什么是型砂粘结剂?

[拼音]：xingsha nianjieji

[外文]：molding sand binder

将松散的铸造砂粘结在一起使之成为型砂或芯砂的造型材料。粘结剂和砂粒混合后包覆砂粒成为粘结剂膜，使砂粒互相粘连起来（见图），从而赋与砂型和型芯以足够的强度，使其在搬运、组装和浇注过程中不致变形和破碎。

中国古代铸造所用泥型（古代称为陶范）的基本材料是粘结能力很强的粘土。随着技术的发展，泥型中夹有大量砂粒，并逐渐以砂子为主要材料，则粘土就成了粘结剂。粘土至今仍在广泛使用。后来相继出现各种无机和有机粘结剂，如植物油、松香、糊精、水玻璃及合成树脂等。1943年德国J.克罗宁发明用酚醛树脂作粘结剂制造薄壳砂型。1947年捷克斯洛伐克L.彼德热拉用水玻璃作为型砂粘结剂，吹CO2气体使其硬化，制成砂型和型芯。这两种粘结剂的应用开辟了砂型和型芯以化学方式硬化的新途径。化学硬化就是将少量硬化剂加入到某些有机或无机粘结剂中，通过它们之间的化学物理作用，达到使砂型和型芯在短时间内硬化的目的。化学硬化砂型浇出的铸件尺寸精度、表面光洁度和生产率都大为提高，很快得到广泛使用。自50年代后期起，各国陆续采用呋喃树脂粘结剂，在加热的芯盒中制芯1～2分钟后，型芯即能硬化。

较理想的型砂粘结剂应具有的特性是：

（1）液体粘结剂的粘度低，混砂时容易与砂粒混合均匀，而且混好的型砂流动性好，可以制成形状复杂的、准确反映模样表面形状的砂型和型芯。

（2）硬化速度快，最好不经加热就能硬化，以节约能源和使用价格低廉的非金属或铝合金模样和芯盒。如能采取先硬化、后脱模的方法，就可显著提高铸件的形状和尺寸精度。

（3）硬化后强度高，能用来制造形状复杂、截面细薄的型芯，并可减少粘结剂加入量，以便降低铸件生产成本和减少浇注过程中气体发生量，减少铸件产生气孔缺陷的可能性。

（4）发气量少，要求粘结剂受热发气缓慢、量少。对于铸钢和球墨铸铁等类铸件还要求粘结剂的含氮量低，以防止产生皮下气孔、针孔等缺陷。

（5）溃散性好，粘结剂受到高温作用能自行分解溃散，以防止铸件凝固后产生内应力、裂纹，并使铸件容易清砂。此外，还要求粘结剂不易吸潮或变质，混砂后可使用时间长，不粘附模样和芯盒，对人体无害，对环境无污染，来源丰富，价格低廉等。

型砂粘结剂按化学组成可分为无机粘结剂和有机粘结剂两大类。主要的无机粘结剂有粘土、水玻璃和水泥、磷酸盐等，其中以粘土、水玻璃应用较多。有机粘结剂主要有植物油、糖浆、糊精、羧甲基纤维素、松香、合脂、减压渣油、沥青、纸浆废液、合成树脂等，以植物油、合成树脂应用较多。

使用最广，用量最大的型砂粘结剂。粘土主要是由细小结晶质的粘土矿物组成，如高岭石和蒙脱石等。粘土依含有的粘土矿物种类和性能的不同，主要分为普通粘土和膨润土两类。普通粘土通常又称白泥，是由高岭土类的粘土矿物组成，其中含Ａl2O3较多，耐火性较高的称为耐火粘土。普通粘土多用于干砂型。膨润土主要是由蒙脱石类矿物组成，根据吸附的阳离子不同又可分为钙膨润土和钠膨润土。钙膨润土吸附的阳离子以Ca2+为主；钠膨润土吸附的阳离子以Na+为主。膨润土的湿态粘结力比普通粘土高，一般用于湿砂型。

常用的是硅酸钠或硅酸钾的水溶液。它们在液态时具有粘性，并在一定条件下能转变成凝胶状态，因而可用来作型砂或芯砂的粘结剂。以水玻璃为粘结剂的砂型和型芯中如吹入CO2气体，只需几秒到几十秒钟就能硬化。在水玻璃型砂中加入硅酸二钙或有机酯，能使砂型和型芯自行硬化。水玻璃的价格低、无气味，对环境污染少。水玻璃砂的溃散性差和旧砂回用较困难等问题，已开始得到解决。

最常用的有桐油、亚麻仁油等。主要用于配制芯砂，习惯称为油砂。油砂的流动性好，硬化后强度高，浇铸后溃散性好，适合制造形状复杂、截面细薄的型芯，曾大量用于汽车、拖拉机、水暖器材等的铸件生产。植物油的来源不足，价格较昂贵，而且需要长时间加热才能硬化，多已被树脂粘结剂所代替。

常用的有酚醛树脂、呋喃树脂、异氰酸脂、尿脘树脂等。用合成树脂作粘结剂，一般应结合硬化方法加入适当的硬化剂。常用的硬化方法有 3种。

（1）加热硬化：以酚醛树脂为粘结剂，用加热的金属模样或芯盒制造薄壳砂型或型芯，或者以呋喃树脂为粘结剂在加热的芯盒中制造型芯，硬化速度快，生产效率高，铸件的形状和尺寸精度以及表面质量都很好。在大量生产的汽车、拖拉机等工业中被普遍应用。

（2）气雾硬化：以异氰酸酯、尿脘树脂和酚醛树脂为粘结剂，吹入胺类气雾；或者以呋喃树脂为粘结剂，混砂时加入过氧化物，吹入SO2气体。用这种硬化方法可以使型芯在几秒至30秒以内迅速硬化。型芯生产速度快，铸件形状和尺寸精度高，而且节省能源，在汽车、拖拉机工业和其他成批生产铸件的工业中使用日益增多。

（3）常温自硬：以呋喃树脂、甲阶酚醛树脂或异氰酸脂和有羟基的树脂为粘结剂，同时在型砂中加入液体硬化剂，制成的砂型和型芯在常温下放置可逐渐自行硬化。由于砂型和型芯不需要加热烘干，硬化后强度高，浇注后溃散性能好，铸件表面质量好，可制造小型、中型及大型砂型和型芯，在机床、矿山机械、动力机械、冶金机械等工业生产中使用较多。