CN105436397A - 一种泵阀铸件用含碳纳米管的改性碱性酚醛树脂自硬砂及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种泵阀铸件用含碳纳米管的改性碱性酚醛树脂自硬砂，该树脂中采用的砂改性酚醛树脂粘接剂具有低粘度、高胶合强度、可塑性好、脆性低、游离苯酚和游离甲醛含量更低、用量更少、硬化速度放缓等优势，可有效提高型砂使用和再使用性能；砂料中掺混的多壁碳纳米管多孔聚丙烯纤维有增韧、补强、改善型砂塑性、提高传热能力等功效，其在砂型中形成复杂均匀的网状结构，便于溃散剥离，同时提高浇注稳定性，改善热退让性，有效的提高了铸件的质量。

Description

一种泵阀铸件用含碳纳米管的改性碱性酚醛树脂自硬砂及其制备方法

技术领域

本发明涉及树脂砂技术领域，尤其涉及一种泵阀铸件用含碳纳米管的改性碱性酚醛树脂自硬砂及其制备方法。

背景技术

泵、阀门铸件具有壁薄、形状复杂等特点，在铸造过程中对型砂的质量要求尤为严格，型砂的质量也是关系到铸件质量的重要因素。型砂主要是由砂料、粘接剂以及辅助物等根据不同的比例混合制成的一类在铸造中用来造型的材料，根据使用的粘接剂不同，可分为粘土砂、水玻璃砂、树脂砂等等，其中酚醛树脂砂被广泛应用于国内铸造行业，其中自硬型酚醛树脂砂因其混砂方便、准备简单、分散速度快、粘接力强等优点在行业应用较多。

虽然自硬型酚醛树脂砂具备其独特的优点，但是其也存在一些较为突出的缺点，主要表现在粘度大、脆性大、发气量高、铸件易产生针孔、成本较高、不易回收再利用等方面，随着泵阀铸件向生产规模化和高精度化的方向发展，研制高效无污染、成本低、综合性能优良的酚醛树脂粘接剂是铸造高质量铸件的重要前提。

发明内容

本发明目的就是为了弥补已有技术的缺陷，提供一种泵阀铸件用含碳纳米管的改性碱性酚醛树脂自硬砂及其制备方法。

本发明是通过以下技术方案实现的：

一种泵阀铸件用含碳纳米管的改性碱性酚醛树脂自硬砂，该树脂砂由以下重量份的原料制备得到：石英砂60-80、电熔锆刚玉粉20-30、石膏粉8-10、多壁碳纳米管0.1-0.2、聚丙烯切片0.4-0.5、碳酸钙0.01-0.02、硅烷偶联剂0.01-0.02、镁粉0.01-0.02、改性酚醛树脂粘接剂1-1.2、固化剂0.3-0.4。

所述的改性酚醛树脂粘接剂由以下重量份的原料制成：环氧硬脂酸辛酯0.2-0.3、有机硅表面活性剂0.1-0.2、纳米氧化铝1-2、三醋酸纤维素2-3、苯酚20-25、浓度为35-38%的甲醛溶液20-35、浓度为30%的氢氧化钾溶液3-5、尿素1-2、硅烷偶联剂0.1-0.2；其制备方法为：将苯酚、甲醛加入反应器中，加热至60-80℃，搅拌混合20-30min后加入氢氧化钾溶液，升温至80-100℃反应4-5h，随后加入三醋酸纤维素、尿素、有机硅表面活性剂，继续搅拌混合1.5-2h，反应结束后冷却至室温，随后将反应液在0.5-0.6×105Pa条件下以8-10℃/min的速率升温进行减压蒸馏脱水，当温度达到105-110℃时停止减压蒸馏，随后加入其它剩余物料，搅拌混合均匀后冷却至室温即得。

所述的固化剂为有机酯类固化剂。

所述的一种泵阀铸件用含碳纳米管的改性碱性酚醛树脂自硬砂的制备方法为：

（1）先将多壁碳纳米管、碳酸钙、聚丙烯切片、硅烷偶联剂搅拌混合均匀后熔融纺丝，制成长度为50-80μm，直径为10-20μm的多孔短纤维备用；

（2）将石英砂、电熔锆刚玉粉、石膏粉混合均匀后粉碎过60-100目筛，过筛砂料投入混砂机中，随后再加入步骤（1）所得物料及除固化剂和粘接剂外的其它剩余物料，高速混合均匀后加入固化剂，搅拌混合4-5min，接着加入改性酚醛树脂粘接剂，继续搅拌混合8-10min后出砂即得。

本发明的优点是：

（1）制备的改性酚醛树脂粘接剂具有低粘度、高胶合强度、可塑性好、脆性低、游离苯酚和游离甲醛含量更低、用量更少、硬化速度放缓等优势，可有效提高型砂使用和再使用性能。

（2）掺混多壁碳纳米管的多孔聚丙烯纤维有增韧、补强、改善型砂塑性、提高传热能力等功效，其在砂型中形成复杂均匀的网状结构，便于溃散剥离，同时提高浇注稳定性，改善热退让性，有效的提高了铸件的质量。

