用于减少金属模具反应的粘合剂体系制造技术

当使用单独的第三部分时，用于在沙子铸造过程中使用的耐火材料的粘合剂体系，尤其是在冷芯盒或无烘烤过程中使用的两部分聚氨酯类粘合剂体系的金属‑模具反应较少。第三部分是硅酸烷基酯诸如原硅酸四乙酯(“TEOS”)、原甲酸烷基酯诸如原甲酸三甲酯(TMOF)或原甲酸三乙酯(TEOF)或它们的组合。

Adhesive system for reducing the reaction of metal dies

When using third separate parts, adhesive system for refractories used in sand casting process, especially the metal mold reaction is less used in cold box or in the process of curing the two part polyurethane adhesive system. The third part is the combination of silicate alkyl ester, such as orthosilicate four ethyl ester (\TEOS\), and ortho formic acid alkyl ester, such as trimethyl orthoate (TMOF) or ortho formic acid three ethyl ester (TEOF) or their combination.

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】用于减少金属模具反应的粘合剂体系相关申请的交叉引证本申请是于2015年5月14日提交的美国临时申请62/161603和2015年5月15日提交的美国临时申请62/161923的非临时申请。要求每个申请的优先权并通过引用将每个申请的全部内容结合于本文中。
本专利技术涉及用于冷芯盒或无烘烤过程的三部分聚氨酯类粘合剂体系，其中第一部分和第二部分包含常规的粘合剂组分，以及第三部分包含硅酸烷基酯如原硅酸四乙酯(“TEOS”)、原甲酸烷基酯如原甲酸三甲酯(TMOF)或原甲酸三乙酯(TEOF)或它们的组合。该粘合剂体系减少在某些金属的铸造中观察到的金属-模具反应的量。
技术介绍
英国伯明翰大学的JohnCampbell教授开发了用于制造可靠的铸件的一系列规则。他提到的问题之一涉及在接近有色金属铸件的表面处出现的缺陷。对于这些缺陷提出的解释是大气水被反应性铝表面还原，导致氢溶解在液态金属中。随着金属固化，氢在金属中的溶解度降低，导致氢在固体金属中起泡。这些可以导致过早失效。在本申请中，将把该作用称为“金属模具反应”，因为其是出现在金属与其中部件形成的模具的界面处的反应。在Skoglund(“Skoglund‘139”)的US6288139中，公开了铸造粘合剂体系，其中使用了部分I酚醛树脂组分和部分II聚异氰酸酯组分，其中部分II组分包含0.1至5重量％的原酸酯，百分比是基于部分II组分的重量。通常，这些粘合剂体系利用55/45重量比的部分I和II。Skoglund‘139认识到原酸酯用于稳定有机异氰酸酯是众所周知的，虽然在Skoglund‘139之前教导的使用没有延及铸造粘合剂和铸造混合料。当用于部分II组分时，观察到原酸酯改善铸造模型的拉伸强度，以及观察到部分II组分在使用时具有较低的浊度。本领域很好地提供了多元醇和聚异氰酸酯组分的具体细节，所以在此不进一步作出描述。然而，存在与至少一种组分一起使用的溶剂，以及通常与两种组分一起使用溶剂。将以液体形式使用多元醇和聚异氰酸酯组分两者。尽管可以以未稀释形式使用液体聚异氰酸酯，但是可以以在有机溶剂中的溶液的形式使用固体或粘稠聚异氰酸酯。在某些情况下，按聚异氰酸酯溶液的重量计，溶剂可以占到高达80％。当用于第一组分的多元醇是固体或高度粘稠的液体时，可以将合适的溶剂用于调节粘度以允许适当的适用性。如此处特别限定的，金属模具反应是一直存在的问题，针对其的最初建议是当发生金属倾倒时除去模具中的水分。
技术实现思路
本专利技术至少部分地克服了现有技术的这些缺点，本专利技术是用于减少金属铸造过程中的金属-模具反应的方法。该方法具有以下步骤：提供有机粘合剂体系和耐火模制材料，作为直到使用时才组合的三种组分提供有机粘合剂体系，第三组分包含硅酸烷基酯和原甲酸烷基酯中的至少一种；将有机粘合剂体系的至少前两种组分与耐火模制材料混合以提供可成形的铸造混合料；将可成形的铸造混合料成型为模具或芯；以及固化所成型的模具或芯。在一些方法中，在与耐火模制材料混合之前组合有机粘合剂体系的所有三种组分。在涉及专利技术构思的其他方法中，在与耐火模制材料混合之前，仅组合有机粘合剂体系的第一组分和第二组分。在这些方法的一些中，将有机粘合剂体系的第三组分应用于成型的模具或芯。在后面的这些方法的一些中，通过将第三组分仅喷射到模具或芯的表面上应用第三组分，在金属铸造过程中模具或芯将暴露于熔融的金属。在一些实施方式中，第一组分是多元醇组分，包括每分子具有至少2个羟基基团的酚醛基础树脂(phenolicbaseresin)，该多元醇组分不含聚异氰酸酯；以及第二组分是聚异氰酸酯组分，包括每分子具有至少2个异氰酸酯基团的聚异氰酸酯化合物，该异氰酸酯组分不含多元醇；使得当在具有或不具有第三组分的情况下组合第一组分和第二组分以及用胺催化剂固化时，产生酚脲聚合物(phenolicurethanepolymer)。