本发明涉及铸造技术领域，具体为一种热固化磷酸盐铸造粘结剂及其制备与使用方法。
背景技术：
目前铸造行业广泛使用的是热固化(覆膜砂)或三乙胺冷芯盒法制造砂芯或砂型，由于用的是有机粘结剂，二者均不环保，无论是常温还是加热固化过程均有气味，对人体伤害大，在金属液浇注过程中树脂燃烧产生大量有害气体，属于逐步禁止使用的材料。磷酸盐粘结剂作为一种绿色环保的粘结剂，具有无毒无害且溃散性好的特点，但相较于传统的有机树脂粘结剂其具有加热固化速度慢，固化后砂型抗吸湿性差等缺点。因此如果应用于代替有机树脂在加热条件下能迅速固化使用需要解决这些问题。
本发明采用有机酸、无机酸及水溶性高分子材料对磷酸盐粘结剂进行改性，以达到明显改善磷酸盐粘结剂热硬砂性能的目的。
技术实现要素：
本发明的目的在于提供一种热固化磷酸盐铸造粘结剂及其制备与使用方法，以解决上述背景技术中提出的问题。
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种热固化磷酸盐铸造粘结剂，该热固化磷酸盐铸造粘结剂包括如下组成成分：50％～57％工业磷酸、9％～12％氢氧化铝、0.75％～2.18％硼酸、0.66～2.48％柠檬酸、0.075％～0.57％硅酸、0.075％～0.47％水溶性高分子材料、0.75％～3.53％碳酸镁、3.5％～6.5％氯化镁，0.035％～0.19％硅烷偶联剂和23％～26％纯净水。
优选的，所述水溶性高分子材料为聚乙烯吡咯烷酮，且聚乙烯吡咯烷酮的分子量为k30至k90粉末状。
优选的，所述硅酸为固体粉末状。
一种热固化磷酸盐铸造粘结剂的制备方法，该热固化磷酸盐铸造粘结剂的制备方法包括如下步骤：
s1：将磷酸与氢氧化铝粉末加入到三口反应釜中，开启搅拌器与加热器，缓慢加热至180～200℃；
s2：待反应釜内反应结束后，将硼酸与柠檬酸加入反应釜中，继续搅拌反应直至反应釜内溶液呈透明状，此过程约为15min；
s3：加入硅酸，继续搅拌约15min，硅酸粉末溶解，反应釜中溶液恢复透明；
s4：加入硅烷偶联剂，继续搅拌约10min；
s5：加入水溶性高分子材料，继续搅拌反应约15min后出料；
s6：加入碳酸镁；
s7：加入氯化镁，继续搅拌至完全溶解为止。
一种热固化磷酸盐铸造粘结剂的使用方法，该热固化磷酸盐铸造粘结剂的使用方法包括如下步骤：称取标准砂和该热固化磷酸盐粘结剂，先将砂加入混砂机，启动混砂机，然后慢慢倒入粘结剂，加完后搅拌均匀。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：该发明提出的一种热固化磷酸盐铸造粘结剂及其制备与使用方法，该热固化磷酸盐铸造粘结剂具有粘结强度高，硬化快，抗湿性好等优点，制备方法简单，成本低廉。
具体实施方式
下面对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
本发明提供一种热固化磷酸盐铸造粘结剂，该热固化磷酸盐铸造粘结剂包括如下组成成分：
50％～57％工业磷酸、9％～12％氢氧化铝、0.75％～2.18％硼酸、0.66～2.48％柠檬酸、0.075％～0.57％硅酸，硅酸为固体粉末状、0.075％～0.47％水溶性高分子材料，水溶性高分子材料为聚乙烯吡咯烷酮，且聚乙烯吡咯烷酮的分子量为k30至k90粉末状、0.75％～3.53％碳酸镁、3.5％～6.5％氯化镁，0.035％～0.19％硅烷偶联剂和23％～26％纯净水。
本发明还提供热固化磷酸盐铸造粘结剂的制备方法，其特征在于：该热固化磷酸盐铸造粘结剂的制备方法包括如下步骤：
