专利名称：使用环氧-丙烯酸酯冷芯盒粘结剂制备耐腐蚀铸造形体的方法
技术领域：
本发明涉及一种使用含氧化剂和提高含量的有机官能硅垸的环氧-丙
烯酸酯冷芯盒(cold-box)粘结剂来制备铸造形体(例如型芯和模具)的方法， 该铸造形体在二氧化硫的存在下固化；并涉及使用所述铸造形体浇铸金属 的方法。所得金属部件具有较少的浇铸缺陷，因为使用所述粘结剂制得的 铸造形体更耐腐蚀。
背景技术：
广泛用于制造型芯和模具的铸造方法使得必须使用二氧化硫(S02)固
化的环氧-丙烯酸酯粘结剂体系。在此方法中，将氢过氧化物(通常是氢过氧 化异丙苯)、环氧树脂、多官能丙烯酸酯、硅烷偶联剂、以及任选的稀释剂 的混合物与骨料(典型如砂子)混合，并压实到模型中，得到具体的形体。通
过将S02吹入含有所述形体的模型中，封闭的混合物得以与任选用氮气稀 释的S02蒸气接触。其中，S02与氢过氧化物反应，形成酸和自由基。产
生的酸使环氧树脂固化，产生的自由基使多官能的丙烯酸酯固化。混合物 瞬时硬化，导致需要的形体，并可立即用于铸造型芯和/或模具组件中。
在此方法中使用的环氧-丙烯酸酯粘结剂目前由Ashland Specialty Chemical以ISOSET⑧和ISOSET THERMOSfflELD 商品名的粘结剂销售。 虽然所述方法已经成功用于很多铸造中，环氧-丙烯酸酯粘结剂体系的一个 主要缺点是缺乏足够的耐腐蚀性。当熔融的金属在倾倒过程中接触模具或 型芯表面时发生腐蚀，且砂子会在接触点被排出。这种情况的发生是因为 粘结剂不具有足够的热恢复性以维持表面完整，直到倾倒过程完结。结果， 疏松的砂子被液态金属带入模具型腔中，产生砂子夹带物和浇铸件中的缺 陷区。该浇铸件的表面上还会产生尺寸的缺陷。
为了解决该问题，历来对浇铸体采用耐热涂层。将型芯和模具组件或 部件浸渍到浆液中，以及对其用浆液流过或喷洒，该浆液由高熔融耐热氧
4化物、载体如水或醇、以及触变剂构成。在模具或型芯表面上干燥后，大 多数情况下所述涂层可以非常有效地防止腐蚀。这种方法的问题在于涂覆 操作肮脏凌乱，这给砂型铸造工艺添加复杂性，并且需要昂贵的气体烧制、
微波或辐射能炉，以将洗刷物(wash)干燥至所述型芯表面上。当型芯和/或
模具在干燥过程中被加热时，有机粘结剂与骨料之间连接强度显著下降。 这导致在处理热型芯时产生问题，以及由于所述型芯或模具的扭曲变形或 产生裂纹而导致生产率下降。
在本发明说明书的"背景技术"和"详细描述"部分中的所有参考文 献都通过引用特别结合在此。
图1所示为腐蚀等级为4.5的腐蚀楔形物试验浇铸件的代表性照片，其 显示所述型芯在浇铸过程中受到严重腐蚀。
图2所示为腐蚀等级为2.5的腐蚀楔形物试验浇铸件的代表性照片，其 显示所述型芯在浇铸过程中未受到严重腐蚀。
发明内容
本发明涉及一种使用含氧化剂和提高含量的有机官能硅烷的环氧-丙 烯酸酯冷芯盒粘结剂来制备铸造形体(例如型芯和模具)的方法，该铸造形体
在二氧化硫的存在下固化；并涉及使用所述铸造形体浇铸金属的方法。所 得金属部件具有较少的浇铸缺陷，因为使用所述粘结剂制得的铸造形体更 耐腐蚀。
