本发明属于铸造造型领域，具体的说是涉及铸造造型领域中的型砂粘结剂、制备方法及应用。
背景技术：
目前铸造造型领域中，型砂粘结剂主要分为两大类：无机粘结剂和有机粘结剂。无机粘结剂是以水玻璃作为主要成分的粘结剂。有机粘结剂是以呋喃树脂、酚醛树脂等为主要成分的粘结剂
但是这两种类型的粘结剂都存在一定缺点。有机粘结剂具有刺激性气味大、浇铸过程产生大量的有毒气体、环境污染严重，以及有机树脂价格较高等缺点，使得有机粘结剂的使用受到较大的限制。而以水玻璃为主的无机粘结剂则具有不产生刺激性有毒气体、无黑色污染、价格低廉的优势。但是，型砂采用水玻璃作为粘结剂制备得到的砂型在使用过程中存在两大难题：一方面，砂型浇注后粘结剂经过高温烧结生成陶瓷相，造成型砂的溃散性变差，铸件清理异常困难；另一方面，使用过的旧砂结块严重、强度很高，回收和再利用非常困难，一般旧砂只能作为固体废弃物排放，而这些结块的旧砂很难分解，从而造成严重的环境污染。
为了解决现有技术中采用水玻璃粘结剂的砂型溃散性差、难以回收再利用的问题，本领域技术人员通常将水玻璃和树脂混合使用，树脂用量较大，故而这种方法并未充分体现水玻璃粘结剂的绿色环保优势，同时也会带入树脂粘结剂价格昂贵、环境污染严重等众多缺陷。
故，改善现有技术中将水玻璃和树脂混合使用过程中存在的缺点，提供一种既环保、又具有良好溃散性能的型砂用粘结剂，依然是本领域技术人员所要追求的目标。
技术实现要素：
本发明针对上述现有技术的不足，提供一种将水玻璃和树脂通过特定组分及比例配比、获得既环保又具有良好溃散性能的型砂用粘结剂。
本发明采用的技术方案是：一种铸造砂型用粘结剂，各原料组分按重量百分比为：
钠水玻璃1-90％、钾水玻璃1-90％，锂水玻璃1％，糊精0.5％，羧甲基纤维素钠0.5％，海藻酸钠0.5％，二氧化碳硬化酚醛树脂0.5％，水3％。各组分用量之和为100。
优选地，所述钠水玻璃为模数2.5波美度50°的钠水玻璃；所述钾水玻璃为模数2.5波美度50°的钾水玻璃。所述锂水玻璃模数(m)为4.8。
优选地，所述钠水玻璃重量百分比为10-90％、钾水玻璃重量百分比为4-84％。
本发明粘结剂的制备方法是：采用混合搅拌法，按照顺序称取原料，常温下加入到搅拌机中搅拌混匀即可。搅拌时环境温度为15-30℃。
本发明还提供所述的铸造砂型用粘结剂在以含硅量≥98％的硅砂或宝珠砂为型砂的铸造造型中的应用。所述型砂和粘结剂的重量配比为100：1～5。
本发明粘结剂的使用方法是：以含硅量大于等于98％的硅砂或宝珠砂作为型砂，按照粘结剂占型砂1-5％的比例进行配比形成型砂配方。具体方法：称取硅砂或宝珠砂100kg，加入混砂机，然后称取粘结剂1-5kg；将粘结剂缓慢加入型砂中，加入粘结剂的同时进行混砂搅拌，直至搅拌均匀。
本发明粘结剂将无机粘结剂同有机粘结剂进行复合，可采用二氧化碳进行硬化，硬化方便快速，24小时常温强度可达1mpa以上，另外加入了糊精、羧甲基纤维素钠、海藻酸钠提高了型砂的湿强度(可达0.2mpa)，同时使型砂在高温浇铸后的强度低于0.6mpa，显著改善型砂的溃散性。
本发明具有如下有益效果：
1、解决了现有无机粘结剂型砂的溃散性差，型砂清理困难，旧砂回用困难，有大量废砂排放的问题。
采用钠水玻璃、钾水玻璃、锂水玻璃作为粘结剂，糊精、羧甲基纤维素钠、海藻酸钠、二氧化碳硬化酚醛树脂作为改性材料，选用高耐火度型砂形成合适的型砂配比，既达到较高的常温强度，满足造型使用，金属液浇铸后粘结剂中少量的有机树脂烧损从而改善型砂的溃散性(即高温浇铸后的强度低于0.6mpa)，使旧砂具备回用性能，减少废砂的排放。