在涉及专利技术构思的许多方法中，当存在时，第三组分的硅酸烷基酯是原硅酸四乙酯(“TEOS”)。在许多方法中，当存在时，原甲酸烷基酯是原甲酸三甲酯(“TMOF”)。在这些方法的一些中，当存在时，原甲酸烷基酯还包括原甲酸三乙酯(“TEOF”)，有时甚至没有TEOS。在专利技术构思的方法中，第三组分以表示组合的第一组分和第二组分的重量的4至6％的量存在。具体实施方式由专利技术人进行的其他工作在提供第三部分至铸造粘合剂体系来提供铸造模型的拉伸强度中具有指示价值，铸造模型的拉伸强度在高相对湿度存在的情况下得到保持。在这种工作中，提供部分III组分允许单独保持各个部分，直到使用。已经清楚地发现了粘合剂组合物中对这些金属模具反应问题的一个解决方案，该粘合剂组合物使用三组分方式来提供聚氨酯冷芯盒(PUCB)粘合剂体系。在这种体系中，部分I组分包含多元醇基础树脂和一组合适的补充物，部分II组分包含聚异氰酸酯，伴随一组合适的补充物，以及部分III组分包含硅酸烷基酯如原硅酸四乙酯(“TEOS”)和烷基原酸酯中的至少一种，原甲酸三甲酯(“TMOF”)和原甲酸三乙酯(“TEOF”)是可以单独或组合使用的示例性化合物。原甲酸三甲酯，也称为三甲氧基甲烷，也由CAS号149-73-5标识。结构上，其具有连接至碳原子的三个甲氧基基团。碳原子的第四个键是至氢原子。TMOF是由Sigma-Aldrich和其他来源商业可获得的。原甲酸三乙酯，还称为二乙氧基甲氧基乙烷和1,1,1-三乙氧基甲烷，也由CAS号122-51-0标识。结构上，其具有连接至碳原子的三个乙氧基基团。碳原子的第四个键是至氢原子。TEOF是以98％的纯度从Sigma-Aldrich和其他来源商业可获得的。原硅酸四乙酯，还称为四乙氧基硅烷，由CAS号78-10-4标识。结构上，其具有连接至原硅酸酯核中的氧原子的四个乙基基团。TEOS是以99.999％的纯度从Sigma-Aldrich和其他来源商业可获得的。酚醛树脂和聚异氰酸酯可以选自由常规已知用于冷芯盒过程或无烘烤过程的化合物组成的组，因为不认为专利技术构思是该组合物的这些部分所固有的。更具体地谈及酚醛树脂，其通常选自酚与醛、尤其是式RCHO的醛的缩合产物，其中R是氢或具有1至8个碳原子的烷基部分。通常在低于130摄氏度的温度下在液相中进行缩合反应。许多这种酚醛树脂是商业可获得的并将是容易地被熟知的。优选的酚醛树脂组分包含苄醚(benzylether，二苄醚)类型的酚树脂。在个别情况下在混合物中使用烷基酚如邻甲酚、对壬基苯酚或对叔丁基苯酚、特别是用苯酚来制备酚树脂可能是方便的。可选地，这些树脂可以以烷氧基化的端基为特征，通过用烷基基团如甲基、乙基、丙基和丁基基团对羟基亚甲基基团封端得到烷氧基化的端基。对于聚合物异氰酸酯，虽然直接将许多商业可获得的聚合物异氰酸酯用于这种特定的市场，但可以优选的是使用包含二苯甲烷二异氰酸酯(MDI)的聚异氰酸酯组分。用于冷芯盒或聚氨酯无烘烤过程的双组分粘合剂体系的异氰酸酯组分(第二组分)通常包含优选地具有两个至五个的异氰酸酯基团的脂肪族、脂环族或芳香族聚异氰酸酯；也可以使用这种聚异氰酸酯的混合物。脂肪族聚异氰酸酯中特别合适的聚异氰酸酯是如六亚甲基二异氰酸酯，脂环族聚异氰酸酯中特别合适的一种是如4,4'-二环己甲烷二异氰酸酯，以及芳香族聚异氰酸本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于减少金属铸造过程中的金属‑模具反应的方法，包括以下步骤：提供有机粘合剂体系和耐火模制材料，作为直到使用时才组合的三种组分提供所述有机粘合剂体系，第三组分包含硅酸烷基酯和原甲酸烷基酯中的至少一种；将所述有机粘合剂体系的至少前两种组分与所述耐火模制材料混合以提供可成形的铸造混合料；将所述可成形的铸造混合料成型为模具或芯；以及固化所成型的模具或芯。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2015.05.14 US 62/161,603;2015.05.15 US 62/161,9231.一种用于减少金属铸造过程中的金属-模具反应的方法，包括以下步骤：提供有机粘合剂体系和耐火模制材料，作为直到使用时才组合的三种组分提供所述有机粘合剂体系，第三组分包含硅酸烷基酯和原甲酸烷基酯中的至少一种；将所述有机粘合剂体系的至少前两种组分与所述耐火模制材料混合以提供可成形的铸造混合料；将所述可成形的铸造混合料成型为模具或芯；以及固化所成型的模具或芯。2.根据权利要求1所述的方法，其中，在与所述耐火模制材料混合之前组合所述有机粘合剂体系的所有三种组分。3.根据权利要求1所述的方法，其中，在与所述耐火模制材料混合之前组合所述有机粘合剂体系的仅第一组分和第二组分。4.根据权利要求3所述的方法，其中，将所述有机粘合剂体系的所述第三组分应用于所述成型的模具或芯。5.根据权利要求4所述的方法，其中，通...

【专利技术属性】
技术研发人员：王显平，马克·斯坦克利夫，克里斯蒂安·普里贝，约尔格·克罗克尔，
申请(专利权)人：亚世科化学有限合伙公司，
类型：发明
国别省市：美国,US