据发现，在Si02固化的环氧-丙烯酸粘结剂体系中使用提高含量的有机 官能硅烷会导致所述型芯或模具具有由耐腐蚀性测定的增加的热强度性 能。这样，以基于所述粘结剂至少3重量％的含量向含有氢过氧化物、环 氧树脂，多官能丙烯酸酯的铸造粘结剂组合物中加入有机官能的硅烷，并采 用二氧化硫固化时，其显示出显著增加的由耐腐蚀性测定的热强度。因为 所述铸造形体耐腐蚀性较差，所以其可以用来在未涂覆铸造形体的情况下 浇铸金属制件。详细描述
包括最佳实施方式的详细描述和实施例将说明本发明的具体实施方 式，这可使本领域技术人员实践本发明。可以设想，除了本发明具体公开 的以外，还有很多等同方法可以操作。所有的百分数都是基于重量的，除 非另有说明。
环氧树脂是具有由以下结构表示的环氧基团的树脂
〉 -<
这种环氧树脂的环氧官能(环氧基团/分子)为等于或大于1.9，通常 2-4.0，优选约2.0-约3.7。
环氧树脂的实例包括(1)双酚A、 B、 F、 G和H的二缩水甘油基醚，(2) 脂族、脂族-芳族、环脂族和卤素取代的脂族、脂族-芳族、环脂族环氧化物 及二縮水甘油基醚，(3)酚醛环氧树脂，其是酚-醛的酚醛清漆树脂的縮水甘 油醚，以及(4)它们的混合物。
环氧树脂(l)是通过使表氯醇与双酚化合物在碱性催化剂的存在下得到 的。通过控制操作条件和改变表氯醇与双酚化合物的比，可以制得具有不 同分子量和结构的产物。以上基于各种双酚类型的环氧树脂可以从来源广 泛的商业渠道获得。
环氧树脂(2)的实例包括脂族、不饱和多元醇的縮水甘油醚，例如3,4-环氧环己基甲基-3，4-环氧环己烷羧酸酯、双(3，4-环氧环己基甲基)己二酸酯、 1,2-环氧-4-乙烯基环己烷、4-氯-l，2-环氧丁垸、5-溴-l，2-环氧戊垸、6-氯-1,3-环氧己烷等。
酚醛环氧树脂(3)的实例包括环氧化的甲酚和苯酚的酚醛清漆树脂，其 是通过使酚醛清漆树脂(通常是通过邻甲酚或苯酚与甲酸反应形成)与表氯 醇、4-氯-l，2-环氧丁烷、5-溴-l，2-环氧戊垸、6-氯-l，3-环氧己烷等反应形成 的。特别优选的是平均当量重量为165-200/环氧基团的酚醛环氧树脂。
丙烯酸酯是反应性的丙烯酸单体、低聚物、聚合物或其混合物，并包 含烯键式不饱和键。这种材料的实例包括各种单官能、双官能、三官能、 四官能和五官能的单体丙烯酸酯和甲基丙烯酸酯。这些单体的代表性目录 包括丙烯酸垸基酯、丙烯酸酯化的环氧树脂、丙烯酸氰基垸基酯、甲基丙烯酸垸基酯、和甲基丙烯酸氰基垸基酯。其它可用的丙烯酸酯包括三羟甲 基丙垸三丙烯酸酯、季戊四醇四丙烯酸酯、甲基丙烯酸和2-乙基己基甲基 丙烯酸酯。也可以使用的典型的反应性不饱和丙烯酸聚合物，包括环氧丙 烯酸酯反应产物、聚酯/氨基甲酸酯/丙烯酸酯反应产物、丙烯酸酯化的氨基 甲酸酯低聚物、聚醚丙烯酸酯、聚酯丙烯酸酯、以及丙烯酸酯化的环氧树 脂。
自由基引发剂为过氧化物、氢过氧化物、酮过氧化物、过氧酸或过氧 酸酯。但是，优选的自由基引发剂是氢过氧化物或过氧化物与氢过氧化物 的混合物。在本发明中特别优选的氢过氧化物包括叔丁基过氧化氢、氢过 氧化异丙苯、对-薄荷烷过氧化氢等。
虽然粘结剂组分可以被分开添加至铸造骨料中，但是优选将环氧树脂
和自由基引发剂包封成为Partl，并首先添加至铸造骨料中。然后将作为Part II的烯键式不饱和原料单独或者与部分环氧树脂一同添加至铸造骨料中。
反应性稀释剂例如单-和双官能环氧化合物在粘结剂组合物中是不需 要的，但是，也可以使用它们。反应性稀释剂的实例包括2-丁炔二醇二缩 水甘油醚、丁二醇二縮水甘油醚、甲苯基缩水甘油醚和丁基縮水甘油醚。
