CN104338892A - 用于添加湿砂模的安定剂 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种用于添加湿砂模的安定剂，其包括：一粘结剂，其为一苯酚的衍生物，并以多种官能基取代氢原子加以键结，而该粘结剂占总重的75%～85%；以及一添加物，其含有多种微量元素；其中，该粘结剂与该添加物的重量比为4：1；藉此，改善湿砂模的物理特性，以供作为配砂、造模、铸件瑕疵分析的参考。

Description

用于添加湿砂模的安定剂

技术领域

本发明与一种安定剂有关，尤指一种可用于添加湿砂模的安定剂。

背景技术

湿砂模铸造法(Green Sand Molding Process)为自古沿传至今最具悠久历史的造模方法之一，随着时代的进步，此种造模法不仅未被淘汰，反而伴随着科技的进步，其亦扩大于工业各领域的使用范围，更于造模材料、方法或设备方面均有与时精进的表现与成果，此外，湿砂模铸造法亦为国内外铸造业最为普遍使用的方法之一，而湿砂模铸造法的所以被同业广泛采用，其主要原因便系利用此种方法可拥有造型容易、生产力高、成本较为低廉以及砂可回收再利用等优点。

湿砂模的基本组成主要包括硅砂、粘土、水，然而，造模砂性质的优劣程度，通常亦会影响到浇铸后所得铸件的品质的好坏，其中，若期望使混练完成的造模砂拥有某种特殊性质，诸如改善砂模强度、易于拔模等，则可添加糊精、沥青等添加剂，以改变造模砂的物理特性，因此，以今日科技的进步，欲获得品质良好且精美的铸件，严格控管湿砂模的性质，实是刻不容缓的工作。

然而，对于造模砂的物理性质探讨，可藉由加入添加剂后，将造模砂的各种物理性质经由实验方式转化为数据，分别加以记录，其中，可针对不同添加物以改善湿态压缩强度、透气度、压缩比、表面安定性及水分含量等等实验参数，以提高造模砂的品质，其各个实验参数对于湿砂模的影响如以下所述：

湿态压缩强度，其数值的大小可影响抗膨胀的缺陷程度，使其决定砂模于输送过程中的完整性，以及铸件的清砂性，方可了解适用何种金属材质。

透气度，其数值的大小可决定模砂与高温金属液接触所产生的气体，能否由模砂颗粒间逸出，进而影响铸件的气孔缺陷。

压缩比，其数值偏低，则代表模砂水含量低，容易造成造模性差，不易拔模，若压缩比偏高，代表则模砂流不动不佳，砂模不易捣实，造成砂模强度不足，容易产生胀模或浇铸时易产生气孔、针孔等铸疵。

表面安定性，其数值的大小可决定铸件的品质，并影响铸件的表面粗糙度。

水分含量，为获得正确的压缩比须依靠水份的调整来控制压缩比，但砂中组成的变化往往改变压缩比与水分之间的关系，若模砂中水分含量过高则会产生针孔等问题，因此，必须订定水分含量的范围，如此才可察觉砂中的组成。

针对于湿砂模铸造法，以上所述的实验参数，皆系作为配砂、造模、铸件瑕疵分析的参考。

发明内容

有鉴于上述缺点，本发明提供一种用于添加湿砂模的安定剂，藉以改善湿态压缩强度、透气度、压缩比、表面安定性及水分含量，以提升造模砂的品质。

本发明提供一种用于添加湿砂模的安定剂，其包括：一粘结剂，其为一苯酚的衍生物，并以多种官能基取代氢原子加以键结，而粘结剂占总重的75%～85%；以及一添加物，其含有多种微量元素；其中，粘结剂与添加物的重量比为4：1。

其中，该些微量元素为包括有硫(S)、镁(Mg)、钠(Na)、钙(Ca)。

其中，该些官能基包括有酮基(Ketone group)、醛基(Aldehyde group)、酯环基(Alicyclic group)、初级乙醇基(Primary alcohol group)、次级乙醇基(Secondary alcohol group)及烯基(Alkene group)。

