消失模铸造涂料专用悬浮剂

一、什么是消失模铸造工艺：

     消失模铸造技术（EPC）是铸造工艺的一个重要的发展方向。此铸造方法是用聚苯乙烯泡沫塑料制造模样，并填砂造型，不起模。在浇注时，泡沫塑料受液体金属的高温作用而燃烧、气化，金属液立即填充原模样所占据的型腔。

     在消失模铸造工艺中，涂料是关键技术之一。

二、消失模涂料的要求：

      消失模铸造涂料不是涂挂在铸型或砂芯表面的，而是涂挂在泡沫塑料模样表面的。在生产过程中，大多采用浸涂法和淋涂法相结合的办法，仅个别部位采用刷涂法。

      由于涂料对流变性的要求与施涂方法有关，因此，消失模铸造对涂料流变性的要求与普通砂型铸造是不同的。

      在消失模的铸造过程中，聚苯乙烯泡沫塑料在受热后，进行液态、气态热解。为了使这些热解的产物尽快排出型腔以减少铸件的针孔，要求其涂层厚度要很薄，一般约为0.2-0.3mm。

      因此，对消失模涂料，要求其有优良的流变性。

三、恒发“HG-XF”系列“消失模铸造涂料专用悬浮剂”简介

（一）、原料

     消失模铸造涂料专用悬浮剂，是选用优质凹凸棒粘土为主体，添加适量的助剂制备而成。

凹凸棒粘土是一种具有链状结构的富镁、富硅的非金属矿物，其特点与蒙脱石相似。凹凸棒粘土的特点是比表面积大，吸附与脱色力强，其土浆具有粘性和触变性，不易被电解质絮凝，并且具有良好的热稳定性。

     凹凸棒粘土矿物受热时会失去水分，减轻质量。DTA试验表明，凹凸棒粘土有4个吸热谷，1个放热峰。当加热到1030℃，其质量损失可达23.75%，这是由于凹凸棒粘土的晶格内3种形态的水全部逸出。从而证明，凹凸棒的吸收量大，适合做涂料的悬浮剂、触变剂、增稠剂使用。

      根据凹凸棒粘土的红外光谱可知，其中有少量的3400，1030，660cm^-1的波数，和少量的800 cm^-1波数，说明，明光地区的凹凸棒还有少量的蒙脱石和石英，非常适合做涂料的悬浮剂、触变剂、增稠剂使用。

（二）、制备工艺 

第一步，选   矿

   “苏皖明盱边区”的凹凸棒矿床非常适合工业开采，矿土品质稳定，但是，再优质的矿床都难免有“不同品质矿土的混杂现象”，加上大机械化的开采，加重了“矿土混杂”程度。

   “矿土混杂”导致产品的品质不稳定；高品质的矿土混入低品质的矿土中，也大大增加的产品的成本。

   选矿，是海港凹坭矿业生产过程重要的第一步，决定了海港产品的品质优劣、理化指标的稳定和成本的高低等。

   选矿一般分为目测选矿、理化指标选矿。

     1、目测选矿

     恒发矿业拥有数位从业十多年的选矿工程师。他们对凹凸棒矿土了如指掌，经验丰富，通过观察凹凸棒的颜色、光泽、断口、块状、粘结度等物理特性，就能较准确地判断矿土的品质档次。

   恒发矿业的选矿工程师常年奔走在矿山上，挑剔地注视着挖掘机挖出的每一铲矿土，观察、筛选、分级，确保海港凹坭的凹凸棒原矿分级合理，矿土品质稳定。

     2、理化指标选矿

   (1)XRD检验。内插标样X射线粉晶衍射(XRD)分析方法是目前较为精确、简便的粘土定量分析方法。该方法以石英为稀释剂,刚玉为内插标准物质,通过系统测定稀释后的凹凸棒石衍射峰和刚玉衍射峰的积分强度比。

   (2)特征元素化学成分检验。凹凸棒土的理论化学式是Mg5Si8O20(OH)2(OH2)4 H2O。由于Mg元素在非凹凸棒土矿中一般不含或者含量极低,所以Mg元素可在定量分析中作为分析的特征元素。

