一种改善型砂硬化强度的粘结剂
技术领域
本发明属于铸造技术领域，特别是一种改善型砂硬化强度的粘结剂。
背景技术
铸造是将金属熔炼成符合一定要求的液体并浇进铸型里，经冷却凝固、清整处理后得到有预定形状、尺寸和性能的铸件的工艺过程。铸造毛坯因近乎成形，而达到免机械加工或少量加工的目的降低了成本并在一定程度上减少了制作时间%20.铸造是现代装置制造工业的基础工艺之一。
型砂%20,%20主要有砂型铸造和特种铸造2大类。普通砂型铸造，利用砂作为铸模材料，又称砂铸，翻砂，包括湿砂型、干砂型和化学硬化砂型3类，好处是成本较低，因为铸模所使用的沙可重复使用;缺点是铸模制作耗时，铸模本身不能被重复使用，须破坏后才能取得成品。
采用普通型砂进行铸造，需要用到型砂粘结剂将原砂(山砂或河砂)进行粘结到一起，避免溃散，然而，现有的型砂粘结剂采用粘土作为粘结剂使用，由于粘土虽然粘性较大，但是其作为粘结剂会导致型砂模的溃散性较差，即时硬度较低，从而引发各种铸造缺陷的产生，降低铸造成本。
发明内容
本发明的目的是提供一种改善型砂硬化强度的粘结剂，以解决现有技术中的不足。
本发明采用的技术方案如下：
一种改善型砂硬化强度的粘结剂，将磷酸与马来酸进行混合，然后加热处理，得到混合酸；
将所述混合酸添加到水中，配制成混合酸溶液；
向所述混合酸溶液中添加氢氧化铝、碳酸钠，进行超声处理3-5min，得到反应液，然后再分别以500r/min、1500r/min转速各搅拌1-1.5小时，得到透明液体，即得。
所述磷酸与马来酸混合质量比例为10:1-1.5。
所述混合酸溶液中磷酸质量分数为32-35%。
所述氢氧化铝与磷酸摩尔比为2:1，碳酸钠与马来酸摩尔比为1:1。
所述超声处理频率为35-40kHz，功率为600W。
所述超声波处理后向反应液中添加接枝马来酸盐；
所述接枝马来酸盐与反应液质量比为6-8:100。
所述接枝马来酸盐制备方法为：
在氮气气氛下，将苯乙烯-异戊二烯-苯乙烯嵌段共聚物加热至熔融状态，然后再将马来酸酐与过氧化二苯甲酰添加到苯乙烯-异戊二烯-苯乙烯嵌段共聚物中，以500r/min转速搅拌反应2小时，得到反应产物，将反应产物添加到丙酮中，反复抽滤，然后进行干燥，得到接枝产物；
将上述得到的接枝产物溶于甲苯中，然后再添加氢氧化钠乙醇溶液，搅拌反应1小时，然后静置2小时，再采用丙酮进行沉淀，抽滤，干燥，即得接枝马来酸盐。
所述马来酸酐与过氧化二苯甲酰、苯乙烯-异戊二烯-苯乙烯嵌段共聚物混合质量比为10-12:1-3:30-35。
所述接枝产物与氢氧化钠摩尔比为1:1；
所述氢氧化钠乙醇溶液中氢氧化钠质量分数为10%，
乙醇质量分数为40%，其余为水。
本发明制备的改善型砂硬化强度的粘结剂与原砂混合质量比为1-1.5:20；
混合粘结剂均匀后的原砂填入模具中，压实，然后采用微波干燥处理10min，然后进行脱模，即可，微波功率为500W。
有益效果：
本发明提供了一种改善型砂硬化强度的粘结剂，本发明制备的粘结剂应用到砂模中，在微波的促进下，能够大幅度的缩短硬化时间，提高生产效率，同时，能够极大的提高即时强度，并且，具有更加优异的易溃散性，残留强度低，更利于再回收利用，通过采用本发明制备的粘结剂，相较于常规的粘土型粘结剂而言，具有更好的溃散性，尤其是，本发明通过添加接枝马来酸盐的协同促进作用，能够有效的破坏型砂中产生的粘结膜的连续性，从而能够进一步的降低残留强度，能够大幅度的改善砂模的溃散性能，通过其较好的溃散性能够更便于其收回利用，降低了再回收利用的成本，本发明中采用的磷酸盐与接枝马来酸盐的较低的线膨胀系数，使得熔融的玻璃体在冷却过程中，产生了沿溃散调节剂的裂纹，进而改善型砂的溃散性，使得其更易于溃散。
