一種磷酸鹽粘結劑自硬砂用固化劑及其制備和使用方法
【專利摘要】一種磷酸鹽粘結劑自硬砂用固化劑，可應用到造型及制芯。所述磷酸鹽是指以磷酸二氫鋁為主要成分的磷酸鹽粘結劑。所述固化劑包含兩個組分：組分I為苯胺，組分II由尿素、水、氯化銨、硅烷以及四乙烯五胺組成，可以通過改變兩組分的加入量來調節砂樣的硬化速度。具體工藝步驟為：將固化劑先與原砂混合，然后加入磷酸鹽粘結劑混勻出砂，將混合料倒入置于模具中緊實制樣，砂樣可在室溫下自硬。制得的砂樣24小時抗拉強度≥1.0MPa，而且抗吸濕性、潰散性好。所述固化劑制備工藝簡單、化學性質穩定，具有很好的應用前景。本發明所涉及的自硬工藝有利于解決傳統熱硬磷酸鹽砂芯抗吸濕性差的技術問題，以及自硬工藝中不易定量、混砂易產生粉塵的技術問題。
【專利說明】
一種磷酸鹽粘結劑自硬砂用固化劑及其制備和使用方法
技術領域
[0001]本發明涉及鑄造行業中的造型(制芯)材料領域，具體指一種鑄造用磷酸鹽自硬砂用液態固化劑及其制備和使用方法。
【背景技術】
[0002]鑄造用磷酸鹽粘結劑砂高溫強度高，高溫變形小，發氣量低，潰散性好等優點，是一種很有應用價值的造型、制芯材料。磷酸鹽粘結劑可以通過加熱硬化，制得的砂芯初強度較高，容易吸濕，在較高環境濕度下強度下降嚴重，影響了其在鑄造生產中的使用；而自硬砂工藝，型、芯不需要烘烤，在室溫下即可硬化成型，不僅節約能源，而且有助于提高勞動生產效率，降低生產成本。目前磷酸鹽粘結劑自硬砂體系中所用固化劑多以堿金屬氧化物或堿金屬氫氧化物為主，如氧化鎂等，在混砂過程中易產生粉塵，污染了工作環境，且在使用中不易定量，也影響磷酸鹽粘結劑的自硬砂工藝應用。基于以上技術背景，制備出一種應用于磷酸鹽自硬砂體系的液態固化劑尤為必要。

【發明內容】

[0003]發明目的:
本發明提供了一種磷酸鹽粘結劑自硬砂用固化劑及其制備方法和使用方法，其目的在于研制出一種液態固化劑以代替粉狀的堿性氧化物及堿性氫氧化物，改善粉狀固化劑帶來的粉塵污染;解決磷酸鹽粘結劑砂加熱硬化工藝存在的抗吸濕性差的技術難題。
[0004]技術方案:
磷酸鹽粘結劑用固化劑，其特征在于:由苯胺、尿素、水、氯化銨、硅烷以及四乙烯五胺組成，按重量百分比其原材料組分配比為:組分I為苯胺，組分II由25-45重量份的尿素、20-40重量份的水、5-20量份的氯化錢、1-6重量份的娃燒以及5-15重量份的四乙稀五胺組成，且組分I占固化劑總加入量的50%-70%。
[0005]其中所述固化劑不包含其它成分。
[0006]本發明所述的固化劑中組分II的制備方法如下:
步驟一:按權利要求2所給配比稱量各組分，首先向反應釜中加入水，升溫至50°C-70
°C；
步驟二:開動攪拌器開始攪拌，向反應釜內加入尿素，此時溫度會有所下降，全部溶解后，再次升溫至70°C_80°C;
步驟三:緩慢向反應釜內加入氯化銨，60 °C -70 °C保溫至完全溶解；
步驟四:降至室溫依次加入四乙烯五胺和硅烷，待溶解透明后攪拌15min?30min，放料。
[0007]本發明所述固化劑的主要成分為苯胺，可與磷酸鹽反應可形成非水溶性膠結物，具有一定的強度，且對環境中的水分敏感性小，體現出很好的抗吸濕性。