Mg元素的含量也可通过原子吸收光谱法来测定,从而间接得到凹凸棒土的含量。

   (3)TEM和SEM法检验,即用透射电子显微镜（TEM）和扫描电子显微镜（SEM），通过观察样品的显微结构,即样品的晶形、晶貌及大小得到样品的体积百分含量。

   (4) 此外，还有对凹凸棒的莫氏硬度、比重、胶质价、比表面积、膨胀容、PH值、吸水率、饱和盐水造浆率等的测定。

第二步，浸泡、活化、碾  压 

    用对辊机与挤压机可以达到碾泥的目的，将凹凸棒的分子结构分散，形成网状，增加孔道，从而提高吸附和悬浮性能。

    凹凸棒土经挤压处理后，内部显微结构变得比较松散,形成大量显微间隙和裂缝。制备凹凸棒土水悬浮液时,在超声波搅拌下,微小的气泡便可比较容易地通过内部的孔隙和微孔进入微粒的内部,并进一步渗透到薄片和晶束中,从而使粉粒的内部显微结构因充分水化而产生高度膨胀。气泡淬灭产生很高的压强,导致晶束及聚集体发生崩裂,距离拉大,引力减小。

    这样凹凸棒土就很容易在分散介质中分散成细小的晶束或棒晶,从而使其胶体性能有很大的改观。

第三步，晾  晒

    将凹凸棒置于混凝土地面的晒场上，利用阳光把凹凸棒矿土中的水分蒸发掉。

    晾晒法，只能去除凹凸棒矿土中的吸附水，无法去除沸石水和结晶水。

    在阳光的直接晾晒，可以使凹凸棒矿土的水分达到8-15%左右。如需要进一步降低矿物的含水量，则要通过烘干、焙烧工艺实现。

第三步，磨  粉 

    采用雷蒙磨机械对凹凸棒进行碾磨，可达到所需的颗粒细度。  

    雷蒙磨是一种新型、高效、采用闭路循环的高细制粉设备。进行工矿产品物料的粉磨加工，适宜加工莫氏硬度七级以下，湿度在8%以下，各种非易燃易爆矿产，成品细度在613微米~440微米之间，通过分析机及风机的共同作用，可满足不同用户的使用要求。

第五步，提纯

      1、酸洗提纯：

      凹凸棒土为正交晶体，由其晶体单胞化学式表明，八面体中心的阳离子为4，其结构为双八面体。

凹凸棒土有较好的耐酸性，经过酸处理，能够去除凹凸棒土矿物中的少量共生的碳酸钙石矿物，但凹凸棒土的结构仍然保留。

      酸洗提纯，一般在磨粉前进行。磨粉后主要采用的是风选提纯。

      2、风选提纯：

      风选提纯，又叫干法提纯。凹凸棒磨粉后，目度200-325目，采用气流分级机进行分级，以空气为介质，把较重的成分和轻的成分分开，同时出去长石、石英等砂质矿物，得到较纯的凹凸棒产品。

第六步，质检

           生产过程中的抽样质检，

      出厂前的抽样质检。

第七步，、包装：

    常规为编织袋包装（内塑外编）和牛皮纸袋包装，每袋25kg。可根据客户要求，定制袋装重量，印刷文字等。

四，恒发“HG-XF”系列“消失模铸造涂料专用悬浮剂”的特点：

      1、比重轻。恒发“HG-XF”系列“消失模铸造涂料专用悬浮剂”产品所选用的凹凸棒原矿，是一种成分较纯的凹凸棒，比重轻，悬浮性能优良。

      2、流变性和触变性好。具有很强的形成胶体的能力，比膨润土更有利于改善消失模涂料的流变性。

      3、添加量小。在水基消失模涂料中加入2%的“HG-XF”系列“消失模铸造涂料专用悬浮剂”，可使涂料的流变性极大地提高。

      4、提高涂料的润浸性和透气性。

      5、替代硅酸镁铝。凹凸棒的化学分子式为：｛Na_0.099⁺K_0.073⁺Ca_0.0177²⁺｝（Al_0.447³⁺Fe_0.439³⁺Fe_0.44²⁺Mg_1.169²⁺）Sl_7.78⁴⁺Al_0.22³⁺]O₂₀(OH)₂(OH₂)₄

