CN112059104A - 一种铸造用热芯盒树脂的制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种铸造用热芯盒树脂的制备方法,本发明属于铸造材料技术领域，本发明公开的制备方法制备的铸造用热芯盒树脂，制芯简单，芯砂硬化快，生产效率高；砂芯的常温强度高、尺寸精度高、浇注后的溃散性好，树脂游离甲醛含量低，芯砂流动性好、砂芯强度高、砂芯表面安定性好、芯砂发气量低，砂芯溃散性好，成品率高。
Description
技术领域
本发明涉及铸造材料技术领域，尤其涉及一种铸造用热芯盒树脂的制备方法。
背景技术
热芯盒制芯工艺是在原砂中加入适量的呋喃树脂黏结剂和固化促进剂，将混好的树脂砂射入到要求温度的金属芯盒中，在芯盒的热作用和固化促进剂的催化作用下，树脂由线型结构交联成体型结构而硬化制出砂芯。热芯盒树脂砂制芯的优点是：制芯设备简单，芯砂硬化快，生产效率高；砂芯的常温强度高、尺寸精度高、浇注后的溃散性好。其缺点是：砂芯厚度受到限制，厚大截面的砂芯需要较长的硬化时间，特别是截面尺寸有突变时易出现薄处硬化过度，厚处硬化不足的现象，造成砂芯破损率增大；必须用金属制作芯盒，制造工艺相对比较复杂；与冷芯盒制芯工艺比较能源消耗增多。热芯盒树脂砂制芯最适合汽车、拖拉机行业大量流水生产中小型砂芯的制作，砂芯最大截面厚度不宜超过50mm。如果截面过厚，可分块制作，然后粘合成中空的砂芯，既有利于砂芯的固化和排气，又可节约造型材料。热芯盒树脂砂所用的原砂一般采用粒度组别为21的圆形砂为佳。原砂要进行清洗以去除杂质和减少含泥量，进行干燥处理使原砂充分干燥。热芯盒树脂是以尿素、甲醛、苯酚、糠醇为原料，按一定的比例，在一定的pH值下编聚反应而制成的一种液体树脂。是铸造生产中热芯盒法制芯用的粘结剂。热芯盒树脂属热固性树脂，常用醛和糠醇合成的，亦称糠醇改性尿醚树脂。这种树脂粘结性好，硬化速度快、强度高，溃放性亦好，是高效制芯的一种较好的粘结剂。但它具有水溶性，易吸潮，砂芯保存性较差，加上含氨慰高，发气速度快，发气量大，易使铸件产生气孔。呋喃Ⅱ型树脂是由苯酚、甲醛和糙醇合成的，亦称糠醇改性酚醛树脂。这种树脂是无氮的，不含尿素，吸湿性小，砂芯保存性好，发气速度慢，发气量小，对铸钢、球墨铸铁无反应倾向，可避免产生氮气孔。但与呋喃I型树脂砂相比，强度较低、固化时间较长，流动性和溃散性都较差。本领域技术人员亟待开发出一种铸造用热芯盒树脂的制备方法，以满足现有的使用需求。
发明内容
有鉴于此，本发明一方面提供一种铸造用热芯盒树脂的制备方法。
一种铸造用热芯盒树脂的制备方法，包括以下步骤，
步骤1、在反应釜中依次加入60~75份有机溶剂、0.5~0.7份三乙胺、22~24份多聚甲醛，搅拌混溶，加入13~15份二苯甲烷二胺，控制反应温度25~30℃，反应10~15min后加入34~36份双酚A和1~1.5份催化剂，混合溶液于回流温度下反应3h，得到苯并噁嗪混合液，将反应产物倒入甲醇中沉淀，过滤后用二氯甲烷溶解，配成质量分数20~25%的苯并噁嗪树脂溶液；
步骤2、将所得苯并噁嗪树脂溶液与环氧氯丙烷按照苯并噁嗪和环氧氯丙烷的摩尔比2~3:1混合均匀，于100℃反应2~3h，减压蒸馏除去溶剂，得树脂混合物；
步骤3、按重量份数计，将树脂混合物100份与线型酚醛环氧树脂35~37份、固化促进剂0.2~0.4份、砂表面改性剂0.05~0.1份、溃散剂0.05~0.1份均匀混合，即得铸造用热芯盒树脂，其中，所述的线型酚醛环氧树脂为邻甲酚线型酚醛环氧树脂或苯酚线型酚醛环氧树脂中的其中一种。
进一步的，所述的线型酚醛环氧树脂为邻甲酚线型酚醛环氧树脂或苯酚线型酚醛环氧树脂中的其中一种。
进一步的，所述的有机溶剂为丙酮、丁酮、四氢呋喃、二甲苯、乙二醇单甲醚、乙二醇二甲醚、二氧六环、氯仿、DMF中的一种或几种复配物。
进一步的，所述的催化剂为强碱性阴离子交换树脂、氢氧化钠、氢氧化钾、碳酸钾中的一种或几种复配物。