其中，该粘结剂的结构如图1所示。

其中，该粘结剂的重量百分比为81%。

其中，该添加物的重量百分比为于19%。

其中，该粘结剂与添加物相加形成一褐色粉状的溶质。

其中，该溶质的体积密度介于25～30g/cm³。

其中，该溶质的pH值介于5～6。

其中，该溶质的冷水溶解度为92%。

藉由上述，本发明达成的功效，系于湿砂模中添加本发明的安定剂后，可明显提升湿砂模物理性质中的湿态压缩强度及表面安定性。

附图说明

图1：为本发明粘结剂的化学结构图。

图2：为本发明的实验流程方块图。

图3：为本发明的安定剂与市售安定剂A及B不同添加量对应湿态压缩强度的曲线图。

图4：为本发明的安定剂与市售安定剂A及B不同添加量对应透气度的曲线图。

图5：为本发明的安定剂与市售安定剂A及B不同添加量对应表面安定性的曲线图。

图6：为本发明的安定剂与市售安定剂A及B不同添加量对应压缩比的曲线图。

图7：为本发明的安定剂与市售安定剂A及B不同添加量对应水分含量的曲线图。

图8：为金晶5号硅砂的粒度分布与粒度指数。

具体实施方式

为便于说明本发明于上述发明内容一栏中所表示的中心思想，兹以具体实施例表达。实施例中各种不同物件系按适于列举说明的比例，而非按实际元件的比例与以绘制，合先叙明。

请参阅图1所示，图1为本发明粘结剂的化学结构图。本发明的用于添加湿砂模的安定剂，其包括：

一粘结剂，其系为一苯酚的衍生物，并以多种官能基取代氢原子加以键结，且该粘结剂占总重的75%～85%，而该些官能基有包括有酮基(Ketone group)、醛基(Aldehyde group)、酯环基(Alicyclic group)、初级乙醇基(Primary alcoholgroup)、次级乙醇基(Secondary alcohol group)及烯基(Alkene group)，其中，该些官能基皆具有高极性的电子团，且可供吸引交结不同的官能基，并于溶液中可产生一粘结的效果。

一添加物，其含有多种微量元素，其中，该些微量元素包括有硫(S)、镁(Mg)、钠(Na)、钙(Ca)。

其中，粘结剂与添加物的重量百分比分别为81%及19%，并使粘结剂与添加物的重量比约为近似于4：1，于本实施例中，粘结剂与添加物相加形成一褐色粉状的溶质，其体积密度可介于25～30g/cm3，pH值可介于5～6，冷水溶解度为92%，以上物理性质的参数，为化工领域具通常知识的相关人士，皆可通过简易实验得知，在此不多阐述。

以上即为本发明的结构及物理性质概述，并将本发明的实验流程及所能达成的功效原理陈述如下：

请参阅图8所示，图8为金晶5号硅砂的粒度分布(PAN)与粒度指数(GFN)。首先叙明于本发明的实验中，所采用的原料砂为金晶5号硅砂，其粒度分布如图8所示，其他添入物为水、西方膨土(SPV)、煤粉、安定剂(A、B、C)，其中，安定剂A为本发明，安定剂B为市售习知的瑞中淀粉，安定剂C为市售习知John Winter&Co Ltd所提供的粘结剂。

请参阅图2所示，图2为本发明的实验流程图，于本发明中，系以A、B、C三种安定剂，搭配重量百分比0.3%、0.6%、0.9%、1.2%四个的不同添加量对于湿砂模各种性质的影响，首先固定使用金晶5号的硅砂倒入一混砂机内，再加入1%水施以预混练1分钟后，然后再加入膨土(12%)、煤粉(1%)、安定剂、水(2%)进行4分钟的正式混练，之后取出混练完成的造模砂。

