CN108160913A - 一种覆膜砂用添加剂 - Google Patents

Abstract

本发明申请公开了一种覆膜砂用添加剂，包括按重量份计的以下原料组分：硅微粉100份，超细氧化铝粉1～10份，球形陶瓷粉1～15份，还原性添加剂4～50份，复合高分子材料0.1～10份。能有效改善覆膜砂和有机高分子树脂复合材料的抗破碎能力、熔点、高温流动性、高温抗压强度、抗结块能力、膨胀率和膨胀行为以及耐高温时间等性能。

Description

一种覆膜砂用添加剂

技术领域

本发明属于覆膜砂技术领域，具体涉及一种覆膜砂用添加剂。

背景技术

树脂覆膜砂是铸造行业中的主要辅料之一。铸造过程中使用树脂覆膜砂制备成砂芯、组芯、浇注达到制备铸件的目的。

铸造树脂覆膜砂是由耐火骨料和高分子树脂复合而成，制芯时树脂覆膜砂在模具中受热而发生固化反应，将颗粒状的覆膜砂固结成为具有一定形状的砂芯，单个的砂芯被组合或单独使用浇注成为金属铸件。铸件按材质种类不同分为有色金属铸造和黑色金属铸造，有色金属铸造的浇注温度较低，有色金属铸造中的铸铝通常在700℃，铸铜在1250℃左右，而黑色金属铸造中的铸铁浇注温度在1320至1450℃范围，铸钢的浇注温度更高，通常达到1450至1530℃以上，因此，使用树脂覆膜砂作为型砂材料时，就需要具有很好的耐高温性能。

黑色金属铸造用树脂覆膜砂的耐高温性能，除具有工程需要的基本特性(即时强度、流动性、熔点、常温强度、发气量和发气速率)之外，还需要具有制备而成的砂芯高温膨胀性较低、高温条件下的树脂热化学反应相对缓慢而至残炭量相对较高、耐高温条件下的抗断裂性、在高温条件下的砂芯完整性、抗高温粘砂、较高的覆膜砂熔点等特性。

通常铸造用树脂覆膜砂的高温特性检测方法是，将树脂覆膜砂制成标准试样块，通过测试在1000℃的恒温条件下样块的尺寸变化、样块的热化学反应后的完整性和断裂或破碎所经历的时长来判断，为了达到良好的耐高温性，通常采用具有较高分子量的酚醛树脂、使用具有较高耐火度的骨料(如高硅含量的石英砂、陶粒砂、白刚玉砂、莫来石砂等)以从材料的角度提高其耐高温能力。也有在制备树脂覆膜砂时添加一些具有较骨料略低的一些无机添加剂(如钠长石、钾长石、钙长石、氧化铁粉等等)，使用有机的添加材料(如硅烷、阻燃剂、增塑剂等)，以实现改善耐高温性能之目的。但是现有方法采用添加无机添加剂或者有机的添加材料后，覆膜砂的耐高温性能仍然不佳。

发明内容

本发明的目的在于提供一种覆膜砂用添加剂，添加剂可以用于酚醛树脂覆膜砂以及无机颗粒与有机高分子树脂复合材料中，能有效改善覆膜砂和有机高分子树脂复合材料的抗破碎能力、熔点、高温流动性、高温抗压强度、抗结块能力、膨胀率和膨胀行为以及耐高温时间等性能

为达到上述目的，本发明的基础方案如下：

一种覆膜砂用添加剂，包括按重量份计的以下原料组分：硅微粉100份，超细氧化铝粉1～10份，球形陶瓷粉1～15份，还原性添加剂4～50份，复合高分子材料0.1～10份。

