一种复合吹气硬化水玻璃砂用添加剂及其使用方法

本发明属于铸造造型型砂添加剂，具体涉及一种复合吹气硬化水玻璃砂用添加剂及其使用方法。

背景技术：

0、技术背景

1、铸造行业对无机粘结剂型芯制造技术有着很高的期望，无机粘结剂确保释放的气体量低、无毒和环保，这使其在铸造中很有前景。水玻璃是一种传统的造型、制芯用的无机粘结剂，从20世纪50年代引入铸造生产，至今已有50多年的应用历史了。水玻璃砂使用性能优越灵活，既可造型也可制芯，最早的co2气体硬化冷芯盒工艺应属水玻璃-co2法。

2、目前无机粘结剂型芯制造技术所遇主要问题有：1)水玻璃砂粘度大，混制的型砂流动性差，对于复杂结构砂芯的成型末端很难成型致密，非常容易导致铸件凸瘤，夹砂和粘砂等铸造缺陷。2)二氧化碳气硬水玻璃砂工艺制备的型芯强度偏低，需要增加粘结剂的用量来提高强度，但会给之后型砂的清理带来麻烦，导致铸件难以清洁。co2硬化水玻璃砂存在的最大问题是浇注后溃散性差，铸件清砂及旧砂回用困难，严重阻碍了它的推广应用。

3、申请号为201110307628.2的中国发明专利公开了一种铸造用水玻璃砂的制备方法，该方法包括配制改性水玻璃和制备型砂两个步骤，其中配置改性水玻璃采用复合改性剂，所述复合改性剂由滑石粉、淀粉、聚丙烯醇、纳米氧化铝粉组成，其中以复合改性剂总量为基准滑石粉占35-50％，淀粉占6-12％，聚丙烯醇占14-18％，纳米氧化铝粉占25-35％。该方案提高了强度，并改善了溃散性，但未提及如何提高砂芯的流动性和后期强度，不能满足铸造行业的发展需求。

4、发明目的

5、本发明的目的是提供一种复合吹气硬化水玻璃砂用添加剂及其使用方法，克服现有技术的不足，优化添加剂组分，用以提高砂芯的流动性和强度，使砂芯在较低粘结剂添加量下仍具有高强度、良好流动性及溃散性，满足铸造行业对高端砂芯产品的需求。

6、为实现上述目的，本发明采用以下技术方案实现：

7、一种复合吹气硬化水玻璃砂用添加剂，其特征在于，由以下原料按重量百分比制成，聚乙烯醇水溶液10％～35％，异丙醇15％～35％，葡萄糖0％～10％，葡萄糖苷0％～10％，二氧化硅粉30％～50％。

8、所述二氧化硅粉具有表面si-oh活性，可通过干法、湿法、气相法表面活性改性得到。

9、所述聚乙烯醇水溶液浓度为2％-10％，聚乙烯醇平均分子量为16000-200000，聚合度为1700-2400，醇解度为88-99％。

10、所述异丙醇由正丙醇替代。

11、所述葡萄糖为阿洛酮糖、果糖、山梨糖、阿洛糖、阿卓糖、甘露糖、α-d-呋喃葡萄糖、β-d-呋喃葡萄糖中的任一种或任两种以上组合替代。

12、所述添加剂用于制备水玻璃砂芯，其按重量百分比的配方比例为：原砂、水玻璃粘结剂为原砂质量的2.0％-3.0％、添加剂为原砂质量的0.3％～1％，先将原砂与添加剂预混5-10s，再将水玻璃粘结剂加入预混物中，混合均匀即可用于制作砂芯。

13、所述制作砂芯的过程中，保持环境温度为25℃-30℃，设定混砂时间为60-120s，硬化工艺为：先吹co21s-120s，吹气压力0.2-0.3mpa，气体温度≤25℃，再换吹压缩空气≥45s，吹气压力≥0.3mpa，气体温度≤25℃。

14、所述原砂为锆英砂、铬铁矿砂、刚玉砂中的任一种替代；所述水玻璃粘结剂为树脂或黏土替代。

15、方案配方中，各组分协同作用。其中二氧化硅粉纯度≥90％，其主要作用是利用其较大的比表面积改善型砂的流动性，表面的活性si-oh与水玻璃粘结剂的中的si-oh反应能增强型芯强度。聚乙烯醇的化学式为[c2h4o]n，外观是白色片状、絮状或粉末状固体，无味。异丙醇的化学式是c3h8o，是正丙醇的同分异构体，为无色透明液体。葡萄糖苷是由天然脂肪醇和葡萄糖合成的，是一种非离子表面活性剂，兼具普通非离子和阴离子表面活性剂的特性，具有高表面活性、良好的生态安全性和相溶性。葡萄糖的分子式c6h12o6。

16、聚乙烯醇水溶液的浓度为2％-10％，聚乙烯醇可以选自平均分子量在16000-200000，聚合度在1700-2400，醇解度在88-99％。其具有优异的成膜性，在增强水玻璃砂芯粘结强度的基础上，可以有效提高型芯的韧性，进而提高水玻璃型芯综合强度。

