CN102059318A

CN102059318A - 一种纤维增强树脂砂

Info

Publication number: CN102059318A
Application number: CN 201110009560
Authority: CN
Inventors: 谢卫东; 杨浩邈; 汪浩; 陈杰; 彭晓东; 魏群义
Original assignee: Chongqing University
Current assignee: Chongqing University
Priority date: 2011-01-18
Filing date: 2011-01-18
Publication date: 2011-05-18

Abstract

一种纤维增强树脂砂，用于制造铸造生产用铸型、型芯。该树脂砂由原砂、树脂、助剂、纤维组成，纤维弥散在树脂中或弥散在砂粒间。该树脂砂的优点包括：相同树脂用量时，拥有比常规树脂砂更好的力学性能，更适于制备薄壁、复杂、精密型芯；获得相近力学性能时所需的树脂量更低，树脂砂发气量更低、制造成本更低；使用耐热的纤维时，型芯热性能好，更能应对长时间高温服役状况。

Description

一种纤维增强树脂砂

技术领域

本发明涉及铸造生产用材料，具体涉及一种用于制造铸型及砂芯(简称“型芯”)的纤维增强树脂砂。

背景技术

铸造用树脂砂是指用于制造铸造用型芯的天然或人工合成树脂与原砂、助剂等的混合物。采用树脂砂造型制芯生产铸件具有一系列优点，如：铸件尺寸及形状精度高、铸件内在质量较好、旧砂再利用性能好、综合生产成本低等。树脂砂铸造是现代砂型(芯)铸造的主要方式之一，也是现代铸造生产的主要方式之一。

常规树脂砂采用混砂工艺将树脂均匀混合到原砂中，在砂粒表面形成树脂膜，之后，造型制芯，再在热、固化剂等作用下使树脂固化，获得具有一定形状和力学性能的砂型、砂芯，用于浇铸铸件。

树脂砂型芯应具有一定的强度、刚度，以免在起模、搬运、组装及浇铸过程中变形、破损。同时树脂砂中的树脂等发气性物质的量不能太高，以避免产生铸件气孔缺陷。

纤维与树脂结合而成的纤维增强树脂基复合材料能集合了纤维的高强度和树脂的柔韧性等优点，性能上互相取长补短并有协同效应，综合性能可优于原组成的各单一材料。

如果将纤维引入树脂砂中，形成纤维增强树脂砂，可在树脂砂型芯力学性能、发气量、热性能等方面获得有益受益，获得高强度、高刚度、耐热、低发气等新型树脂砂。

发明内容

本发明将纤维弥散在树脂砂的树脂中和(或)砂粒之间，获得纤维增强树脂砂。

本发明的纤维增强树脂砂，由原砂、树脂、助剂组成；其中树脂为酚醛树脂、呋喃树脂、异氰酸树脂、植物油、环氧树脂、聚乙烯醇树脂、聚丙烯酸树脂、水玻璃中的一种或它们的二元、多元组合物，树脂质量为原砂质量的0.5％-5％，同时配套使用适应性固化剂；助剂为硬脂酸盐，助剂质量为原砂质量的0-3％；该树脂砂中还包括纤维，纤维质量为原砂质量的0.05％-10％。本发明的纤维增强树脂砂所用的纤维为玻璃纤维、碳纤维、有机纤维、氧化铝纤维，陶瓷纤维中的一种或它们的二元、多元混合物；纤维的直径为0.005mm-0.5mm，长度为0.01mm-20mm；纤维的长度与直径之比为1.5-1000；纤维弥散在树脂中或弥散在砂粒间。

本发明的纤维增强树脂砂，将砂粒相互粘接的实际上是纤维增强树脂基复合材料。较之常规树脂砂型芯，树脂的粘接效率提升，相同树脂用量下，纤维增强树脂砂型芯力学性能大幅提高，更适于制备薄壁、复杂、精密型芯；相近力学性能要求下，所需树脂量更低，树脂砂发气量更低、制造成本更低。当使用耐热的纤维时，纤维增强树脂砂型芯的热性能优于常规树脂砂型芯，长时间高温服役状况下，优势明显。

具体实施方式

制备纤维增强树脂砂的方法与制备常规树脂砂相似，只需将纤维掺混到树脂砂中即可，可在混砂前将纤维分散在树脂中、固化剂中或(和)助剂中，也可在混砂时加入砂中。由于纤维的引入，树脂的粘接效率提升，树脂用量相应减小，具体的树脂砂配方需根据原材料特性、使用要求等分析、实验确定。

纤维增强树脂砂的使用方法与常规树脂砂的使用方法基本一致，方便应用、推广。

以下结合实施例，进一步说明本发明的实施方式。

实施例1玻璃纤维增强酚醛树脂砂

原料及配方：原砂：硅砂100(质量份数，下同)；树脂：热塑性酚醛树脂2；固化剂：六次甲基四胺0.3；助剂：硬脂酸钙0.3；纤维：平均直径0.01mm、平均长度0.5mm的玻璃纤维1。

制备方法：将玻璃纤维与硅砂混合均匀并加热到150℃，加入热塑性酚醛树脂并混合均匀，待温度降到105℃时，加入六次甲基四胺水溶液并混合均匀，搅动中冷却，加入硬脂酸钙并混合均匀，筛分去除粗大颗粒，得到玻璃纤维增强酚醛树脂砂。

