基本介紹
- 中文名：鑄型塗料
- 外文名：Casting coating
- 學科：冶金工程
- 領域：冶煉
- 特性：流變特性和懸浮穩定性
- 別稱：耐火塗料
簡介,鋰基膨潤土的製備,塗料的製備,實際套用效果,總結,
簡介
所謂鑄型塗料（耐火塗料）是指專為鑄造工業開發的塗料。鑄型塗料與一般塗料的不同之處在於鑄型塗料能耐受住高溫的金屬或塑膠的熔融體，而且在鑄件與模具之間起到屏障作用，防止粘連。一般來說，鑄型塗料是將高熔點礦物質或者是把耐火物質懸濁在液體的載體中而製得的。將這種鑄型塗料塗覆在鑄型表面上後，懸濁載體通過蒸發或者燃燒而消失，在型砂表面上殘留了一層耐火物質。這種耐火物質可以防止滲透、粘砂和沖砂或將其抑制在最低限度內，從而改善鑄件表面的質量。目前，國內各種鑄型塗料普遍存在著原材料價格昂貴、成本高，且塗層表面質量不高的問題。
鋰基膨潤土是以天然鈣基膨潤土為原料，經過人工鋰化改性製備出的一種新型礦物材料。它在水中具有分散性好、懸浮能力強的特點，且在某些極性有機溶劑（如醇溶劑）中同樣具有良好的分散性，能與之形成膠體狀物質，在塗料中可作為懸浮防沉劑、增稠劑、流變助劑等使用。有研究表明：鋰基膨潤土用在塗料中作為懸浮防沉劑可以克服鈉基蒙脫石在醇溶性樹脂塗料中防沉效果差的問題，也可以代替有機膨潤土用於某些溶劑型塗料中，且具有發氣量低、污染小的優點。在鑄造工業中，用它配製的耐高溫快乾鑄型塗料，不僅可以提高鑄件的表面質量，其塗料的懸浮性、流動性、塗刷性、乾燥性及耐熱性等指標均有大幅提高。
鋰基膨潤土的製備
1 製備機理及工藝
本研究以經提純的濰坊膨潤土為原料，其主要成分為鈣基蒙脫石，加入鋰基改性劑製成鋰基膨潤土。鋰基膨潤土的合成機理為：蒙脫石具有陽離子交換能力，鋰離子將蒙脫石層間可置換的鈣離子或鈉離子置換出來，形成鋰基膨潤土。鋰基膨潤土的合成工藝是首先將膨潤土原礦提純，採用靜置沉降的方法，得到提純土，然後加入鋰基改性劑，在適當條件下進行鋰化反應，之後乾燥、粉碎，過100 目篩得到鋰基膨潤土。
2 主要的測試指標
鋰基膨潤土需測定的指標包括：膨脹容、膠質價和膨潤值。膨脹容和膠質價是測定膨潤土水化性能的常用指標，按照鞠建英等人所編《膨潤土在工程中的開發套用》書中提到的測試方法測定。需要特別指出的是：由於鋰基膨潤土的水化性能一般都較高，所以測定膠質價時選用3.000 g試樣，加入0.2 g 氧化鎂進行測試。
膨潤值是測定鋰基膨潤土在乙醇溶液中的膨脹性能的指標，目前國內還沒有統一的測試標準。作者在前人試驗的基礎上通過試驗研究，提出了一個測定鋰基膨潤土膨潤值的方法，具體步驟如下：
取3.000 g 鋰基膨潤土於250 mL 燒杯中，加入3 mL蒸餾水，混合均勻放置，陳化24 h，然後加入50 mL乙醇，將鋰土轉移至球磨機中，球磨10 min（轉速為30 Hz），將磨過的懸浮液用乙醇轉移至250 mL 燒杯中，加入乙醇至95 mL 左右，高速分散1 min 後轉移至100 mL 的帶塞量筒中，加入乙醇至100 mL，塞緊塞子，搖晃均勻後將帶塞量筒置於不受震動的桌面，靜置24 h 後讀出沉降面的高度即為膨潤值，單位為mL/3 g。
塗料的製備
1. 製備工藝
耐火骨料的潤濕特別重要，只有經過不斷的研磨，使塗料耐火料充分潤濕，塗料才能表現出良好的性能。本塗料採用膠體磨研磨工藝，反覆研磨，使塗料具有好的綜合性能。
鑄型塗料的製備工藝路線為：
（1）配製鋰基膨潤土懸浮液：稱取一定量的鋰基膨潤土，加入相同質量的水作活化劑，充分混合均勻後放置陳化24 h，然後加入適量乙醇於膠體磨中研磨10 min，製得鋰基膨潤土- 乙醇漿體。
（2）稱取配方量的樹脂（PF-4012）溶解於適量乙醇中，然後加入鋰基膨潤土- 乙醇漿體，攪拌均勻後，在攪拌的條件下加入配方量的鋁釩土粉和助溶劑，混合均勻後，轉移至膠體磨中研磨30 min，取出，測定其塗6 杯粘度，將塗6 杯粘度調整到10 s 左右，製得鑄型塗料。
2.塗料性能
當鋰基膨潤土的用量達到2.5%時，塗料的粘度、懸浮性和抗急熱開裂性均達到最優，且塗料的發氣量不大，僅為17 mL/g，較鈉基膨潤土型的低。原因是鋰基膨潤土在加入活化劑充分活化後，能夠在乙醇中充分溶脹形成立體網狀結構，以支撐和阻止耐火基料的下沉，從而提高了塗料的懸浮性能。鑄型塗料的發氣量受到所用原材料的影響，鋰基膨潤土使塗料發氣的原因是鋰基膨潤土中含有一定的結合水，這些結合水在加熱到一定溫度時變成水蒸氣以氣體形式釋放出來，使得塗料具有一定的發氣量。加入鋰基膨潤土的塗料測試時無裂痕出現，說明鋰基膨潤土提高了塗料的抗急熱開裂性，原因是鋰基膨潤土在乙醇中具有很好的懸浮凝膠特性，使得樹脂和耐火材料在體系中分散均勻，當將塗料塗覆於型砂表面時，耐火材料在型砂表面分布均勻，抗急熱開裂性能提高。
實際套用效果
某鑄造廠將該塗料用於生產鑄鐵件及有色鑄件的砂型或金屬型上，經多次檢驗，本塗料不僅具備良好的使用性能和塗覆性能。還有以下特點：
（1） 塗料具有良好的懸浮性、不結塊、不易腐敗霉變、易攪拌；
（2） 塗料具有良好的觸變性和流變性，適應性強；
（3） 塗料的塗層強度高，不開裂，不起皮，固化後無吸潮傾向，無潮解變形和強度降低現象；
（4） 塗料發氣量低，發氣速度慢，可減少鑄件氣孔等缺陷；
（5） 塗料抗粘砂性強，附著強度高，澆注後塗層易剝離，清砂工效高，鑄件表面光滑。
總結
（1） 鋰基膨潤土由天然鈣基膨潤土改性製得，原料易得，工藝簡單；
（2） 鋰基膨潤土配製的鑄型塗料，粘度、懸浮性、發氣性和抗急熱開裂性均表現優異；
（3） 經實際生產檢驗，鋰基膨潤土型鑄型塗料不僅具備良好的使用性能和塗覆性能，還能很好地滿足鑄件要求。
