(1)不可不关注磷酸盐自硬砂的硬化速度可能过快的问题 磷酸盐粘结剂属酸碱型粘结剂,配制的自硬砂往往由于所用粘结剂与硬化剂活性大,化学反应激烈,导致硬化速度过快,根本无法满足混砂、造型(芯)等有关工艺的要求。为此,可从粘结剂和硬化剂两方面去解决:
1)粘结剂方面采用中和度大的,也即让其酸性偏弱。所谓中和度是指磷酸盐中参与中和的氧化物与磷酸P2O5的摩尔数之比。例如所用磷酸盐为磷酸铝,则中和度为Nm=(Al2O3/P2O5)%(摩尔数),Nm值越大,粘结剂的酸性越弱,反之,则酸性越强。而如果直接采用磷酸作粘结剂,则其中和度为零,就可适当采用碱部分中和磷酸,也可采取措施降低硬化剂活性。
2)控制硬化剂粉料的化学活性,主要有:
①对粉状硬化剂进行高温煅烧,也即采取热化学钝化。通常煅烧温度愈高,硬化剂粉料的晶格缺陷越少,因而它们对粘结剂的反应活性越低。
②物理化学钝化,包括在磨细硬化剂粉料时,加入占粉料质量分数0.1%~0.5%的阴离子或非离子表面活性剂作为钝化剂,使其包覆在粉料的表面,延缓和降低硬化剂粉料的反应能力。也可以在混砂时,按缓冲溶液的原理加入质量分数为0.2%~0.5%的柠檬酸胺、草酸胺等作缓凝剂,来延长磷酸盐自硬砂的可使用时间,硬化后的强度还有所提高。
③将作为硬化剂使用的反应活性不同的金属氧化物混合使用,如冲天炉炉渣及电炉炼钢废料都是由反应活性不同的碱性氧化物组成,有可能从混好砂到造型、制芯及起模阶段,由于其与磷酸盐发生的化学反应较缓慢,从而有可能达到既使该型(芯)砂有较好的可使用时间,又可在造型、制芯后得到起模所需要的起模强度,而在起模后继续硬化。
(2)磷酸盐粘结剂砂型(芯),在相对湿度较大的环境中不得发生潮解 磷酸盐粘结剂的粘结作用主要表现在两个方面:一是磷酸盐与作为硬化剂的碱性氧化物反应,促使粘结体系发生凝结和硬化,并形成具有网状结构的大分子胶膜包覆在砂粒表面,使其具有一定强度;二是磷酸盐粘结剂与砂粒表面发生界面反应而具有强度。但磷酸盐及形成的大分子结构中,都存在具有正四面体结构的磷酸根[PO4]3-,当环境相对湿度较大时,磷酸盐粘结剂中的金属阳离子吸附极性水分子并形成水合分子一起进攻破坏“P—O”键,造成磷酸盐网状结构的破坏,从而使粘结膜强度降低。为提高磷酸盐粘结剂砂型(芯)的抗吸湿性,目前一般采用的方法有:(www.daowen.com)
1)适当增加硬化剂的用量,但要求所用硬化剂的活性低、反应速度低,才能保证型(芯)砂有足够的可使用时间。
2)在砂芯或砂型型腔表面涂敷醇基或有机溶剂型憎水涂料。
3)在磷酸盐粘结剂中加入一些有机化合物或有机高分子材料,屏蔽、减少或取代亲水基团。国外有专利提出在硼铝磷酸盐粘结剂中加入多元醇、有机酸或酮的互变体,可以增加砂型(芯)硬化后的存放时间。这种附加物在化学上的特点是含有“—C—C—”的通式基团,这种基团参与后可以缓解吸湿。
4)通过加热使磷酸盐粘结剂的交联聚合完全。
(3)不可不关注磷酸盐粘结剂价格偏高问题 我国的磷矿石储量居世界第4位,这使磷酸盐粘结剂有稳定的材料来源,成本不应高,但在实际生产中,发现磷酸盐粘结剂尤其是改性磷酸盐粘结剂的成本,不仅与改性水玻璃比偏高,就是与树脂粘结剂比也不算低,这不利磷酸盐粘结剂的推广应用。如何降低成本,做到物美、价格不太高,让用户既提高了效率,享受了采用新粘结剂获得的较好工作环境,又有好的效益,是推广磷酸盐粘结剂不可不注意研究解决的问题。这方面很重要的是,研究工作者不要把目光只集中在市场上的化工材料,而应多留意工业废料,变废为宝。例如捷克就将工业废磷酸用于自硬砂粘结剂,其他改性材料也可朝这方向去努力。所用硬化剂更可从冶金炉渣、废料等方面去探求。这样既可降低成本,使用户受益,同时也使生产粘结剂的工厂有可能取得更大效益。
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