有色鑄造用酚尿烷冷芯盒粘結劑及製備方法
2023-05-18 21:17:36
專利名稱：：有色鑄造用酚尿烷冷芯盒粘結劑及製備方法
技術領域：
：本發明涉及鑄造粘結劑及製造方法，具體地說，本發明涉及一種有色鑄造用酚尿烷冷芯盒粘結劑及製備方法，該粘結劑在氣態叔胺催化劑存在下固化，該粘結劑用於鑄造樹脂砂混合料，所述鑄造樹脂砂混合料用於製造鑄造金屬鑄件的砂型和/或砂芯，特別適用於製造有色合金鑄件。
背景技術：
：鑄造，是機械製造業製作零件毛坯的一種方法，先用某種材料製成外模(型)和內模(芯)，外模(型)和內模(芯)組合形成的型腔與所需目標零件形狀相同、尺寸相近，再將選定材質的金屬熔化成液體澆入型腔中，待金屬液冷卻凝固即生成所需的產品一一鑄件。依照製作型腔的材料不同，有砂型鑄造、熔模鑄造、金屬型鑄造、消失模鑄造等鑄造工藝，其中，砂型鑄造由於材料成本低和生產率髙，是一種主要的鑄造工藝。在砂型鑄造中，鑄造粘結劑是必須的，其作用是將砂粒粘結成各種所需的形狀一一砂型或砂芯，砂型或砂芯在粘結劑的作用下，其強度能夠保證在成形、搬運、組芯、澆注金屬液等過程中不損壞、變形。同時，金屬液冷卻凝固成所需形狀後，鑄造粘結劑能夠受熱分解，砂型或砂芯潰散成"散砂"。在砂型鑄造中普遍使用三種製造方法自硬法、熱芯盒法和冷芯盒法。冷芯盒法由於硬化速度快、生產效率髙、砂芯尺寸精度髙、節能等特點，廣泛應用於大批量複雜砂芯的生產，目前，普遍使用的是三乙胺法酚尿烷冷芯盒粘結劑。普通的三乙胺法酚尿烷冷芯盒粘結劑應用於鑄鐵或鑄鋼生產時，由於澆注溫度高，在1400'C以上，鑄造粘結劑能夠完全受熱分解，砂型或砂芯很容易潰散。而用於有色鑄造時，澆注溫度較低，如鋁合金澆注溫度只有700800"，粘結劑受熱沒有完全分解，砂型或砂芯不能完全潰散，甚至強度還很髙，落砂非常困難。特別是砂芯，是在鑄件內部的，由於沒有完全潰散或根本沒潰散，很難取出。目前處理的方法有二種一種方法是強烈振動，將砂芯振碎後取出，但存在強烈振動對鑄件有損害，後續處理麻煩等缺點。另外一種方法是將含有4砂芯的鑄件在400-500C的焙燒爐內焙燒14小時，將砂芯中的粘結劑加熱分解，但也存在著後續處理麻煩、能耗髙等缺點。目前，針對三乙胺法酚尿烷冷芯盒粘結劑應用於有色鑄件上的缺點，市場上也提出了不同的解決方案，都是以添加易分解的髙分子化合物為主，如專利US5132339公開了添加聚乙二醇(分子量400)改善潰散性的措施，但是潰散性沒有得到大幅改善，同時也存在著抗溼性差等的缺點。專利US4946876公開了添加聚酯多元醇改善潰散性的措施，但也存在沒有完全改善潰散性，存在砂芯強度低的缺點。本發明由此而來
發明內容。本發明針對現有技術中的上述問題提出了一種有色鑄造用酚尿烷冷芯盒粘結劑，採用高分子單體對原樹脂體系進行反應性改性，從而大幅提髙樹脂的熱分解性能，在較低的澆注溫度下，砂芯也能夠容易潰散，解決了現有技術中樹脂熱分解性能不佳，砂芯低溫澆注時難以潰散等問題。為了解決現有技術中的這些問題，本發明提供的技術方案如下一種有色鑄造用酚尿烷冷芯盒粘結劑，其特徵在於所述粘結劑在氣態叔胺催化劑存在下固化，且粘結劑體系按其重量百分比計包括二元醇改性聚苄基醚酚醛樹脂1060重量份；聚異氰酸酯2570重量份；髙沸點酯和/或烴溶劑1050重量份。