[0008]固化劑中的四乙烯五胺與磷酸鹽粘結劑反應，其反應產物為一種膠結物，四乙烯五胺的引入可提高型芯的強度。但是四乙烯五胺與磷酸鹽粘結劑反應劇烈，加入量應控制得當，過量會與粘結劑劇烈反應，使混砂過程出現砂團，影響混砂效果及砂芯強度。
[0009]娃燒偶聯劑的使用，目的在于進一步提尚粘結劑的粘結強度，所述的娃燒型號為KH-550o
[0010]加入氯化銨與尿素起到減緩硬化速度的作用，適合與四乙烯五胺搭配使用，延長型砂的可使用時間。
[0011]固化劑中的水作為溶劑，可以溶解尿素、氯化銨、四乙烯五胺和硅烷，混砂過程中將各組分均勻地涂覆在砂粒表面，使粘結劑與固化劑充分接觸反應。
[0012]本發明的有益效果:實現了磷酸鹽粘結劑在液態固化劑作用下自硬，改善了傳統自硬磷酸鹽粘結劑混砂過程中粉塵的污染；型砂24h抗拉強度2 1.0MPa，潰散性良好，可應用于鑄造造型制芯。
[0013]【具體實施方式】:
下面結合具體實施例對本發明進行具體說明，實施例中所用磷酸鹽是指以磷酸二氫鋁為主要成分的磷酸鹽粘結劑，粘結劑加入量為原砂(大林擦洗砂)重量的3%-5%。
[0014]在造型或制芯中，固化劑的加入量占磷酸鹽粘結劑重量的20%_40%，其中固化劑中主要組分為組分I，組分II作為輔劑加入，選擇兩組分是因為可以調節兩組分的加入量以調節型砂的可使用時間以及強度，且組分I占固化劑總加入量的50%-70%。
[0015]實施例1:
本實施例固化劑中各組分所占重量比為:組分I苯胺為粘結劑重量的20%，組分II為粘結劑重量的10%。其中組分II中各組分所占重量百分比為:尿素43%，水40%，氯化銨5%，硅烷4%，四乙烯五胺8%。
[0016]組分II的制備方法:
步驟一:首先向反應釜中加入水40Kg，升溫至70 0C ；
步驟二:開動攪拌器開始攪拌，向反應釜內加入尿素43Kg，此時溫度會有所下降，全部溶解后，再次升溫至75 °C ;
步驟三:緩慢向反應釜內加入氯化銨5Kg，70°C保溫至完全溶解后；
步驟四:降溫至室溫加入四乙烯五胺SKg，硅烷4Kg，待溶解完全后攪拌20min，放料。
[0017]制芯工藝步驟為:稱取原砂重量的3%的磷酸鹽粘結劑，粘結劑重量的20%的組分I和粘結劑重量的10%的組分II備用，原砂與所述固化劑組分1、組分II混砂攪拌60s，然后加入磷酸鹽粘結劑攪拌60s后出砂，利用標準“8”字形模具制備砂芯，硬化24h后測量砂芯的工藝性能。抗拉強度為1.04MPa;砂芯在800°C的馬弗爐里保溫30min，冷卻至室溫后，殘留強度為OMPa，潰散性好。
[0018]實施例2:
本實施例固化劑中各組分所占重量比為:組分I苯胺為粘結劑重量的20%，組分II為粘結劑重量的20%。其中組分II中各組分所占重量百分比為:尿素30%，水34%，氯化銨15%，硅烷6%，四乙烯五胺15%。
[0019]組分II的制備方法:
步驟一:首先向反應釜中加入水34Kg，升溫至70 0C ；
步驟二:開動攪拌器開始攪拌，向反應釜內加入尿素30Kg，此時溫度會有所下降，全部溶解后，再次升溫至75 °C;
步驟三:緩慢向反應釜內加入氯化銨15Kg，70 °C保溫至完全溶解后；
