粘结剂对消失模铸造涂料性能影响的试验研究

２００２年第１期　粘结剂对消失模铸造涂料性能影响的试验研究　高洪涛徐庆柏周杰刘兰俊（合肥工业大学材料科学与工程学院摘要楼必君　２３０００９）　试验研究７粘结剂对消失模铸造涂料性能的影响，着重讨７粘结剂加入量及不同种类粘结剂对　消失模铸造涂料触变性和涂挂性等Ｉ艺性能以及粘结强度、抗弯强度和发气性等Ｉ作性能的影响规律。结果表　明适量的有机粘结荆可增强涂料的触变性、改善涂料的涂挂性，同时蟛成涂料的粘结强度和抗弯强度，但也使　涂料的发气量增加。另外无机粘结剂主要丹ｊ成涂料的高温强度，对其他性能影响不大。　关键词　消失模涂料粘结剂　Ｉ艺性能　Ｉ作性能　Ｓｔｕｄｙ　ｏｎ　Ｅｆｆｅｃｔ　ｏｆ　Ｏｒｇａｎｉｃ　Ｂｏｎｄ　ａｎｄ　Ｉｎｏｒｇａｎｉｃ　Ｂｏｎｄ　ａｎ　ＬＦＣ　Ｃｏａｔｉｎｇ　Ｐｒｏｐｅｒｔｙ　Ｇａｏ　Ｈｏｎｇｔａｏ　Ｘｕ　Ｑｉｎｇｂａｉ　Ｚｈｏｕ　Ｊｉｅ　Ｌｉｕ　Ｌａｎｊｕｎ　Ｌｏｕ　Ｂｉｉｕｎ　（Ｍａｔｅｒｉａｌｓ　Ｃｏｌｌｅｇｅ　ｏｆ　Ｈｅｆｅｉ　Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ　ｏｆ　Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ）　Ａｂｓｔｒａｃｔ　Ｔｈｅ　ｅｆｆｅｃｔｓ　ｏｆ　ｏｒｇａｎｉｃ　ｂｏｎｄ　ａｎｄ　ｉｎｏｒｇａｎｉｃ　ｂｏｎｄ　ｏｎ　ｌＯｓｔ　ｆｏａｍ　ｃａｓｔｉｎｇ（ＬＦＣ）ｃｏａｔｉｎｇ　ｐｒｏｐｅ￣ｉｅｓ　ｗｅｒｅ　ｓｔｕｄｉｅｄ．Ｔｈｅ　ｒｅｓｕｌｔｓ　ｉｎｄｉｃａｔｅ　ｔｈａｔ　ａｐｐｒｏｐｒｉａｔｅ　ｏｒｇａｎｉｃ　ｂｏｎｄ　ｃａｎ　ｉｍｐｒｏｖｅ　ｔｈｅ　ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｉｃａｌ　ｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓ　ｓｕｃｈ　ａｓ　ｔｈｉｘｏｔｒｏｐｙ，ｓｍｅａｒｉｎｇ　ｐｒｏｐｅｒｔｙ　ａｎｄ　ｗｏｒｋｉｎｇ　ｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓ，ｓｕｃｈ　ａｓ　ｂｉｎｄｉｎｇ　ｓｔｒｅｎｇｔｈ　ａｎｄ　ｂｅｎｄｉｎｇ　ｓｔｒｅｎｇｔｈ　ｏｆ　ｔｈｅ　ＬＦＣ　ｃｏａｔｉｎｇ。ｂｕｔ　ｔｈｅ　ｇａｓ　ｅｖｏｌｕｔｉｏｎ　ｉｓ　ｉｎｃｒｅａｓｅｄ．Ｉｎ　ａｄｄｉｔｉｏｎ，ｔｈｅ　ｉｎｏｒｇａｎｉｃ　ｂｏｎｄ　ｃｏｎｔｒｉｂｕｔｅｓ　ｔｏ　ｔｈｅ　ｈｉｇｈ－－ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ　ｂｅｎｄｉｎｇ　ｓｔｒｅｎｇｔｈ　ａｎｄ　ｈａｓ　ｌｉｔｔｌｅ　ｅｆｆｅｃｔ　ｔｏ　ｏｔｈｅｒ　ｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓ　ｏｆ　ＬＦＣ　ｃｏａｔｉｎｇ．　