優選的，所述的二元醇改性聚苄基醚酚醛樹脂選自具有結構通式為式(I)的化合物的一種或其組合formulaseeoriginaldocumentpage5其中R為直鏈烷氧基m，n均為自然數且i^n^l;所述二元醇改性聚苄基醚酚醛樹脂分子量範圍在500~1500之間。優選的，所述的二元醇改性聚苄基醚酚醛樹脂具有結構通式為式(I)的結構formulaseeoriginaldocumentpage6(I)其中R為選自CH2CH20、CH2CH2CH20、CH2CH2CH2CH20或CH2CH2OCH2CH20;m，n均為自然數且n>m>l;所述二元醇改性聚苄基醚酚醛樹脂分子量範圍在500~1500之間。優選的，所述粘結劑體系為三組份體系包裝，其中二元醇改性聚苄基醚酚醛樹脂、聚異氰酸酯、髙沸點酯和/或烴溶劑為固體單獨組份。優選的，所述粘結劑體系為雙組份體系包裝，包括含二元醇改性聚苄基醚酚醛樹脂、高沸點酯和/或烴溶劑成分的組份和含聚異氰酸酯、髙沸點酯和/或烴溶劑成分的組份。優選的，所述的聚異氟酸酯選自二苯基甲烷-4,4，-二異氟酸酯、多亞甲基多苯基多異氰酸酯、1，6-己二異氰酸酯、異佛爾酮二異氰酸酯、苯二亞甲基二異氰酸酯中的一種或其組合。優選的，所述的髙沸點酯選自鄰苯二甲酸二丁酯、鄰苯二甲酸二辛酯、鄰苯二甲酸二異辛酯、丁二酸二甲酯、戊二酸二甲酯、己二酸二甲酯的一種或其組合；所述的高沸點烴選自煤油、芳烴溶劑S-IOO、芳烴溶劑S-150、芳烴溶劑S-200的一種或其組合。本發明的另一目的在於提供一種所述的有色鑄造用酚尿烷冷芯盒粘結劑的製備方法，其特徵在於所述方法包括以下步驟將熔化好的苯酚、多聚甲醛、醋酸鋅和二元醇類改性劑投入反應釜中，冷凝器設定為回流狀態，開啟攪拌；在60分鐘內升至105",在1001101C反應120240分鐘；將冷凝器設定在常壓蒸餾狀態，在60分鐘內將溫度升至120C隨後在115125'C反應3060分鐘；立即冷卻降溫，抽真空脫水。真空保持在-0.095MPa以下。真空脫水30分鐘，即得到二元醇改性聚苄基醚酚醛樹脂；將製備的二元醇改性聚苄基醚酚醛樹脂、聚異氰酸酯、髙沸點酯和/或烴溶劑按不同包裝方式混合成多組份粘結劑。優選的，所述的二元醇類改性劑選自乙二醇、1，3-丙二醇、1，4-丁二醇、一縮二乙二醇中的一種或其組合。本發明的又一目的在於提供一種所述的有色鑄造用酚尿烷冷芯盒粘結劑在製備有色鑄造砂型或砂芯方面的應用。本發明技術方案中二元醇改性聚苄基醚酚醛樹脂、聚異氰酸酯和髙沸點酯和/或烴溶劑可以是單獨的組份，或與其它所述的組份進行混合，但二元醇改性聚苄基醚酚醛樹脂和聚異氰酸酯不能直接混合，並且所述重量份以100重量份粘結劑為基準。優選地，該粘結劑由組份I和組份II構成；組份I包括所有重量份的二元醇改性聚苄基醚酚醛樹脂與所有或部分重量份的髙沸點酯和/或烴溶劑；組份H包括所有重量份的聚異氰酸酯與所有或部分重量份的高沸點酯和/或烴溶劑。更優選地，粘結劑以雙組份體系包裝和使用，組份I包括二元醇改性聚苄基醚酚醛樹脂和高沸點酯和/或烴溶劑。組份n包括聚異氰酸酯和髙沸點酯和/或烴溶劑。普通的聚苄基醚酚醛樹脂分子內由於大量苯環的存在，粘結劑的熱分解溫度較髙，在製造黑色鑄件時，澆注溫度較髙(1400r以上)，高溫性能和砂芯潰散性都能夠滿足生產要求。