任选地，可添加一种或多种溶剂以降低体系粘度，或赋与其它性能予 粘结剂体系，例如耐水性。典型使用的溶剂通常是极性溶剂，例如液体的 二烷基酯，例如在US 3,905,934中公开类型的邻苯二甲酸二烷基酯，以及 其它二烷基酯，例如戊二酸二甲酯、丁二酸二甲酯、己二酸二甲酯、戊二 酸二异丁酯、丁二酸二异丁酯、己二酸二异丁酯、及它们的混合物。衍生 自天然油的脂肪酸酯、特别是油菜籽甲基酯和妥尔油脂肪酸丁基酯也是可 用的溶剂。适宜的芳族溶剂是苯、甲苯、二甲苯、乙苯、烷基化的联苯和 萘，及它们的混合物。优选的芳族溶剂是芳族化合物含量为至少90%的混 合溶剂。适宜的脂族溶剂包括煤油、十四碳烯、及溶剂油。
如果使用溶剂，则应当使用足够量的溶剂，以便所得环氧树脂组分的 粘度小于1,000厘泊，优选小于400厘泊。但是，通常溶剂的总用量为基于 粘结剂中所含环氧树脂总重量的0-25重量％。
有机官能的硅垸具有以下结构式
Y-(CH2)n-Si(ORa)x(ORb)yRcz其中Y选自以下组中H、卤素、縮水甘油基、縮水甘油醚基、乙烯 基、乙烯基醚、乙烯基酯、烯丙基、烯丙基醚基、烯丙基酯基、丙烯酰基 酯基、异氰酸酯基、烷基、芳基、取代烷基、混合的烷基-芳基、巯基、氨 基、氨基垸基、垸基芳基、具有混合的烷基-芳基的氨基、具有取代的垸基
和芳基的氨基、氨基羰基、脲基、烷氧基(alkyloxy)硅烷基、芳氧基硅烷基、 以及混合的垸氧基芳氧基硅烷基；
Ra、 Rb、和Re单独地选自以下组中烷基、芳基、取代烷基、取代芳 基及混合的垸基-芳基；
n是l-5的全部数值，优选2-3;
x是0-3的全部数值；
y是0-2的全部数值；
z是0或1 ，且x+y+z = 3 。
有机官能的硅垸的实例包括乙烯基三甲氧基硅烷、戊基三乙氧基硅烷、 丙基三甲氧基硅垸、
丙基三乙氧基硅烷、丙基二甲氧基甲基硅烷、3-氨丙基三乙氧基硅烷、 3-氨丙基三甲氧基硅烷、3-氨丙基三甲基二乙氧基硅垸、 3-氨丙基三(甲氧基乙氧基乙氧基)硅垸；
3-(间-氨基苯氧基)丙基三甲氧基硅垸、3-(l,3-二甲基亚丁基)氨丙基三乙 氧基硅烷、
N-(2-氨乙基)-3-氨丙基三甲氧基硅烷、
N-(2-氨乙基)-3-氨丙基三乙氧基硅垸、N-(6-氨己基)-3-氨甲基三甲氧基 硅烷、
N-(2-氨乙基)-l 1-氨基十一垸基三甲氧基硅烷、 (氨乙基氨甲基)苯乙基三甲氧基硅垸、
N-3-[氨基(聚亚丙基氧基)]氨丙基三甲氧基硅烷、N-(2-氨乙基)-3-氨丙
基甲基二甲氧基硅烷、
N-(2-氨乙基)-3-氨基异丁基甲基二甲氧基硅烷、(3-三甲氧基甲硅烷基
丙基)二亚乙基三胺、
正丁基氨丙基三甲氧基硅垸、N-乙基氨基异丁基三甲氧基硅烷、 N-甲基氨丙基三甲氧基硅烷、N-苯基氨丙基三甲氧基硅烷、 3-(N-烯丙基氨基)丙基三甲氧基硅烷、N-苯基氨丙基三乙氧基硅垸、
8N-甲基氨丙基甲基二甲氧基硅垸、双(三甲氧基甲硅烷基丙基)胺、 双[(3-三甲氧基甲硅垸基)丙基]亚乙基二胺、双(三乙氧基甲硅垸基丙基)
胺、
双[3-(三乙氧基甲硅烷基)丙基]脲、双(甲基二乙氧基甲硅垸基丙基)胺、 N-(3-三乙氧基甲硅烷基丙基)-4,5-二氢咪唑、脲基丙基三乙氧基硅垸、 脲基丙基三甲氧基硅垸、3-(三乙氧基甲硅垸基)丙基丁二酸酐、 2-(3,4-环氧环己基)乙基三乙氧基硅垸、