s1：将磷酸与氢氧化铝粉末加入到三口反应釜中，开启搅拌器与加热器，缓慢加热至180～200℃；
s2：待反应釜内反应结束后，将硼酸与柠檬酸加入反应釜中，继续搅拌反应直至反应釜内溶液呈透明状，此过程约为15min；
s3：加入硅酸，继续搅拌约15min，硅酸粉末溶解，反应釜中溶液恢复透明；
s4：加入硅烷偶联剂，继续搅拌约10min；
s5：加入水溶性高分子材料，继续搅拌反应约15min后出料；
s6：加入碳酸镁；
s7：加入氯化镁，继续搅拌至完全溶解为止。
本发明又提供一种热固化磷酸盐铸造粘结剂的使用方法，该热固化磷酸盐铸造粘结剂的使用方法包括如下步骤：称取标准砂和该热固化磷酸盐粘结剂，先将砂加入混砂机，启动混砂机，然后慢慢倒入粘结剂，加完后搅拌均匀。
使用本申请发明的热硬化磷酸盐粘结剂来制作砂样，粘结剂合成及砂样制备实例如下：
实例一：
按比例称取85％工业磷酸342g、氢氧化铝粉末60g、硼酸6g、柠檬酸4.8g、硅酸2.04g、pvp1.14克，碳酸镁8.28克，氯化镁31.2克，硅烷偶联剂0.54g和水144克；
制备步骤：
1、将342g工业磷酸与60g氢氧化铝粉末加入到三口反应釜中，开启搅拌器与加热器，缓慢加热至180～200℃；
2、待反应釜内反应结束后，将6g硼酸与4.8g柠檬酸加入反应釜中，继续搅拌反应直至反应釜内溶液呈透明状，此过程约为15min；
3、加入2.04g硅酸，继续搅拌约15min，硅酸粉末溶解，反应釜中溶液恢复透明；
4、加入硅烷偶联剂0.54g，搅拌5分钟；
5、加入pvp1.14克，继续搅拌约30min，pvp逐渐溶解，反应釜中溶液恢复透明；
6、将碳酸镁8.28克加入144克水中，搅拌均匀，然后缓慢加入反应釜中，加完后继续搅拌20分，至溶液透明为止；
7、加入氯化镁31.2克，继续搅拌10分钟，粘结剂即合成完毕。砂样制备：
称取1000g标准砂，30g磷酸盐粘结剂，先将砂加入混砂机、启动搅拌机，然后慢慢倒入粘结剂，加完后搅拌2分钟，然后出砂的型砂混合料。将混合料填入聚四氟乙烯制样模具内制成砂样，将其放入实验微波炉内，关好门，启动微波炉，烘干5分钟，取出模具内的砂样，共制备15个试样，大约冷却15分钟左右至室温即可测试硬化强度，取3个试样，取强度的平均值为砂样的强度值，将剩余试样放入相对湿度为40％的恒湿室，以后每隔一定时间取3个试样测试强度，结果见表1。
表1
实例二：
按比例称取85％工业磷酸330g、氢氧化铝粉末60g、硼酸7.8g、柠檬酸10.14g、硅酸1.14g、pvp1.74克，碳酸镁11.64克，氯化镁39克，硅烷偶联剂0.54g，水138克；
制备步骤：
1、将330g工业磷酸与60g氢氧化铝粉末加入到三口反应釜中，开启搅拌器与加热器，缓慢加热至180～200℃；
2、待反应釜内反应结束后，将7.8g硼酸与10.14g柠檬酸加入反应釜中，继续搅拌反应直至反应釜内溶液呈透明状，此过程约为15min；
3、加入1.14g硅酸，继续搅拌约15min，硅酸粉末溶解，反应釜中溶液恢复透明；
4、加入硅烷偶联剂0.54g，搅拌5分钟；
5、加入pvp1.74克，继续搅拌约30min，pvp逐渐溶解，反应釜中溶液恢复透明；
6、将碳酸镁11.64克加入138克水中，搅拌均匀，然后缓慢加入反应釜中，加完后继续搅拌20分，至溶液透明为止；
7、加入氯化镁39克，继续搅拌10分钟，粘结剂即合成完毕。砂样制备：