Ｋｅｙｗｏｒｄｓ　ＬＦＣ　ｃｏａｔｉｎｇ　Ｂｏｎｄ　Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｉｃａ１　ｐｒｏｐｅｒｔｙ　Ｗｏｒｋｉｎｇ　ｐｒｏｐｅｒｔｙ　由于消失模铸造具有省去砂芯、分型、起模，并　耐火骨料为铝矾土和云母；有机粘结剂和无机粘　结剂；消泡剂；分散剂；载液为水。　表１几种有机粘结｛ｌ｜的性能参数　名称　外观　ｐＨ值　４—５　有利于生产复杂铸件与环境改善等优点，因此近年来　发展很快，是一项极有发展前途的新工艺。在消失模　铸造中，涂料是关键技术之一，国外有“涂料即是铸　型”之说口］，因为它对铸件的形成和质量有直接的影　响。粘结剂在涂料中具有很重要的作用，它必须满足　消失模铸造对涂料性能的要求，即必须使涂料在涂挂　时对模样有较大的附着力；赋予涂层较大的强度；使　涂层高温发气量尽可能的少　单一粘结剂很难满足要　求，为此我们同时选用有机粘结剂和无机粘结剂，使　一咕度（ｍＰａ・ｓ、　（２５Ｃ）　其他　ＺＡ　ＺＢ　ＺＣ　乳白色乳液　５００—１０００　吉同量５４　５　乳白色乳液　５　０—５．５　ｌ０Ｏ０—３０００　古同量５０—５２　乳白色乳液　～６　】５００—２０００　吉固量５０　１．２．２涂料性能的测试方法　涂料的性能分为工艺性能和工作性能，测试方法　如下：　些粘结剂在涂挂时发挥附着粘结作用，另一些在干　燥及高温状态下起作用。本文在以前的研究基础之　１．２．２．１涂料的工艺性能测试方法　（１）触变性　上，精选三种有机粘结剂和两种无机粘结剂进行试　验，以比较它们对消失模涂料性能的影响规律，从而　达到优化的目的。　１试验材料殛试验方法　１．１试验材料　用ＮＤＪ—Ｉ型旋转粘度计测量（３＃转子，１２ｒ／　ｍｉｎ）。　（２）涂挂性　涂挂性对干砂负压条件下的消失模涂料非常重　要。良好的涂挂性是在浸涂时形成一定厚度涂层的必　要条件。我们将图１所示塑料模样浸于被测涂料中涂　挂，称量涂挂前后的涂挂重量，然后利用下式计算模　样表层的平均厚度：　７　试验用有机粘结剂的性能参见表１。　１．２试验方法　１．２．１试验涂料组分　试验用消失模铸造涂料的成分为：　维普资讯 http://www.cqvip.com

１一悬挂环　２一泡洋塑料　图ｌ涂挂用泡沫塑料模样　８一（Ｍ　８一Ｍ】）／（Ｆ　Ｘｄ）　式中８一涂层平均厚度，ｍｍ　Ｍ。一涂挂后塑料模样的重量，ｇ　Ｍ　一涂挂前塑料模样的重量，ｇ　Ｆ一涂挂面积，（　×Ｄ×Ｌ＋　×Ｄ。／２）ｒａｍ。　ｄ一涂料的密度，ｇ／ｃｍ。　Ｄ一塑料模样的直径，ｍｍ　Ｌ一塑料模样的长度，ｍｍ　Ｌ　２．２．２涂料工作性能测试方法　（１）粘结强度　我们用自制简易夹具和ＸＬ一５０Ａ型拉力试验　机，测定了三种不同粘结剂涂料对泡沫塑料模样表面　的附着力，即粘结强度。利用不同形状泡诔塑料模样　分别测试了抗拉强度和抗剪切强度（如图２、３所示）。　将直径为３５ｍｍ的圆柱形泡沫塑料模样的工作面一Ｉ－　涂上一层涂料，然后和一同样尺寸的泡沫塑料模样的　工作面对接或搭接，需要注意的是，为使涂层完全从　同一面上脱落，我们将对接或搭接的两个面的其中一　个进行加工，使其较为粗糙，而保持另一个面光滑（为　实际生产时的工作面）。之后，将对接或搭接后的试样　连同夹具一起置于烘箱中，在５５—６０＂Ｃ下烘干５ｈ，　取出并安装在拉力试验机上。