2- (3,4-环氧环己基)乙基三甲氧基硅烷、(3-縮水甘油氧基丙基)三甲氧基 硅烷、
(3-缩水甘油氧基丙基)三乙氧基硅垸、
5，6-环氧己基三乙氧基硅烷、(3-縮水甘油氧基丙基)甲基二乙氧基硅烷、 (3-縮水甘油氧基丙基)甲基二甲氧基硅烷、3-异氰酸丙基三乙氧基硅
院、
三(3-三甲氧基甲硅垸基丙基)异氰脲酸酯、三乙氧基甲硅烷基丙基乙基 氨基甲酸酯、
3- 巯基丙基三甲氧基硅垸、3-巯基丙基甲基二甲氧基硅烷、 3-巯基丙基三甲氧基硅烷、(3邻水甘油氧基丙基)双(三甲基甲硅烷氧基)
甲基硅烷、
氯丙基三甲氧基硅烷、甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅垸、 N-环己基氨甲基甲基二乙氧基硅垸、
N-环己基氨甲基三乙氧基硅垸、N-苯基氨甲基三甲氧基硅烷、 (甲基丙烯酰氧基甲基)甲基二甲氧基硅烷、甲基丙烯酰氧基甲基三甲氧 基硅烷、
(甲基丙烯酰氧基甲基)甲基二乙氧基硅烷、甲基丙烯酰氧基甲基三乙氧 基硅烷、
(异氰酸甲基)甲基二甲氧基硅烷、N-三甲氧基甲硅烷基甲基-O-甲基氨 基甲酸酯、N-二甲氧基(甲基)甲硅烷基甲基-O-甲基氨基甲酸酯、
N-环己基-3-氨丙基三甲氧基硅垸、3-甲基丙烯酰氧基丙基三乙酰氧基 娃院、
3-异氰酸丙基三甲氧基硅烷、异辛基三甲氧基硅烷、异辛基三乙氧基 硅烷、3-甲基丙烯酰氧基丙基甲基二甲氧基硅烷、
3-甲基丙烯酰氧基丙基甲基二乙氧基硅烷、3-甲基丙烯酰氧基丙基三乙
氧基硅垸、
3-丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅垸，以及双(三乙氧基甲硅垸基丙基)四硫化物。
优选的有机官能的硅烷是丙基三甲氧基硅垸、
2-(3，4-环氧环己基)乙基三乙氧基硅烷、
2- (3,4-环氧环己基)乙基三甲氧基硅垸、(3-缩水甘油氧基丙基)三甲氧基 娃院、
(3-縮水甘油氧基丙基)三乙氧基硅烷、5，6-环氧己基三乙氧基硅垸、
(3-缩水甘油氧基丙基)甲基二乙氧基硅烷、(3-縮水甘油氧基丙基)甲基 二甲氧基硅烷、(3-縮水甘油氧基丙基)双(三甲基甲硅烷氧基)甲基硅垸、
甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷、(甲基丙烯酰氧基甲基)甲基二甲氧 基硅垸、甲基丙烯酰氧基甲基三甲氧基硅烷、
(甲基丙烯酰氧基甲基)甲基二乙氧基硅烷、甲基丙烯酰氧基甲基三乙氧 基硅烷、异辛基三甲氧基硅垸、异辛基三乙氧基硅烷、
3- 甲基丙烯酰氧基丙基甲基二甲氧基硅烷、3-甲基丙烯酰氧基丙基甲基 二乙氧基硅烷、
3-甲基丙烯酰氧基丙基三乙氧基硅烷、3-丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅 垸、以及乙烯基三甲氧基硅烷。
最优选的有机官能的硅烷是(3-縮水甘油氧基丙基)三甲氧基硅烷、甲基 丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷和乙烯基三甲氧基硅烷。
有机官能的硅烷以提高的量使用，以100重量份的总粘结剂体系计为 至少3.0重量份，优选4.0重量份-6.0重量份。
