自硬型芯与砂型的发展对高固体含量水基涂料干燥速度的影响

1.耐火粉料

粉状耐火材料是涂料的主要组成部分，也是最终在金属-铸型界面上起作用的骨干材料，它在涂料中所占的比例是最高的（45%～80%），因而也称之为“耐火粉料”或“耐火骨料”。耐火粉料的性质决定了涂料的性质，故应按铸件的材质、大小及其壁厚选用，以求用最低的费用取得理想的效果。

选择耐火粉料时应考虑到的因素见表4-1。

表4-1 耐火粉料的性能对涂料性能的影响

表4-2列出了不同铸件材质常用的耐火粉料，可供参考。

表4-2 不同铸件材质常用的耐火粉料

注：“√”为常用；“○”不常用；“—”为不用。

2.载体

（1）载体的主要类型 载体是涂料的重要组成部分，对于液状涂料来讲，载体是水或其他溶剂材料。载体的主要作用是运载耐火粉料及其粘结剂、悬浮剂等，以便于将其涂覆于铸型或型芯表面。完成运载任务之后，一般要将载体完全脱除，涂料实际上起作用时基本上不含载体。以水作载体时，其脱除方式是烘干或晾干，以醇类作载体时，点火将其烧掉；以氯代烃作载体时，则让其自行挥发。因而，有时也按所用的载体将涂料区分为水基涂料、醇基涂料（亦称快干涂料）和氯代烃基涂料（亦称自干涂料）。

按去除载体的方式可分为：烘干法、燃烧法和自干法。通常根据砂型（芯）所用的粘结剂种类、车间有无干燥设备、操作环境以及生产率来选择载体。涂料中用到的载体的性能见表4-3。

沸点是表示在1个大气压（101325Pa）下液体开始沸腾的温度。该温度越低，液体越易汽化，燃烧时火焰扩展较快。

表4-3 铸造涂料用载体的性能

（续）

闪点是液体表面上的蒸气和空气的混合物与火接触，开始产生蓝色火焰闪光时的温度，说明了燃气着火爆炸的难易程度。闪点低易爆燃。

蒸发数是以乙醚为基准，比较各种载液的蒸发率。蒸发数高的异丙醇，作为可燃涂料载体来说，燃烧最为缓慢。允许的最高含量（MAC）可说明载液的毒性大小，数值越低、毒性越大、使用时越应注意。

（2）水 在载体中，水是最便宜、最常用的。以水为载体的涂料，除了成本低外，水基涂料还有如下优点：①容易使耐火粉料悬浮，只要加入少量悬浮剂即可获得满意的悬浮性，而悬浮剂大多为发气量高的物质，因此水基涂料的最终发气量小；②可使涂料较易获得良好的触变性，因而涂料的涂刷性、渗入深度、流平性都较好，涂料层的质量比较高，铸件表面质量容易得到保证；③安全可靠、无毒无味。水基涂料通常都需要烘干，用它涂敷粘土干型砂比较方便。随着各种自硬型芯、砂型的发展，各种自干型水基涂料的开发受到重视。因此只要生产条件允许，选择涂料载液时首先要考虑选择水。

水作载体时要注意水中所含的杂质和水的pH值。水是一种很好的溶剂，因此天然的水中溶解了许多物质，包括钙、镁、钠、铁、锰、硅、磷等的盐类或化合物。通常把含有一定量的钙、镁盐杂质的水叫硬水。(www.xing528.com)

水的pH值代表其氢离子含量的负对数，它表示载体的酸碱性。如果pH值高，则表示碱性强；pH值低表示酸性强，常导致涂料有聚沉现象发生。

（3）快干和自干涂料用有机溶剂 水基涂料中水的缺点是完成运载任务之后难以脱除，一般都需烘干。即使是高固体含量的水基涂料，晾干也需数小时之久。对于流水生产而无烘干设施的生产条件，以水为载体的涂料就很不适宜。因此须寻求能快干或自干的涂料有机溶剂。