使用方法：采用壳法、热芯盒法或烘焙法等方法制备型芯。

实施例2矿物纤维增强呋喃树脂砂

原料及配方：原砂：硅砂100；树脂：呋喃树脂3.5；固化剂：与该树脂配套的固化剂；纤维：平均直径0.008mm、平均长度1mm的矿物纤维3。

制备方法：将矿物纤维与呋喃树脂混合均匀，再与硅砂混合均匀，再加入配套的固化剂，得到矿物纤维增强呋喃树脂砂。

使用方法：根据呋喃树脂及配套固化剂的性质不同，选用硬法、热芯盒法、烘焙法、气硬法等适应性方法制备型芯。

实施例3麻纤维增强酚醛树脂-异氰酸树脂树脂砂

原料及配方：原砂：硅砂100；树脂：酚醛树脂0.8，异氰酸树脂(冷硬法树脂)0.7；固化剂：与该树脂配套的固化剂；纤维：平均长度2mm的麻纤维1。

制备方法：将麻纤维与酚醛树脂混合均匀，再与硅砂、异氰酸树脂混合均匀，再加入配套的固化剂，得到麻纤维增强酚醛树脂-异氰酸树脂树脂砂。

使用方法：采用冷芯盒法等适应性方法制备型芯。

实施例4碳纤维增强环氧树脂砂

原料及配方：原砂：硅砂100；树脂：环氧树脂1；固化剂：与该树脂配套的固化剂；纤维：平均直径0.005mm、平均长度0.01mm的碳纤维0.05。

制备方法：将碳纤维与环氧树脂混合均匀，再与硅砂混合均匀，再加入固化剂并混合均匀，得到碳纤维增强环氧树脂砂。

使用方法：根据还原树脂及配套固化剂的性质不同，选用热芯盒法、烘焙法、自硬法，气硬法等适应性方法制备型芯。

实施例5玻璃纤维-矿物纤维增强水玻璃砂

原料及配方：原砂：硅砂100；树脂：水玻璃5；固化剂：与水玻璃配套的固化剂；纤维：平均直径0.015mm、平均长度20mm的玻璃纤维3，平均直径0.008mm、平均长度3mm的矿物纤维7。

制备方法：将玻璃纤维和矿物纤维与水玻璃混合均匀，再与硅砂混合均匀，再加入配套的固化剂并混合均匀，得到玻璃纤维-矿物纤维增强水玻璃砂。

使用方法：根据水玻璃及配套固化剂的性质不同，选用热芯盒法、烘焙法、自硬法，气硬法等适应性方法制备型芯。

实施例6氧化铝纤维增强植物油改性树脂砂

原料及配方：原砂：硅砂100；树脂：植物油改性酚醛树脂2；纤维：平均直径0.01mm、平均长度0.5mm的氧化铝纤维1。

制备方法：将氧化铝纤维与植物油改性酚醛树脂混合均匀，再与硅砂混合均匀，得到氧化铝纤维增强植物油改性树脂砂。

使用方法：选用热芯盒法、烘焙法、自硬法，气硬法等适应性方法制备型芯。

实施例7陶瓷纤维增强聚丙烯酸树脂砂

原料及配方：原砂：硅砂100；树脂：聚丙烯酸树脂4；纤维：平均直径0.01mm、平均长度1mm的陶瓷纤维2。

制备方法：将陶瓷纤维与聚丙烯酸树脂混合均匀，再与硅砂混合均匀，得到陶瓷纤维增强聚丙烯酸树脂砂。

实施例8纺织纤维增强聚乙烯醇树脂砂

原料及配方：原砂：硅砂100；树脂：聚乙烯醇树脂4；纤维：直径0.005mm-0.5mm，长度0.01-5mm棉、麻、化纤等纺织纤维中的一种或者它们的任意比例的混合物1.5。

制备方法：将纺织纤维与聚乙烯醇树脂混合均匀，再与硅砂混合均匀，得到纺织纤维增强聚乙烯醇树脂砂。

Claims

1.一种纤维增强树脂砂，由原砂、树脂、助剂组成；其中树脂为酚醛树脂、呋喃树脂、异氰酸树脂、植物油、环氧树脂、聚乙烯醇树脂、聚丙烯酸树脂、水玻璃中的一种或它们的二元、多元组合物，树脂质量为原砂质量的0.5％-5％，同时配套使用适应性固化剂；助剂为硬脂酸盐，助剂质量为原砂质量的0-3％；其特征在于，该树脂砂中还包括纤维，纤维质量为原砂质量的0.05％-10％。

2.根据权利要求1所述的纤维增强树脂砂，其特征在于，所述的纤维为玻璃纤维、碳纤维、有机纤维、氧化铝纤维、陶瓷纤维中的一种或它们的二元、多元混合物。

3.根据权利要求1所述的纤维增强树脂砂，其特征在于，所述的纤维的直径为0.005mm-0.5mm，长度为0.01mm-20mm。

4.根据权利要求1所述的纤维增强树脂砂，其特征在于，所述的纤维的长度与直径之比为1.5-1000。

5.根据权利要求1所述的纤维增强树脂砂，其特征在于，所述的纤维弥散在树脂中。

6.根据权利要求1所述的纤维增强树脂砂，其特征在于，所述的纤维弥散在砂粒间。