，諸如通用字典中定義的那些術(shù)語應該被理解為具有與現(xiàn)有技術(shù)的上下文中的意義一致的意義，并且除非像這里一樣定義，不會用理想化或過于正式的含義來解釋。一種高模數(shù)無機粘結(jié)劑，包括如下重量份的各物質(zhì)：陰離子表面活性劑5-25份、流動助劑1-75份、活性促進劑10-25份、固化劑5份、納米氧化硅30份、納米氧化鋅20份、氫化淀粉20份、磷酸鹽10份以及碳酸鹽5份。優(yōu)選為，一種高模數(shù)無機粘結(jié)劑，包括如下重量份的各物質(zhì)：離子型表面活性劑20份、流動助劑5份、活性促進劑15份、堿性酚醛樹脂5份、納米氧化硅30份、納米氧化鋅20份、氫化淀粉20份、磷酸鹽10份以及碳酸鹽5份。優(yōu)選為，一種高模數(shù)無機粘結(jié)劑，包括如下重量份的各物質(zhì)：陰離子表面活性劑5份、流動助劑1份、活性促進劑10份、酚脲醛樹脂5份、納米氧化硅30份、納米氧化鋅20份、氫化淀粉20份、磷酸鹽10份以及碳酸鹽5份。優(yōu)選為，一種高模數(shù)無機粘結(jié)劑，包括如下重量份的各物質(zhì)：陰離子表面活性劑10份、流動助劑25份、活性促進劑15份、固化劑5份、納米氧化硅30份、納米氧化鋅20份、氫化淀粉20份、磷酸鹽10份以及碳酸鹽5份。優(yōu)選為，一種高模數(shù)無機粘結(jié)劑，包括如下重量份的各物質(zhì)：陰離子表面活性劑15份、流動助劑50份、活性促進劑20份、水性丙烯酸樹脂5份、納米氧化硅30份、納米氧化鋅20份、氫化淀粉20份、磷酸鹽10份以及碳酸鹽5份。優(yōu)選為，一種高模數(shù)無機粘結(jié)劑，包括如下重量份的各物質(zhì)：陰離子表面活性劑20份、流動助劑75份、活性促進劑25份、水性丙烯酸樹脂5份、納米氧化硅30份、納米氧化鋅20份、氫化淀粉20份、磷酸鹽10份以及碳酸鹽5份。優(yōu)選為，一種高模數(shù)無機粘結(jié)劑，包括如下重量份的各物質(zhì)：陰離子表面活性劑25份、流動助劑5份、活性促進劑15份、五氧化二磷3份、三氧化二鋁2份、納米氧化硅30份、納米氧化鋅20份、氫化淀粉20份、磷酸鹽10份以及碳酸鹽5份。優(yōu)選為，陰離子表面活性劑選用HI95769-01型陰離子表面活性劑。優(yōu)選為，固化劑為五氧化二磷與三氧化二鋁按質(zhì)量比3：2混合制備而成。優(yōu)選為，固化劑為有機樹脂，活化促進劑為非晶態(tài)改性硅灰(廠家為深圳市吉田化工有限公司，型號為MGW-801，目數(shù)為2500目)。優(yōu)選為，流動助劑為超細空心玻璃微珠。優(yōu)選為，超細空心玻璃微珠的粒度為2500目。其產(chǎn)生的效果為，提高無機粘結(jié)劑砂的流動性，原理為：采用離子型表面活性劑對無機粘結(jié)劑進行改性以提高無機粘結(jié)劑砂的流動性，主要是通過電離產(chǎn)生不同的陰陽離子，中和顆粒表面電荷，直接改變了顆粒的表面電位，從而改變了顆粒間的靜電力；粉體顆粒的流動性將得到很大改善。利用加入流動助劑改變砂粒間摩擦方式提高無機粘結(jié)劑砂流動性，對于砂粒這種剛性和硬度都較大，并且形狀不規(guī)則的材質(zhì)，砂粒間的相對移動會由滑動摩擦和咬合摩擦的效應共同影響。對提高無機粘結(jié)劑砂的流動性的效果進行檢測，一、選取陰離子表面活性劑為HI95769-01；陽離子表面活性劑為2180T；非離子表面活性劑為Dowfax20A64。其改性方法為：無機粘結(jié)劑中加入活性劑，攪拌均勻即可。