CN113695512B - 一种快速固化的低温溃散型覆膜砂的制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种快速固化的低温溃散型覆膜砂的制备方法，属于覆膜砂制造技术领域。本发明采用水洗砂、宝珠砂混合砂作为骨料，液晶环氧树脂改性的脲醛树脂作为粘结剂，六亚甲基四胺作为固化剂，硬脂酸钙作为润滑剂，高岭土、己内酰胺、二氧化锰和重铬酸钾混合物作为溃散性添加剂，缓慢降温加入各添加剂分步混砂制得一种快速固化的低温溃散型覆膜砂。本发明制备得到的覆膜砂常温固化速度快，低温溃散性能极佳。

Description

一种快速固化的低温溃散型覆膜砂的制备方法

技术领域

本发明属于覆膜砂制造技术领域，具体涉及一种快速固化的低温溃散型覆膜砂的制备方法。

背景技术

覆膜砂造型法于1944年由德国的J.Croning发明，日本于1953年引进推广。发明初期，是将粉末状的酚醛树脂和硬化剂混合进硅砂形成的；后发展成用热塑性酚醛树脂加潜伏性固化剂(六亚甲基四胺)和润滑剂通过一定的覆膜工艺配制成覆膜砂，当覆膜砂受热时包裹在砂粒表面的树脂熔融，在六亚甲基四胺分解出的亚甲基的作用下，熔融的树脂由线性结构迅速转变成不熔融的体型结构，从而使覆膜砂固化成型。

由于汽车工业的迅速发展和机械产品出口的需要，人们对铸件的质量提出了更高的要求，相应地对铸造用覆膜砂也提出了更高了要求，而现有的常规技术显然已跟不上发展。现有常规热法制备的覆膜砂在常温下固化速度比较慢，而固化速度、时间直接影响造芯的生产率，同时也直接影响翻斗复位时产生的脱壳现象；大件壳型变形量大，容易出现周边翘曲现象，覆膜砂固化时间短可减轻这种现象。另外，合金铸件浇注温度偏低，而酚醛树脂的热分解温度相对较高，因而使得覆膜砂溃散性较差。综上，开发快速固化且溃散性优良的覆膜砂体系具有较大意义。

发明内容

针对背景技术中存在的问题，本发明提供了一种快速固化的低温溃散型覆膜砂的制备方法。

本发明具体是通过如下技术方案实现的：

一种快速固化的低温溃散型覆膜砂的制备方法，包括以下步骤：

1)将水洗砂、宝珠砂混合得到骨料备用；

2)将步骤1)所得骨料加热至130-165℃，随后转入混砂机，加入液晶环氧树脂改性脲醛树脂混砂覆膜1.5-2min；

3)待步骤2)所得骨料混合物温度冷却至88-105℃时，加入六亚甲基四胺溶液和60％-70％溃散性添加剂混砂1-1.5min，继续冷却至混合物温度为75-85℃时，加入硬脂酸钙和剩余溃散性添加剂混砂0.5-1min，结束后立刻放砂出料、破碎筛分，得到覆膜砂。

进一步地，步骤1)所述混合操作为：将水洗砂置于煅烧炉中于640-720℃条件下煅烧3.5-5h后冷却至室温；将宝珠砂浸泡于质量分数75％的硫酸溶液中，恒温过夜后过滤干燥；所得二者按质量比(4.4-8.2)：1搅拌混合均匀。

进一步地，所述水洗砂中SiO₂的含量不低于97％；所述水洗砂与宝珠砂的粒度均为110-220目。

水洗砂(硅砂)质地坚硬、耐磨、化学性质稳定，分布广、成本低，非常适合用于铸件，但其也存在部分缺陷，例如膨胀系数大、制成的铸件表面易粘砂；而宝珠砂砂粒为球形，表面光滑、结构致密，热膨胀系数小。本发明将煅烧后的水洗砂与酸洗后的宝珠砂按质量比(4.4-8.2)：1混合制成骨料，使用该骨料制得的铸件，不会出现膨胀缺陷，铸件的成品率高，且成本较低，性价比高。

