铸造涂料知识汇编

简单地说说有关铸造涂料的几个问题。

一、涂料的固体含量和强度

现在，用于树脂粘结砂的涂料，都要求其固体含量高、强度高，这主要是出于两方面的考虑。

1、与砂型（芯子）的特性相适应

过去，粘土砂湿砂型不用涂料，涂料只用于粘土砂干型。由于粘土砂干型的强度很低，而用以制造的铸件都是重要铸件或大型铸件，对涂料的要求不仅是要形成隔离层，而且要求涂料渗入铸型的表层以下，较好涉及3～4个砂粒，使铸型表面有所增强。为此，涂料的粘度不能太高，其中的固体含量也就不能太高。

由于粘土砂干型的强度不高，一方面希望涂料施涂后能适当增强铸型的表面层，但涂料层的强度必须与所依附的砂型匹配，不能太高，否则，在涂料干燥过程中发生体积变化时，其所依附的砂型不足以制约其变形，涂料层就会开裂，甚至剥落。

现在，各种树脂粘结砂的特点是：强度很高，而砂粒之间的粘结桥很细，对各种溶剂的又非常敏感。强度高的特点，通过强度的测定，甚至由简单的手感，很容易有具体的印象，不必多讲。关于粘结桥的情况，有必要作一点说明。

粘土干型砂中，粘结剂（粘土）的用量很高，粘土和型砂中的泥分，在型砂中所占的体积分数在15％以上，砂粒之间的粘结桥相当粗，而且粘土是亲水的，因此，水基涂料渗入砂型只会增强砂粒之间的粘结，不会有负面的影响。

各种树脂粘结砂的强度比粘土干型砂高得多，而树脂和硬化剂的用量却很少，总量一般不**过2%，粘结桥当然就很细，而且，水基涂料中的水或醇基涂料中的醇，都会使砂粒之间的树脂粘结桥的强度明显降低。因此，应该避免涂料过多地渗入砂型，这就要求采用固体含量高、粘度高的涂料，其渗入深度以不**过一个砂粒为宜。

由于树脂粘结砂型的强度高，与此相应，也要求涂料的粘结强度高，即使渗入砂型表面很浅，也能得到坚固的涂料层。

2、从节能、环保和降低生产成本考虑

涂料中所用的液体载体，主要是水和醇类。20世纪70～80年代，曾采用不需烘干或点燃、能自行挥发的氯代烃类，如二氯甲烷，作为涂料的载体。由于其具有毒性，挥发到大气中对环境的负面影响很大，而且价格也昂贵，现已基本上不用。

载体的作用是将耐火骨料和粘结剂运载到铸型表面，使之形成致密的涂料层。完成运载任务之后，必需将其完全脱除。

水基涂料，涂覆以后需要烘干。固体含量高、水分低，干燥所需的能耗减少，CO2排放量也相应减少。醇基涂料，涂覆以后需要点燃，使之干燥。固体含量高，醇的耗用量减少，不仅生产成本降低，点燃时定环境的影响也随之减少。

二、要求控制涂料的流变性能

要使涂料的固体含量高，渗入砂型的深度浅，现在的涂料都是高粘度的胶态分数体。由于涂料粘度很高，就提出了如何便于施涂的问题。

对胶态分数体流变性能的研究，为解决这个问题提供了途径。在一定的条件下，可以使胶态分数体具有剪切稀释的特性，即：在剪切作用下，分散体的粘度可以大幅度降低。

这就是说，尽管涂料的初始粘度很高，如果使其具有剪切稀释的特性，则在搅拌作用下或施涂过程中（刷、喷、抹等操作都对涂料有剪切作用），涂料的粘度可以变得很低，易于施涂。施涂以后，剪切作用停止，粘度又可恢复。

流变学是一门学科，即使把范围缩小到涂料的流变性能，笔者也没有能力作较全面的评述。这里要谈到的，只是与剪切稀释作用有关的一点点，而且只能是概略的、示性的，不是严格的论述。

1、牛顿流体

相邻两层流体之间有相对的滑移时，层间会产生剪切应力以抵抗这种相对的滑移。流体的剪切应力与相对滑移速率（剪切速率）之比，称为动力粘度，即我们通常所说的粘度。

普通的流体，服从牛顿的内摩擦定律，即：在温度不变的条件下，剪切应力与剪切速率之比是常数（即流体的粘度）。这种流体通常称为牛顿流体，只要温度不变，无论剪切速率的高、低，剪切时间的长、短，粘度都是不变的.