启动加载电机和拉力传　感器，直到对接或搭接处断开为止，读出所加载荷数　值，根据公式计算粘结强度：　抗拉强度　＝Ｆ　／Ｓ．　．式中Ｆｒ一所加拉伸载荷值，Ｎ　ｓＬ一受拉力面积，Ⅱ×ｌ７．５　２ｍｍ。　整理得ｄＬ—ｌ，０４０ｘＦＬ（ｋＰａ）　抗剪切强度　＝Ｆ』／Ｓ】　式中Ｆ　Ｊ一所加剪切载荷值（Ｎ）　ｓ　Ｊ一受剪切力面积，２５Ｘ　２５ｒａｍ　整理得ｑ—Ｌ　６００ＸＦ』（ｋＰａ）　（２）抗弯强度　８　铸造工程・造型材料　ｌ一光滑工作面２一粗糙工作面　３一涂层　图２测涂料抗拉强度示意围　１一光滑工作面２一粗糙工作面　３一潦层　图３测涂料抗剪切强度示意圈　采用自行设计的涂料抗弯强度测试装置进行测　定。　（３）发气性　用ｓＦＱ型记录式发气性渊定仪测定。首先制备　试样，将待测涂料ｌｏｇ左右放在烘箱中，升温至１５０　±５℃，保温２ｈ，冷却至室温，研成粉末，放入干燥器　备用。测试时，将试样０．５ｇ均匀置于预先经］０００￣　灼烧过的瓷舟内，然后将瓷舟送入升温至１０００士５℃　的发气性测定仪的石英管红热部位，立即封闭管Ｅｌ。　记录仪开始记录试样的发气量，保持至试样无气体再　析出为止。从记录纸上的发气曲线，可得到涂料试样　的发气量和发气速度。　２试验结果及分析　２．１涂料的Ｉ艺性能　（１）触变性　有机粘结剂对消失模涂料触变性的影响如图４、　５所示。　从图４、５可以看出，试验涂料均具有剪切变稀的　特性，均为假塑性流体。随有机粘结剂含量的增加，触　变性越明显。有机粘结剂之所以使涂料具有明显的触　变性，是因为这三种有机粘结剂都是高分子共聚　物　］。这种高分子共聚物在水分散体系中形成线状的　分子链段，这些分子链段由于本身的转动和蠕动会相　互缠结在一起，形成很多的缠结点。当剪切速率为零　维普资讯 http://www.cqvip.com

２００２年第１期　时间　图４有机粘结荆ＺＡ加人■对涂料触立性的影响　量　簿　图５三种有机粘结剂加人■对涂料触变性的影响　图６分子链殷的缠结结构　（２）涂挂性　涂挂后涂层的湿态厚度如图７所示。可以看出，　随有机粘结荆含量的增加，涂层变厚。当含量达ｌ４　时，模样浸涂后不滴淌，有堆积，导致涂层很厚，以ＺＢ　最为严重，ＺＣ次之；而当含量为６　时，模样浸涂后　滴淌厉害，涂层很薄，仍以ＺＢ最为严重，ＺＣ次之；涂　层厚度随ＺＡ的变化没前两者显著。　２．２奈料的Ｉ作性能　（１）粘结强度　度和剪　圄　着有机　结强度　从表２可以看出，三种试验涂料中，以ＺＢ为有　机粘结剂涂料的粘结强度（抗拉强度和抗剪强度）最　大，ＺＡ次之，但总体来说，三者相差不是很大，都能　ｚ＾的加＾量／■　图８　ＺＡ加人■对涂料粘结强度的影响　表２三种不同涂料的粘结强度　涂料中有机粘结剂名纷　ＺＡ　ＺＢ　ＺＣ　涂料的粘结（抗拉）强度（ｋＰａ）　４２　４５　３８　涂料的粘结（抗剪）强度（ｋＰａ）　３０　３２　２９　（２）抗弯强度　涂料的抗弯强度随有机粘结剂的变化情况如图　９和表３所示。　从图９中可以看出，随有机粘结剂含量的增加，　涂料的常温抗弯强度提高，高温抗弯强度降低　涂料　中有机粘结剂充分润湿耐火填料颗粒表面，因吸附作　用产生氢键和范得华力。由于这些力的作用，耐火填　料颗粒紧密链接。随有机粘结剂含量的增加，这种链　接作用加强。涂层干燥时，随水分散失，有机粘结剂由　液态变为固态，使涂层获得较高的常温强度　］。高温　状态下，涂料中有机粘结剂烧失．在涂层中形成空洞，　使涂层不连续性增强，从而使涂层抗弯强度降低，但　降低幅度不是很大，这是因为涂层的高温抗弯强度主　９　维普资讯 http://www.cqvip.com

