本发明涉及铸造行业中的造型材料领域,具体指一种磷酸盐粘结剂自硬砂固化剂及其制备方法。
背景技术
随着环保监管日益严格，人们的环保意识的觉醒，对于传统的有机树脂粘结剂所造成的环境污染问题不可忽视，但传统的无机粘结剂，由于造型强度低、型砂溃散性差等各种问题在实际应用中效果均不甚理想。寻求一种可以替代传统有机树脂砂的新型无机粘结剂迫在眉睫。
磷酸盐粘结剂是一种绿色环保铸造粘结剂固化温度低,耐热性好,发气量小，高温溃散性好，回用性好且工艺简单、成本低等优点，是一种很有应用价值及应用前景的造型材料。目前磷酸盐粘结剂砂固化方式主要有加热硬化及加固化剂自硬，通过加热硬化所制得的砂芯初强度较高,但容易吸湿,受环境影响极大，对存放环境要求极为严苛，从而极大地制约了其在铸造生产中的使用。而使用固化剂进行固化的方式可使型砂在常温下硬化成型,不仅可以降低能耗，而且在生产中可以改善操作工人的工作环境。两者固化机理完全不同，前者是利用加热物理脱水硬化，存放过程中失去水分的砂型(芯)又极易吸湿，后者则是通过化学反应形成稳定的化合物。但目前所使用碱金属类固化剂在保存过程中强度稳定性方面表现较差。
技术实现要素：
为了克服现有技术存在的不足，本发明的目的是提供一种应用于磷酸盐自硬砂的新型固化剂，代替目前现有与磷酸盐粘结剂配套固化剂制备的砂型(芯)存放过程中强度不稳定的技术难题。
本发明的另一目的是提供上述新型固化剂的制备方法，采用机械搅拌+表面包覆+机械搅拌联合作用，使助剂材料包覆于冶金镁砂粉颗粒表面，得到性能更好的固化剂。
本发明的又一目的是提供上述新型固化剂的使用方法。
本发明的目的通过以下技术方案完成：
第一方面，提供一种磷酸盐粘结剂自硬砂固化剂，所述固化剂按重量百分比由以下组分组成：44.06％-45.17％破碎冶金镁砂粉，所述破碎冶金镁砂粉为采用破碎机将冶金镁砂粉破碎至粒度为1300～1600目，6.13％-7.48％硅溶胶，1.44％-2.22％硅烷偶联剂kh550，2.22％-2.99％尿素，42.99％-45.98％水。
上述硅溶胶为工业级。
上述尿素为分析纯级。
上述水为纯净水。
第二方面，提供上述磷酸盐粘结剂自硬砂固化剂的制备方法，步骤如下：
(1)采用破碎机将冶金镁砂粉破碎至粒度为1300～1600目；
(2)按上述配比称取破碎后的镁砂粉、硅溶胶、尿素、水、硅烷偶联剂kh550备用；
(3)向搅拌桶中加入占总水量约40％-50％的水，开动搅拌器；
(4)分别向搅拌桶加入尿素、硅溶胶、硅烷偶联剂kh550搅拌并缓缓加入余量水搅拌至均匀后出料；
(5)将(4)所得产物缓缓加入破碎冶金镁砂粉中充分搅拌直至混合溶液均匀无明显颗粒，得到悬浊液状混合物；
(6)将悬浊液状混合物置于100℃烘箱中脱水烘干6小时后取出，用破碎机充分破碎，得到粒度为325～400目的粉状固化剂。
本发明的技术原理：本发明固化剂中主要成分为冶金镁砂粉，可与磷酸盐粘结剂发生固化反应，使试样具有一定的强度，较好的抗吸湿性能，但冶金镁砂粉活性大，反应速度过快，强度较低。通过偶联剂与硅溶胶包覆于冶金镁砂粉表面,降低冶金镁砂粉的反应活性，同时可以提高粘结剂的粘结强度。尿素的使用目的在于减缓硅溶胶和偶联剂反应速度。水作为反应的媒介可以溶解稀释偶联剂、尿素、硅溶胶，使得各组分能与冶金镁砂粉充分结合包覆于冶金镁砂粉表面。
第三方面，提供上述磷酸盐粘结剂自硬砂固化剂的使用方法，称取原砂重量2.5％的磷酸盐粘结剂和粘结剂重量10％的固化剂备用，将原砂与所述固化剂混合搅拌90s，然后加入磷酸盐粘结剂搅拌60s后出砂，倒入标准8字形模具中制备砂样，硬化20-30min后起模，硬化后脱模存放，每隔24小时测试一次抗拉强度，一共测试四次。
本发明的有益效果：本发明通过机械破碎+表面包覆+机械搅拌联合处理的方式，首先使冶金镁砂粉充分破碎，增大粉体比表面积，然后通过表面包覆的方式，使硅溶胶、偶联剂等助剂包覆于冶金镁砂粉表面，形成均匀悬浊液，再通过烘干破碎，得到成品固化剂。由于破碎后的冶金镁砂粉粒度小，在水的作用下，尿素、硅溶胶、偶联剂等助剂能充分地润湿并包覆于粉体表面，能减缓冶金镁砂粉与粘结剂的反应速度；通过烘干破碎获得的成品固化剂，粒度小，能够细化固化产物，从而提高试样强度。本发明所制得粉末固化剂制备工艺简单、性能良好，存放稳定且绿色环保、无污染。
