CN107913978A - 一种速硬化型覆膜砂 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种覆膜砂，具体涉及一种速硬化型覆膜砂，属于覆膜砂材料领域。本发明速硬化型覆膜砂具体包括如下重量份数的组分：天然矽砂：80‑90份，改性酚醛树脂：15‑20份，咪唑：2‑5份，水杨酸：2‑8份，水：5‑8份，Fe3O4:2‑5份，硬脂酸钙：5‑10份。本发明速硬化型覆膜砂采用改性酚醛树脂作为接连骨材的粘结剂,同时采用六次甲基四胺水溶液作为改性酚醛树脂的硬化剂，能够避免乌洛托品的使用，从而减少氨气的污染；同时，本发明速硬化型覆膜砂采用麦草碱木质素与尿素对酚醛树脂进行改性，同时在覆膜砂中加入咪唑和水杨酸，能够使制得的覆膜砂具有耐热性能和韧性。

Description

一种速硬化型覆膜砂
发明领域
本发明涉及一种覆膜砂，具体涉及一种速硬化型覆膜砂，属于覆膜砂材料领域。
背景技术
传统的模具制造采用普通的河砂，制成的模型比较松散，强度低，且模砂的利用率较低，废弃的模砂带有大量的有害物质，无法有效回收，对环境造成了污染。覆膜砂是指造型前在砂粒表面覆盖一层固体树脂的型砂或砂芯，因其强度高、发气量低、生产铸件尺寸精度高等优点，近年来在机械制造领域得到大量的应用，但是现有的覆膜砂还存在着硬化速度慢的问题需要进一步的改进。
发明内容
本发明针对现有技术存在的上述问题，提出了一种速硬化型覆膜砂。
本发明的目的通过如下技术方案来实现：一种速硬化型覆膜砂，所述速硬化型覆膜砂具体包括如下重量份数的组分：天然矽砂：80-90份，改性酚醛树脂：15-20份，咪唑：2-5份，水杨酸：2-8份，水：5-8份，Fe3O4:2-5份，硬脂酸钙：5-10份。
在本发明速硬化覆膜砂中，本发明通过采用天然矽砂作为骨材，加入改性酚醛树脂作为接连骨材的粘结剂，并加入六次甲基四胺水溶液取代乌洛托品作为改性酚醛树脂的硬化剂。
在上述一种速硬化型覆膜砂中，通过采用天然矽砂作为骨料，天然矽砂中含有90％及以上的二氧化硅，且具有极高的耐火度，一般在1700℃以上，尤其是，天然矽砂的组成粒度均匀整齐，均匀率都在90％及以上，细率较低，透气性优良，作为覆膜砂的骨材使用，有利于制成的覆膜砂具有优良性能。
另外，本发明采用改性酚醛树脂作为接连骨材的粘结剂，所述改性酚醛树脂的制备方法具体包括如下步骤：将苯酚、六次甲基四胺水溶液、质量为苯酚质量2.1-2.5％的改性剂加入到甲醛溶液中，机械搅拌3-4h，并加入氨水溶液，升温回流1-1.5h，减压脱水后加入乙二醇，搅拌后出料。在本发明速硬化型覆膜砂中，所述改性剂为麦草碱木质素与尿素的混合物，且质量比为(1.2-1.4)：1。
本发明速硬化型覆膜砂采用麦草碱木质素与尿素作为改性剂对酚醛树脂进行改性。在进行反应后，羟甲基与羟甲基或酚核上的活泼氢之间的缩合，形成亚甲基或醚键连接，缩聚体之间主要是通过亚甲基键连接起来的。由于缩合过程产生少量的低分子物，低分子物挥发吸热以及固化放热共同作用，使固化曲线峰形较平缓，因此，在相同的温度下，改性后的酚醛树脂固化速度明显更快。同时，改性后的酚醛树脂中还含有共缩聚亚甲基桥键-CH2NHCO-，说明改性后的酚醛树脂固化速度远远高于未改性的酚醛树脂。
在本发明速硬化型覆膜砂中，通过加入咪唑，能够在低温下发生固化反应，由于咪唑环内有两个氮原子，1位氮原子的孤电子对残余环内大芳香键π键的形成，而3位氮原子的孤电子对则没有，因此3位氮原子的碱性比1位氮原子强，主要起催化作用，反应活性大。本发明通过加入咪唑，能加快固化反应的发生。