要由高温　从表　的涂料常　茧　、　盏　静　斌　雹　窭　衢　ｚ＾的古量＾　囝９　ＺＡ加人■对消失模涂料抗弯强度的影响　表３三种不同有机牯结剂涂料的抗弯强度　涂料中有机粘结剂名称　ＺＡ　ＺＢ　ＺＣ　澹料的常温抗弯强度（ｋＰａ）　２１．８　２４　２０　澹料的高温抗弯强度（ｋＰａ）　ｌＩ　ｌ４．５　ｌ４．２　涂料的抗弯强度随白泥加入量的变化情况，如　图ｌＯ和表４所示。　从图ｌｏ可　看出，随白泥含量的增加，涂料的常　温抗弯强度和高温强度均增高，高温抗弯强度增加幅　度明显，这是由于高温抗弯强度是要由白泥等提供所　致。另外，因为自泥在常温状态下也有一定的粘结作　用，所　常温抗弯强度也有所提高。　从表４可　看出，南京白泥比苏州白泥使涂料有　更高的高温抗弯强度。　苏州白泥古量，ｋＰａ　图ｌｏ苏州白泥含量对涂料抗弯强度的影响　表４两种不同涂料的抗弯强度　涂料中无机粘结剂名称　苏州白泥　南京白泥　涂料的常温抗弯强度（ｋＰａ）　２ｌ　２２　涂料的高温抗弯强度（ｋＰａ）　ｌ４　１６．５　（３）发气性　涂料的发气量如图ｌ１和表５所示。　由图ｌ１可以看出，涂料的发气量随有机粘结剂　含量的增加而增加。　由表５可　看出，三种涂料中，　ＺＡ为粘结剂　的涂料的发气量最低。　１０　铸造工程・造型材料　∞　避瞬　摹《骺　响　另外，从发气性曲线上还可　计算出涂料的发气　速度　因为消失模涂料的发气量远低于聚苯乙稀泡沫　塑料的发气量（约３７５ｍＬ／ｇ），所　发气速度在实际　生产中起主要的影响作用。从涂料的发气曲线可得，　ＺＡ为粘结剂的涂料的发气速度较小，低于１．　５ｍＬ／ｓ，而其它两种涂料的发气速度均大于２ｍＬ／ｓ。　３结论　（１）高分子共聚物ＺＡ、ＺＢ和ＺＣ均使消失模铸　造涂料具有明显的触变性。　（２）涂料涂挂性用泡沫塑料模样的涂层厚度来衡　量；随有机粘结剂加入量的增加，涂层厚度增加，其中　厚度变化对ＺＢ的加入量尤为敏感。　（３）随有机粘结剂含量的增加，涂料对泡沫塑料　模样的粘结强度几乎呈线性提高，且抗拉强度高于抗　剪切强度；三种不同粘结剂涂料的粘结强度（抗拉强　度和抗剪强度）相差不大。　（４）随有机粘结剂加入量的增加，涂料的常温抗　弯强度提高，高温抗弯强度降低，但降低幅度不大ｊ随　无机粘结剂加入量的增加，涂料的高温抗弯强度和常　温抗弯强度均提高，但常温抗弯强度提高幅度不大。　（ｊ）涂料的发气量随有机粘结剂含量的增加而　增加；在三种不同涂料中，　ＺＡ为粘结荆的涂料的　发气量晟低，发气速度也最小。　参考文献　１．Ｔｏｍ　Ｂｅｘ．Ｃｈｅｍｔｓｔｒｙ　ｔｏ　ＦＰＣ　Ｃｏｎｓｉｓｔｅｎｃｙ．Ｍｏｄｅｒｎ　Ｃａｓｔ．　ｔａｇ，１９８９（１Ｏ）　２．李子东、李广宇、干敏编著。实用肢粘料原材料手册，目傍　工业出版社．１９９９　３．球拍年蝙著，铸造流变学。哈尔滨工业大学出版牡．１９９１　４．霉希竞、姜青河、孙元状，消失犊铸造涂料强度的研览。铸　造设备研宄．１９９９（１）