酚醛树脂也可以用于铸造粘结剂中。实例包括在环氧树脂和/或丙烯酸 酯中可溶解的任何的酚醛树脂，其包括金属离子和碱催化的甲阶酚醛树脂 (phenolic resole)和酚醛清漆树脂，以及酸催化的酚和醛化合物的縮合产物。 但是，如果甲阶酚醛树脂用于粘结剂中，则常使用的是称为苄醚型甲阶酚 醛树脂的甲阶酚醛树脂，包括垸氧基改性的苄醚型甲阶酚醛树脂。苄醚型 甲阶酚醛树脂、或其垸氧基化的产物在现有技术中是己知的，并且特别描 述在US 3,485,797和4，546，124中，其通过引用结合在此。这些树脂包含主要是连接聚合物的酚酸核的桥接，其是邻-邻苄型醚桥，并且是通过使醛与 酚类化合物以醛与酚的摩尔比为至少1:1的比例，在二价金属催化剂的存 在下、优选包括二价金属离子如锌、铅、锰、铜、锡、镁、钴、钙和钡的 催化剂存在下反应制得。
对本领域技术人员显而易见，其它添加剂如硅酮、脱模剂、消泡剂、 润湿剂等可以添加到骨料或铸造混合物中。具体选择的添加剂依赖于配制 者的具体目的。
各种类型的骨料和不同量的粘结剂通过本领域中众所周知的方法用于 制备铸造混合物。普通的形体、用于精密浇铸的形体、以及耐火性形体可 以通过使用粘结剂体系和适宜的骨料来制备。粘结剂的用量和所用骨料的 类型对本领域技术人员来说是公知的。优选的用于制备铸造混合物的骨料
是砂子，其中至少约70重量％、优选至少约85重量％的砂子是硅石。其它
适宜的制备铸造形体的骨料包括锆石、橄榄石、铬铁矿砂等，以及人造骨
料，包括铝硅酸盐珠粒和中空微球和陶瓷珠粒，例如Cerabeads。
在普通的砂型浇铸铸造应用中，粘结剂的量通常为以骨料重量计不大 于约10重量％，经常在约0.5重量％-约7重量％。最常见的是，用于普通 砂型铸造形体的粘结剂含量是以骨料的重量计约0.6重量％-约5重量％。
铸造混合物通过捣固(ramming)、吹制或其它已知铸造型芯和模具制造 方法成型为需要的形状。由铸造混合物限定的形体随后暴露至有效催化量 的二氧化硫蒸气，这导致粘结剂的几乎瞬时固化，由此产生需要形状的制 件。砂子混合物暴露至气体的时间通常是0.5-10秒钟。任选可以使用作为 载气的氮气与含35重量°/。或更多的二氧化硫的混合气，如US 4,526,219和 4,518,723中所描述的，其内容通过引用结合在此。
型芯和/或模具可结合到模具组件中。当制作浇铸体时，通常将单个的 部件或完整的组件用溶剂系或水系难熔耐火性涂料涂覆，在后者的情况下， 通过传统烘箱或微波炉来从涂料除水。熔融金属被倒进并围绕在模具组件 周围，在此处其冷却并凝固成为金属制件。在冷却和凝固之后，将金属制 件与模具组件分开，如果使用砂型芯来产生浇铸件中的型腔和通道，则将
砂子抖出金属制件，接下来如果需要就进行清洁和机械加工。金属制件可 以由铁制金属或非铁制金属制造。縮写
以下縮写被用在实施例中
S画l Y-环氧丙氧基丙基三甲氧基硅烷(例如购自GE Silicones的 SILQUEST A-187)
S-2 乙烯基三甲氧基硅烷(例如购自GE Silicones的SILQUEST A-171)
S-3 ，异氰酸丙基三乙氧基硅烷(例如购自GE Silicones的 SILQUEST A-1310)
S-4 辛基三乙氧基硅垸(例如购自GE Silicones的SILQUEST A-137)
S-5 Y-丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷(例如购自Shinetsu的 KBM-5103硅烷)