步驟四:降溫至室溫加入四乙烯五胺15Kg，硅烷6Kg，待溶解完全后攪拌30min，放料。
[0020]制芯工藝步驟為:稱取原砂重量的3%的磷酸鹽粘結劑，粘結劑重量的20%的組分I和粘結劑重量的20%的組分II備用，原砂依次與所述固化劑組分1、組分II混砂攪拌60s，然后加入磷酸鹽粘結劑攪拌60s后出砂，利用標準“8”字形模具制備砂芯，硬化24h后測量砂芯的工藝性能。抗拉強度為1.20MPa;砂芯在800°C的馬弗爐里保溫30min，冷卻至室溫后，殘留強度為OMPa，潰散性好。
[0021]實施例3:
本實施例固化劑中各組分所占重量比為:組分I苯胺為粘結劑重量的10%，組分II為粘結劑重量的10%。其中組分II中各組分所占重量百分比為:尿素25%，水40%，氯化銨20%，硅烷1%，四乙烯五胺14%。
[0022]組分II的制備方法:
步驟一:首先向反應釜中加入水40Kg，升溫至50 0C ；
步驟二:開動攪拌器開始攪拌，向反應釜內加入尿素25Kg，此時溫度會有所下降，全部溶解后，再次升溫至70°C;
步驟三:緩慢向反應釜內加入氯化銨20Kg，60°C保溫至完全溶解后；
步驟四:降溫至室溫加入四乙烯五胺14Kg，硅烷lKg，待溶解透明后攪拌15min，放料。
[0023]制芯工藝步驟為:稱取原砂重量的4%的磷酸鹽粘結劑，粘結劑重量的10%的組分I和粘結劑重量的10%的組分II備用，原砂依次與所述固化劑組分1、組分II混砂攪拌60s，然后加入磷酸鹽粘結劑攪拌60s后出砂，利用標準“8”字形模具制備砂芯，硬化24h后測量砂芯的工藝性能。抗拉強度為1.1OMPa;砂芯在800°C的馬弗爐里保溫30min，冷卻至室溫后，殘留強度為OMPa，潰散性好。
[0024]實施例4:
本實施例固化劑中各組分所占重量比為:組分I苯胺為粘結劑重量的15%，組分II為粘結劑重量的10%。其中組分II中各組分所占重量百分比為:尿素45%，水20%，氯化銨20%，硅烷6%，四乙烯五胺9%。
[0025]組分II的制備方法:
步驟一:首先向反應釜中加入水20Kg，升溫至60 0C ；
步驟二:開動攪拌器開始攪拌，向反應釜內加入尿素45Kg，此時溫度會有所下降，全部溶解后，再次升溫至80°C;
步驟三:緩慢向反應釜內加入氯化銨20Kg，70 °C保溫至完全溶解后；
步驟四:降溫至室溫加入四乙烯五胺9Kg，硅烷6Kg，待溶解透明后攪拌30min，放料。
[0026]制芯工藝步驟為:稱取原砂重量的5%的磷酸鹽粘結劑，粘結劑重量的15%的組分I和粘結劑重量的10%的組分II備用，原砂依次與所述固化劑組分1、組分II混砂攪拌60s，然后加入磷酸鹽粘結劑攪拌60s后出砂，利用標準“8”字形模具制備砂芯，硬化24h后測量砂芯的工藝性能。抗拉強度為1.25MPa;砂芯在800 V的馬弗爐里保溫30min，冷卻至室溫后，殘留強度為OMPa，潰散性好。
[0027]實施例5: 本實施例固化劑中各組分所占重量比為:稱取原砂重量的4%的磷酸鹽粘結劑和固化劑備用，組分I苯胺為粘結劑重量的21%，組分II為粘結劑重量的9%。其中組分II中各組分所占重量百分比為:尿素39%，水30%，氯化銨20%，硅烷6%，四乙烯五胺5%。
[0028]組分II的制備方法:
