一種環保型鑄造塗料及其製備方法、使用方法與流程
2023-07-29 09:32:36
本發明屬於鑄造領域，具體涉及一種環保型的鑄造用塗料及其製備方法、使用方法。
背景技術：
消失模鑄造技術是一種在國內外得到了廣泛應用的精確成型技術。塗料是消失模鑄造工藝的關鍵技術之一，塗料質量的好壞直接影響該工藝的成敗。許多文獻中披露，消失模鑄造工藝成功與否50%取決於模樣，30%取決於塗料，20%取決於其他工藝因素，所以國內外鑄造工作者對消失模鑄造技術中所使用的鑄造塗料非常重視。在我國，由於鑄造塗料的商品化程度不高，大部分消失模鑄造廠家對塗料的配方和性能缺乏系統深入的研究，在實際生產中一般都在生產現場自配自用，導致鑄件質量問題較多，直接削弱了消失模鑄造精確生產的優勢，極大地限制了消失模鑄造技術的發展。因此，深入系統的研究並有效地控制消失模鑄造塗料對提高整體消失模鑄造工藝過程的穩定性具有重大而深遠的意義。
鑄造用塗料除了需要滿足對隔熱性能、強度的要求，還需要該塗料在塗裝的過程中實用且利於儲存。進一步地，由於該塗料應用於高溫環境，還需要考慮該塗料對操作人員是否存在不利的影響，該塗料環保型是否達到要求等多種問題。現有技術中，鑄造塗料往往偏重於滿足實際使用過程的塗裝型能，往往忽視了其他需要滿足的性能，如申請號為201410740217.6的名為《一種鑄造塗料》的中國專利，該方案公開了一種包括原砂、粘結劑、固化劑和潤滑劑的鑄造塗料，該塗料也能用於鑄造，然而在該方案中對塗料除了塗裝性能以外的性質並未投入過多關注。
技術實現要素：
針對近年來一直提倡的環保化生產理念，本發明中提供了一種環保型的鑄造用塗料，該塗料不僅具備隔熱性能好、強度高、低發氣量、流變性能、懸浮性能好等優點，而且環保無毒，在其製造和使用過程中不產生有毒有害物質，對鑄造流程中的操作人員以及大氣環境都有很好的保護作用。
本發明所要解決的技術問題通過以下步驟予以實現：
鑄造塗料可由多種原料配製而成，通常要包括耐火材料、載液、粘結劑、懸浮劑和助劑等成分。耐火材料是形成塗層的主體部分，是決定塗層強度、穩定性、發氣性的最重要的組成部分，本發明的組分A中選用多種不同的礦物材料相互配合製成了隔熱性能好且強度高的原料。本發明中選用次石墨、粉煤灰、高嶺土、活性氧化鋅、膨潤土成分組成了耐火材料組分。次石墨原礦是一種獨特的球形碳化物矩陣結構的殘存複合礦物，微觀上是一種合成超離散碳化矽粉的現成的片巖，將次石墨粉末應用於耐火材料中，取其孔隙率高（超過5%）、壓縮強度大（大於10kt/mm2）、導熱係數小、展開相表面積大的特點，不僅次石墨材料本身耐高溫性能好，而且能夠與粉煤灰、高嶺土、活性氧化鋅和膨潤土的粉末相結合，形成穩定的結構組成，提升組分A的整體耐火性能。另外，組分A中選用粉煤灰、高嶺土、活性氧化鋅和膨潤土的混合粉末也有利於提升塗料固體結構組成的熵值，使塗料體系活性更高。本發明的組分B中採用異丙醇、2-丁氧基乙醇作為載液、二亞苄基山梨醇和氫化蓖麻油作為活性調節劑、酚醛樹脂及偶聯劑作為粘結劑。本發明的組分C中選用二氧化矽氣凝膠、活性炭、羧甲基纖維素、粉煤灰玻化微珠的組合物，一方面，該組合物有助於增加粘結效果，另一方面，該組合物有助於塗料內部原料的分散。
本發明的選擇的原料皆為環保型原料，而且在使用過程中相適配，遇到高溫性質穩定，塗料成膜過程中無有毒害的氣體產生，對操作人員和操作環境都沒有損害。
本發明中提供的鑄造用塗料組成及重量份為：
所述添加劑包括組分A、組分B、組分C，其中三者質量份為：
組分A 100-120份
組分B 130-150份
組分C 15-25份
其中，組分A及組分A內各組成重量份為：
次石墨 20-30份
粉煤灰 5-10份
高嶺土 15-20份
活性氧化鋅 10-14份
膨潤土 6-8份
組分B及組分B內各組成重量份為：
異丙醇 65-80份
2-丁氧基乙醇 10-15份
二亞苄基山梨醇 5-8份
氫化蓖麻油 6-12份