Bis-A环氧双酚A环氧树脂，1.9官能度，EEW 184-192， 25"C下的粘 度为13,000 cPs (例如购自Dow的DER⑧331)
Bis-F环氧双酚F环氧树脂，2.0官能度，EEW 165-170， 25。C下的粘 度为3,500 cPs (例如购自Dow的DER 354)
EPN 环氧酚醛清漆树脂，3.6官能度，EEW 171-183， 52'C下的粘 度为20，000-30，000 cPs (例如购自CVC Specialty Chemicals的EPALLOY 8330)
CHP 氢过氧化异丙苯(例如GEO Specialty Chemicals)
TMPTA三羟甲基丙烷三丙烯酸酯(例如Cytec Surface Specialties, Inc.)
HDODA 1,6-己二醇二丙烯酸酯(例如Sartomer Company)
脂族溶剂煤油(例如够自Esso Chemical的KERO 1-K)
SCA 硅垸偶联剂(例如购自GE Silicones的SILQUEST A-187)
具体实施例方式
尽管本发明参考优选实施方案进行了描述，但是本领域技术人员可以 理解，在不背离本发明精神的情况下，可以产生各种变化，且等同方式可 以替代其组成部分。另外，在没有背离本发明本质精神的本发明的教导下， 可以进行很多改进，以适应具体的情况或材料。因此，本发明的目的不限 于预期为实施本发明而作为最佳方式公开的具体实施方案，本发明包括落
12入本发明权利要求保护范围的所有实施方案。在此应用中，所有的单位都 是公制单位，所有的量和百分数都是基于重量，除非另有明确说明。
耐腐蚀性的测量
腐蚀楔形物测试型芯采用以下实施例中给出的配方制得，并用来评价 耐腐蚀性。
WLTordoff等在AFS Transactions, 80-74, (152-153页)图7的"化学粘结 剂体系的测试浇铸件评价"中所示为腐蚀楔型物的形状以及测试方法图，其 由British Steel Casting Research Association开发，并通过引用结合在此。根 据该测试方法，熔融的铁通过灌注杯被倒入l-英寸直径、16-英寸高度的铸 道中，并以60度的角度撞击砂子的表面，以填充楔型的型腔。
当模具型腔充满时，停止倾倒，使试样冷却。当冷却后，将腐蚀楔型
物测试浇铸件移开，再确定腐蚀等级。如果发生了腐蚀，其会在测试楔型
物的倾斜侧面上显示出突起物。
耐腐蚀性基于测试结果以及由粘结剂制得的未涂覆型芯进行评价。腐 蚀的严重性通过分派以下数值等级来表示1=优异，2=良好，3=—般，4=
较差，5=非常差。这是非常严格的腐蚀测试。1或2的等级通常意味着如 果使用相同的骨料、粘结剂类型和应用水平，则在实际铸造实践中具有非 常优异的耐腐蚀性。等级为3或更高表示需要涂层。在某些腐蚀尤其严重 的测试中，可能会给出5+的等级，其表示超出级别的腐蚀。
实施例
将商购的S02固化2-部分环氧-丙烯酸酯冷芯盒粘结剂，即，可商购于 Ashland Specialty Chemical的ISOSET THERMOSHIELD 4480/4491用来 制造腐蚀楔型物测试型芯。
所述粘结剂的Part I (ISOSET THERMOSH正LD 4480)包括
Bis-F环氧 45-55%