具体实施方式

该实施例树脂砂由以下重量份的原料制备得到：石英砂60、电熔锆刚玉粉20、石膏粉8、多壁碳纳米管0.1、聚丙烯切片0.4、碳酸钙0.01、硅烷偶联剂0.01、镁粉0.01、改性酚醛树脂粘接剂1、固化剂0.3。

其中改性酚醛树脂粘接剂由以下重量份的原料制成：环氧硬脂酸辛酯0.2、有机硅表面活性剂0.1、纳米氧化铝1、三醋酸纤维素2、苯酚20、浓度为35%的甲醛溶液20、浓度为30%的氢氧化钾溶液3、尿素1、硅烷偶联剂0.1；其制备方法为：将苯酚、甲醛加入反应器中，加热至60℃，搅拌混合20min后加入氢氧化钾溶液，升温至80℃反应4h，随后加入三醋酸纤维素、尿素、有机硅表面活性剂，继续搅拌混合1.5h，反应结束后冷却至室温，随后将反应液在0.5×105Pa条件下以8℃/min的速率升温进行减压蒸馏脱水，当温度达到105℃时停止减压蒸馏，随后加入其它剩余物料，搅拌混合均匀后冷却至室温即得。

采用的固化剂为甘油三乙酸酯。

该实施例树脂砂的制备方法为：

（1）先将多壁碳纳米管、碳酸钙、聚丙烯切片、硅烷偶联剂搅拌混合均匀后熔融纺丝，制成长度为50μm，直径为10μm的多孔短纤维备用；

（2）将石英砂、电熔锆刚玉粉、石膏粉混合均匀后粉碎过60目筛，过筛砂料投入混砂机中，随后再加入步骤（1）所得物料及除固化剂和粘接剂外的其它剩余物料，高速混合均匀后加入固化剂，搅拌混合4min，接着加入改性酚醛树脂粘接剂，继续搅拌混合8min后出砂即得。

本实施例所制得的改性酚醛树脂粘接剂的胶合强度为6.50MPa，游离酚含量≤0.5%，游离醛含量≤0.1%，最大分解温度可达540℃，该树脂砂的起模时间≥25min，24h抗拉强度为1.50MPa，型芯吸湿率低，发气量较之传统酚醛树脂型砂降低45%，得到的铸件表面质量高，尺寸精准，成品率可达95%以上，旧砂回用率可达85%。

Claims (4)

1.一种泵阀铸件用含碳纳米管的改性碱性酚醛树脂自硬砂，其特征在于，该树脂砂由以下重量份的原料制备得到：石英砂60-80、电熔锆刚玉粉20-30、石膏粉8-10、多壁碳纳米管0.1-0.2、聚丙烯切片0.4-0.5、碳酸钙0.01-0.02、硅烷偶联剂0.01-0.02、镁粉0.01-0.02、改性酚醛树脂粘接剂1-1.2、固化剂0.3-0.4。

2.如权利要求1所述的一种泵阀铸件用含碳纳米管的改性碱性酚醛树脂自硬砂，其特征在于，所述的改性酚醛树脂粘接剂由以下重量份的原料制成：环氧硬脂酸辛酯0.2-0.3、有机硅表面活性剂0.1-0.2、纳米氧化铝1-2、三醋酸纤维素2-3、苯酚20-25、浓度为35-38%的甲醛溶液20-35、浓度为30%的氢氧化钾溶液3-5、尿素1-2、硅烷偶联剂0.1-0.2；其制备方法为：将苯酚、甲醛加入反应器中，加热至60-80℃，搅拌混合20-30min后加入氢氧化钾溶液，升温至80-100℃反应4-5h，随后加入三醋酸纤维素、尿素、有机硅表面活性剂，继续搅拌混合1.5-2h，反应结束后冷却至室温，随后将反应液在0.5-0.6×105Pa条件下以8-10℃/min的速率升温进行减压蒸馏脱水，当温度达到105-110℃时停止减压蒸馏，随后加入其它剩余物料，搅拌混合均匀后冷却至室温即得。

3.如权利要求1所述的一种泵阀铸件用含碳纳米管的改性碱性酚醛树脂自硬砂，其特征在于，所述的固化剂为有机酯类固化剂。

4.如权利要求1所述的一种泵阀铸件用含碳纳米管的改性碱性酚醛树脂自硬砂的制备方法，其特征在于，所述的制备方法为：

（1）先将多壁碳纳米管、碳酸钙、聚丙烯切片、硅烷偶联剂搅拌混合均匀后熔融纺丝，制成长度为50-80μm，直径为10-20μm的多孔短纤维备用；

（2）将石英砂、电熔锆刚玉粉、石膏粉混合均匀后粉碎过60-100目筛，过筛砂料投入混砂机中，随后再加入步骤（1）所得物料及除固化剂和粘接剂外的其它剩余物料，高速混合均匀后加入固化剂，搅拌混合4-5min，接着加入改性酚醛树脂粘接剂，继续搅拌混合8-10min后出砂即得。