2、无空气污染，解决了现有有机粘结剂有毒气体的产生及排放问题。
本发明采用钠水玻璃、钾水玻璃、锂水玻璃作为粘结剂，糊精、羧甲基纤维素钠、海藻酸钠、二氧化碳硬化酚醛树脂作为改性材料，配方及用量经过精心研制而得。二氧化碳硬化酚醛树脂用量极少，从而在高温浇铸过程中大幅度降低有毒气体的分解产生和排放。实践表明在实际浇铸过程几乎不产生有毒气体，型砂可以循环使用。
3、成本较低。
本发明方法旧砂可以循环使用，同时有机粘结剂用量极少，大幅降低成本；且所用无机粘结剂成本较低，因此，从总体上极大地降低造型成本，更适于工业化生产应用。
具体实施方式
下面结合具体实施例和试验例对本发明的技术方案和技术效果做进一步说明，下述说明不应理解为对本发明的限制。本发明各实施例中钠水玻璃为模数2.5波美度50°的钠水玻璃；钾水玻璃为模数2.5波美度50°的钾水玻璃；锂水玻璃模数(m)为4.8，各原料均为市售成品(例如锂水玻璃可以采用青岛优索化学科技有限公司生产的模数4.8的硅酸锂产品)，可从商业途径获得。
实施例1、一种铸造砂型用粘结剂取名a，各原料组分按重量配比如下：钠水玻璃10％、钾水玻璃84％，锂水玻璃1％，糊精0.5％，羧甲基纤维素钠0.5％，海藻酸钠0.5％，二氧化碳硬化酚醛树脂0.5％，水3％。
制备采用混合搅拌法，按照顺序称取原料，加入到搅拌机中搅拌混匀即可。搅拌时环境温度为15-30℃。
实施例2、一种铸造砂型用粘结剂取名b，各原料组分按重量配比如下：钠水玻璃30％、钾水玻璃64％，锂水玻璃1％，糊精0.5％，羧甲基纤维素钠0.5％，海藻酸钠0.5％，二氧化碳硬化酚醛树脂0.5％，水3％。
本发明粘结剂的制备方法同实施例1。
实施例3、一种铸造砂型用粘结剂取名c，各原料组分按重量配比如下：钠水玻璃50％、钾水玻璃44％，锂水玻璃1％，糊精0.5％，羧甲基纤维素钠0.5％，海藻酸钠0.5％，二氧化碳硬化酚醛树脂0.5％，水3％。
本发明粘结剂的制备方法同实施例1。
实施例4、一种铸造砂型用粘结剂取名d，各原料组分按重量配比如下：钠水玻璃70％、钾水玻璃24％，锂水玻璃1％，糊精0.5％，羧甲基纤维素钠0.5％，海藻酸钠0.5％，二氧化碳硬化酚醛树脂0.5％，水3％。
本发明粘结剂的制备方法同实施例1。
实施例5、一种铸造砂型用粘结剂取名e，各原料组分按重量配比如下：钠水玻璃90％、钾水玻璃4％，锂水玻璃1％，糊精0.5％，羧甲基纤维素钠0.5％，海藻酸钠0.5％，二氧化碳硬化酚醛树脂0.5％，水3％。
本发明粘结剂的制备方法同实施例1。
试验例
1、分别对采用实施例1-5得到的粘结剂，以含硅量大于等于98％的硅砂或宝珠砂作为型砂，按照粘结剂占型砂1-5％的比例进行匹配形成型砂配方，在混砂机中，将粘结剂缓慢加入型砂中，同时进行搅拌，直至搅拌均匀，制备的砂芯进行强度检测以及溃散性测试。
实验条件为：强度检测的方法参照gb2684-81《铸造用原砂及混合料试验方法》，
具体的试验设计及制备工艺见表1：
表1
2、采用粘结剂a-e分别对应制备得到的八字试块为c1-c5，其抗拉强度以及溃散性能、及制备工艺中有害气体排放量等测试结果见表2。
表2
固化方法：二氧化碳流量1.5m3/小时。
3、由水喷淋后全部溃散的砂型c1-c5烘去多余水分后，重新混合3分钟后出砂，通过mla1制芯机吹气压制成抗压ф50×50试块，制得抗压试块放置24小时后，将其置于不同温度的dc-b8/12智能箱式高温炉中保温20分钟，取出冷却至室温，测其残留抗压强度，结果见表3。
表3