酚醛樹脂 20-25份
偶聯劑 0.6-0.8份
組分B中的偶聯劑為矽烷偶聯劑或者鈦酸酯偶聯劑。
組分C及組分C內各組成重量份為：
二氧化矽氣凝膠 15-20份
活性炭 2-4份
羧甲基纖維素 5-8份
粉煤灰玻化微珠 8-12份。
組分C中二氧化矽氣凝膠比表面積為450-480m2/g，密度為55-70kg/m3。組分C中納米二氧化鈦粒徑範圍為50-100nm。
進一步地，本發明中的塗料密度為1.55-1.70g/cm3。
本發明還提供一種製備上述鑄造用塗料的方法，包括如下步驟：
步驟一，將組分A中的各原料破碎、混合均勻後在150-180℃溫度下烘烤8-12小時，烘烤後研磨至固體顆粒粒度小於10μm，製得組分A；
優選地，組分A原料破碎後粒度為30-50μm。
優選地，組分A研磨完畢後在150-180℃溫度下繼續烘烤4-8小時。
步驟二，將組分B中的各原料混合，在800-1500r/min條件下分散25-45min，製得組分B；
步驟三，將組分C中的各原料混合均勻後研磨至固體顆粒粒度小於20μm，製得組分C；
步驟四，將上述步驟中製得的組分A、B、C混合後，在55-65℃溫度條件下研磨至固體顆粒粒度小於8μm即得所需塗料。
本發明中的鑄造用塗料耐火性能好、流動性佳，尤其適用於應用於有複雜結構的鑄型表面。
本發明具有如下有益效果：
1、本發明中的鑄造用塗料隔熱性能好，在高溫環境下穩定性佳，使用過程中不產生有毒有害氣體，對操作人員和操作環境無影響。
2、本發明中的鑄造用塗料能降低金屬型所受的熱衝擊，提高其使用壽命，可調節系統熱阻、控制冷卻速度，以保證鑄件的組織和性能達到要求。
3、本發明中的鑄造用塗料強度高，具有一定的附著強度和內聚強度，可防止金屬液在離心力的作用下衝刷塗層。
4、本發明中的鑄造用塗料具有低的發氣量，避免因氣體排出造成的教主不完全、氣孔、夾渣和碳黑等缺陷。
5、本發明中的鑄造用塗料流變性能好，耐儲存、易清理。
具體實施方式
下面通過實施例對本發明的內容進行進一步的描述。
實施例1
1、成分配比
組分A及組分A內各組成重量份為：
次石墨 20份
粉煤灰 5份
高嶺土 15份
活性氧化鋅 10份
膨潤土 6份
組分B及組分B內各組成重量份為：
異丙醇 65份
2-丁氧基乙醇 10份
二亞苄基山梨醇 5份
氫化蓖麻油 6份
酚醛樹脂 20份
鈦酸酯偶聯劑 0.6份
組分C及組分C內各組成重量份為：
二氧化矽氣凝膠 15份
活性炭 2份
羧甲基纖維素 5份
粉煤灰玻化微珠 8份
其中，組分C中二氧化矽氣凝膠比表面積為450m2/g，密度為55kg/m3。組分C中納米二氧化鈦粒徑為50nm。
組分A、組分B、組分C質量份為：
組分A 100份
組分B 130份
組分C 15份
2、塗料的製備
步驟一，將組分A中的各原料破碎至30μm、混合均勻後在155℃溫度下烘烤12小時，烘烤後研磨至固體顆粒粒度小於10μm，研磨完畢後在160℃條件下繼續烘烤8h至水分完全被烘乾，製得組分A；
步驟二，將組分B中的各原料混合，在800r/min條件下分散45min，製得組分B；
步驟三，將組分C中的各原料混合均勻後研磨至固體顆粒粒度小於20μm，製得組分C；
步驟四，將上述步驟中製得的組分A、B、C混合後，在60℃溫度條件下研磨至固體顆粒粒度小於8μm即得所需塗料。
實施例2
1、成分配比
組分A及組分A內各組成重量份為：
次石墨 25份
粉煤灰 7.5份
高嶺土 18份
活性氧化鋅 12份
膨潤土 7份
組分B及組分B內各組成重量份為：
異丙醇 72份
2-丁氧基乙醇 12份
二亞苄基山梨醇 6.5份
氫化蓖麻油 9份
酚醛樹脂 22份
鈦酸酯偶聯劑 0.75份
組分C及組分C內各組成重量份為：
二氧化矽氣凝膠 17份
活性炭 3份
羧甲基纖維素 6.5份
粉煤灰玻化微珠 10份
其中，組分C中二氧化矽氣凝膠比表面積為465m2/g，密度為66kg/m3。組分C中納米二氧化鈦粒徑範圍為80nm。
