CN101088659B - 低氮覆膜砂及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种低氮覆膜砂。该低氮覆膜砂由以下重量百分比的原料制得：占原料总重量的1.5～4.0％的酚醛树脂、用量为酚醛树脂的0～6％的六亚甲基四胺、用量为酚醛树脂的3～7％的润滑剂和余量的原砂。本发明还公开了该低氮覆膜砂的制备方法。本发明可以大大降低六亚甲基四胺的使用量，所得的覆膜砂含氮量低，可以保证铸件表面品质。在覆膜砂加热成型时，热固性酚醛树脂可以促进快速固化，极大地提高了覆膜砂的硬化速率，壳型(芯)的热强度得到提高。
Description
技术领域
本发明涉及铸造中所用材料及其制备方法，具体地说，本发明是一种低氮覆膜砂及其制备方法。
背景技术
铸造业是机械制造业最大的基础行业，铸造质量的好坏直接影响到机械产品质量的高低。随着工业的发展和社会的进步，对铸件的质量和铸造业的发展提出了更高的要求。覆膜砂是壳型精密铸造法用造型材料，具有保存性好的特性，生产的铸件尺寸精度高和表面光洁等特点，可用于铸钢、铸铁、合金铸件和有色金属铸件的生产。覆膜砂通常以石英砂为原砂，辅以粘结剂和固化剂配制而成。但铸造中壳型(芯)，在满足一定的常温抗拉强度下，更重要的是要求壳型(芯)具有好的高温抗拉强度、长的耐热时间，为此常常需要加大粘结剂的用量，而与此同时六次甲基四胺的加入量随之上升，导致覆膜砂的发气量增大，铸件的气孔率升高，铸件质量受到影响。
发明内容
本发明克服了上述缺点，提出了一种低氮覆膜砂及其制备方法。
本发明解决其技术问题所采取的技术方案是：
一种低氮覆膜砂，它由以下重量百分比的原料制得：
酚醛树脂 用量为原料总重量的1.5～4.0％
固化剂 用量为酚醛树脂的0～6％
润滑剂 用量为酚醛树脂的3～7％
原砂 余量。
其中，酚醛树脂是热固性酚醛树脂和热塑性酚醛树脂的混合物，热固性酚醛树脂与热塑性酚醛树脂的重量比是0.1-0.7∶1。
在本发明中，酚醛树脂是作为粘结剂使用。热固性酚醛树脂还可以促进快速固化，极大地提高了覆膜砂的硬化速率，壳型(芯)的热强度得到提高。并且，由于热固性酚醛树脂的加入，可以部分或者全部替代六次甲基四胺，固化剂六亚甲基四胺的加入量大大降低，使本发明制备的覆膜砂含氮量降低。
六次甲基四胺为线型酚醛提供亚甲基进行交联的同时，分子中的氮与树脂链结合构成体型，因此在结壳硬化过程中有66％～77％(质量分数)的氮结合进入树脂硬化型(芯)中。壳型充满钢液后，树脂受热，经过焦化、燃烧、碳化3个阶段，氮气放出建立压力，破坏半凝固层表面平整形成皱皮或桔皮样凹穴缺陷，为此发展了低氮含量覆膜砂以保证铸件表面品质。
所述的润滑剂优选是硬脂酸钙。
所述的固化剂优选是六亚甲基四胺，通常使用时把六次甲基四胺配制成一定浓度(通常为20～60wt％)的水溶液。
本发明中的热塑性酚醛树脂为普通铸造用酚醛树脂。
本发明中热固性酚醛树脂的生产，催化剂选用氧化钙、氧化镁、氧化锌、氢氧化钙、氢氧化镁等二价金属离子氧化物及氢氧化物。催化剂加入量为0.5-10％(占酚重量)，酚与醛摩尔比为1.1-2.0之间。这样生产的热固性酚醛树脂具有高活性，在覆膜砂加热成型的时候，可以快速固化，极大地提高了覆膜砂的硬化速率，铸件的热强度得到提高。
上述的低氮覆膜砂的制备方法，包含以下步骤：a)加热原砂；b)向加热的原砂中加入热塑性酚醛树脂；c)加入热固性酚醛树脂；d)加入固化剂并搅拌均匀；e)加入润滑剂；最后冷却步骤e得到的混合物并破碎、过筛，得到成品覆膜砂。
步骤a中，加热温度优选为120～140℃。
本发明的优点是：本发明可以大大降低六亚甲基四胺的使用量，所得的覆膜砂含氮量低，可以保证铸件表面品质。在覆膜砂加热成型时，酚醛树脂可以促进快速固化，极大地提高了覆膜砂的硬化速率，壳型(芯)的热强度得到提高。
具体实施方式
实施例1热固性酚醛树脂的制备
首先把反应装置调整为回流状态，苯酚500克以及甲醛(37％)560克，一起投入反应器，加入氧化钙5克。升温至90度，在此温度下恒温反应2小时。然后调整设备为真空蒸馏状态，测定粘度至500cp/25℃时候放料。
