水溶性粘結(jié)劑

1、鑄造用水溶性高分子粘結(jié)劑的研究與應(yīng)用濟南*源鑄造材料有限公司摘要：水溶性高分子粘結(jié)劑具有較好的溶解性、優(yōu)良的成膜性 及粘合性，通過用國際上先進的物理、化學等方法對天然的水溶性高 分子材料進行復合改性，滿足鑄造用型芯粘結(jié)劑的基本要求，且具有 干強度高、蠕變性小，環(huán)保節(jié)能等優(yōu)點，是一種理想的無公害鑄造粘 結(jié)劑。關(guān)鍵詞:水溶性高分子改性制芯、前言水溶性高分子粘結(jié)劑因其含有親水基團，具有很好的粘合性、成 膜性、分散性等，在化學粘結(jié)劑、水處理、化學助劑等行業(yè)日益擴大。 自80年代起，以a-淀粉為主的水溶性粘結(jié)材料，因其具有制備工藝 簡單，生產(chǎn)成本低廉，用于制芯具有干強度高、蠕變性小、潰散性好、 舊砂復用

2、性好等特點，特別是操作過程中清潔、節(jié)能和澆注過程中幾 無有害氣體產(chǎn)生的優(yōu)點，即引起鑄造界的廣泛關(guān)注。但由于a-淀粉 用于制芯存在吸濕性強、高溫強度低、比強度低等缺陷，一定程度地 限制了其推廣應(yīng)用。濟南魯源鑄造材料有限公司在多年來潛心研究充 分滿足型芯性能要求的淀粉類粘結(jié)材料的基礎(chǔ)上，結(jié)合新的水溶性高 分子材料加工工藝，通過將B-淀粉等多種水溶性高分子材料先進行 物理、化學改性，再進行預糊化處理，并添加多種助劑以改善芯砂性 能和型芯性能，成功地開發(fā)了新一代環(huán)保型制芯用粘結(jié)材料LYN型鑄 造用水溶性高分子粘結(jié)劑，并成功地應(yīng)用于鑄造生產(chǎn)中。二x LYN型水溶性高分子粘結(jié)劑復合改性工藝及機理分析1、改

3、性機理分析：理想的型芯粘結(jié)合劑應(yīng)當具備高的干拉強度、適宜的濕壓強度、 良好的流動性、低的吸濕性以及良好的潰散性。玉米淀粉支鏈淀粉高 達72%，表觀DP分布400-1500，在適當?shù)臈l件下可與三聚磷酸納、 氯氧化磷等交聯(lián)劑發(fā)生下列反應(yīng)：淀粉一OH+HO淀粉交聯(lián)劑淀粉一OXO淀粉-控制磷含量0.070.09%,其反應(yīng)產(chǎn)物磷酸酯淀粉具有一定的疏 水特性，且在高溫下具有很好的耐熱性。將磷酸酯淀粉在一定條件下 進行預糊化處理即a化，淀粉顯微結(jié)構(gòu)發(fā)生較大改變，通過控制其反 應(yīng)程度，成糊粘度、比強度大提高。再將預糊化處理后的磷酸酯淀粉 與拒水劑B、抗高溫沖刷劑C機械混合，在型芯制作過程中充分反應(yīng)， 拒水劑B

4、可形成一層拒水膜覆蓋在淀粉粘結(jié)網(wǎng)絡(luò)上，顯著提高其高溫 強度和拒水性。經(jīng)過以上處理的水溶性高分子粘結(jié)劑基本上具備了型 芯粘結(jié)劑應(yīng)具有的性能。2、試驗用材料玉米淀粉（水分W13%）、三聚磷酸鈉、氯氧化磷（交聯(lián)劑）、拒 水劑B、抗高溫沖刷劑C3、試驗設(shè)備10kg自制膨化罐 1臺75kg/h擠壓機 1臺500kg攪拌罐 1臺4、試驗過程將812%的交聯(lián)劑溶液噴灑在玉米干淀粉上，充分混合均勻， 將其干燥至含水量5-10%，加入膨化罐后，在140200C加熱23 小時左右，將產(chǎn)物冷卻、干燥、粉碎，得到一定交聯(lián)程度的磷酸酯淀 粉。將磷酸酯淀粉加入擠壓機中，經(jīng)螺旋加熱而糊化、膨脹，干燥、 粉碎后，與110%的

5、拒水劑B、520%的抗高溫沖刷劑C充分混合后 即得到鑄造用水溶性高分子粘結(jié)劑。三、LYN型鑄造用水溶性粘結(jié)劑基本工藝性能研究1、加入量對芯砂干拉強度影響干拉強度混強度3一。2.0(irpa/%) (mpa)1.0a 加入后（）圖1加入量對芯砂干拉強度的影響1干拉強度2比強度試驗條件：大林標準砂2000g LYN型粘結(jié)劑17%烘干溫度180+10C，保溫1h。圖1是LYN型鑄造用水溶性高分子粘結(jié)劑加入量從17%的干拉 強度、比強度變化圖?？梢钥闯黾尤肓吭?4%時，芯砂已具備較高 的干拉強度1.72.1MPa和最高的比強度0.600.64MPa/1%，此時 粘結(jié)劑膜剛好覆蓋在砂粒表面，形成完整的粘