进一步地，液晶环氧树脂改性脲醛树脂的制备方法为：取尿素、甲醛溶液、草酸、柠檬酸钠、液晶环氧树脂混合，升温至85-95℃回流，反应物抽真空即得；所述甲醛溶液为质量分数37％的甲醛水溶液。

进一步地，所述液晶环氧树脂改性脲醛树脂制备原料中尿素、甲醛溶液、草酸、柠檬酸钠、液晶环氧树脂的质量比为100：(160-190)：(5-10)：(1-2)：(3-6)。

进一步地，所述液晶环氧树脂为热致性液晶环氧树脂。

粘结剂的性能对覆膜砂的品质有巨大的影响，人们一直在致力于寻找酚醛树脂的替代品。针对酚醛树脂热分解温度相对于合金铸件较高以及酚醛树脂制备的覆膜砂固化速度慢的问题，本发明改用了一种液晶环氧树脂改性脲醛树脂作为粘结剂。液晶环氧树脂是一种具有网状结构的交联高分子材料，其中的液晶分子的几何形状与球状分子具有良好的力学性能、粘结性能及较低的热分解温度。而固化后的脲醛树脂呈半透明状、绝缘性好、耐磨性好、成本低，但是其不耐强酸强碱、初粘差，因此本发明采用液晶环氧树脂对其进行改性，改性后脲醛树脂固化速度快，相对于酚醛树脂热分解温度有明显降低，提高了制得铸件的溃散性。

进一步地，步骤3)所述溃散性添加剂的制备方法为：取高岭土于560-600℃煅烧1.5-2.5h，然后将所得高岭土与己内酰胺、二氧化锰和重铬酸钾混合研磨而得。

进一步地，煅烧后高岭土、己内酰胺、二氧化锰和重铬酸钾的质量之比为1：(0.8-1.5)：(0.2-0.4)：(0.4-0.5)。

己内酰胺、二氧化锰、重铬酸钾作为添加剂均可提升覆膜砂的溃散性能，但是它们在本发明液晶环氧树脂改性脲醛树脂中的分散性较差，本发明通过将高岭土560-600℃煅烧处理，将其与己内酰胺、二氧化锰、重铬酸钾按比例混合研磨，制得的溃散性添加剂在本发明液晶环氧树脂改性脲醛树脂中分散性好、活性强，能够大幅度提高最终制得覆膜砂的溃散性，还可提高其耐强酸碱性能。此外，本发明人通过研究试验发现，将本发明制得的溃散性添加剂分量与固化剂、润滑剂分步混砂，其可进一步提高制得覆膜砂的溃散性及化学稳定性。

进一步地，步骤3)中各原料按重量份数计包括：骨料1000份、液晶环氧树脂改性脲醛树脂26-54份、六亚甲基四胺溶液1.6-4.2份、硬脂酸钙2.5-4.8份、溃散性添加剂4-6份。

硬脂酸钙作为润滑剂可防止覆膜砂结块，增加其流动性，使型、芯表面致密，改善砂芯的脱模性。

进一步地，所述六亚甲基四胺溶液为质量分数40％的六亚甲基四胺水溶液。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

本发明采用水洗砂、宝珠砂混合砂作为骨料，液晶环氧树脂改性的脲醛树脂作为粘结剂，六亚甲基四胺作为固化剂，硬脂酸钙作为润滑剂，高岭土、己内酰胺、二氧化锰和重铬酸钾混合物作为溃散性添加剂，缓慢降温加入各添加剂分步混砂制得一种快速固化的低温溃散型覆膜砂。本发明制备得到的覆膜砂常温固化速度快，可大幅度提高造芯生产率；另外其低温溃散性能极佳，其制造的金属铸件，浇铸后冷却即可振动落砂。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。实施例中未注明具体条件者，按照常规条件或制造商建议的条件进行。所用试剂或仪器未注明生产厂商者，均为可以通过市售购买获得的常规产品。

实施例1

一种快速固化的低温溃散型覆膜砂：

1、将水洗砂置于煅烧炉中于680℃条件下煅烧4.5h后冷却至室温；将宝珠砂浸泡于质量分数75％的硫酸溶液中，恒温过夜后过滤干燥；所得二者按质量比6.6：1搅拌混合均匀得到骨料。