但在製造有色鑄件時，由於澆注溫度較低，粘結劑不能受熱完全分解，砂芯不能完全潰散，落砂非常困難。其中未改性的聚節基醚酚醛樹脂結構式如下Jm(II)發現通過二元醇改性聚苄基醚酚醛樹脂，即通過二元醇與酚醛樹脂的羥甲基反應，生成帶醚鍵的直鏈羥基鍵，由於醚鍵受熱後比苯環更易分解，明顯地降低了粘結劑的分解溫度，提高了砂芯的潰散性。其中二元醇改性聚節基醚酚醛樹脂結構式如下formulaseeoriginaldocumentpage8其中R為選自CH2CH20、CH2CH2CH20、CH2CH2CH2CH20或CH2CH2OCH2CH20;m,n均為自然數且n>m>l;所述二元醇改性聚苄基醚酚醛樹脂分子量範圍在500-1500之間。其中所述二元醇為乙二醇、1，3-丙二醇、1，4-丁二醇、一縮二乙二醇中的一種或其組合。本發明的技術方案相比於現有技術中的三乙胺法酚尿烷冷芯盒粘結劑，具有以下的優異效果本發明經樹脂砂潰散性檢測試驗和樹脂砂強度檢測試驗證實，本發明的有色鑄造用酚尿垸冷芯盒粘結劑強度符合有色鑄造技術工藝的相關要求，而製備的砂芯潰散性有了意想不到的改善效果，特別是低溫澆注時的潰散性能有了巨大提髙，解決了困擾現階段低溫澆注下的砂芯潰散技術難題。綜上所述，本發明的粘結劑強度符合有色鑄造技術工藝的相關要求，而製備的砂芯潰散性能優異，可以應用於製造鑄造金屬鑄件的砂型和/或砂芯，特別適用於製造有色合金鑄件。具體實施例方式為了更詳盡的表述上述發明的技術方案，以下本發明人列舉出具體的實施例來說明技術效果；需要強調的是，這些實施例是用於說明本發明而不限於限制本發明的範圍。除了另有說明外，所有百分比都是重量百分比。本領域技術人員應了解可以向樹脂砂混合料或粘結劑體系中加入添加劑如矽氧烷、脫模劑、抗溼劑等。特定添加劑的選擇取決於設計者的具體目的。實施例1有色鑄造用酚尿烷冷芯盒粘結劑的製備二元醇改性聚苄基醚酚醛樹脂的製備(1)將熔化好的苯酚500克、多聚甲醛230克、醋酸鋅0.4克和乙二醇60克投入反應釜中，冷凝器設定為回流狀態，開啟攪拌。(2)在60分鐘內升至105t:，在100110"C反應150分鐘；(3)將冷凝器設定在常壓蒸餾狀態，在60分鐘內將溫度升至120'C,隨後在115125"反應30分鐘；(4)立即冷卻降溫，抽真空脫水。真空保持在-0.095MPa以下。真空脫水30分鐘，即得到二元醇改性聚苄基醚酚醛樹脂。組份I的製備將二元醇改性聚苄基醚酚醛樹脂200克、鄰苯二甲酸二丁酯100克和S-200芳烴30克加入混合釜中，混合1小時。組份II的製備將多亞甲基多苯基多異氰酸酯200克、鄰苯二甲酸二丁酯50克和煤油30克加入混合釜中，混合1小時。實施例2有色鑄造用酚尿烷冷芯盒粘結劑的製備二元醇改性聚苄基醚酚醛樹脂的製備(1)將熔化好的苯酚500克、多聚甲醛230克、醋酸鋅0.4克和1，3-丙二醇89克投入反應釜中，冷凝器設定為回流狀態，開啟攪拌。(2)在60分鐘內升至105"，在100110匸反應170分鐘；(3)將冷凝器設定在常壓蒸餾狀態，在60分鐘內將溫度升至120"C，隨後在115125t:反應30分鐘；(4)立即冷卻降溫，抽真空脫水。真空保持在-0.095MPa以下。真空脫水30分鐘，即得到二元醇改性聚苄基醚酚醛樹脂。