4H₂O。富含硅、富含镁、富含镁，Na⁺、K⁺、Ca²⁺为晶格间可交换性阳离子，Al³⁺、Fe³⁺、Fe²⁺是八面体中部分Mg²⁺被Al³⁺、Fe³⁺、Fe²⁺离子取代。

      试验室分析和生产实践表明，“HG-XF”系列“消失模铸造涂料专用悬浮剂”可以完全货部分替代硅酸镁铝。

      6、价格低。凹凸棒的储量大，成分纯，埋藏于地表浅层，开采成本小。生产工艺简单，易储存、运输。

      7、环保无毒。天然矿物，无毒无味、无接触性腐蚀，无环境污染。

五、恒发“HG-XF”系列“消失模铸造涂料专用悬浮剂”的触变性：

      由于消失模铸造模样主要采用浸涂法和淋涂法施加涂料，因此要求涂料必须有良好的流变性。

研究表明，涂料加入凹凸棒后，涂料的工艺性能大大改善。

      通过凹凸棒、钠基膨润土、CMC水悬浮液的流变性比较，表明：凹凸棒粘土比膨润土更利用改善消失模涂料的流变性。

      在涂料中，加入2%“HG-XF”系列“消失模铸造涂料专用悬浮剂”，进行流变性实验，可以知道其为带屈服值的“假塑性流体”，其剪切应力的增长恒小于剪切速率的增长，表明粘度随剪切速率的增加而减小，即流体因剪切而变稀。

      这种“因剪切而变稀”的特征，正是涂料期望的性能。

      消失模铸造涂料，要求有非常好的“剪切变稀”性能，使涂料施涂方便，流动性好，便能在模样上均匀流布。

当模样从涂料槽中取出后，要求涂料粘度较快增长，以保证涂料不致于因流淌过多而不能获得一定的涂层厚度。从而，要求涂料有一定的屈服值。屈服值标志着涂料“内部形成结构“的能力。

      有一定屈服值的涂料，具有良好的悬浮性和对塑料模样表面的覆盖能力。但是屈服值也不能太大，否则，涂料易在模样表面上形成堆积，使涂层过厚，影响其透气性。（涂层厚度要很薄，一般约为0.2-0.3mm）

     “HG-XF”系列“消失模铸造涂料专用悬浮剂”能促使涂料的流变性和屈服值都能达到铸造涂料的要求

六、为什么凹凸棒悬浮剂优于钠基膨润土？

      实验表面：随着凹凸棒、膨润土的加入量的增加，涂料的屈服值增大，稠度系数增加，而流变指数下降。这说明加入了凹凸棒土、钠基膨润土都能促进涂料内部桥联的形成，而且随着添加量的增大，形成的桥联点的数目越多，因此屈服值增加，涂料的流变指数下降。

      从实验的数据可以发现，凹凸棒粘土对涂料流变性的改善明显优于钠基膨润土。

    这是为什么呢？

           这是为什么呢？

                 这是为什么呢？

     其原因在于凹凸棒和膨润土的矿物结构不同

      膨润土具有层状结构和负电性，以及对阳离子（Na⁺、K⁺、Ca²⁺）的吸附作用，能把自由水极化，形成水化模、胶团和某些网状结构，以致流动时阻滞力增大，粘度增高。

      同时，膨润土所形成的网状结构而具有结构粘度，表现出一定的触变性能。

      凹凸棒粘土的晶体结构是含有三维立体链，具有很强的形成胶体的能力，在比其他粘土低得多的浓度下，就能形成很稳定的高浓度悬浮液。

      凹凸棒粘土在水中分散后，其针状晶体束折射而形成杂乱的网格，网络束缚液体使体系增稠。在受到剪切力时，网状结构被破坏，束缚被解除，所以流动性增加，显示出良好的高触变性。

      另外，凹凸棒饱和吸附在晶体间孔道的水，也在剪应力的作用下部分溢出，从而使溶剂增多，使涂料的流变性增加。

      随着凹凸棒添加量的增加，其体系形成的网格就越密，粘度就越高。在剪应力的作用下，网状结构破坏越严重，粘度下降越多。凹凸棒就是这种形成触变结构能力强的矿物，比膨润土等其他矿物更适用于作为消失模水基涂料的悬浮剂、触变剂