增强快干硅溶胶在铸造领域中的应用

20世纪六十年代。硅溶胶做为粘结剂运用于铸造各个领域。马上以其无法比拟的竞争优势逐渐替代了曾经被广泛使用的有环境污染、成本相对高的硅酸乙酯水解液．自此，英、美、法、日等国的熔模铸造业迅速且广泛的选用了硅溶胶．俄国从20世纪八十年代末也渐渐地选用硅溶胶，并获得显著效果。但是，硅溶胶是一种水基粘结剂．其浆料的胶凝硬化时间很长。且受干燥环境温度和湿度的影响到非常大．这直接影响到了生产周期及铸造件的产品质量。国际上普遍选用将硅酸乙酯水解液和硅溶胶两种粘结剂相结合，既可降低生产成本，又可缩短生产周期，进而保证铸造件的产品质量。随着环保要求更加严格。对空气中VOC含量有严格限制，硅酸乙酯制壳车间已达不到要求。需进行空气过滤。因而，这种醇基硅酸乙酯粘结剂的使用呈下降趋势。正在被增强型快干硅溶胶替代。鉴于此，这篇文章综述了增强快干硅溶胶的研究现状及其在铸造各个领域中的运用。

1国外研究现状及在铸造领域的应用

早在1980年，人们就以聚乙烯醇(PVA)、羧甲基纤维素等水溶性高聚物为增强剂来改性硅溶胶．并将其应用到熔模铸造中，以用来提高型壳湿强度、加快干燥速度，受到了精铸厂家的青睐。如1992年Remet公司推出了RemasolAdbondB聚合物增强硅溶胶．次年又推出改进产品RemasolAdbondBV聚合物增强硅溶胶。20世纪90年代以后，由于环保方面的压力越来越大．不少原先采用硅酸乙酯制壳工艺的厂家纷纷改用硅溶胶。这些厂家大多希望在现

有厂房、设备基本不变的前提下。保持原来的生产进度和能力。为此，重要的一点就是制壳层间干燥时间要和使用硅酸乙酯时保持大体一致。在此背景下，硅溶胶生产厂家研制和开发了层间干燥时间更短的所谓聚合物增强快干硅溶胶。

1994年杜邦公司首先推出LudoxSK系列硅溶胶．如LudOXSK．B、LudoxSK—R和LudoxSK-F等。其中。LudoxSK．R被确认为硅酸乙酯水解液的理想替代品。英国苏格兰格拉斯哥国家工程实验室用LudoxSK．R制得的型壳湿强度、高温强度比硅酸乙酯型壳高出约1倍，残留强度和高温透气性大体相当。2001年Remet公司推出了ADBOND⑧3301系列产品(SP．3301和LP．3301)，主要用作背层粘结剂。层间于燥仅lh后，型壳强度即可达到大值，不但具有较高的湿强度、高温强度，而且残留强度较低、容易脱壳等。某公司采用FOSECO公司生产的DCOAT快干硅溶胶制壳工艺代替硅溶胶一硅酸乙酯复合制壳工艺生产了23台末级导叶片，产品全部符合设计要求。1998年美国第46届精铸年会上．美国BuntrockR&D实验室将研制的大粒径高浓度快干硅溶胶(Megasol硅溶胶)公布于众，研究发现采用该硅溶胶制成的型壳湿强度比标准硅溶胶高出l倍以上，完全适用于熔模铸造。很多精铸厂使用Megasol进行试验发现其完全可以替代硅酸乙酯水解液。这种硅溶胶克服了聚合物增强硅溶胶的涂料浆易老化、稳定性较差，难以有效地监控质量等缺点。20世纪末。美国BuntrockIndustries公司和英国WexChemicals公司联合开发出WEXCOAT粘结剂，跟一般的聚合物增强硅溶胶不同。它不是靠加入聚合物，而是靠加入不溶于水的有机纤维(尼龙丝)WEXPERM来增强的一种纤维增强改性硅溶胶。由于纤维的存在。水分由里向外迁移，加快了型壳干燥速度。此外，采用纤维增强涂料，涂层厚度增加，涂挂层数可减少1层。生产实践业已证明,ⅦXCOAT粘结剂完全适用于有色、黑色和高温合金的精密铸造。

2国内研究现状及在铸造领域的应用

浙江宇达化工有限公司与清华大学联合在国内率先成功研制了FS．30快干硅溶胶(现称FS．I．即铝离子改性快干硅溶胶)，并对其制壳工艺进行研究。1997年11月通过机械工业部鉴定。FS．I快干硅溶胶的制壳周期和型壳强度均与传统硅酸乙酯型壳相当．但制壳时间为普通全硅溶胶型壳的l／2～1／4，甚至更短。但是FS．I快干硅溶胶在干燥速度和

型壳性能上与国际知名的LudoxSK系列产品还有差距。为此，上述两家单位又开发出了FS．II、FS—IⅡ两种增强型快干硅溶胶。其中，FS．III增强快干硅溶胶和LudoxSK．R硅

溶胶的型壳干燥速度和型壳性能相近。马波将浙江宇达化工有限公司生产的FS—II快干硅溶胶应用于熔模精密铸造中，效果不错。此外，清华大学还研制了乳胶增强型快干硅溶胶(编号为F)等。罗琼等采用东莞市惠和硅制品有限公司生产的SKP227型快干硅溶胶进行型壳制造。研究发现SKP．27型快干硅溶胶型壳比普通S．1430硅溶胶型壳常温强度高。高温强度相当、残留强度低、溃散性好，在同等工艺条件下，前者比后者的干燥速度约快50％。李毓飞等分析了当前国内精密铸造业的发展方向，并对现行精密铸造生产的制壳工艺优缺点进行比较，提出了一种新型节能精密铸造粘接剂．ZF．801型快干硅溶胶。通过分析ZF一801型快干硅溶胶型壳的制壳时间、铸件尺寸精度、表面质量、常温强度、高温强度、残留强度，结果表明，ZF．801型快干硅溶胶符合“十一五”规划的降低能耗．较少污染物排放的要求，且成本适中。

3在陶瓷型铸造中的应用

众所周知．陶瓷型铸造常用的粘结剂为硅酸乙酯水解液。同熔模铸造一样。硅酸乙酯价格昂贵、水解工艺复杂、且存在严重的VOC问题及安全隐患。目前在硅酸乙酯水解液的工艺改进方面进行了大量研究。但是，生产主要原料硅酸乙酯依然很昂贵，且水解工艺复杂，从目前的发展趋势来看。硅溶胶完全代替硅酸乙酯水解液在陶瓷型铸造中应用已成为可能。尤其是各种增强快干硅溶胶的研制成功。前期研究表明。硅溶胶可代替硅酸乙酯水解液而被应用于陶瓷型铸造中．既可满足传统陶瓷型铸造的基本要求，又可降低生产成本、改善操作条件。但是，由于硅溶胶是水基粘结剂．其胶凝硬化时间很长，达不到硅酸乙酯的生产效率、干燥条件不易控制、铸型弹性差且易产生裂纹等．这严重限制了硅溶胶在陶瓷型铸造中的应用。综上所述，进一步研究增强快干硅溶胶，并将其应用到陶瓷型铸造中以期保证铸型的质量且降低生产成本及空气中的VOC含量。缩短生产周期是其今后研究的重要方向。