不服从内摩擦定律的流体，通称为非牛顿流体。非牛顿流体的情况相当复杂，在温度不变的条件下（以下的讨论都以此为前提）：有粘度与剪切持续时间无关的，可称之为非时间相关的非牛顿流体；也有粘度随剪切持续时间的延长而改变的，可称之为时间相关的非牛顿流体。

2、假塑性流体和醇基涂料

假塑性流体是有剪切稀释特性的、非时间相关的非牛顿流体，其流变特性可以用剪切应力－剪切速率图来描述。我们现在只就无屈服值的一种，加以说明。

施以外力，流体即开始流动。流变曲线是通过原点的、向下弯曲的曲线。剪切速率增大，剪切应力也增大，但其增量小于牛顿流体的增量。剪切速率增大，流变曲线上相应点的切线与水平轴线的夹角减小，流体的粘度降低，这就是所谓的剪切稀释特性。因而，假塑性流体有两个特点：

（1）一经搅拌，其粘度就降低。在匀速搅拌下，粘度是定值，不因搅拌时间的延长而改变。搅拌停止，粘度立即恢复；

（2）流体所受的搅拌愈强烈（即剪切速率高），其粘度下降的幅度愈大。

归纳起来，假塑性流体的粘度随剪切状况而改变的特点。

有的假塑性流体有一定的屈服值。在此情况下，曲线不通过原点，只在剪切应力达到某一数值后，流体才开始流动，但是，流体受剪切作用时，粘度变化的特性是相同的。

颗粒不带电荷的胶态分散体，欲使其具有剪切稀释特性，只能使其成为假塑性流体。笔者曾就美国、日本、比利时等国家制造的醇基涂料，以及自行研制的醇基涂料作过多次试验，除个别品种外，大都具有假塑性特征。

醇的极性很小，醇基涂料难以使颗粒带有电荷，因而大都具有假塑性流体的特征。其优点是：尽管涂料的固体含量很高，初始粘度大，在施涂过程中，在外力作用下，粘度大幅度下降，便于施涂。

醇基涂料的缺点是：施涂时，涂料的运动一停止，粘度立即恢复，因此，施涂后刷痕、流痕等很难避免。

3、触变性流体和水基涂料

触变性流体也有明显的剪切稀释特性，但与假塑性流体有重要的差别。不仅剪切速率增大，粘度降低，而且，在剪切速率不变的条件下，粘度还将随剪切作用时间的延长而逐渐降低，达到某一极限值后才趋于恒定。停止剪切以后，其粘度也不像假塑性流体那样立即恢复，而要经一段时间逐步恢复。因此，触变性流体的流变特性是与时间相关的，不能用剪切速率－剪切应力二元坐标描述，必须用剪切速率－剪切应力－作用时间三元坐标。

触变性流体，粘度因剪切条件而改变。

水基涂料，如其中加入具有离子交换能力的膨润土、适当的电解质和有机处理剂，且经过认真的混和，可以使悬浮的颗粒都带有负电荷。这样，不仅因颗粒都带有相同的电荷，互相排斥，不易聚结下沉，使涂料有很好的悬浮稳定性，而且还可以使涂料具有触变性特征。

具有触变性特征的水基涂料，既有剪切稀释的特性，便于施涂，又因为施涂后粘度的恢复需经一定的时间，刷痕和流痕大部分可自行消失，从而具有很好的流平性。这样的涂料，当然是我们所需要的。