側(cè)孔質(zhì)量法：取100重量份標準砂，加入2或2.5重量份無機粘結(jié)劑，混制1min后停止混砂，稱取185g倒入試驗筒中，將它放在錘擊式制樣機上，拔出塞柱舂擊10次，用頂樣柱將試樣頂出，把留在小孔中的砂子刮下來，連同被擠出的砂子一起進行稱量，被擠出砂子的質(zhì)量作為砂子流動性的指標。無機粘結(jié)劑砂流動性試驗數(shù)據(jù)及結(jié)果如表1：表1無機粘結(jié)劑砂流動性試驗數(shù)據(jù)及結(jié)果注：1、粘結(jié)劑加入量相對于硅砂質(zhì)量的百分含量；2、表面活性劑加入量相對于無機粘結(jié)劑質(zhì)量的百分含量。陽離子表面活性劑與無機粘結(jié)劑發(fā)生化學反應，不能共存，無法使用，非離子表面活性劑并沒有起作用，在陰離子聚丙烯酰胺、脂肪酸鹽表面活性劑、烷基苯磺酸鹽、α-烯烴磺酸鹽、烷基磺酸鹽、α-磺基單羧酸酯、脂肪酸磺烷基酯、琥珀酸酯磺酸鹽、烷基萘磺酸鹽、石油磺酸鹽、木質(zhì)素磺酸鹽、烷基甘油醚磺酸鹽、硫酸酯鹽型陰離子表面活性劑以及HI95769-01陰離子表面活性劑中，陰離子表面活性劑HI95769-01改性的無機樹脂砂流動性最好。本申請中的HI95769-01陰離子表面活性劑采購于北京精誠華泰儀表有限公司。對陰離子表面活性劑HI95769-01加入量進行試驗分析，選取陰離子表面活性劑HI95769-01加入量占無機粘結(jié)劑質(zhì)量比為0.5％、1.0％、1.5％、2.0％、2.5％、3.0％進行改性實驗，其改性方法及流動性檢驗方法同上。實驗結(jié)果如圖1，當陰離子表面活性劑的加入量達到為2.0％時，無機粘結(jié)劑無機粘結(jié)劑砂流動性已經(jīng)達到較理想的數(shù)值，而再加大陰離子表面活性劑的加入量時，其無機粘結(jié)劑砂的流動性并無明顯變化。二、選取流動助劑，在玻璃微珠、空心玻璃微珠中進行初步流動性測試，綜合考慮成本以及性能后，本申請中優(yōu)選采用超細空心玻璃微珠作為流動助劑。流動助劑性能測試：選用不同粒度的超細空心玻璃微珠作為流動助劑，加入量為砂無機粘結(jié)劑砂量的0.5％，加入方法：混砂時直接加入。側(cè)孔質(zhì)量法：取100重量份標準砂，加入2或2.5重量份1000目流動助劑、2或2.5重量份2000目流動助劑、2或2.5重量份2500目流動助劑、2或2.5重量份3000目流動助劑，混制1min后停止混砂，稱取185g倒入試驗筒中，將它放在錘擊式制樣機上，拔出塞柱舂擊10次，用頂樣柱將試樣頂出，把留在小孔中的砂子刮下來，連同被擠出的砂子一起進行稱量，被擠出砂子的質(zhì)量作為砂子流動性的指標。試驗數(shù)據(jù)及分析結(jié)果如表2所示：表2不同粒度的超細空心玻璃微珠對無機粘結(jié)劑砂流動性的影響由表2得出，流動助劑的粒度越細，無機粘結(jié)劑砂流動性越好，當粒度大于2500目時，能夠達到項目要求，當粒度由2500目提高到3000目時，流動性提高有限，而粒度為2500目的超細空心玻璃微珠的噸價僅為2.5萬元，3000目的超細空心玻璃微珠的噸價為7萬元以上，所以綜合考慮，最終選擇2500目的超細空心玻璃微珠。選取2500目的超細空心玻璃微珠加入量分別為0.1％、0.25％、0.5％、0.75％、1.0％(與無機粘結(jié)劑砂質(zhì)量比)進行流動性實驗，其加入方法及流動性檢驗方法同上。試驗結(jié)果如圖2所示，2500目流動助劑加入量為0.5％時(占無機粘結(jié)劑砂重)，無機粘結(jié)劑砂流動性為3.5g以上，而當加入量大于0.5％后，對流動性的影響不明顯。