在本发明速硬化型覆膜砂中，通过加入水杨酸，能作为催化剂。由于酚醛树脂的分子链上含有羧基，水杨酸催化作用下能使酚醛树脂的固化作用加快，而且热强度也比较高，能够使制得的覆膜砂快固化且高强度。
在本发明速硬化型覆膜砂中，所述六次甲基四胺水溶液的浓度为75-79％。六次甲基四胺水溶液作为改性酚醛树脂的硬化剂加入，不仅能取代乌洛托品，而且能够促进酚醛树脂的改性反应发生，有利于甲醛对苯酚的亲电取代反应的发生，使树脂聚合程度较大，固含量、残炭值、粘度等都提高。
在本发明速硬化型覆膜砂中，所述甲醛溶液的加入量与苯酚的质量比为(1.2-1.4)：1，所述甲醛溶液的质量分数为37-45％。
在上述一种速硬化型覆膜砂中，加入少量水，能作为六亚甲基四胺的溶剂，使它均匀分布在树脂膜上；同时能起降温作用，缩短覆膜砂混合时间，提高生产率。
在上述一种速硬化型覆膜砂中，通过加入硬脂酸钙，有利于改善或防止覆膜砂储存过程中结块，增加覆膜砂的流动性，使制出的壳芯表面致密，并能提高其强度，同时也有利于改善壳芯的起模性。
在上述一种速硬化型覆膜砂中，通过加入Fe3O4，有助于减少铸件气孔，同时减少铸钢件渗C，同时防止铸件脉纹及铸钢件桔皮缺陷。
本发明的另一个目的在于提供一种上述速硬化型覆膜砂的制备方法，所述制备方法具体包括如下步骤：
称量混炼：称取矽砂，加热至150-170℃，加入改性酚醛树脂、咪唑、水、水杨酸、硬脂酸钙和Fe3O4，混炼50-60s得混合物；
去除结块：将混合物破碎、经震动筛，再通过流动冷却机得一次混合物；
再去除：将一次混合物再次经震动筛得半成品；
称量包装：将半成品经称量和包装后得成品。
在上述一种速硬化型覆膜砂的制备方法中，所述流动冷却剂的温度为40-50℃。
与现有技术相比，本发明具有如下优点：
1、本发明速硬化型覆膜砂采用改性酚醛树脂作为接连骨材的粘结剂,同时采用六次甲基四胺水溶液作为改性酚醛树脂的硬化剂，能够避免乌洛托品的使用，从而减少氨气的污染；
2、本发明速硬化型覆膜砂采用麦草碱木质素与尿素对酚醛树脂进行改性，同时在覆膜砂中加入咪唑和水杨酸，能够使制得的覆膜砂具有耐热性能和韧性；
3、本发明速硬化型覆膜砂通过合理配伍的成分，并配合特定的制备方法，使制得的覆膜砂速硬化，且机械性能优良。
具体实施方式
以下是本发明的具体实施例，对本发明的技术方案作进一步的描述，但本发明并不限于这些实施例。
表1：本发明实施例1-5速硬化型覆膜砂的组分及重量份数
实施例1
称量混炼：称取矽砂，加热至150℃，加入改性酚醛树脂、咪唑、水、水杨酸、硬脂酸钙和Fe3O4，混炼50s得混合物；所述改性酚醛树脂的制备方法具体包括如下步骤：将苯酚、六次甲基四胺水溶液、质量为苯酚质量2.1％的改性剂加入到甲醛溶液中，机械搅拌3h，并加入氨水溶液，升温回流1h，减压脱水后加入乙二醇，搅拌后出料；所述改性剂为麦草碱木质素与尿素的混合物，且两者的质量比为1.2：1；所述苯酚的质量为天然矽砂质量的2.5％；所述六次甲基四胺水溶液的质量为天然矽砂质量的1.25％；所述六次甲基四胺水溶液的浓度为75％；所述甲醛溶液的加入量与苯酚的质量比为1.2：1，所述甲醛溶液的质量分数为37％；
去除结块：将混合物破碎、经震动筛，再通过流动冷却机得一次混合物；所述流动冷却剂的温度为40℃；
再去除：将一次混合物再次经震动筛得半成品；
称量包装：将半成品经称量和包装后得成品。
实施例2