組份I的製備將二元醇改性聚苄基醚酚醛樹脂200克、鄰苯二甲酸二丁酯100克和S-200芳烴30克加入混合釜中，混合1小時。組份n的製備將多亞甲基多苯基多異氰酸酯200克、鄰苯二甲酸二丁酯50克和煤油30克加入混合釜中，混合1小時。實施例3有色鑄造用酚尿烷冷芯盒粘結劑的製備二元醇改性聚苄基醚酚醛樹脂的製備(1)將熔化好的苯酚600公斤、多聚甲醛300公斤、醋酸鋅0.5公斤和1，4_丁二醇120公斤投入反應釜中，冷凝器設定為回流狀態，開啟攪拌。(2)在60分鐘內升至105'C,在100110t:反應200分鐘；(3)將冷凝器設定在常壓蒸餾狀態，在60分鐘內將溫度升至1201C，隨後在115125'C反應45分鐘；(4)立即冷卻降溫，抽真空脫水。真空保持在-0.095MPa以下。真空脫水30分鐘，即得到二元醇改性聚苄基醚酚醛樹脂。組份I的製備將二元醇改性聚苄基醚酚醛樹脂500公斤、鄰苯二甲酸二異辛酯200公斤和S-150芳烴200公斤加入混合釜中，混合1小時。組份II的製備將多亞甲基多苯基多異氰酸酯600公斤、鄰苯二甲酸二丁酯150公斤和S-150芳烴80克加入混合釜中，混合1小時。實施例4有色鑄造用酚尿烷冷芯盒粘結劑的製備二元醇改性聚苄基醚酚醛樹脂的製備-(1)將熔化好的苯酚2500公斤、多聚甲醛1000公斤、醋酸鋅2公斤和一縮二乙二醇150公斤投入反應釜中，冷凝器設定為回流狀態，開啟攪拌。(2)在60分鐘內升至1051C，在100110"反應180分鐘；(3)將冷凝器設定在常壓蒸餾狀態，在60分鐘內將溫度升至120"C，隨後在115125C反應40分鐘；(4)立即冷卻降溫，抽真空脫水。真空保持在-0.095MPa以下。真空脫水30分鐘，即得到二元醇改性聚苄基醚酚醛樹脂。組份I的製備將二元醇改性聚苄基醚酚醛樹脂3000公斤、己二酸二甲酯2400公斤和S-150芳烴600公斤加入混合釜中，混合1小時。組份II的製備將多亞甲基多苯基多異氰酸酯5000公斤、己二酸二甲酯1800公斤和煤油300克加入混合釜中，混合1小時。實施例5有色鑄造用酚尿烷冷芯盒粘結劑與現有技術中改進的粘結劑性能考察1、現有技術中改進的粘結劑1的製備聚苄基醚酚醛樹脂的製備(1)將熔化好的苯酚2500公斤、多聚甲醛1000公斤和醋酸鋅1公斤投入反應釜中，冷凝器設定為回流狀態，開啟攪拌。(2)在60分鐘內升至105"C,在100110r反應120分鐘；(3)將冷凝器設定在常壓蒸餾狀態，在60分鐘內將溫度升至1201C,隨後在115125°0反應30分鐘；(4)立即冷卻降溫，抽真空脫水。真空保持在-0.095MPa以下。真空脫水30分鐘，即得到聚苄基醚酚醛樹脂。組份I的製備將聚苄基醚酚醛樹脂3000公斤、鄰苯二甲酸二異辛酯2400公斤和S-150芳烴600公斤加入混合釜中，混合1小時。組份II的製備將多亞甲基多苯基多異氰酸酯5000公斤、鄰苯二甲酸二丁酯1800公斤和煤油300公斤加入混合釜中，混合1小時。得到的粘結劑記為B-l。2、現有技術中改進的粘結劑2的製備聚苄基醚酚醛樹脂的製備(1)將熔化好的苯酚2500公斤、多聚甲醛1000公斤和醋酸鋅1公斤投入反應釜中，冷凝器設定為回流狀態，開啟攪拌。