有机溶剂种类很多。选择溶剂要考虑其沸点、闪点、着火点以及燃烧热、蒸发速度、粘度、环保允许含量等，价格和来源也是须考虑的因素。

最后应当指出，醇基涂料通过点火干燥后其干燥工序即可完成，与水基涂料相比，具有施涂工时少的特点，在自硬树脂砂及大型铸件的生产中占有较大的份额。但醇基或溶剂型载液对涂层来说实际上是有害的组分，挥发或蒸发掉的溶剂分子在涂膜中留下无数细小的空洞，损害了涂膜的强度，而且为了除去载体，要消耗许多能量，造成环境污染。所以从改善操作环境、提高生产安全等方面考虑，未来的发展方向还是以水基涂料为主。

表4-4为水基和醇基涂料性能的比较。

表4-4 水基和醇基涂料性能的比较

3.粘结剂

为使粉料颗粒粘结成具有一定强度的涂料层，并牢固地附着于铸型或型芯的表面上，涂料中应有适当的粘结剂。对于涂料的强度，应有较全面的看法，只考虑脱除载体以后的涂料层在常温下的强度是不够的。涂料层所处的工况条件十分苛刻，其常温强度应能耐受铸型或型芯搬运时的振动和意外的轻微碰撞，下芯合型时的摩擦，吹净型腔时压缩空气气流的冲击；浇注时，从常温骤热到液态金属的温度，且要耐受金属流的冲击。从常温到金属浇注温度，在一段温度范围内不具有足够的强度，涂料层就可能损坏。因此，简单地用一种粘结剂是不能满足要求的，必须将几种在不同温度范围内起作用的粘结剂配合使用。

对粘结剂的要求见表4-5。

表4-5 涂料性能对粘结剂的要求

此外，粘结剂在涂料配方中的加入量虽不高，但若与粉料的化学性质不匹配，则会影响涂层在高温下的化学稳定性。粘结剂按其在浇注温度下形成的化合物（主要是烧烬物或氧化物）可分为酸性粘结剂[如水玻璃、硅溶胶（常温下虽然为碱性）及硅酸乙酯水解液在高温下形成的SiO₂，属于酸性]、中性粘结剂[是指天然的或合成的有机物和铝、铬、铁等金属盐类，如碱式硝酸铝AI（OH）₂NO₃等，分别形成碳及中性氧化物Al₂O₃等，属于中性]、碱性粘结剂[主要指镁、钙等金属的盐类，如Ca₃（PO₄）₂等最终形成CaO，属于碱性]。

适合作涂料用的粘结剂品种较多，可分为无机粘结剂和有机粘结剂两大类。前者又可称为高温粘结剂，后者可称为低温粘结剂，每种粘结剂中又可分为亲水型和憎水型两种。可用于涂料的粘结剂及相应的种类表示如下：

4.悬浮剂

悬浮剂通常是指具有使固体物分散、并使之悬浮在载体中的能力的物质。在涂料工艺的术语中，悬浮剂又称防沉剂、流变剂等。

好的涂料悬浮剂不仅具有使耐火粉料悬浮的能力，而且还应具有流变学特性，特别是触变性，即既容易形成一定的组织结构，也容易为机械力所拆散。作为铸造涂料用悬浮剂悬浮原理是，通过自身在载体中的扩散力、吸附力、载荷力等，使高密度的耐火粉料在不同的载体中具有一定的悬浮性、连续性。故涂料中必须使用悬浮剂才能使耐火粉料悬浮在载体中并保持均匀的弥散状态。

在无机悬浮剂中，应用最为广泛的是膨润土，近年凹凸棒土、蒙脱石等黏土类悬浮剂也逐步在涂料生产中应用；作为有机悬浮剂，羧甲基纤维素钠（CMC）、聚乙烯醇缩丁醛（PVB）分别在水基和醇基涂料中应用较为广泛，此外还有海藻酸钠、聚丙稀酰胺和黄原胶等。

为控制涂料的流变性能，各种涂料常加有适当的流变助剂或表面活性剂。此外，还应根据需要在涂料中加入防腐剂、调色矫味剂等助剂。