提高無機粘結(jié)劑砂的硬化速度和即時強度；非晶態(tài)改性硅灰，其粒度細小、比表面積大以及材料晶體形式都更有利于提高無機粘結(jié)劑砂的各項性能指標。本文中非晶態(tài)改性硅灰生產(chǎn)為廠家深圳市吉田化工有限公司，型號為MGW-801，非晶態(tài)改性硅灰顆粒尺寸為2500目。本申請對活性促進劑的化學成分、粒度對無機粘結(jié)劑砂的硬化速度和即時強度等性能進行檢驗，如表3，并分析其活性，最終選擇經(jīng)過活化的非晶態(tài)改性硅灰，其SiO2含量達到97.6％。粒度細小、比表面積大以及材料晶體形式都更有利于提高無機粘結(jié)劑砂的各項性能指標。表3非晶態(tài)改性硅灰與普通硅灰數(shù)據(jù)對比對非晶態(tài)改性硅灰進行無機粘結(jié)劑砂強度的系列試驗對比，其中水玻璃模數(shù)2.8，粘結(jié)劑已經(jīng)由陰離子表面活性劑改性，添加占砂量0.5％的空心玻璃微珠混制。采用射芯機制樣，制成“8”字型試塊，取出立即測得即時強度，冷卻至30℃后測得冷卻后強度，將試塊放置于濕度80％，溫度為30℃的恒溫恒濕箱中放置8小時候測得抗?jié)駨姸?。其試驗結(jié)果如圖3所示，非晶態(tài)改性硅灰的加入量1.5％時，無機粘結(jié)劑砂的綜合性能最優(yōu)。加入少量的緩釋固化劑或有機樹脂提高無機粘結(jié)劑的硬化速度，選用不同種類的緩釋固化劑或有機樹脂等，對無機粘結(jié)劑進行改性，對經(jīng)改性后的無機粘結(jié)劑進行強度性能檢測，結(jié)果如表4。本試驗選取的緩釋固化劑為：A——三環(huán)氧丙基異氰尿酸酯；B——五氧化二磷(P2O5)60％+三氧化二鋁(Al2O3)40％；C——三縮水甘油異氰尿酸酯；選取的有機樹脂為：A——堿性酚醛樹脂；B——酚脲醛樹脂；C——水性丙烯酸樹脂。本試驗制樣方法：取100份標準砂，加入2.0份或2.5份改性無機粘結(jié)劑，混制1min后，加入活性促進劑(非晶態(tài)改性硅灰)、0.1份固化劑，繼續(xù)混制1min后停止混砂，取出。采用射芯機制樣，制成8字型試塊，檢測六組強度取平均值，為即時強度，冷卻至室溫后測量的冷卻后抗拉強度。試驗數(shù)據(jù)及分析結(jié)果如表4：表4不同固化劑添加前后即使強度及室溫強度對比通過試驗分析，緩釋固化劑B(五氧化二磷60％+三氧化二鋁40％)對水玻璃的硬化速度有一定提高，提高型砂的即時強度，對冷卻至室溫后強度無明顯影響，滿足項目要求。提高無機粘結(jié)劑砂的抗?jié)裥?，原理為：含硅氧化物、納米氧化物、硅鋁氧化物等粉料抗?jié)駝┚哂蓄w粒小、比表面積大等特點，能夠吸附水分，在硬化過程中，能夠加速水玻璃脫水，從而產(chǎn)生更高的粘結(jié)強度，并且能夠有效阻止外界水分對已固化水玻璃膜的破壞，在高濕環(huán)境中是水玻璃能夠保持較高的粘結(jié)強度，有效提高了水玻璃砂的抗?jié)裥阅堋μ岣邿o機粘結(jié)劑砂的抗?jié)裥赃M行驗證，本申請所選取抗?jié)駝杭{米氧化鋅、納米氧化硅、納米氧化鋁；取100份標準砂，加入2份無機粘結(jié)劑，混制1min后，加入粉料抗?jié)駝?，繼續(xù)混制1min后停止混砂，取出。采用射芯機制樣，制成“8”字型試塊，待試樣冷卻到30℃后檢測三組強度，將三組試塊放入恒溫恒濕箱(30℃，相對濕度80％)，靜置8h后測量試塊抗拉強度，與放入恒溫恒濕箱前相比，得強度下降率。