(2)在60分鐘內升至105"，在100110'C反應120分鐘；(3)將冷凝器設定在常壓蒸鎦狀態，在60分鐘內將溫度升至120匸，隨後在U5125^反應30分鐘；(4)立即冷卻降溫，抽真空脫水。真空保持在-0.095MPa以下。真空脫水30分鐘，即得到酚醛樹脂。組份I的製備將聚苄基醚酚醛樹脂2500公斤、聚乙二醇(分子量400)500公斤、鄰苯二甲酸二異辛酯2400公斤和S-150芳烴600公斤加入混合釜中，混合1小時。組份n的製備將多亞甲基多苯基多異氰酸酯5000公斤、鄰苯二甲酸二丁酯1800公斤和煤油300公斤加入混合釜中，混合1小時。得到的粘結劑記為B-2。按實施例1~4中的製備方法分別製備本發明的粘結劑4批，分別記為A-l,A-2，A-3，A-4。性能考察試驗樹脂砂強度檢測方法配比50/100目大林標準砂IOO重量份；組份I:l重量份；組份II:1重量份。首先加入砂與組份I混合90秒；再加入組份II混合90秒，然後將該樹脂砂混合料通過MLA1-2制芯機製成"8"字試樣，"8"字試樣尺寸參照GB268411《鑄造用原砂及混合料試驗方法》，然後分別檢測30秒、浸水15分鐘和24小時抗拉強度。制芯工藝參數見表l。表l制芯工藝參數tableseeoriginaldocumentpage12配比50/100目大林標準砂IOO重量份；組份I:0.825重量份；組份II:0.675重量份。首先加入砂與組份I混合90秒；再加入組份n混合90秒，然後將該樹脂砂混合料通過MLA1-2制芯機製成直徑為30mtn、髙為50mm的圓柱形試樣，試樣尺寸參照GB2684《鑄造用原砂及混合料試驗方法》，放置24小時後，稱重，用錫箔包裹，放入恆溫400C的馬弗爐中焙燒15分鐘，取出冷卻至室溫，將焙燒後的試樣放入70目振動篩中振動2分鐘，稱量剩餘的試樣重量。潰散性以百分比來計。潰散百分比=^"00%式中A…焙燒前試樣重量B…焙燒後試樣重量制芯工藝參數見表2。表2制芯工藝參數tableseeoriginaldocumentpage12將上面製備的四批樣品和兩批按現有技術方法製備的兩批對照品分別按上述檢測方法進行檢測，檢測得到的抗拉強度和潰散性檢測結果見表3。表3抗拉強度和潰散性檢測結果tableseeoriginaldocumentpage13表3數據表明，二元醇改性聚苄基醚酚醛樹脂製備的有色鑄造用酚尿垸冷芯盒粘結劑強度與對比例相比沒有降低或者略有提髙，但潰散性有了大幅改善。上述實例只為說明本發明的技術構思及特點，其目的在於讓熟悉此項技術的人是能夠了解本發明的內容並據以實施，並不能以此限制本發明的保護範圍。凡根據本發明精神實質所做的等效變換或修飾，都應涵蓋在本發明的保護範圍之內。權利要求1.一種有色鑄造用酚尿烷冷芯盒粘結劑，其特徵在於所述粘結劑在氣態叔胺催化劑存在下固化，且粘結劑體系按其重量百分比計包括二元醇改性聚苄基醚酚醛樹脂10～60重量份；聚異氰酸酯25～70重量份高沸點酯和/或烴溶劑10～50重量份。2、根據權利要求1所述的有色鑄造用酚尿烷冷芯盒粘結劑，其特徵在於所述的二元醇改性聚苄基醚酚醛樹脂選自具有結構通式為式(I)的化合物的一種或其組合其中R為直鏈烷氧基m，n均為自然數且i^n^l;所述二元醇改性聚苄基醚酚醛樹脂分子量範圍在500-1500之間。