6、結(jié)橋。隨著粘結(jié)劑加入 量的增加，粘結(jié)劑膜厚度增加，因而干強度不斷提高，但過多的粘結(jié) 劑膜被擠到砂粒間隙，烘干時不能完全固化，粘結(jié)劑得不到充分發(fā)揮， 干強度提高緩慢，比強度下降。2、烘干溫度對芯砂干拉強度影響烘干溫度是影響鑄造用水溶性高分子粘結(jié)劑發(fā)生硬化反應(yīng)、達到 拒水性能和抗高溫沖刷性能的主要因素。烘干溫度過低，粘結(jié)劑脫水、 反應(yīng)不充分，反應(yīng)速度較慢，達到的干強度較低，且抗吸濕性和高溫 沖刷性差，烘干溫度過高，脫水反應(yīng)過快，容易發(fā)生表面過燒現(xiàn)象， 且可能造成已生成的聚合物分解，強度大大下降，喪失抗吸濕性和部 分喪失抗高溫沖刷性。我們將標準試樣分別置于150C、170C、190C、 210C、2

7、30C、250C烘箱中與合脂油進行對比試驗，測得干拉強度 見表1。表1烘干溫度對干拉強度的影響溫度（C拉強度MPa1#1.411.621.911.881.611.212#0.670.831.451.861.921.841#LYN型水溶性粘結(jié)劑砂2#一合脂油砂可以看出，LYN型水溶性高分子粘結(jié)劑砂在150C已具備較高 的干強度，隨著烘干溫度提高，干拉強度明顯上升，190C達到峰 值1.91MPa，當溫度超過230C，干拉強度開始下降，至250C已降 至峰值的60%左右，可見該粘結(jié)劑烘干溫度以170230C為宜。同時從表1也可以看出該粘結(jié)劑烘干溫度比合脂油低

8、3040C達到峰值，但峰值相差不大，可見LYN型水溶性粘結(jié)劑比合脂油更節(jié)能， 經(jīng)測算，可節(jié)能2040%。3、LYN型水溶性粘結(jié)劑的蠕變性我們用圖2所示方法對LYN型水溶性粘結(jié)劑砂與合脂油砂進行了對比試驗。圖2蠕變性試驗試樣放置方法將按標準試樣配比配制的兩種芯砂分別打制兩組巾50X50園柱 形試樣，按圖2所示位置放置在芯板上，一組試樣室溫下放置8h， 測其平行于芯板直徑巾d，按n冷=5X100%，求得二者冷蠕變。另 一組放于烘箱中，溫度由50C升至210C，硬化后測水平直徑巾d， 按式n熱=5/ X100%，求得二者熱蠕變，試驗結(jié)果見表二。表二蠕變性試驗結(jié)果對比種類冷蠕變（%）熱蠕變（%）LYN

9、型水溶性粘結(jié)劑砂-0.0040合脂油砂已散已散可見LYN型水溶性粘結(jié)劑砂蠕變性遠小于合脂油砂，特別是熱態(tài)蠕變?yōu)?，因此LYN型水溶性粘結(jié)劑比合脂油砂更能保證型芯尺寸精 度，更適合制造尺寸精度要求高的鑄件。4、LYN型水溶性粘結(jié)劑發(fā)氣量與發(fā)氣速度由圖3可以看出，LYN型水溶性粘結(jié)劑發(fā)氣量為1518ml，遠低 于合脂油2027ml，該粘結(jié)劑砂3s開始發(fā)氣，15s達到最大值，合 脂油12s開始發(fā)氣，26s達到最大值。可見該粘結(jié)劑產(chǎn)生氣孔傾向遠 低于合脂油。圖3 LYN型水溶性粘結(jié)劑與合脂油的發(fā)氣量 1-LYN型水溶性粘結(jié)劑 2 合脂油5、LYN型水溶性粘結(jié)劑砂吸濕性由于淀粉粘結(jié)劑含有許多吸水性基團，

10、雖經(jīng)改性但仍具有一定的 吸水性。為測定其吸水性，我們將按標準試樣配比配制的芯砂制成8 字形試塊放入室溫環(huán)境下底部盛水的密閉容器中，測其0小時、12 小時、24小時、48小時、72小時強度變化，見表三。表三LYN型水溶性粘結(jié)劑的吸濕強度變化時間(h)012244872抗拉強度 (MPa)1.821.661.321.080.94可見LYN型水溶性粘結(jié)劑雖經(jīng)改性并加入一定比例的拒水劑，仍 具有一定的吸濕性，但48小時后干強度仍能達到1.08MPa，完全可 以滿足型芯貯存的需要。6、LYN型水溶性粘結(jié)劑抗高溫沖刷性水溶性高分子粘結(jié)材料普遍存在高溫強度低的問題，抗高溫沖刷 性差。用磷酸鹽改性后的高分子材