进一步的，所述的固化促进剂为1-氰乙基-2-乙基-4-甲基咪唑 、1-苄基-2-甲基咪唑、2-乙基-4-甲基咪唑、1-氰乙基-2-苯基-4,5-二（氰乙氧亚甲基）咪唑中的其中一种。
进一步的，所述的砂表面改性剂为乳酸钠锆、巯丙基三乙氧基硅烷、双（三乙氧基硅烷基丙基）二硫化物中的其中一种。
本发明的有益效果：本发明公开的制备方法制备的铸造用热芯盒树脂改变了现有改性酚醛树脂热芯盒树脂的加工性能，本发明并未使用酚醛树脂，树脂中含有环氧基，固化容易，且固化不放出水分子，也增加了与型砂的浸润性，苯并噁嗪树脂固化是开环加成聚合，固化时没有小分子释放出来，并且反应生成了大量的酚羟基，产生大量的分子内和分子间氢键作用，除了加热使苯并愿嗪开环聚合外，固化促进剂弱碱咪唑可以催化苯并噁嗪的开环聚合反应，同时也是环氧树脂的固化促进剂，苯并噁嗪、环氧树脂共混体系中的树脂各具其性能，而且相互作用、相互影响。苯并嚼嗪树脂、环氧树脂复合树脂的固化机理非常复杂，除了各自的自聚外，相互之间还会发生交联化学反应，如苯并噁嗪树脂中的酚羟基与环氧基起醚化反应，环氧树脂能够开环与苯并噁嗪树脂发生交联反应形成复杂的交联网络结构，使苯并噁嗪树脂的交联密度增大，耐热性、耐吸湿性、机械性能提高，而且，苯并噁嗪树脂的酚羟基的反应减少有利于提高树脂强度，环氧树脂另一方面的作用是相当于稀释剂，降低体系的粘度，改善热芯盒树脂体系的工艺性能。咪唑既是环氧树脂的固化促进剂，也是苯并噁嗪树脂的催化剂，降低体系固化温度的同时提高了热芯盒树脂的交联密度，从而进一步提高电绝缘性能，降低热膨胀率。
本发明相比现有技术，具有如下优点：
以往的热性盒树脂是采用酚醛树脂或脲醛树脂制备的，本申请并未使用酚醛树脂或脲醛树脂，树脂粘结性好，硬化速度快、强度高，溃放性亦好，不易吸潮，砂芯保存性好，强度较高、固化时间较短，流动性和溃散性都较好。制备方法简单，原料来源广泛。
具体实施方式
实施例1
第一步、在反应釜中依次加入60份有机溶剂、0.5份三乙胺、22份多聚甲醛，搅拌混溶，加入13份二苯甲烷二胺，控制反应温度25℃，反应10min后加入34份双酚A和1份催化剂，混合溶液于回流温度下反应3h，得到苯并噁嗪混合液，将反应产物倒入甲醇中沉淀，过滤后用二氯甲烷溶解，配成质量分数20%的苯并噁嗪树脂溶液；第二步、将所得苯并噁嗪树脂溶液与环氧氯丙烷按照苯并噁嗪和环氧氯丙烷的摩尔比2:1混合均匀，于100℃反应3h，减压蒸馏除去溶剂，得树脂混合物；第三步、按重量份数计，将树脂混合物100份与线型酚醛环氧树脂37份、固化促进剂0.4份、砂表面改性剂0.1份、溃散剂0.1份均匀混合，即得铸造用热芯盒树脂，其中，所述的线型酚醛环氧树脂为邻甲酚线型酚醛环氧树脂或苯酚线型酚醛环氧树脂中的其中一种，所述的线型酚醛环氧树脂为苯酚线型酚醛环氧树脂，所述的有机溶剂为二氧六环，所述的催化剂为氢氧化钠，所述的固化促进剂为1-氰乙基-2-乙基-4-甲基咪唑，所述的砂表面改性剂为双（三乙氧基硅烷基丙基）二硫化物。
实施例2
第一步、在反应釜中依次加入75份有机溶剂、0.7份三乙胺、24份多聚甲醛，搅拌混溶，加入15份二苯甲烷二胺，控制反应温度30℃，反应15min后加入36份双酚A和1.5份催化剂，混合溶液于回流温度下反应3h，得到苯并噁嗪混合液，将反应产物倒入甲醇中沉淀，过滤后用二氯甲烷溶解，配成质量分数25%的苯并噁嗪树脂溶液；第二步、将所得苯并噁嗪树脂溶液与环氧氯丙烷按照苯并噁嗪和环氧氯丙烷的摩尔比3:1混合均匀，于100℃反应3h，减压蒸馏除去溶剂，得树脂混合物；第三步、按重量份数计，将树脂混合物100份与线型酚醛环氧树脂37份、固化促进剂0.4份、砂表面改性剂0.1份、溃散剂0.1份均匀混合，即得铸造用热芯盒树脂，其中，所述的线型酚醛环氧树脂为邻甲酚线型酚醛环氧树脂，进一步的，所述的有机溶剂为二二甲苯，所述的催化剂为强碱性阴离子交换树脂717，所述的固化促进剂为1-氰乙基-2-苯基-4,5-二（氰乙氧亚甲基）咪唑，所述的砂表面改性剂为乳酸钠锆。
对比例1