EPN 10-20%
CHP 23-41%
粘结剂的Part II (ISOSET THERMOSH正LD 4491)包括 Bis-A环氧 15-30%Bis-F环氧 15-30%
TMPTA 40-55%
HDODA 1-10%
脂族溶剂 1-10%
SCA <1%
将粘结剂以基于砂子重量1%的含量进行施用，Part I与Part II重量比 为60: 40。
比较例A
(没有提高含量的有机官能的硅烷)
腐蚀楔型物测试型芯通过混合3000克其中加有18克Part I和12克Part II的硅砂来制备。用高速Delonghi砂混机将各组分混合1分钟。砂子/树脂 混合物然后以60 psi用1秒钟吹入金属模型中，用二氧化硫气体化2秒钟， 用空气吹扫12秒钟以固化混合物，由此得到重约1240克的测试型芯。
将完成的测试型芯从金属模型中取出，并插入腐蚀楔型物测试组件中。 将熔融的2600 F的灰铸铁(GI 30)倒入常水头(constant head)灌注杯中以流下 铸道，撞击测试型芯的倾斜表面，并填充楔型的模具型腔。当模具型腔被 充满后，停止倾倒并使浇铸件冷却。当冷却后，将腐蚀楔型物测试浇铸件 移开，再确定腐蚀等级。
以上的粘结剂导致的腐蚀等级为4.5(较差)。图1所示为腐蚀等级为4.5 的试验浇铸件的代表性实例。
实施例1
(提高含量的有机官能的硅烷，5%的S-l ，以Part I和Part II的总重量计) 准备比较例A，除了另外的有机官能的硅烷被加入砂子混合物中，作
为第三部分，以得到粘结剂-砂子混合物中提高含量的有机官能的硅烷。 测试型芯通过混合其中加有18克Partl和12克Part II的3000克硅砂
来制备。然后将1.5克有机官能的硅烷S-I加入，并再次开始混合。该粘结
剂导致的腐蚀等级为2.5(良好)。图2所示为腐蚀等级为2.5的腐蚀楔形物
试验浇铸件的代表性实例。实施例2
(提高含量的有机官能的硅烷，5%的S-2，以Part I和Part II的总重量计) 重复实施例l，除了使用有机官能的硅垸S-2。
测试型芯通过混合其中加有18克Part I和12克Part II的3000克硅砂 来制备。然后将1.5克有机官能的硅垸S-2加入，并再次开始混合。 该粘结剂导致的腐蚀等级为2.0(良好)。
实施例3
(提高含量的有机官能的硅垸，5%的S-5，以Part I和Part II的总重量计) 重复实施例l，除了使用有机官能的硅垸S-5。
测试型芯通过混合其中加有18克Part I和12克Part II的3000克硅 砂来制备。然后将1.5克有机官能的硅烷S-5加入，并再次开始混合。 该粘结剂导致的腐蚀等级为2.5(良好)。
实施例4
(提高含量的有机官能的硅垸，5%的S-4，以Part I和Part II的总重量计) 重复实施例l，除了使用有机官能的硅烷S-4。
测试型芯通过混合其中加有18克Part I和12克Part II的3000克硅 砂来制备。然后将1.5克有机官能的硅烷S-4加入，并再次开始混合。 该粘结剂导致的腐蚀等级为2.5(良好)。
实施例5
(提高含量的有机官能的硅垸，5。/。的S-3，以Part I和Part II的总重量计) 重复实施例l，除了使用有机官能的硅垸S-3。