具体实施方式
一种改善型砂硬化强度的粘结剂，将磷酸与马来酸进行混合，然后加热处理，得到混合酸；
磷酸或正磷酸，化学式H3PO4，分子量为97.994，是一种常见的无机酸，是中强酸。由五氧化二磷溶于热水中即可得到。正磷酸工业上用硫酸处理磷灰石即得。磷酸在空气中容易潮解。加热会失水得到焦磷酸，再进一步失水得到偏磷酸；
马来酸：
密度：1.499g/cm3；
熔点：134-138℃；
沸点：355.482°C%20at%20760%20mmHg；
闪点：182.981°C；
蒸汽压：0mmHg%20at%2025°C；
性状：单斜晶系无色结晶，有涩味；
相对Density(水=1)%201.59(20℃)；
相对蒸气Density(空气=1)%204.0；
易溶于：%20乙醇、丙酮、水；
水中溶解度：788g/L；
将所述混合酸添加到水中，配制成混合酸溶液；
向所述混合酸溶液中添加氢氧化铝、碳酸钠，进行超声处理3-5min，得到反应液，然后再分别以500r/min、1500r/min转速各搅拌1-1.5小时，得到透明液体，即得。
所述磷酸与马来酸混合质量比例为10:1-1.5。
所述混合酸溶液中磷酸质量分数为32-35%。
所述氢氧化铝与磷酸摩尔比为2:1，碳酸钠与马来酸摩尔比为1:1。
所述超声处理频率为35-40kHz，功率为600W。
所述超声波处理后向反应液中添加接枝马来酸盐；
所述接枝马来酸盐与反应液质量比为6-8:100。
所述接枝马来酸盐制备方法为：
在氮气气氛下，将苯乙烯-异戊二烯-苯乙烯嵌段共聚物加热至熔融状态，然后再将马来酸酐与过氧化二苯甲酰添加到苯乙烯-异戊二烯-苯乙烯嵌段共聚物中，以500r/min转速搅拌反应2小时，得到反应产物，将反应产物添加到丙酮中，反复抽滤，然后进行干燥，得到接枝产物；
将上述得到的接枝产物溶于甲苯中，然后再添加氢氧化钠乙醇溶液，搅拌反应1小时，然后静置2小时，再采用丙酮进行沉淀，抽滤，干燥，即得接枝马来酸盐。
所述马来酸酐与过氧化二苯甲酰、苯乙烯-异戊二烯-苯乙烯嵌段共聚物混合质量比为10-12:1-3:30-35。
所述接枝产物与氢氧化钠摩尔比为1:1；
所述氢氧化钠乙醇溶液中氢氧化钠质量分数为10%，
乙醇质量分数为40%，其余为水。
下面将结合本发明实施例的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例1
一种改善型砂硬化强度的粘结剂，将磷酸与马来酸进行混合，然后加热处理，得到混合酸；将所述混合酸添加到水中，配制成混合酸溶液；向所述混合酸溶液中添加氢氧化铝、碳酸钠，进行超声处理3min，得到反应液，然后再分别以500r/min、1500r/min转速各搅拌1小时，得到透明液体，即得。所述磷酸与马来酸混合质量比例为10:1。所述混合酸溶液中磷酸质量分数为32%。所述氢氧化铝与磷酸摩尔比为2:1，碳酸钠与马来酸摩尔比为1:1。所述超声处理频率为35kHz，功率为600W。
实施例2
一种改善型砂硬化强度的粘结剂，将磷酸与马来酸进行混合，然后加热处理，得到混合酸；将所述混合酸添加到水中，配制成混合酸溶液；向所述混合酸溶液中添加氢氧化铝、碳酸钠，进行超声处理5min，得到反应液，然后再分别以500r/min、1500r/min转速各搅拌1.5小时，得到透明液体，即得。所述磷酸与马来酸混合质量比例为10:1.5。所述混合酸溶液中磷酸质量分数为35%。所述氢氧化铝与磷酸摩尔比为2:1，碳酸钠与马来酸摩尔比为1:1。所述超声处理频率为40kHz，功率为600W。
实施例3