組分A、組分B、組分C質量份為：
組分A 110份
組分B 140份
組分C 20份
2、塗料的製備
步驟一，將組分A中的各原料破碎至40μm、混合均勻後在170℃溫度下烘烤12小時，烘烤後研磨至固體顆粒粒度小於10μm，研磨完畢後在170℃條件下繼續烘烤8h至水分完全被烘乾，製得組分A；
步驟二，將組分B中的各原料混合，在1200r/min條件下分散45min，製得組分B；
步驟三，將組分C中的各原料混合均勻後研磨至固體顆粒粒度小於20μm，製得組分C；
步驟四，將上述步驟中製得的組分A、B、C混合後，在65℃溫度條件下研磨至固體顆粒粒度小於8μm即得所需塗料。
實施例3
1、成分配比
組分A及組分A內各組成重量份為：
次石墨 22份
粉煤灰 6份
高嶺土 16.5份
活性氧化鋅 11份
膨潤土 6.8份
組分B及組分B內各組成重量份為：
異丙醇 77份
2-丁氧基乙醇 14份
二亞苄基山梨醇 8份
氫化蓖麻油 8份
酚醛樹脂 25份
鈦酸酯偶聯劑 0.75份
組分C及組分C內各組成重量份為：
二氧化矽氣凝膠 15份
活性炭 4份
羧甲基纖維素 7份
粉煤灰玻化微珠 10份
其中，組分C中二氧化矽氣凝膠比表面積為465m2/g，密度為66kg/m3。組分C中納米二氧化鈦粒徑範圍為60nm。
組分A、組分B、組分C質量份為：
組分A 100份
組分B 120份
組分C 18份
2、塗料的製備
製備方法與實施例1相同。
實施例4
1、成分配比
組分A及組分A內各組成重量份為：
次石墨 30份
粉煤灰 10份
高嶺土 20份
活性氧化鋅 14份
膨潤土 8份
組分B及組分B內各組成重量份為：
異丙醇 80份
2-丁氧基乙醇 15份
二亞苄基山梨醇 8份
氫化蓖麻油 12份
酚醛樹脂 25份
鈦酸酯偶聯劑 0.8份
組分C及組分C內各組成重量份為：
二氧化矽氣凝膠 20份
活性炭 4份
羧甲基纖維素 8份
粉煤灰玻化微珠 12份
其中，組分C中二氧化矽氣凝膠比表面積為480m2/g，密度為68kg/m3。組分C中納米二氧化鈦粒徑範圍為100nm。
組分A、組分B、組分C質量份為：
組分A 120份
組分B 150份
組分C 25份
2、塗料的製備
塗料的製備方法與實施例1相同。
將實施例1、2、3、4中製得的鑄造用塗料用自動噴塗設備塗裝於鑄型表面，測試塗料密度、懸浮性、條件粘度、觸變性和發氣性。
塗料密度的測量方法採用通用的量筒稱量法。
塗料懸浮性是塗料抵抗固體耐火粉料分層和沉澱的能力，用懸浮率%表示。對懸浮性的測試採用具塞量筒測量法，將配置好的塗料將拌均勻後立即倒入準備好的具塞量筒中，使其液面達到100ml標高處，在靜止狀態下，將塗料試樣放置一定時間後，觀察塗料沉澱情況，以非沉澱物佔原塗料溶劑的百分比表示該塗料的懸浮性。
塗料的條件粘度由流杯法測定。
塗料的觸變性能採用旋轉粘度計測試。
塗料的發氣性在智能發氣性測試儀上進行測定，測試方法為：將待測塗料置於烘乾箱中，升溫至150℃，保溫3h，冷卻至室溫，研磨成粉末備用。測試時，將測試儀升溫至850℃，保持恆定溫度，取塗料試樣1g置於瓷舟中，然後將瓷舟放入高溫爐的瓷管中，並迅速推入至爐子的石英管紅熱部分，用塞子將管口封閉，使試樣在極熱的條件下加熱，同時發氣性測試儀的記錄部分開始工作，記錄發氣量。
測試結果如下：
通過上述測試結果和在使用過程中的實踐看來，實施例中的鑄造用塗料密度適中，耐儲存、流變觸變性能好、發氣量低（對比普通鑄造用塗料發氣量超過30ml/g），在實際使用過程中強度高、耐熱性能好，與現有的鑄造用塗料相比，具有明顯的性能優勢。
最後需要說明的是，以上實施例僅用以說明本發明實施例的技術方案而非對其進行限制，儘管參照較佳實施例對本發明實施例進行了詳細的說明，本領域的普通技術人員應當理解依然可以對本發明實施例的技術方案進行修改或者等同替換，而這些修改或者等同替換亦不能使修改後的技術方案脫離本發明實施例技術方案的範圍。