本方案的优点是：本发明的添加剂可应用于酚醛树脂覆膜砂和无机颗粒与有机高分子树脂复合材料的添加改性，分别具有以下优点：

一、用于酚醛树脂覆膜砂的添加剂使用时，具有以下优点：

(1)可使其高温流动性和熔点提高；

(2)利用该添加剂的无机氧化物的配比混合物在受到高温(600～2000℃)作用时的烧结性，使得其高温抗压强度得到提高；

(3)利用其具有的还原性组分，在受到高温(600～2000℃)时覆膜砂树脂膜热裂解反应减慢。

二、用于无机颗粒与有机高分子树脂复合材料的添加改性时，具有以下优点：

(1)增加树脂膜层硬度，使其受到压力时颗粒间的变形面积减少，有利于流动，透水、透气等；

(2)降低树脂膜层的化学反应性，使其抗酸碱性能提高；

(3)提高树脂膜层的模量，以及因模量增加后的颗粒物间受压变形传递压力的行为方式，以获得更低的破碎率。

另外通过添加本发明的添加剂制得的树脂覆膜砂较通常的树脂覆膜砂耐高温时间(1000℃，2kg压力下)延长30％以上，高温膨胀性降低10％以上，覆膜砂熔点提高5～10℃。覆膜砂的耐高温特性显著提高，有效的防止了粘砂等铸造缺陷。

进一步，所述超细氧化铝粉1～8份，球形陶瓷粉2～9份，还原性添加剂5～20份，复合高分子材料0.5～6份。本发明的发明人在试验中发现，采用上述含量范围的组分制备的添加剂的性能更优。

进一步，所述超细氧化铝粉6份，球形陶瓷粉7份，还原性添加剂12份，复合高分子材料4份。本发明的发明人在试验中发现，采用上述含量的组分制备的添加剂的性能相对最优。

进一步，所述还原性添加剂包括石墨粉和金属盐类化合物的混合物，石墨粉与金属盐类化合物的质量比为1:0.5～1:6.5。石墨粉包括土狀水墨、鳞片石墨；金属盐类化合物包括碳酸钠、碳酸亚铁、苏打、小苏打、碳酸钙、碳酸氢钙、碳酸镁、碳酸钾以及其他碳酸盐或含有碳酸盐的矿物单独使用或它们的混合物。

进一步，所述复合高分子材料包括表面活性剂和硅酮的混合物，表面活性剂与硅酮的质量比为50:1～5:1。

进一步，所述硅微粉中SiO₂的含量大于80％，硅微粉的平均粒径小于75um。

进一步，所述超细氧化铝粉的成分为Al₂O₃含量大于60％。

进一步，所述球形陶瓷粉的粒径为0.5～100um，且平均粒径小于50um。

进一步，所述还原性添加剂粒径为40～80um，且平均粒径小于150um。

进一步，所述复合高分子材料的1％水溶液的pH值3～10。

具体实施方式

下面通过具体实施方式进一步详细说明：

下面以实施例1为例进行详细说明，其他实施例在表中示出，在表中未示出的部分与实施例1相同。

实施例1

一种覆膜砂用添加剂，包括按重量份计的以下原料组分：粒径为38～110um的硅微粉100份，且平均粒径小于75um；粒径为40～60um的超细氧化铝粉1份，超细氧化铝粉中Al₂O₃含量大于60％；粒径为0.5～100um球形陶瓷粉1份，平均粒径小于50um，且75um以上不大于的2％；粒径为40～80um的还原性添加剂4份；粒径为100～180um的复合高分子材料0.1份。

还原性添加剂包括石墨粉和金属盐类化合物的混合物，石墨粉与金属盐类化合物的质量比为1:0.5～1:6.5，本实施例中石墨粉与金属盐类化合物的质量比为1:3；复合高分子材料包括表面活性剂和硅酮的混合物，表面活性剂与硅酮的质量比为50:1～5:1，本实施例中表面活性剂与硅酮的质量比为10:1。

本实施例中，硅微粉的成分为SiO₂含量大于80％，粒径分布为180～400目，平均粒径小于75um，其中100um以上不大于2％。复合高分子材料的1％水溶液的pH值3～10。

本实施例中的覆膜砂用添加剂采用以下方法制备：

(1)准备工序，准备的硅微粉100份，超细氧化铝粉1份，分别烘干硅微粉、超细氧化铝粉。

(2)筛分，将原料分别筛分，控制硅微粉的粒径为38～110um，且平均粒径小于75um，超细氧化铝粉的粒径为40～60um，球形陶瓷粉的粒径为0.5～100um，还原性添加剂的粒径为40～80um，复合高分子材料的粒径为100～180um；

(3)混料，将上述原料分别装入混粉机，并控制10～30r/min，混料10～90min。

混料顺序可以按如下方式进行：

方式一：先加入硅微粉，使硅微粉均匀的分布于混料机底部后加入超细氧化铝粉，后再加入还原性添加剂，再混碾50转后加入球形陶瓷粉，同样混碾50转最后加入复合高分子材料。