一种改善型砂硬化强度的粘结剂，将磷酸与马来酸进行混合，然后加热处理，得到混合酸；将所述混合酸添加到水中，配制成混合酸溶液；向所述混合酸溶液中添加氢氧化铝、碳酸钠，进行超声处理4min，得到反应液，然后再分别以500r/min、1500r/min转速各搅拌1.2小时，得到透明液体，即得。所述磷酸与马来酸混合质量比例为10:1.3。所述混合酸溶液中磷酸质量分数为32-35%。所述氢氧化铝与磷酸摩尔比为2:1，碳酸钠与马来酸摩尔比为1:1。所述超声处理频率为38kHz，功率为600W。
实施例4
一种改善型砂硬化强度的粘结剂，将磷酸与马来酸进行混合，然后加热处理，得到混合酸；将所述混合酸添加到水中，配制成混合酸溶液；向所述混合酸溶液中添加氢氧化铝、碳酸钠，进行超声处理4min，得到反应液，向反应液中添加接枝马来酸盐；所述接枝马来酸盐与反应液质量比为6:100。所述接枝马来酸盐制备方法为：在氮气气氛下，将苯乙烯-异戊二烯-苯乙烯嵌段共聚物加热至熔融状态，然后再将马来酸酐与过氧化二苯甲酰添加到苯乙烯-异戊二烯-苯乙烯嵌段共聚物中，以500r/min转速搅拌反应2小时，得到反应产物，将反应产物添加到丙酮中，反复抽滤，然后进行干燥，得到接枝产物；将上述得到的接枝产物溶于甲苯中，然后再添加氢氧化钠乙醇溶液，搅拌反应1小时，然后静置2小时，再采用丙酮进行沉淀，抽滤，干燥，即得接枝马来酸盐。所述马来酸酐与过氧化二苯甲酰、苯乙烯-异戊二烯-苯乙烯嵌段共聚物混合质量比为10:1:30。所述接枝产物与氢氧化钠摩尔比为1:1；所述氢氧化钠乙醇溶液中氢氧化钠质量分数为10%，乙醇质量分数为40%，其余为水。然后再分别以500r/min、1500r/min转速各搅拌1.2小时，得到透明液体，即得。所述磷酸与马来酸混合质量比例为10:1.3。所述混合酸溶液中磷酸质量分数为32%。所述氢氧化铝与磷酸摩尔比为2:1，碳酸钠与马来酸摩尔比为1:1。所述超声处理频率为38kHz，功率为600W。
实施例5
一种改善型砂硬化强度的粘结剂，将磷酸与马来酸进行混合，然后加热处理，得到混合酸；将所述混合酸添加到水中，配制成混合酸溶液；向所述混合酸溶液中添加氢氧化铝、碳酸钠，进行超声处理4min，得到反应液，向反应液中添加接枝马来酸盐；所述接枝马来酸盐与反应液质量比为8:100。所述接枝马来酸盐制备方法为：在氮气气氛下，将苯乙烯-异戊二烯-苯乙烯嵌段共聚物加热至熔融状态，然后再将马来酸酐与过氧化二苯甲酰添加到苯乙烯-异戊二烯-苯乙烯嵌段共聚物中，以500r/min转速搅拌反应2小时，得到反应产物，将反应产物添加到丙酮中，反复抽滤，然后进行干燥，得到接枝产物；将上述得到的接枝产物溶于甲苯中，然后再添加氢氧化钠乙醇溶液，搅拌反应1小时，然后静置2小时，再采用丙酮进行沉淀，抽滤，干燥，即得接枝马来酸盐。所述马来酸酐与过氧化二苯甲酰、苯乙烯-异戊二烯-苯乙烯嵌段共聚物混合质量比为12:3:35。所述接枝产物与氢氧化钠摩尔比为1:1；所述氢氧化钠乙醇溶液中氢氧化钠质量分数为10%，乙醇质量分数为40%，其余为水。然后再分别以500r/min、1500r/min转速各搅拌1.2小时，得到透明液体，即得。所述磷酸与马来酸混合质量比例为10:1.3。所述混合酸溶液中磷酸质量分数为35%。所述氢氧化铝与磷酸摩尔比为2:1，碳酸钠与马来酸摩尔比为1:1。所述超声处理频率为38kHz，功率为600W。
实施例6