步驟一:首先向反應釜中加入水30Kg，升溫至70 0C ；
步驟二:開動攪拌器開始攪拌，向反應釜內加入尿素39Kg，此時溫度會有所下降，全部溶解后，再次升溫至70°C;
步驟三:緩慢向反應釜內加入氯化銨20Kg，60°C保溫至完全溶解后；
步驟四:降溫至室溫加入四乙烯五胺5Kg，硅烷6Kg，待溶解透明后攪拌20min，放料。
[0029]制芯工藝步驟為:稱取原砂重量的4%的磷酸鹽粘結劑，粘結劑重量的21%的組分I和粘結劑重量的9%的組分II備用，原砂依次與所述固化劑組分1、組分II混砂攪拌60s，然后加入磷酸鹽粘結劑攪拌60s后出砂，利用標準“8”字形模具制備砂芯，硬化24h后測量砂芯的工藝性能。抗拉強度為1.20MPa;砂芯在800°C的馬弗爐里保溫30min，冷卻至室溫后，殘留強度為OMPa，潰散性好。
【主權項】
1.一種磷酸鹽粘結劑自硬砂用固化劑，其特征在于:組分I為苯胺，組分II是由尿素、水、氯化銨、硅烷以及四乙烯五胺組成;組分I為苯胺，組分II按重量百分比其原材料組分配比為:由25-45重量份的尿素、20-40重量份的水、5-20重量份的氯化銨、1-6重量份的硅烷以及5-15重量份的四乙烯五胺組成;組分I占固化劑總量的50%-70%。2.根據權利要求1所述的磷酸鹽粘結劑自硬砂用固化劑，其特征在于:苯胺為含量2.99%的苯胺，尿素為含量之99%的尿素，氯化銨為含量之99%的氯化銨，四乙烯五胺為含量之.95%的四乙烯五胺。3.根據權利要求1-2任意一項所述的磷酸鹽粘結劑自硬砂用固化劑，其特征在于:固化劑中組分11的制備方法如下: 步驟一:按權利要求2所給配比稱量各組分，首先向反應釜中加入水，升溫至50°C-70°C； 步驟二:開動攪拌器開始攪拌，向反應釜內加入尿素，此時溫度會有所下降，全部溶解后，再次升溫至70°C_80°C; 步驟三:緩慢向反應釜內加入氯化銨，60 0C-70 °(:保溫至完全溶解； 步驟四:降至室溫依次加入四乙烯五胺和硅烷，待溶解透明后攪拌15min-30min，放料。4.根據權利要求3所述的磷酸鹽粘結劑自硬砂用固化劑的使用方法，其特征在于:在造型制芯生產中被使用，固化劑的加入量占磷酸鹽粘結劑重量的20%-40%，其中固化劑中主要組分為組分I，組分II作為輔劑加入，且組分I占固化劑總加入量的50%-70%。5.根據權利要求3所述的磷酸鹽粘結劑自硬砂用固化劑的使用方法，其特征在于:稱取原砂重量的3%-5%的磷酸鹽粘結劑和粘結劑重量份的20%-40%固化劑備用，然后原砂與所述固化劑組分I和組分II混砂攪拌共60s，然后加入磷酸鹽粘結劑攪拌60s后出砂，利用標準“8”字形模具制備砂樣，硬化30min-40min后起模，經24小時自硬后，進行抗拉強度測量。6.根據權利要求5所述的磷酸鹽粘結劑自硬砂用固化劑的使用方法，其特征在于:通過改變兩組分的加入量來調節型芯的硬化速度以及脫模時間，砂芯24小時的抗拉強度2.1.0MPa，型芯的抗吸濕性好，潰散性好。
【文檔編號】B22C1/18GK105855456SQ201610226060
【公開日】2016年8月17日
【申請日】2016年4月13日
【發明人】劉偉華, 宋來, 李英民
【申請人】沈陽工業大學