具体实施方式
通过以下详细说明可以进一步理解本发明的特点和优点。所提供的实施例仅是对本发明方法的说明，而不以任何方式限制本发明揭示的其余内容。
对比例：
称取原砂1000g，磷酸盐粘结剂25g，2.5g冶金镁砂粉用作固化剂备用。将原砂与所述固化剂混合搅拌90s，加入磷酸盐粘结剂搅拌60s后出砂，倒入标准8字形模具中制备砂样，硬化20-30min后起模，硬化后脱模存放，每隔24小时测试一次抗拉强度。
实施例1
1)取一定量冶金镁砂粉进行破碎至粒度为1300～1600目；
2)称取100g破碎后的冶金镁砂粉，硅溶胶15g，偶联剂5g，尿素5g，水100g备用；
3)取2)中的50g水加入搅拌桶中，开动搅拌器，将尿素、硅溶胶、偶联剂分别加入搅拌桶中搅拌，同时缓缓加入剩余的50g水，继续搅拌直至均匀后备用；
4)取第3)步的混合液缓缓加入1)中的镁砂粉中，边加边搅拌，直至无明显颗粒状为止，得到悬浊液状混合物；
5)将悬浊液状混合物置于烘箱100℃烘干6小时后取出破碎至粒度为325～400目；
6)称取1000g原砂，25g磷酸盐粘结剂，2.5g固化剂备用。先将固化剂与原砂混合均匀，然后加入磷酸盐粘结剂混合均匀后出砂，将混合均匀的砂料倒入标准8字样模具中制样，硬化后脱模存放，每隔24小时测试一次抗拉强度。
实施例2
1)取一定量冶金镁砂粉进行破碎至粒度为1300～1600目；
2)称取110g破碎后的镁砂粉，硅溶胶18g，偶联剂3.5g，尿素7g，水105g备用；
3)取2)中的50g水加入搅拌桶中，开动搅拌器，将尿素、硅溶胶、偶联剂分别加入搅拌桶中搅拌，同时缓缓加入剩余的60g水，继续搅拌直至均匀后备用；
4)取第3)步的混合液缓缓加入1)中的镁砂粉中，边加边搅拌，直至无明显颗粒状为止，得到悬浊液状混合物；
5)将悬浊液状混合物置于烘箱100℃烘干6小时后取出破碎至粒度为325～400目；
6)称取1000g原砂，25g磷酸盐粘结剂，2.5g固化剂备用。先将固化剂与原砂混合均匀，然后加入磷酸盐粘结剂混合均匀后出砂，将混合均匀的砂料倒入标准8字样模具中制样，硬化后脱模存放，每隔24小时测试一次抗拉强度。
实施例3
1)取一定量冶金镁砂粉进行破碎至粒度为1300～1600目；
2)称取120g破碎后的镁砂粉，硅溶胶20g，偶联剂4.5g，尿素8g，水115g备用；
3)取2)中的55g水加入搅拌桶中，开动搅拌器，将尿素、硅溶胶、偶联剂分别加入搅拌桶中搅拌，同时缓缓加入剩余的60g水，继续搅拌直至均匀后备用；
4)取第3)步的混合液缓缓加入1)中的镁砂粉中，边加边搅拌，直至无明显颗粒状为止，得到悬浊液状混合物；
5)将悬浊液状混合物置于烘箱100℃烘干6小时后取出破碎至粒度为325～400目；
6)称取1000g原砂，25g磷酸盐粘结剂，2.5g固化剂备用。先将固化剂与原砂混合均匀，然后加入磷酸盐粘结剂混合均匀后出砂，将混合均匀的砂料倒入标准8字样模具中制样，硬化后脱模存放，每隔24小时测试一次抗拉强度。
实施例4
1)取一定量冶金镁砂粉进行破碎至粒度为1300～1600目；
2)称取115g破碎后的镁砂粉，硅溶胶16g，偶联剂4g，尿素6g，水120g备用；
3)取2)中的60g水加入搅拌桶中，开动搅拌器，将尿素、硅溶胶、偶联剂分别加入搅拌桶中搅拌，同时缓缓加入剩余的60g水，继续搅拌直至均匀后备用；
4)取第3)步的混合液缓缓加入1)中的镁砂粉中，边加边搅拌，直至无明显颗粒状为止，得到悬浊液状混合物；
5)将悬浊液状混合物置于烘箱100℃烘干6小时后取出破碎至粒度为325～400目；
6)称取1000g原砂，25g磷酸盐粘结剂，2.5g固化剂备用。先将固化剂与原砂混合均匀，然后加入磷酸盐粘结剂混合均匀后出砂，将混合均匀的砂料倒入标准8字样模具中制样，硬化后脱模存放，每隔24小时测试一次抗拉强度。
型砂性能测试
注：试验温度范围：20-35℃、湿度范围30％-60％
本发明提供的一种用于磷酸盐粘结剂的固化剂制备的干强度高，存放过程中强度稳定性好。