11、料可顯著提高其高溫強度，加入抗 高溫沖刷劑C后，在高溫下可生成AIPONaZr2(PO3等耐熱物質(zhì)， 因此可顯著提高其抗高溫沖刷性。將 50X50標準圓柱形試樣放在 1000C爐內(nèi)保持一段時間，其抗拉強度與保持時間關(guān)系如表四。表四LYN型水溶性粘結(jié)劑砂抗壓強度與1000C保持時間的關(guān)系1000C下抗壓強度(KPa)630495390368保持時間(min)0.5123可見，該粘結(jié)劑砂具有良好的抗高溫沖刷性。7、LYN型水溶性粘結(jié)劑對環(huán)境的改善在鑄造生產(chǎn)過程中，工業(yè)臭味主要是由于硫化氫、甲醛、苯等有 害物質(zhì)造成的，是大氣污染的重要污染物。據(jù)測定，在整個鑄造生產(chǎn) 過程中，配砂約占總臭味的510%，

12、制芯烘烤由合脂油砂、樹脂砂 所散發(fā)出的臭味占總量的1015%，澆注和落砂因合脂油砂產(chǎn)生的臭 味占總量的30%左右。與其它類型有機粘結(jié)劑相比，LYN型水溶性粘 結(jié)劑砂可以顯著改善混砂、制芯、澆注、清理等工序的生產(chǎn)作業(yè)環(huán)境， 混砂、烘烤及澆注時幾無臭味產(chǎn)生，無毒不腐蝕，可顯著改善操作工人的身心健康和生產(chǎn)環(huán)境。四、LYN型水溶性粘結(jié)劑在生產(chǎn)中的應(yīng)用1、LYN型水溶性粘結(jié)劑砂實際使用的工藝配比，見表五。表五LYN型水溶性粘結(jié)劑砂工藝配比配 比(%)性能原砂 (75/150)LYN型水溶 性粘結(jié)劑水分濕壓強度 (KPa)濕透氣 性干拉強度 (MPa)1004.0-6.05.5-7.013-25N100N

13、1.42、烘干工藝規(guī)范圖4 LYN型水溶性粘結(jié)劑砂烘干工藝規(guī)范LYN型水溶性粘結(jié)劑砂烘干工藝規(guī)范見圖4。該粘結(jié)劑砂芯升溫 速度不宜過快，以50100C/h，否則可造成表面急聚收縮開裂，甚 至過燒。由于烘干主要是脫水反應(yīng)和交聯(lián)反應(yīng)，可根據(jù)經(jīng)驗縮短保溫 時間，利用爐溫進一步脫水固化。3、LYN型水溶性粘結(jié)劑砂存放性由于LYN型水溶性粘結(jié)劑主要是靠水做媒體發(fā)揮粘結(jié)作用，而水 分在空氣中具有揮發(fā)性，因此要保持該粘結(jié)劑砂達到規(guī)定的性能要 求，需要加強覆蓋，盡量減少水分揮發(fā)。但該粘結(jié)劑砂復用性較好， 脫水的芯砂補加少量的粘結(jié)劑經(jīng)過再次混制，仍能達到原有的性能要 求。4、生產(chǎn)應(yīng)用情況用LYN型水溶性粘結(jié)劑砂

14、生產(chǎn)鑄件可顯著提高其尺寸精度，降低 氣孔產(chǎn)生的傾向，已廣泛應(yīng)用于汽車、拖拉機、紡織機械、減速機、 潛水電泵等鑄件的生產(chǎn)。解放軍六四一 O廠生產(chǎn)的太脫拉汽車變速 箱，單重85kg，壁厚712mm，在680mm長度方向上允許鑄造偏差土 1mm，使用LYN型水溶性粘結(jié)劑砂制芯，解決了長期以來該件尺寸精度 差、清砂困難的問題。博山潛水電泵廠生產(chǎn)的出口美國的葉輪，葉片 厚度只有5mm，用砂芯來保證，多年來一直存在壁厚偏差問題，使用 該粘結(jié)劑砂芯后既解決了操作問題又保證了葉片厚度偏差，滿足美國 標準要求。天津紡織機械廠使用LYN型水溶性粘結(jié)劑砂芯生產(chǎn)紡機零 部件，與使用合脂油砂芯相比，鑄件尺寸精度顯著提高，氣孔缺陷大 幅度下降，且很好地解決了烘芯、澆住過程中的環(huán)保問題，達到了環(huán) 保部門要求的排放標準。同時，作為該粘結(jié)劑主要組分之一的a-淀 粉砂芯在落砂時混入舊砂中，顯著改善了型砂韌性和熱濕拉強度，鑄 型表面穩(wěn)定性顯著提高，鑄件夾砂、砂眼缺陷明顯降低，鑄件表面質(zhì) 量有了較大的提高。五、結(jié)論LYN型水溶性粘結(jié)劑具有較高的干拉強度，連續(xù)可調(diào)地濕壓強 度、低的發(fā)氣量、低的吸濕性、良好的抗高溫沖刷性，能很好的滿足 各種不同復雜程度的生產(chǎn)需要，且環(huán)保、節(jié)能，可顯