型砂粘結劑

將鬆散的鑄造砂粘結在一起使之成為型砂或芯砂的造型材料。粘結劑和砂粒混合後包覆砂粒成為粘結劑膜，使砂粒互相粘連起來，從而賦與砂型和型芯以足夠的強度，使其在搬運、組裝和澆注過程中不致變形和破碎。

基本介紹

• 中文名：型砂粘結劑
• 性質：造型材料
• 內容：將鬆散的鑄造砂粘結在一起
• 用途：植物油、松香、糊精、水玻璃

簡介

概述

型砂拈結劑時鑄件的質量和產量有直接的影響。鑄件的氣孔、拈砂、結疤、熱裂和表面質量等， 都與所使用的拈結劑有很大關係。研究和改進型砂拈結劑, 已成為提高鑄件質量和增加產量的重要途徑。型砂粘結劑又區分為有機和無機二大系統， 一般講，無機粘結劑多用於製造鑄型和簡單形狀的型芯， 有機粘結劑多用於製造複雜形狀的型芯，兩者之間的主要區別是： 無機拈結劑是熱穩定性的，受熱時狀態上沒有多少變化或者沒有變化。反之， 有機粘結劑不管它的成分怎樣，澆注時受熱分解，產生氣體排出遺留碳質在砂拉周圍，而且澆注以後，有機拈結劑的潰散速度，完全取決於它的化學成分。

簡史

中國古代鑄造所用泥型（古代稱為陶范）的基本材料是粘結能力很強的粘土。隨著技術的發展，泥型中夾有大量砂粒，並逐漸以砂子為主要材料，則粘土就成了粘結劑。粘土仍在廣泛使用。後來相繼出現各種無機和有機粘結劑，如植物油、松香、糊精、水玻璃及合成樹脂等。1943年德國J.克羅寧發明用酚醛樹脂作粘結劑製造薄殼砂型。1947年捷克斯洛伐克L.彼德熱拉用水玻璃作為型砂粘結劑，吹CO₂氣體使其硬化,製成砂型和型芯。這兩種粘結劑的套用開闢了砂型和型芯以化學方式硬化的新途徑。化學硬化就是將少量硬化劑加入到某些有機或無機粘結劑中，通過它們之間的化學物理作用，達到使砂型和型芯在短時間內硬化的目的。化學硬化砂型澆出的鑄件尺寸精度、表面光潔度和生產率都大為提高，很快得到廣泛使用。自50年代後期起，各國陸續採用呋喃樹脂粘結劑，在加熱的芯盒中制芯1～2分鐘後，型芯即能硬化。

種類

型砂粘結劑按化學組成可分為無機粘結劑和有機粘結劑兩大類。主要的無機粘結劑有粘土、水玻璃和水泥、磷酸鹽等，其中以粘土、水玻璃套用較多。有機粘結劑主要有植物油、糖漿、糊精、羧甲基纖維素、松香、合脂、減壓渣油、瀝青、紙漿廢液、合成樹脂等，以植物油、合成樹脂套用較多。

粘土

使用最廣，用量最大的型砂粘結劑。粘土主要是由細小結晶質的粘土礦物組成，如高嶺石和蒙脫石等。粘土依含有的粘土礦物種類和性能的不同，主要分為普通粘土和膨潤土兩類。普通粘土通常又稱白泥，是由高嶺土類的粘土礦物組成，其中含Al2O3較多,耐火性較高的稱為耐火粘土。普通粘土多用於乾砂型。膨潤土主要是由蒙脫石類礦物組成，根據吸附的陽離子不同又可分為鈣膨潤土和鈉膨潤土。鈣膨潤土吸附的陽離子以Ca為主；鈉膨潤土吸附的陽離子以Na為主。膨潤土的濕態粘結力比普通粘土高，一般用於濕砂型。

水玻璃

常用的是矽酸鈉或矽酸鉀的水溶液。它們在液態時具有粘性，並在一定條件下能轉變成凝膠狀態，因而可用來作型砂或芯砂的粘結劑。以水玻璃為粘結劑的砂型和型芯中如吹入CO2氣體,只需幾秒到幾十秒鐘就能硬化。在水玻璃型砂中加入矽酸二鈣或有機酯，能使砂型和型芯自行硬化。水玻璃的價格低、無氣味，對環境污染少。水玻璃砂的潰散性差和舊砂回用較困難等問題，已開始得到解決。

植物油

最常用的有桐油、亞麻仁油等。主要用於配製芯砂，習慣稱為油砂。油砂的流動性好，硬化後強度高，澆鑄後潰散性好，適合製造形狀複雜、截面細薄的型芯，曾大量用於汽車、拖拉機、水暖器材等的鑄件生產。植物油的來源不足，價格較昂貴，而且需要長時間加熱才能硬化，多已被樹脂粘結劑所代替。

合成樹脂

常用的有酚醛樹脂、呋喃樹脂、異氰酸脂、尿脘樹脂等。用合成樹脂作粘結劑，一般應結合硬化方法加入適當的硬化劑。常用的硬化方法有 3種。①加熱硬化：以酚醛樹脂為粘結劑，用加熱的金屬模樣或芯盒製造薄殼砂型或型芯，或者以呋喃樹脂為粘結劑在加熱的芯盒中製造型芯，硬化速度快,生產效率高,鑄件的形狀和尺寸精度以及表面質量都很好。在大量生產的汽車、拖拉機等工業中被普遍套用。②氣霧硬化：以異氰酸酯、尿脘樹脂和酚醛樹脂為粘結劑，吹入胺類氣霧；或者以呋喃樹脂為粘結劑,混砂時加入過氧化物,吹入SO2氣體。用這種硬化方法可以使型芯在幾秒至30秒以內迅速硬化。型芯生產速度快，鑄件形狀和尺寸精度高，而且節省能源，在汽車、拖拉機工業和其他成批生產鑄件的工業中使用日益增多。③常溫自硬：以呋喃樹脂、甲階酚醛樹脂或異氰酸脂和有羥基的樹脂為粘結劑，同時在型砂中加入液體硬化劑，製成的砂型和型芯在常溫下放置可逐漸自行硬化。由於砂型和型芯不需要加熱烘乾，硬化後強度高，澆注後潰散性能好,鑄件表面質量好,可製造小型、中型及大型砂型和型芯，在工具機、礦山機械、動力機械、冶金機械等工業生產中使用較多。

性能要求

較理想的型砂粘結劑應具有的特性是：①液體粘結劑的粘度低，混砂時輕易與砂粒混合均勻，而且混好的型砂流動性好，可以製成外形複雜的、準確反映模樣表面外形的砂型和型芯。②硬化速度快，最好不經加熱就能硬化，以節約能源和使用價格低廉的非金屬或鋁合金模樣和芯盒。如能採取先硬化、後脫模的方法，就可顯著提高鑄件的外形和尺寸精度。③硬化後強度高，能用來製造外形複雜、截面細薄的型芯，並可減少粘結劑加入量，以便降低鑄件生產成本和減少澆注過程中氣體發生量，減少鑄件產生氣孔缺陷的可能性。④發氣量少，要求粘結劑受熱發氣緩慢、量少。對於和等類鑄件還要求粘結劑的含氮量低，以防止產生皮下氣孔、針孔等缺陷。⑤潰散性好，粘結劑受到高溫作用能自行分解潰散，以防止鑄件凝固後產生內應力、裂紋，並使鑄件輕易清砂。此外，還要求粘結劑不易吸潮或變質，混砂後可使用時間長，不粘附模樣和芯盒，對人體無害，對環境無污染，來源豐富，價格低廉等。