接着，将上述方法混练完成的造模砂，使其经过6Mesh的筛网后填满于一成型筒，并利用一挤压机制作湿砂模的标准试片，并使砂标准试片的尺寸在50L(501)mm范围内，即可进行各项砂性质试验，包括有湿态压缩强度、透气度、压缩比、表面安定性及水分含量等等项目，其中，上述各个实验参数的计算方式皆为相关领域所能知悉的基本知识，在此不多加赘述。

请参阅图3所示，图3为各种安定剂与不同添加量对应湿态压缩强度的曲线图，由上图可知，本发明的安定剂A随着添加量的增加(0.3～1.2wt%)，其湿态压缩强度随的上升；安定剂B及安定剂C则随着添加量的增加(0.3～1.2wt%)，其湿态压缩强度则逐渐下降。

整体而言，于湿砂模中添加安定剂后，无论安定剂的种类及添加量的多寡，与未添加做比较时，其湿态压缩强度皆具有提升的现象；然而，若以安定剂的不同种类而言，其中，以本发明的安定剂A的效果最明显，亦即随着安定剂的添加量的增加(0.3%～1.2%wt%)，其湿态压缩强度亦随的上升(由0.53增加至0.58kgf/cm2，约增加9.4%)。安定剂B及安定剂C的效果，皆随着安定剂的添加量的增加，使其湿态压缩强度亦随的下降，安定剂B(由0.49下降至0.42kgf/cm2，约下降14.3%)，安定剂C(由0.5下降至0.45kgf/cm2，约下降10%)，此外，安定剂B的添加量达1.2wt%时，其湿态压缩强度(0.42kgf/cm2)比未添加安定剂的湿态压缩强度(0.43kgf/cm2)稍差。

请参阅图4所示，图4为本发明的安定剂与市售安定剂A及B不同添加量对应湿态压缩强度的曲线图，由上图可知，随着安定剂的添加量的增加，其三种安定剂的透气度皆逐渐下降。

整体而言，于湿砂模中添加安定剂后，无论安定剂的种类及添加量的多寡(0.3～1.2wt%)，与未添加做比较时，其透气度皆变差；其中，本发明的安定剂A的透气度由147.4下降至138.6(约下降6%)，安定剂B的透气度由144.8下降至129.6(约下降(10.5%)，安定剂C的透气度则由150.4下降至134.3(约下降10.7%)，据上述的实验结果得知，A、B、C三种安定剂的添加量一定时(0.3～1.2wt%)，除了添加量0.3wt%时之外，透气度的大小顺序皆为：安定剂A>安定剂C>安定剂B。

请参阅图5所示，图5为本发明的安定剂与市售安定剂A及B不同添加量对应表面安定性的曲线图，由上图可知，安定剂A随着添加量的增加，其表面安定性(SSI)皆呈现些微增大或持平的趋势；而安定剂B与安定剂C，则随着添加量的增加(0.3～1.2wt%)，其表面安定性都呈现随之变小的趋势。

整体而言，于湿砂模中添加安定剂后，无论安定剂的种类及添加量的多寡(0.3～1.2wt%)，其变化趋势大致与前述的湿态压缩强度相同，仅有本发明的安定剂A于添加量1.2wt%时，是属于持平的趋势；然而，若以安定剂的不同种类来比较时，其中以本发明的安定剂A的效果最明显，亦即随着安定剂的添加量的增加(0.3～0.9wt%)，其表面安定性(SSI)随之上升由64.7%增加至66.8%，约增加2.1%。安定剂B及安定剂C的效果，则随着添加量的增加，其表面安定性则相反的逐渐下降，其中，安定剂B的表面安定性由59.9%下降至46.6%，约下降13.3%，安定剂C的表面安定性则由51.5%下降至40.4%，约下降11.1%。在湿砂模中，添加安定剂B且其添加量为0.9～1.2wt%时及安定剂C其添加量为0.6～1.2wt%时，其表面安定性皆比未添加安定剂时(表面安定性为50%)还差。