17、异丙醇具有较强的保水性能，可以在二氧化碳吹入过多时保证二氧化碳在粘结剂中的低溶解度，进而防止水玻璃砂型芯强度在后期存储时下降。

18、葡萄糖的作用机理在于，其与水玻璃粘结剂混合后，因水玻璃的碱性作用，在砂芯成型和后期脱水硬化过程中会缓慢发生碱化反应，葡萄糖内的醛基或酮基可以自发地、迅速地与同一分子上另一个碳原子上的羟基发生可逆的反应，生成半缩醛，从而形成环式结构，其中第一位碳原子上的羟基称为半缩醛羟基，化学性质很活泼，从而会与水玻璃中的si-oh作用改善了水玻璃的粘结性能，进而提高型芯强度。

19、葡萄糖苷具有表面张力低、湿润力强、无毒、无害、生物降解迅速彻底，耐碱性强。在强碱性的水玻璃型砂中添加可降低粘结剂表面张力，提高粘结剂在砂表面的润湿和涂敷性，进而提高型砂流动性。

20、与现有技术相比，本发明的有益效果是：1)本发明的即时抗拉强度≥0.5mpa，室温抗拉强度≥1.8mpa，流动性≥2.5g，溃散性(即高温残留抗拉强度)≤0.01mpa，砂芯在较低粘结剂添加量下具有高强度、良好流动性及溃散性。2)适用于承受一定吹气压力的二氧化碳和压缩空气硬化砂芯，可有效防止co2“过吹”现象。同时，压缩空气还可以引起水玻璃砂的脱水，从而促进水玻璃的凝胶化，提高水玻璃砂硬化速度。

技术实现思路

技术特征：

1.一种复合吹气硬化水玻璃砂用添加剂，其特征在于，由以下原料按重量百分比制成，聚乙烯醇水溶液10％～35％，异丙醇15％～35％，葡萄糖0％～10％，葡萄糖苷0％～10％，二氧化硅粉30％～50％。

2.根据权利要求1所述的一种复合吹气硬化水玻璃砂用添加剂，其特征在于，所述二氧化硅粉具有表面si-oh活性，可通过干法、湿法、气相法表面活性改性得到。

3.根据权利要求1所述的一种复合吹气硬化水玻璃砂用添加剂，其特征在于，所述聚乙烯醇水溶液浓度为2％-10％，聚乙烯醇平均分子量为16000-200000，聚合度为1700-2400，醇解度为88-99％。

4.根据权利要求1所述的一种复合吹气硬化水玻璃砂用添加剂，其特征在于，所述异丙醇由正丙醇替代。

5.根据权利要求1所述的一种复合吹气硬化水玻璃砂用添加剂，其特征在于，所述葡萄糖为阿洛酮糖、果糖、山梨糖、阿洛糖、阿卓糖、甘露糖、α-d-呋喃葡萄糖、β-d-呋喃葡萄糖中的任一种或任两种以上组合替代。

6.根据权利要求1所述的一种复合吹气硬化水玻璃砂用添加剂的使用方法，其特征在于，所述添加剂用于制备水玻璃砂芯，其按重量百分比的配方比例为：原砂、水玻璃粘结剂为原砂质量的2.0％-3.0％、添加剂为原砂质量的0.3％～1％，先将原砂与添加剂预混5-10s，再将水玻璃粘结剂加入预混物中，混合均匀即可用于制作砂芯。

7.根据权利要求6所述的一种复合吹气硬化水玻璃砂用添加剂的使用方法，其特征在于，所述制作砂芯的过程中，保持环境温度为25℃-30℃，设定混砂时间为60-120s，硬化工艺为：先吹co21s-120s，吹气压力0.2-0.3mpa，气体温度≤25℃，再换吹压缩空气≥45s，吹气压力≥0.3mpa，气体温度≤25℃。

8.根据权利要求6所述的一种复合吹气硬化水玻璃砂用添加剂的使用方法，其特征在于，所述原砂为锆英砂、铬铁矿砂、刚玉砂中的任一种替代；所述水玻璃粘结剂为树脂或黏土替代。

技术总结
本发明属于铸造造型型砂添加剂技术领域，具体涉及一种复合吹气硬化水玻璃砂用添加剂及其使用方法，其特征在于，由以下原料组成，聚乙烯醇水溶液，异丙醇，葡萄糖，葡萄糖苷，二氧化硅粉。与现有技术相比，本发明的有益效果是：1)本发明的即时抗拉强度≥0.5MPa，室温抗拉强度≥1.8MPa，流动性≥2.5g，溃散性(高温残留抗拉强度)≤0.01MPa，砂芯在较低粘结剂添加量下具有高强度、良好流动性及溃散性。2)适用于一定吹气压力的二氧化碳和压缩空气硬化砂芯，可有效防止CO2“过吹”现象。同时，压缩空气还可以引起水玻璃砂的脱水，促进水玻璃的凝胶化，提高水玻璃砂硬化速度。

技术研发人员：宋来,刘伟华
受保护的技术使用者：沈阳工业大学
技术研发日：
技术公布日：2024/1/13