3、根據權利要求1所述的有色鑄造用酚尿烷冷芯盒粘結劑，其特徵在於所述的二元醇改性聚苄基醚酚醛樹脂具有結構通式為式(I)的結構(I);其中R為選自CH2CH20、CH2CH2CH20、CH2CH2CH2CH20或CH2CH2OCH2CH20;m，ii均為自然數且n>m>l;所述二元醇改性聚苄基醚酚醛樹脂分子量範圍在500-1500之間。4、根據權利要求1所述的有色鑄造用酚尿烷冷芯盒粘結劑，其特徵在於所述粘結劑體系為三組份體系包裝，其中二元醇改性聚苄基醚酚醛樹脂、聚異氰酸酯、髙沸點酯和/或烴溶劑為單獨組份。5、根據權利要求1所述的有色鑄造用酚尿烷冷芯盒粘結劑，其特徵在於所述粘結劑體系為雙組份體系包裝，包括含二元醇改性聚苄基醚酚醛樹脂、高沸點酯和/或烴溶劑成分的組份和含聚異氰酸酯、高沸點酯和/或烴溶劑成分的組份。6、根據權利要求1所述的有色鑄造用酚尿烷冷芯盒粘結劑，其特徵在於所述的聚異氰酸酯選自二苯基甲烷-4,4，-二異氰酸酯、多亞甲基多苯基多異氰酸酯、1，6-己二異氰酸酯、異佛爾酮二異氰酸酯、苯二亞甲基二異氰酸酯中的一種或其組合。7、根據權利要求1所述的有色鑄造用酚尿垸冷芯盒粘結劑，其特徵在於所述的高沸點酯選自鄰苯二甲酸二丁酯、鄰苯二甲酸二辛酯、鄰苯二甲酸二異辛酯、丁二酸二甲酯、戊二酸二甲酯、己二酸二甲酯的一種或其組合；所述的高沸點烴選自煤油、芳烴溶劑S-100、芳烴溶劑S-150、芳烴溶劑S-200的一種或其組合。8、一種權利要求1所述的有色鑄造用酚尿烷冷芯盒粘結劑的製備方法，其特徵在於所述方法包括以下步驟將熔化好的苯酚、多聚甲醛、醋酸鋅和二元醇類改性劑投入反應釜中，冷凝器設定為回流狀態，開啟攪拌；在60分鐘內升至105"C，在100110"反應120240分鐘；將冷凝器設定在常壓蒸餾狀態，在60分鐘內將溫度升至隨後在115125"反應3060分鐘；立即冷卻降溫，抽真空脫水；真空保持在-0.095MPa以下；真空脫水30分鐘，即得到二元醇改性聚苄基醚酚醛樹脂；將製備的二元醇改性聚節基醚酚醛樹脂、聚異氟酸酯、髙沸點酯和/或烴溶劑按不同包裝方式混合成多組份粘結劑。9、根據權利要求8所述的有色鑄造用酚尿烷冷芯盒粘結劑的製備方法，其特徵在於所述的二元醇類改性劑選自乙二醇、1,3-丙二醇、1，4-丁二醇、一縮二乙二醇中的一種或其組合。10、一種權利要求1所述的有色鑄造用酚尿垸冷芯盒粘結劑在製備有色鑄造砂型和/或砂芯方面的應用。全文摘要本發明公開了一種有色鑄造用酚尿烷冷芯盒粘結劑，其特徵在於所述粘結劑在氣態叔胺催化劑存在下固化，且粘結劑體系按其重量百分比計包括二元醇改性聚苄基醚酚醛樹脂10～60重量份；聚異氰酸酯25～70重量份；高沸點酯和/或烴溶劑10～50重量份。其中所述二元醇改性劑為乙二醇、1，3-丙二醇、1，4-丁二醇、一縮二乙二醇中的一種或其組合。該粘結劑體系符合有色鑄造技術條件，且潰散性能優越，可以用於鑄造樹脂砂混合料，所述鑄造樹脂砂混合料用於製造鑄造金屬鑄件的砂型和/或砂芯，特別適用於製造有色合金鑄件。文檔編號C08G8/00GK101524737SQ200910029380公開日2009年9月9日申請日期2009年4月10日優先權日2009年4月10日發明者王進興,陸玉峰,馬曉鋒申請人:蘇州市興業鑄造材料有限公司