称量混炼：称取矽砂，加热至155℃，加入改性酚醛树脂、咪唑、水、水杨酸、硬脂酸钙和Fe3O4，混炼52s得混合物；所述改性酚醛树脂的制备方法具体包括如下步骤：将苯酚、六次甲基四胺水溶液、质量为苯酚质量2.2％的改性剂加入到甲醛溶液中，机械搅拌3.2h，并加入氨水溶液，升温回流1.1h，减压脱水后加入乙二醇，搅拌后出料；所述改性剂为麦草碱木质素与尿素的混合物，且两者的质量比为1.25：1；所述苯酚的质量为天然矽砂质量的2.55％；所述六次甲基四胺水溶液的质量为天然矽砂质量的1.27；所述六次甲基四胺水溶液的浓度为76％；所述甲醛溶液的加入量与苯酚的质量比为1.25：1，所述甲醛溶液的质量分数为39％；
去除结块：将混合物破碎、经震动筛，再通过流动冷却机得一次混合物；所述流动冷却剂的温度为42℃；
再去除：将一次混合物再次经震动筛得半成品；
称量包装：将半成品经称量和包装后得成品。
实施例3
称量混炼：称取矽砂，加热至160℃，加入改性酚醛树脂、咪唑、水、水杨酸、硬脂酸钙和Fe3O4，混炼55s得混合物；所述改性酚醛树脂的制备方法具体包括如下步骤：将苯酚、六次甲基四胺水溶液、质量为苯酚质量2.3％的改性剂加入到甲醛溶液中，机械搅拌3.5h，并加入氨水溶液，升温回流1.3h，减压脱水后加入乙二醇，搅拌后出料；所述改性剂为麦草碱木质素与尿素的混合物，且两者的质量比为1.3：1；所述苯酚的质量为天然矽砂质量的2.65％；所述六次甲基四胺水溶液的质量为天然矽砂质量的1.28％；所述六次甲基四胺水溶液的浓度为77％；所述甲醛溶液的加入量与苯酚的质量比为1.3：1，所述甲醛溶液的质量分数为41％；
去除结块：将混合物破碎、经震动筛，再通过流动冷却机得一次混合物；所述流动冷却剂的温度为45℃；
再去除：将一次混合物再次经震动筛得半成品；
称量包装：将半成品经称量和包装后得成品。
实施例4
称量混炼：称取矽砂，加热至165℃，加入改性酚醛树脂、咪唑、水、水杨酸、硬脂酸钙和Fe3O4，混炼58s得混合物；所述改性酚醛树脂的制备方法具体包括如下步骤：将苯酚、六次甲基四胺水溶液、质量为苯酚质量2.4％的改性剂加入到甲醛溶液中，机械搅拌3.8h，并加入氨水溶液，升温回流1.4h，减压脱水后加入乙二醇，搅拌后出料；所述改性剂为麦草碱木质素与尿素的混合物，且两者的质量比为1.35：1；所述苯酚的质量为天然矽砂质量的2.7％；所述六次甲基四胺水溶液的质量为天然矽砂质量的1.3％；所述六次甲基四胺水溶液的浓度为78％；所述甲醛溶液的加入量与苯酚的质量比为1.35：1，所述甲醛溶液的质量分数为37-45％；
去除结块：将混合物破碎、经震动筛，再通过流动冷却机得一次混合物；所述流动冷却剂的温度为48℃；
再去除：将一次混合物再次经震动筛得半成品；
称量包装：将半成品经称量和包装后得成品。
实施例5
称量混炼：称取矽砂，加热至170℃，加入改性酚醛树脂、咪唑、水、水杨酸、硬脂酸钙和Fe3O4，混炼60s得混合物；所述改性酚醛树脂的制备方法具体包括如下步骤：将苯酚、六次甲基四胺水溶液、质量为苯酚质量2.5％的改性剂加入到甲醛溶液中，机械搅拌4h，并加入氨水溶液，升温回流1.5h，减压脱水后加入乙二醇，搅拌后出料；所述改性剂为麦草碱木质素与尿素的混合物，且两者的质量比为1.4：1；所述苯酚的质量为天然矽砂质量的2.8％；所述六次甲基四胺水溶液的质量为天然矽砂质量的1.32％；所述六次甲基四胺水溶液的浓度为79％；所述甲醛溶液的加入量与苯酚的质量比为1.4：1，所述甲醛溶液的质量分数为45％；
去除结块：将混合物破碎、经震动筛，再通过流动冷却机得一次混合物；所述流动冷却剂的温度为50℃；
再去除：将一次混合物再次经震动筛得半成品；
称量包装：将半成品经称量和包装后得成品。
实施例6
与实施例1的区别仅在于，该实施例速硬化型覆膜砂采用普通酚醛树脂，其他与实施例1相同，此处不再赘述。
实施例7
与实施例1的区别仅在于，该实施例速硬化型覆膜砂采用普通制备工艺，其他与实施例1相同，此处不再赘述。