一种改善型砂硬化强度的粘结剂，将磷酸与马来酸进行混合，然后加热处理，得到混合酸；将所述混合酸添加到水中，配制成混合酸溶液；向所述混合酸溶液中添加氢氧化铝、碳酸钠，进行超声处理4min，得到反应液，向反应液中添加接枝马来酸盐；所述接枝马来酸盐与反应液质量比为7:100。所述接枝马来酸盐制备方法为：在氮气气氛下，将苯乙烯-异戊二烯-苯乙烯嵌段共聚物加热至熔融状态，然后再将马来酸酐与过氧化二苯甲酰添加到苯乙烯-异戊二烯-苯乙烯嵌段共聚物中，以500r/min转速搅拌反应2小时，得到反应产物，将反应产物添加到丙酮中，反复抽滤，然后进行干燥，得到接枝产物；将上述得到的接枝产物溶于甲苯中，然后再添加氢氧化钠乙醇溶液，搅拌反应1小时，然后静置2小时，再采用丙酮进行沉淀，抽滤，干燥，即得接枝马来酸盐。所述马来酸酐与过氧化二苯甲酰、苯乙烯-异戊二烯-苯乙烯嵌段共聚物混合质量比为11:2:32。所述接枝产物与氢氧化钠摩尔比为1:1；所述氢氧化钠乙醇溶液中氢氧化钠质量分数为10%，乙醇质量分数为40%，其余为水。然后再分别以500r/min、1500r/min转速各搅拌1.2小时，得到透明液体，即得。所述磷酸与马来酸混合质量比例为10:1.3。所述混合酸溶液中磷酸质量分数为33%。所述氢氧化铝与磷酸摩尔比为2:1，碳酸钠与马来酸摩尔比为1:1。所述超声处理频率为38kHz，功率为600W。
使用XQY-Ⅱ智能型砂强度仪测实施例与对比例砂模试样强度；
实施例制备的改善型砂硬化强度的粘结剂与原砂混合质量比为1:20；
混合粘结剂均匀后的原砂填入模具中，压实，然后采用微波干燥处理3min，然后进行脱模，即可，微波功率为500W；
对比例1粘结剂采用膨润土，与原砂混合质量比为1:20，混合粘结剂均匀后的原砂填入模具中，压实，然后在60℃下干燥3min，然后进行脱模，即可；
对比例2与实施例6区别为：干燥方式不同，将干燥方式替换为在60℃下干燥3min；
每组试样测试10个，取平均值；
表1
由表1可以看出，本发明方法制备的粘结剂混合后的原砂制备的砂模的即时强度更高，另外通过微波处理，能够进一步的缩短砂型的硬化时间并提高即时强度。
硬化时间
对实施例与对比例粘结剂应用的砂模表面硬度从0达到85H时需要的时间进行对比；
实施例制备的改善型砂硬化强度的粘结剂与原砂混合质量比为1:20；
混合粘结剂均匀后的原砂填入模具中，压实，然后采用微波干燥处理3min，然后进行脱模，即可，微波功率为500W；
对比例1粘结剂采用膨润土，与原砂混合质量比为1:20，混合粘结剂均匀后的原砂填入模具中，压实，然后在60℃下干燥5min，然后进行脱模，即可；
对比例2与实施例6区别为：干燥方式不同，将干燥方式替换为在60℃下干燥3min；
对比例3与实施例6区别为：干燥方式采用室温自然干燥；
每组试样10个，取平均值；
表2
由表2可以看出，本发明方法制备的粘结剂硬化时间在微波的促进下，大幅度降低，缩短了时间，提高了生产效率。
残留强度测定
试验设备采用：XQY-Ⅱ智能型砂强度仪；
制备尺寸为φ50mm×90mm的圆柱型砂试样，在室温下通风干燥下放置24h，然后放入950℃下的电阻炉中保温25min，再随炉冷却，测定950℃残留强度，每组试样10个，取平均值；
实施例制备的改善型砂硬化强度的粘结剂与原砂混合质量比为1:20；
混合粘结剂均匀后的原砂填入模具中，压实，然后采用微波干燥处理3min，然后进行脱模，即可，微波功率为500W；
对比例4粘结剂采用膨润土，与原砂混合质量比为1:20，混合粘结剂均匀后的原砂填入模具中，压实，然后采用微波干燥处理3min，然后进行脱模，即可，微波功率为500W；
表3
由表3可以看出，采用本发明粘结剂制备的砂模的溃散强度更低，表明，本发明粘结剂的砂模溃散性更好。
以上所述仅为本发明的较佳实施例，但本发明不以所示限定实施范围，凡是依照本发明的构想所作的改变，或修改为等同变化的等效实施例，仍未超出说明书所涵盖的精神时，均应在本发明的保护范围内。