请参阅图6所示，图6为本发明的安定剂与市售安定剂A及B不同添加量对应压缩比的曲线图，由上图可知，随着安定剂的添加量的增加，添加有三种安定剂的压实性皆逐渐下降。

整体而言，在湿砂模中添加安定剂后，无论安定剂的种类及添加量的多寡(0.3～1.2wt%)，与未添加做比较时，其压缩比(CB值)皆变小；然而，若以安定剂的不同种类来做比较时，其中以添加安定剂B后其压缩比下降的效果最明显，亦即随着安定剂添加量的增加(0.3～1.2wt%)，其压缩比(CB值)逐渐变小(由33.5%下降至30%，约下降3.5%)，其次为安定剂C(由31%下降至28.5%，约下降2.5%)，再者是本发明的安定剂A(由33%下降至30.8%，约下降2.2%)，换言之，添加本发明的安定剂A，而且其添加量在0.3～1.2wt%范围时，其压缩比(CB值)的下降量为最少。

请参阅图7所示，图7为本发明的安定剂与市售安定剂A及B不同添加量对应水分含量的曲线图，由上图可知，无论安定剂的种类及添加量的多寡(0.3～1.2wt%)，随着保持时间的增加，其水分变化率的趋势皆相同(平均每小时水分含量约下降0.1%)，亦即其斜率皆相同，换言之，三种安定剂其添加量在0.3～1.2wt%范围内时，随着保持时间的增加(0～4hr)，其水分含量的变化率皆无差异。

藉由上述，本发明达成的功效，系于湿砂模中添加本发明的安定剂后，可明显改善湿砂模物理性质中的湿态压缩强度、透气度、压缩比、表面安定性及水分含量等等实验参数，以提高造模砂的品质，并可作为配砂、造模、铸件瑕疵分析的参考。

虽然本发明是以一个最佳实施例作说明，精于此技艺者能在不脱离本发明精神与范畴下作各种不同形式的改变。以上所举实施例仅用以说明本发明而已，非用以限制本发明的范围。举凡不违本发明精神所从事的种种修改或改变，俱属本发明的申请专利范围。

Claims (10)

1.一种用于添加湿砂模的安定剂，其特征在于包括：

一粘结剂，其为一苯酚的衍生物，并以多种官能基取代氢原子加以键结，而该粘结剂占总重的75%～85%；以及

一添加物，其含有多种微量元素；

其中，该粘结剂与该添加物的重量比为4：1。

2.如权利要求1所述的用于添加湿砂模的安定剂，其特征在于，该些微量元素为包括有硫(S)、镁(Mg)、钠(Na)、钙(Ca)。

3.如权利要求1所述的用于添加湿砂模的安定剂，其特征在于，该些官能基包括有酮基(Ketone group)、醛基(Aldehyde group)、酯环基(Alicyclic group)、初级乙醇基(Primary alcohol group)、次级乙醇基(Secondary alcohol group)及烯基(Alkene group)。

4.如权利要求1所述的用于添加湿砂模的安定剂，其特征在于，该粘结剂的结构如图1所示。

5.如权利要求1所述的用于添加湿砂模的安定剂，其特征在于，该粘结剂的重量百分比为81%。

6.如权利要求1所述的用于添加湿砂模的安定剂，其特征在于，该添加物的重量百分比为于19%。

7.如权利要求1所述的用于添加湿砂模的安定剂，其特征在于，该粘结剂与添加物相加形成一褐色粉状的溶质。

8.如权利要求6所述的用于添加湿砂模的安定剂，其特征在于，该溶质的体积密度介于25～30g/cm³。

9.如权利要求6所述的用于添加湿砂模的安定剂，其特征在于，该溶质的pH值介于5～6。

10.如权利要求6所述的用于添加湿砂模的安定剂，其特征在于，该溶质的冷水溶解度为92%。