对比例1
与实施例1的区别仅在于，该对比例速硬化型覆膜砂为普通市售覆膜砂，其他与实施例1相同，此处不再赘述。
对比例2
与实施例1的区别仅在于，该对比例速硬化型覆膜砂采用普通骨材，其他与实施例1相同，此处不再赘述。
对比例3
与实施例1的区别仅在于，该对比例速硬化型覆膜砂采用乌洛托品作为硬化剂，其他与实施例1相同，此处不再赘述。
对比例4
与实施例1的区别仅在于，该对比例速硬化型覆膜砂中没有加入咪唑，其他与实施例1相同，此处不再赘述。
对比例5
与实施例1的区别仅在于，该对比例速硬化型覆膜砂中没有加入水杨酸，其他与实施例1相同，此处不再赘述。
将实施例1-7及对比例1-5中的速硬化型覆膜砂进行性能检测，检测结果如表2所示。
表2：实施例1-7及对比例1-5中的速硬化型覆膜砂测试结果
从上述结果可以看出，本发明速硬化型覆膜砂采用改性酚醛树脂作为接连骨材的粘结剂,同时采用六次甲基四胺水溶液作为改性酚醛树脂的硬化剂，能够避免乌洛托品的使用，从而减少氨气的污染；同时，本发明速硬化型覆膜砂采用麦草碱木质素与尿素对酚醛树脂进行改性，同时在覆膜砂中加入咪唑和水杨酸，能够使制得的覆膜砂具有耐热性能和韧性。
本文中所描述的具体实施例仅仅是对本发明精神作举例说明。本发明所属技术领域的技术人员可以对所描述的具体实施例做各种修改或补充或采用类似的方式替代，但并不会偏离本发明的精神或者超越所附权利要求书所定义的范围。
尽管对本发明已作出了详细的说明并引证了一些具体实施例，但是对本领域熟练技术人员来说，只要不离开本发明的精神和范围可作各种变化或修正是显然的。

Claims (9)

1.一种速硬化型覆膜砂，其特征在于，所述速硬化型覆膜砂具体包括如下重量份数的组分：天然矽砂：80-90份，改性酚醛树脂：15-20份，水杨酸：2-8份，咪唑：2-5份，水：5-8份，Fe3O4:2-5份，硬脂酸钙：5-10份。
2.根据权利要求1所述的一种速硬化型覆膜砂，其特征在于，所述改性酚醛树脂的制备方法具体包括如下步骤：将苯酚、六次甲基四胺水溶液、质量为苯酚质量2.1-2.5％的改性剂加入到甲醛溶液中，机械搅拌3-4h，并加入氨水溶液，升温回流1-1.5h，减压脱水后加入乙二醇，搅拌后出料。
3.根据权利要求2所述的一种速硬化型覆膜砂，其特征在于，所述改性剂为麦草碱木质素与尿素的混合物，且两者的质量比为(1.2-1.4)：1。
4.根据权利要求1所述的一种速硬化型覆膜砂，其特征在于，所述苯酚的质量为天然矽砂质量的2.5-2.8％。
5.根据权利要求1所述的一种速硬化型覆膜砂，其特征在于，所述六次甲基四胺水溶液的质量为天然矽砂质量的1.25-1.32％。
6.根据权利要求1所述的一种速硬化型覆膜砂，其特征在于，所述六次甲基四胺水溶液的浓度为75-79％。
7.根据权利要求2所述的一种速硬化型覆膜砂，其特征在于，所述甲醛溶液的加入量与苯酚的质量比为(1.2-1.4)：1，所述甲醛溶液的质量分数为37-45％。
8.一种如权利要求1所述的速硬化型覆膜砂的制备方法，其特征在于，所述制备方法具体包括如下步骤：
称量混炼：称取矽砂，加热至150-170℃，加入改性酚醛树脂、咪唑、水、水杨酸、硬脂酸钙和Fe3O4，混炼50-60s得混合物；
去除结块：将混合物破碎、经震动筛，再通过流动冷却机得一次混合物；
再去除：将一次混合物再次经震动筛得半成品；
称量包装：将半成品经称量和包装后得成品。
9.根据权利要求8所述的一种速硬化型覆膜砂的制备方法，其特征在于，所述流动冷却剂的温度为40-50℃。
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