本对比例与实施例2相比，在第三步中，省去砂表面改性剂成分，除此外的方法步骤均相同。
对比例2
本对比例与实施例2相比，在第三步中，省去溃散剂成分，除此外的方法步骤均相同。
对比例3
本对比例与实施例2相比，在第三步中，省去固化促进剂成分，除此外的方法步骤均相同。
对比例4
本对比例与实施例2相比，在第三步中，省去线型酚醛环氧树脂成分，除此外的方法步骤均相同。
对实施例1~2和对比例1~4的铸造用热芯盒树脂进行性能测试，测试结果见表1
表1各实施例和对比例铸造用热芯盒树脂的性能测试结果
| 项目 | 实施例1 | 实施例2 | 对比例1 | 对比例2 | 对比例3 | 对比例4 |
| 制芯时间s | 120 | 120 | 120 | 120 | 120 | 120 |
| 混料完毕到制芯时间min | 15 | 15 | 15 | 15 | 15 | 15 |
| 热芯盒模温℃ | 210 | 210 | 210 | 210 | 210 | 210 |
| 常温抗拉强度MPa | 5.5 | 5.3 | 5.1 | 5.4 | 4.9 | 4.5 |
| 即时热弯强度MPa | 2.7 | 2.6 | 2.4 | 2.6 | 2.1 | 1.9 |
| 发气量850℃ml/g | 10.1 | 10.4 | 10.4 | 10.3 | 10.4 | 11.3 |
| 600℃2min溃散性MPa | 0.4 | 0.4 | 0.5 | 0.5 | 0.4 | 0.4 |
注：参考JB/T3828-1999铸造用热芯盒树脂进行检测。
Claims (6)
1.一种铸造用热芯盒树脂的制备方法，其特征在于，包括以下步骤，
步骤1、在反应釜中依次加入60~75份有机溶剂、0.5~0.7份三乙胺、22~24份多聚甲醛，搅拌混溶，加入13~15份二苯甲烷二胺，控制反应温度25~30℃，反应10~15min后加入34~36份双酚A和1~1.5份催化剂，混合溶液于回流温度下反应3h，得到苯并噁嗪混合液，将反应产物倒入甲醇中沉淀，过滤后用二氯甲烷溶解，配成质量分数20~25%的苯并噁嗪树脂溶液；
步骤2、将所得苯并噁嗪树脂溶液与环氧氯丙烷按照苯并噁嗪和环氧氯丙烷的摩尔比2~3:1混合均匀，于100℃反应2~3h，减压蒸馏除去溶剂，得树脂混合物；
步骤3、按重量份数计，将树脂混合物100份与线型酚醛环氧树脂35~37份、固化促进剂0.2~0.4份、砂表面改性剂0.05~0.1份、溃散剂0.05~0.1份均匀混合，即得铸造用热芯盒树脂，其中，所述的线型酚醛环氧树脂为邻甲酚线型酚醛环氧树脂或苯酚线型酚醛环氧树脂中的其中一种。
2.根据权利要求1所述的铸造用热芯盒树脂的制备方法, 其特征在于，所述步骤3的线型酚醛环氧树脂为邻甲酚线型酚醛环氧树脂或苯酚线型酚醛环氧树脂中的其中一种。
3.根据权利要求1所述的铸造用热芯盒树脂的制备方法, 其特征在于，所述步骤1的有机溶剂为丙酮、丁酮、四氢呋喃、二甲苯、乙二醇单甲醚、乙二醇二甲醚、二氧六环、氯仿、DMF中的一种或几种复配物。
4.根据权利要求1所述的铸造用热芯盒树脂的制备方法, 其特征在于，所述步骤1的催化剂为强碱性阴离子交换树脂、氢氧化钠、氢氧化钾、碳酸钾中的一种或几种复配物。
5.根据权利要求1所述的铸造用热芯盒树脂的制备方法, 其特征在于，所述步骤3的固化促进剂为1-氰乙基-2-乙基-4-甲基咪唑 、1-苄基-2-甲基咪唑、2-乙基-4-甲基咪唑、1-氰乙基-2-苯基-4,5-二（氰乙氧亚甲基）咪唑中的其中一种。
6.根据权利要求1所述的铸造用热芯盒树脂的制备方法, 其特征在于，所述步骤3的砂表面改性剂为乳酸钠锆、巯丙基三乙氧基硅烷、双（三乙氧基硅烷基丙基）二硫化物中的其中一种。
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| GR01 | Patent grant | ||
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