热固性酚醛树脂检测指标见下表：
| 项目 | 游离酚％ | 水分％ | 粘度cp/25℃ | 固含％ |
| 检测值 | 8.90 | 18.86 | 500 | 68 |
实施例2
1)原砂加热至125℃；
2)加入热塑性酚醛树脂混合40秒；
3)加入热固性酚醛树脂混合20秒；
4)加入六次甲基四胺水溶液混合25秒；
5)加入硬脂酸钙；
冷却上述混合物并破碎、过筛，得到成品覆膜砂。
所述原砂为5kg，热塑性酚醛树脂为125g，热固性酚醛树脂为20g，六次甲基四胺(40％)溶液6.25g，硬脂酸钙为7.5g。
实施例3
除热固性酚醛树脂改为38g外，其余同实施例1。
实施例4
除热固性酚醛树脂改为57g外，其余同实施例1。
实施例5
除六次甲基四胺(浓度40％)水溶液改为0g外，其余同实施例2。
实施例6
除六次甲基四胺(浓度40％)水溶液改为12.5g外，其余同实施例2。
实施例7
除六次甲基四胺(浓度40％)水溶液改为18.75g外，其余同实施例2。
对比例1
1)原砂加热至120～140度；
2)加入热塑性酚醛树脂混合60秒；
3)加入六次甲基四胺水溶液混合25秒；
4)加入硬脂酸钙；
冷却上述混合物并破碎、过筛，得到成品覆膜砂。
所述原砂为5kg，热塑性酚醛树脂为135g，六次甲基四胺(40％)溶液50.63g，硬脂酸钙为8.1g。
实施例2～7制备的覆膜砂与对比例1制备的覆膜砂检测结果请参见表1。
表1实施例2～7制备的覆膜砂与对比例1制备的覆膜砂检测结果
| 项目 | 熔点℃ | 室温抗拉强度(MPa) | 热态抗拉强度(MPa) | 发气量(ml/g) |
| 实施例2 | 103 | 3.0 | 1.0 | 16 |
| 实施例3 | 100 | 3.5 | 1.2 | 17 |
| 实施例4 | 98 | 4.2 | 1.5 | 17 |
| 实施例5 | 92 | 3.2 | 0.7 | 14 |
| 实施例6 | 103 | 4.0 | 1.5 | 17 |
| 实施例7 | 105 | 3.2 | 1.8 | 18 |
| 对比例1 | 103 | 3.0 | 1.2 | 22 |
表1中的技术指标的检测方法如下：
室温抗拉强度检测方法：覆膜砂样品230℃下在模具中固化2min，然后将试样取出，温度降至室温测定抗拉强度。
熔点测定方法：使用SJZ型覆膜砂熔点试验仪，在加热棒上加热1min，然后用毛刷轻轻的把松散的砂子扫掉，砂子开始变粘的温度。
热态抗拉强度检测方法：覆膜砂样品230℃下在模具中固化2min，然后将试样取出，30秒内测定抗拉强度。
发气量测定方法：称取覆膜砂强度试样断口磨下来的砂子1±0.001g，至于瓷舟中。将盛有覆膜砂试样的瓷舟送入发气量测定仪的石英管的红热部分，迅速用塞子将管口封闭，同时发气量测定仪的记录部分开始工作，经过3min可从记录纸上直接读出试样的发气量。
所使用的检测仪器为：
抗拉强度实验仪器：SWY型液压强度试验仪；
发起量实验仪器：SFL型记录式发气性试验仪；
熔点测定仪器：SJZ型覆膜砂熔点试验仪；
以其生产厂家均为邯郸市华宇仪器仪表有限责任公司。
以上对本发明所提供的低氮覆膜砂及其制备方法进行了详细介绍，本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。
Claims (1)
1.一种低氮覆膜砂，由下述方法制备得到：
1)原砂加热至125℃；
2)加入热塑性酚醛树脂混合40秒；
3)加入热固性酚醛树脂混合20秒；
4)加入六次甲基四胺水溶液混合25秒；
5)加入硬脂酸钙；
冷却上述混合物并破碎、过筛，得到成品低氮覆膜砂；
所述原砂为5kg，热塑性酚醛树脂为125g，热固性酚醛树脂为20g，质量浓度为40％的六次甲基四胺溶液6.25g，硬脂酸钙为7.5g。
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