方式二：先将硅微粉、超细氧化铝粉和球形陶瓷粉同时加入，混碾50转之后加入还原性添加剂，再混碾50转最后加入复合高分子材料。

方式三：先将球形陶瓷粉、超细氧化铝粉同时加入，混碾50转再加入复合高分子材料，再混碾50转然后加入硅微粉，同样混碾50转最后加入还原性添加剂。

本实施例中的加料方式采用方式一。

(5)混料完成之后进行放料。

(6)筛分、破碎，控制4目以上小于等于2％，10目上小于等于10％；

(7)筛分后的筛下部分的原料进行包装即得到添加剂成品。

表1

将上述各实施例中的添加剂加入用于制备覆膜砂，制备方法如下：

(1)将100份骨料砂加热至130℃；

(2)加入2份树脂，同时加入1.2份所述覆膜砂用添加剂；

(3)加入0.1份水；

(4)加入0.3份乌洛托品；

(5)吹风降温60秒；

(6)加入钙粉0.2份钙粉，混合均匀后出砂。

对比例1为未加入覆膜砂用添加剂时制备的覆膜砂，分别检测加入上述各实施例和对比例制备的覆膜砂的即时抗弯、常温抗弯、熔点、高温流动性等性能，得到以下测试结果：

表2

从上表中实施例1～6均为使用了本发明的覆膜砂用添加剂后制备的覆膜砂，对比例1则为未加入覆膜砂用添加剂时制备的覆膜砂，从测试结果可以看出，实施例1～6中的覆膜砂的常温抗弯、熔点、高温流动性、高温抗压强度、结块率、最大膨胀率、最大膨胀时间和耐高温时间性能均明显优于未加入本发明覆膜砂用添加剂的性能。

以上所述的仅是本发明的实施例，方案中公知的特性等常识在此未作过多描述。应当指出，对于本领域的技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以作出若干变形和改进，这些也应该视为本发明的保护范围，这些都不会影响本发明实施的效果和专利的实用性。本申请要求的保护范围应当以其权利要求的内容为准，说明书中的具体实施方式等记载可以用于解释权利要求的内容。

Claims (10)

1.一种覆膜砂用添加剂，其特征在于：包括按重量份计的以下原料组分：硅微粉100份，超细氧化铝粉1～10份，球形陶瓷粉1～15份，还原性添加剂4～50份，复合高分子材料0.1～10份。

2.根据权利要求1所述的一种覆膜砂用添加剂，其特征在于：所述超细氧化铝粉1～8份，球形陶瓷粉2～9份，还原性添加剂5～20份，复合高分子材料0.5～6份。

3.根据权利要求2所述的一种覆膜砂用添加剂，其特征在于：所述超细氧化铝粉6份，球形陶瓷粉7份，还原性添加剂12份，复合高分子材料4份。

4.根据权利要求1～3任一项所述的一种覆膜砂用添加剂，其特征在于：所述还原性添加剂包括石墨粉和金属盐化合物的混合物，石墨粉与金属盐化合物的质量比为1:0.5～1:6.5。

5.根据权利要求1～3任一项所述的一种覆膜砂用添加剂，其特征在于：所述复合高分子材料包括表面活性剂和硅酮的混合物,表面活性剂与硅酮的质量比为50:1～5:1。

6.根据权利要求1所述的一种覆膜砂用添加剂，其特征在于：所述硅微粉中SiO₂的含量大于80％，硅微粉的平均粒径小于75um。

7.根据权利要求1所述的一种覆膜砂用添加剂，其特征在于：所述超细氧化铝粉的成分为Al₂O₃含量大于60％。

8.根据权利要求1所述的一种覆膜砂用添加剂，其特征在于：所述球形陶瓷粉的粒径为0.5～100um，且平均粒径小于50um。

9.根据权利要求1所述的一种覆膜砂用添加剂，其特征在于：所述还原性添加剂粒径为40～80um，且平均粒径小于150um。

10.根据权利要求1～3,6～9任一项所述的一种覆膜砂用添加剂，其特征在于：所述复合高分子材料的1％水溶液的pH值3～10。