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如何提高铸造粘结剂的使用性能

时间:2016-10-31 9:46:21   来源:原创   添加人:诸城市盛平铸造材料有限公司


铸造有机粘结剂和无机粘结剂是砂型(芯)粘结体系中两个重要种类。究其技术来源,均发展于20世纪50~60年代的欧美国家,CO2气硬水玻璃砂还要出现的更早。对新型粘结剂体系硬化机理探求和现有产品应用性能提高成为没有停止的工作,特别是无机粘结剂能否具备有机粘结剂在型砂上的使用性能,无机粘结剂的突破变成了永恒的期待。结合笔者近30年从事造型材料研究过程中的体会,下面介绍了有关对有机/无机粘结剂这两大粘结体系优缺点一些浅显的认识,与业界同仁共享。


一、有机/无机粘结剂的优缺点


1.有机粘结剂
优点
 在化学中,结构决定了物质的性质。有机粘结剂中都包含一个元素-碳,碳可以彼此连接在一起形成聚合物。在铸造中有机粘结剂赋予了砂型/芯很多优点:良好的砂型(芯)强度;高的生产效率;好的铸件表面质量和尺寸精度;优秀的落砂性能;较好旧砂回用比例。
缺点 当然,由于其材料本身为有机物,也存在一些如下缺点:原材料来源于石油制品或农业化学品;产品价格高,并持续高涨;造型、制芯时,VOC值高,危害操作者健康;浇注过程中,产生大量有害气体,污染环境。




2.无机粘结剂

无机粘结剂组成元素是钠、钾、镁、钙、铝、硅和磷,其化合物一般为硅酸盐、磷酸盐和铝酸盐。无机粘结剂通常通过脱水将砂型芯粘接在一起,但这依靠水分的蒸发速度。由于其这种特性,具有下列一些优点:无机粘结剂来源广泛,原材料便宜;无机粘结剂没有溶剂挥发问题;无机粘结剂在铸件浇注时,没有有害气体产生。

水基无机粘结剂一般固化速度都很慢,与水分迁移速度有关。无机粘结剂能与硅砂发生反应形成低熔点物。这些都使得无机粘结剂在型砂上表现出如下不足:硬化速度慢与型砂强度低;使用性能与环境中潮气和湿度十分敏感;溃砂性差;旧砂回用率低。


 


二、有机/无机粘结剂在我国的应用现状


铸造用粘结剂的选择决定了铸件的生产工艺。粘结剂类型的选择十分重要,它不仅决定了生产车间的规模布置、工装模具、造型制芯设备、旧砂再生设备和清理设备等固定资产的投入多少。还确定了生产工艺、生产成本、管理方式、工人熟练程度和产品的市场地位等诸多因素。粘结剂类型选择与铸件种类、以往习惯和经验、当地原材料价格和来源有着密切的关系。粘结剂类型选择,一般还重点关注这种粘结剂的在未来时间里其技术的可行性,经济的可行性,环保的可行性和节能降耗与回用的可行性。




目前我国可以生产各种类型自硬砂用粘结剂,技术水平高,全部国产化。单件小批量铸铁件生产,使用呋喃树脂砂生产是较为理想工艺,已是不争的事实。尽管最近几年呋喃树脂价格高涨,但比较其他种类自硬树脂砂成本,呋喃树脂砂还是最低。因此在我国呋喃树脂在未来相当长时期,仍然是铸铁树脂砂工艺的首选。铸钢件生产中,使用碱性酚醛树脂,无氮呋喃树脂,特别是抗热裂呋喃树脂,酯硬化水玻璃砂成为目前铸造界的共识。研制开发旧砂再生率高的碱性酚醛树脂和酯硬化水玻璃以及再生设备是突破铸钢用自硬砂应用的关键。




当然还不能忘记,CO2硬化水玻璃在铸钢件的应用和提高。在砂型(芯)铸造有色铸件的生产中,还没有性能完好的粘结剂体系。目前大部分材料为有机树脂,仅是借鉴铸铁用粘结剂,降低其高温强度等指标衍生而来的。可选择的有高氮呋喃树脂、碱性酚醛树脂、PEP-SET等作为砂型芯粘结剂。近几年,由德国公司提出的热空气硬化的热芯盒(或温芯盒)无机粘结剂产品已经面市,粘结剂加入量仅为2.0%左右,砂芯强度足以制造汽车铝铸件用I级、II级砂芯。这无疑为无机粘结剂发展进步燃起新的希望。然而,目前该粘结剂是型内加热硬化,用于单件小批量铸件的砂型芯制造还不具备可操作的可能性。有机和无机粘结剂自硬砂技术性能对比见附表,酯硬化水玻璃旧砂再生及设备