通過正交試驗分析，A3納米氧化硅加入量3.0％，B3納米氧化鋅2.0％，C1納米氧化鋁加入量為0時(如下表5、6所示)，抗?jié)裥阅茏罴?，?jīng)補充試驗強度下降率為18％。表5抗?jié)裥哉辉囼灁?shù)據(jù)一表6抗?jié)裥哉辉囼灁?shù)據(jù)二提高無機粘結(jié)劑砂的抗粘模能力，改善無機粘結(jié)劑砂的潰散性；原理為：采用有機物和含磷無機物對無機粘結(jié)劑進行改性，由于改性溶液中各組分兼有粘結(jié)及表面活性等作用，并在無機粘結(jié)劑中形成高分散度的骨架結(jié)構(gòu)，因而在其固化時，限制凝膠膠粒的長大，使其細小，從而提高無機粘結(jié)劑砂的粘結(jié)強度。高溫時，改性溶液中的有機組分因揮發(fā)、燃燒使粘結(jié)膜中產(chǎn)生氣泡、縫隙。而無機粘結(jié)劑砂冷卻時，改性溶液中的無機組分會析出對粘結(jié)膜產(chǎn)生破壞、割裂作用的晶相，而且其熱膨脹系數(shù)遠大于硅酸鹽玻璃，從而產(chǎn)生較大應力，導致粘結(jié)膜開裂；含磷無機物選為磷酸鹽、磷酸鹽可謂磷酸鈣、磷酸鎂等，但在本申請中優(yōu)選為磷酸鈣。在混砂時添加碳酸鹽為潰散劑，碳酸鹽可為碳酸鈉、碳酸鋰等，但本申請中優(yōu)選碳酸鋰潰散劑，由于該種潰散劑為堿金屬碳酸鹽，制樣過程中并不會降低無機粘結(jié)劑砂強度，而在高溫下，此組分因受熱而劇烈分解，造成無機粘結(jié)劑粘結(jié)膜割裂，其殘留灰分還能降低熔融無機粘結(jié)劑對砂粒的潤濕性，能夠有效提高無機粘結(jié)劑砂的退讓性和潰散性。對提高無機粘結(jié)劑砂的抗粘模能力，改善無機粘結(jié)劑砂的潰散性進行試驗檢測，在高溫時，改性溶液中的有機組分因揮發(fā)、燃燒使粘結(jié)膜中產(chǎn)生氣泡、縫隙。而無機粘結(jié)劑砂冷卻時，改性溶液中的無機組分會析出對粘結(jié)膜產(chǎn)生破壞、割裂作用的晶相，而且改性組分的熱膨脹系數(shù)遠大于硅酸鹽玻璃，從而產(chǎn)生較大應力，導致粘結(jié)膜開裂，改善無機粘結(jié)劑砂的潰散性。取100份標準砂，加入2.0或2.5份水玻璃，混制1min后，加入粉料抗?jié)駝?，繼續(xù)混制1min后停止混砂，取出。采用射芯機制樣，(模具溫度190℃，熱空氣溫度190℃，在模具表面及射砂口噴涂一層脫模劑進行試驗)制成8字型試塊及長條抗彎曲試塊。射芯至射砂口堵塞或樣塊粘模為止記錄射砂次數(shù)。通過正交試驗分析，有機物對殘留強度的影響最大，碳酸鹽對殘留強度的影響最小。即A2氫化淀粉加入量為2.0％、B2磷酸鈣加入量為1.0％、C2碳酸鋰加入量為0.5％(如表7、8所示)，粘結(jié)劑砂的殘留強度最低；經(jīng)補充試驗，無機粘結(jié)劑砂在經(jīng)過850℃焙燒30min后的殘留強度為0.33MPa。表7抗?jié)裥哉辉囼灁?shù)據(jù)二水平因素A氫化淀粉因素B磷酸鈣因素C碳酸鋰100022.0％1.0％0.5％34.0％2.0％1.0％表8抗?jié)裥哉辉囼灁?shù)據(jù)二以上僅為本發(fā)明的實施方式，其描述較為具體和詳細，但并不能因此而理解為對本發(fā)明專利范圍的限制。應當指出的是，對于本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說，在不脫離本發(fā)明構(gòu)思的前提下，還可以做出若干變形和改進，這些均屬于本發(fā)明的保護范圍。當前第1頁1 2 3