称取1000g标准砂，30g磷酸盐粘结剂，先将砂加入混砂机、启动搅拌机，然后慢慢倒入粘结剂，加完后搅拌2分钟，然后出砂的型砂混合料。将混合料填入聚四氟乙烯制样模具内制成砂样，将其放入实验微波炉内，关好门，启动微波炉，烘干5分钟，取出模具内的砂样，共制备15个试样，大约冷却15分钟左右至室温即可测试硬化强度，取3个试样，取强度的平均值为砂样的强度值，将剩余试样放入相对湿度为40％的恒湿室，以后每隔一定时间取3个试样测试强度，结果见表2。
表2
实例三：
按比例称取85％工业磷酸324g、氢氧化铝粉末54g、硼酸9.6g、柠檬酸14.88g、硅酸1.68g、pvp2.28克，碳酸镁15.42克，氯化镁33克，硅烷偶联剂1.14g，水144克；
制备步骤：
1、将324g工业磷酸与54g氢氧化铝粉末加入到三口反应釜中，开启搅拌器与加热器，缓慢加热至180～200℃；
2、待反应釜内反应结束后，将9.6g硼酸与14.88g柠檬酸加入反应釜中，继续搅拌反应直至反应釜内溶液呈透明状，此过程约为15min；
3、加入1.68g硅酸，继续搅拌约15min，硅酸粉末溶解，反应釜中溶液恢复透明；
4、加入硅烷偶联剂1.14g，搅拌5分钟；
5、加入pvp2.28克，继续搅拌约30min，pvp逐渐溶解，反应釜中溶液恢复透明；
6、将碳酸镁15.42克加入144克水中，搅拌均匀，然后缓慢加入反应釜中，加完后继续搅拌20分，至溶液透明为止；
7、加入氯化镁33克，继续搅拌10分钟，粘结剂即合成完毕。砂样制备：
称取1000g标准砂，30g磷酸盐粘结剂，先将砂加入混砂机、启动搅拌机，然后慢慢倒入粘结剂，加完后搅拌2分钟，然后出砂的型砂混合料。将混合料填入聚四氟乙烯制样模具内制成砂样，将其放入实验微波炉内，关好门，启动微波炉，烘干5分钟，取出模具内的砂样，共制备15个试样，大约冷却15分钟左右至室温即可测试硬化强度，取3个试样，取强度的平均值为砂样的强度值，将剩余试样放入相对湿度为40％的恒湿室，以后每隔一定时间取3个试样测试强度，结果见表3。
表3
实例四：
按比例称取85％工业磷酸318g、氢氧化铝粉末66g、硼酸12.6g、柠檬酸3.96g、硅酸3.42g、pvp2.82克，碳酸镁21.18克，氯化镁21克，硅烷偶联剂1.02g，水150克；
制备步骤：
1、将318g工业磷酸与66g氢氧化铝粉末加入到三口反应釜中，开启搅拌器与加热器，缓慢加热至180～200℃；
2、待反应釜内反应结束后，将12.6g硼酸与3.96g柠檬酸加入反应釜中，继续搅拌反应直至反应釜内溶液呈透明状，此过程约为15min；
3、加入3.42g硅酸，继续搅拌约15min，硅酸粉末溶解，反应釜中溶液恢复透明；
4、加入硅烷偶联剂1.02g，搅拌5分钟；
5、加入pvp2.82克，继续搅拌约30min，pvp逐渐溶解，反应釜中溶液恢复透明；
6、将碳酸镁21.18克加入150克水中，搅拌均匀，然后缓慢加入反应釜中，加完后继续搅拌20分，至溶液透明为止；
7、加入氯化镁21克，继续搅拌10分钟，粘结剂即合成完毕。砂样制备：
称取1000g标准砂，30g磷酸盐粘结剂，先将砂加入混砂机、启动搅拌机，然后慢慢倒入粘结剂，加完后搅拌2分钟，然后出砂的型砂混合料。将混合料填入聚四氟乙烯制样模具内制成砂样，将其放入实验微波炉内，关好门，启动微波炉，烘干5分钟，取出模具内的砂样，共制备15个试样，大约冷却15分钟左右至室温即可测试硬化强度，取3个试样，取强度的平均值为砂样的强度值，将剩余试样放入相对湿度为40％的恒湿室，以后每隔一定时间取3个试样测试强度，结果见表4。
表4
尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。