测试型芯通过混合其中加有18克Part I和12克Part II的3000克硅 砂来制备。然后将1.5克有机官能的硅垸S-3加入，并再次开始混合。 该粘结剂导致的腐蚀等级为2.5(良好)。 以上各实施例的结果汇总在下表I中。表I
(在环氧-丙烯酸酯冷芯盒粘结剂体系中使用提高含量的有机官能的硅 烷对采用粘结剂制备的铸造形体耐腐蚀性的作用)
实施例PartI与PartII.的比例有机官能的硅烷的量 (pbw，基于100份粘 结剂)测试型芯的 耐腐蚀性
A60: 40<1.04.5
160: 405.02.5
260: 405.02.0
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表I中数据显示，提高含量有机官能的硅烷导致测试型芯耐腐蚀性的 改进。所述改进是非常明显的，因为其可以使铸造能够使用无难熔耐火涂 层的型芯或模具，由此减低砂型铸造的复杂性，节省时间和费用。
1权利要求
1. 一种制备铸造形体的方法，其包括(a)将铸造混合物加入模型中，以形成铸造形体；和(b)用气态二氧化硫固化所述形体，其中所述铸造混合物包含(c)90-99重量份的铸造骨料；和铸造粘结剂，该铸造粘结剂包含(d)20-70重量份的环氧树脂；(e)5-50重量份的丙烯酸酯；(f)至少3. 0重量％的有机官能的硅烷，(g)有效量的过氧化物，条件是(d)不与(g)混合，其中所述重量份为基于100份粘结剂。
2. 权利要求1的方法，其中所述粘结剂包含约40-65重量份的环氧树 脂；5-30重量份的丙烯酸酯；15-20重量份的自由基引发剂；以及4-6重量 份的有机官能的硅垸，其中所述重量份为基于IOO份粘结剂。
3. 权利要求2的方法，其中所述环氧树脂包括衍生自以下组中的双酚 的环氧树脂双酚A、双酚F、以及它们的混合物。
4. 权利要求3的方法，其中所述环氧树脂的环氧当量重量为约165-225 克/当量。
5. 权利要求4的方法，其中所述丙烯酸酯是单体。
6. 权利要求5的方法，其中所述丙烯酸酯是三羟甲基丙垸三丙烯酸酯、 己二醇二丙烯酸酯、及它们的混合物。
7. 权利要求6的方法，其中所述硅烷选自以下组中Y-环氧丙氧基丙 基三甲氧基硅烷、乙烯基三甲氧基硅烷、Y-异氰酸丙基三乙氧基硅烷、辛 基三乙氧基硅烷、以及Y-丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅垸。
8. 根据权利要求l、 2、 3、 4、 5、 6或7制备的铸造形体。
9. 一种浇铸金属制件的方法，其包括(a) 制造根据权利要求8的未涂覆铸造形体；(b) 将尚处于液体状态的所述金属倒入所述铸造形体中；(c) 使所述金属冷却并凝固；以及(d) 然后将浇铸制件分开。
10. 根据权利要求9制备的金属浇铸件。
全文摘要
本发明涉及一种使用含氧化剂和提高含量的有机官能硅烷的环氧-丙烯酸酯冷芯盒粘结剂来制备铸造形体(例如型芯和模具)的方法，该铸造形体在二氧化硫的存在下固化；并涉及使用所述铸造形体浇铸金属的方法。所得金属部件具有较少的浇铸缺陷，因为使用所述粘结剂制得的铸造形体更耐腐蚀。
文档编号B22D23/00GK101484258SQ200780025560
公开日2009年7月15日 申请日期2007年7月5日 优先权日2006年7月6日
发明者H·R·施莱弗, J·克罗克尔, 王显平 申请人:亚什兰许可和知识产权有限公司