铸造粘结剂的发展动向

造型制芯所用的各种粘结剂中，粘土是历史悠久、应用广泛的粘结剂。说其历史悠久，可追溯到几千年前;论其应用广泛，则可说世界各地无一处不用。尤其应该提到的是，在各种化学硬化的粘结剂蓬勃发展的今天，粘土仍是铸造行业中重要的粘结剂，其用量之大，是任何其他粘结剂都无法与之比拟的。据报道，美国生产的钢、铁铸件中，用粘土粘结的湿型砂造型的约占80%，我国目前可能还多于80%。不过，本文中将不涉及粘土，只讨论用于制芯和自硬砂造型的“合成粘结剂”。

铸造生产有5000多年历史，而人工合成粘结剂的应用只不过是近五、六十年的事。1944年，德国的J.Croning用酚醛树脂作粘结剂的壳型铸造工艺。上世纪40年代后期，东欧各国和前苏联广泛采用水玻璃粘结砂。这两项工艺，以“化学硬化”的新概念，使广大铸造业界同仁耳目为之一新。以后，新的粘结剂体系层出不穷，造型材料及相关的工艺方法进入了一个崭新的时代。

近十多年来，铸造行业面对着两个方面的挑战，一是对铸件质量的要求不断提高;再就是环境保护和清洁生产方面的要求日趋严格。在各种化学硬化粘结剂竞相发展而且使用日益广泛的今天，从上述两方面看来，其不能尽如人意之处，也就越来越被重视。针对这些问题，各主要工业，在对现有粘结剂作重大改进和开发新型粘结剂方面，都作了大量研究工作，新的成果也不断问世。值得提出的是，近年来出现了多种水溶性的新型粘结剂，其硬化方式是脱水硬化而不是化学硬化，用“化学硬化粘结剂”一词已不足以概括这类粘结剂，所以前面用了“合成粘结剂”。

一、对粘结剂的要求

这里，想从保证铸件质量和环保两方面简单地说一下当前对粘结剂的要求。

⒈ 保证铸件质量

为适应对铸件质量的要求，粘结剂应具有以下特点：

⑴ 硬化快，且易于脱模，并具有足够的强度，以保证铸件的尺寸精度，力求不产生冲砂、掉砂等铸造缺陷。

⑵ 浇注过程中不析出能导致铸件产生气孔的气体。例如，含氮量应按铸件的材质控制，避免形成氮针孔。

⑶ 不析出能使铸件产生表面缺陷的物质，例如，采用尿烷冷芯盒树脂或自硬树脂，有时铸件上会产生“光亮碳”缺陷。在这方面也要不断改进。

⑷ 减少或消除树脂硬化剂系统中的含硫量，以避免球墨铸铁件因表面渗硫而球化不良。

⑸ 落砂容易，特别是由芯子形成的复杂内腔中不能残留砂子，以确保铸件的清洁度。

特别值得注意的是：对铝合金铸件的需求不断增长已是不争的事实。尤其是汽车行业中，为减轻车辆的自重，很多重要铸件的材质已由铸铁改为铝合金，其中有壁薄而内腔复杂的铸件，如缸体、缸盖等。目前，制造这类铸件时，内腔芯砂的清理是一个难题。无论是采用冷芯盒、热芯盒工艺制芯，或用壳芯，浇注的金属的热量都不足以使芯砂的粘结剂溃散到易于落砂。如采用强力振动落砂，有导致铸件变形甚至损坏的危险;如将带芯子的铸件再次加热使芯子溃散，则费时、耗能，对铸件质量也有不良的影响。所以，研制适用于铝合金铸件的型芯粘结剂，也是当前各工业国铸造行业都十分重视的热点。

⒉ 环保和清洁生产方面的要求

铸造生产历来是机械工业中劳动条件恶劣、安全隐患较多、事故及职业病频发的工种，也是废气、烟尘和工业垃圾排放量甚大的工种。

1990年初，德国在欧洲颁布了严格的环境保护法规，使人们开始关注采用尿烷树脂冷芯盒工艺时，在制芯、芯子储存、浇注、冷却及落砂等工序中产生的胺类和苯、甲苯、二甲苯等有害气体。

2001年，美国环保局，为控制有害气体对空气的污染，制订了“MACT标准”，“MACT”的含义是“可能达到的控制技术”。这项标准随即引起了铸造业界人士的极大关注，有人认为：“在此后的10～15年中，MACT标准对铸造厂的冲击将是广泛而深刻的”。由于事关重大，美国铸造学会的“环境、卫生及安全分委员会”随即于8月召开了会议，研究及商讨有关问题。美国的这一举措，必将影响到其他地方。这对于加强有关粘结剂的研究当然有很大的推进作用。

当今世界上的两家粘结剂制造厂商，美国的Ashland公司和德国的H.A.公司，都已将原有产品的改进和新产品的研究开发置于非常重要的地位。