2、按质量比100：175：8：1.5：4.2取尿素、甲醛溶液、草酸、柠檬酸钠、液晶环氧树脂混合，升温至90℃回流，反应物抽真空得到粘结剂。

3、取高岭土于585℃煅烧2.2h，然后将所得高岭土与己内酰胺、二氧化锰和重铬酸钾按质量之比为1：1.2：0.3：0.5混合研磨得到溃散性添加剂。

4、按重量份数取骨料1000份、粘结剂40份、固化剂3.0份、润滑剂3.6份、溃散性添加剂5份；将骨料加热至145℃，随后转入混砂机，加入粘结剂混砂覆膜2min，待混合物温度冷却至95℃时，加入固化剂和64％溃散性添加剂混砂1.5min，继续冷却至混合物温度为82℃时，加入润滑剂和剩余36％溃散性添加剂混砂0.5min，结束后立刻放砂出料、破碎筛分，得到覆膜砂。

实施例2

1、将水洗砂置于煅烧炉中于645℃条件下煅烧3.5h后冷却至室温；将宝珠砂浸泡于质量分数75％的硫酸溶液中，恒温过夜后过滤干燥；所得二者按质量比4.8：1搅拌混合均匀得到骨料。

2、按质量比100：175：8：1.5：4取尿素、甲醛溶液、草酸、柠檬酸钠、液晶环氧树脂混合，升温至90℃回流，反应物抽真空得到粘结剂。

3、取高岭土于580℃煅烧2.2h，然后将所得高岭土与己内酰胺、二氧化锰和重铬酸钾按质量之比为1：1.2：0.3：0.5混合研磨得到溃散性添加剂。

4、按重量份数取骨料1000份、粘结剂40份、固化剂2.8份、润滑剂3.6份、溃散性添加剂5份；将骨料加热至145℃，随后转入混砂机，加入粘结剂混砂覆膜2min，待混合物温度冷却至98℃时，加入固化剂和64％溃散性添加剂混砂1.5min，继续冷却至混合物温度为80℃时，加入润滑剂和剩余36％溃散性添加剂混砂0.5min，结束后立刻放砂出料、破碎筛分，得到覆膜砂。

实施例3

1、将水洗砂置于煅烧炉中于710℃条件下煅烧4.8h后冷却至室温；将宝珠砂浸泡于质量分数75％的硫酸溶液中，恒温过夜后过滤干燥；所得二者按质量比8：1搅拌混合均匀得到骨料。

2、按质量比100：170：6：1：4取尿素、甲醛溶液、草酸、柠檬酸钠、液晶环氧树脂混合，升温至86℃回流，反应物抽真空得到粘结剂。

3、取高岭土于570℃煅烧1.8h，然后将所得高岭土与己内酰胺、二氧化锰和重铬酸钾按质量之比为1：0.85：0.38：0.4混合研磨得到溃散性添加剂。

4、按重量份数取骨料1000份、粘结剂28份、固化剂4份、润滑剂4.6份、溃散性添加剂4份；将骨料加热至135℃，随后转入混砂机，加入粘结剂混砂覆膜1.5min，待混合物温度冷却至90℃时，加入固化剂和64％溃散性添加剂混砂1min，继续冷却至混合物温度为76℃时，加入润滑剂和剩余36％溃散性添加剂混砂1min，结束后立刻放砂出料、破碎筛分，得到覆膜砂。

实施例4

1、将水洗砂置于煅烧炉中于680℃条件下煅烧4.5h后冷却至室温；将宝珠砂浸泡于质量分数75％的硫酸溶液中，恒温过夜后过滤干燥；所得二者按质量比6.6：1搅拌混合均匀得到骨料。

2、按质量比100：190：5：2：6取尿素、甲醛溶液、草酸、柠檬酸钠、液晶环氧树脂混合，升温至90℃回流，反应物抽真空得到粘结剂。

3、取高岭土于600℃煅烧2.2h，然后将所得高岭土与己内酰胺、二氧化锰和重铬酸钾按质量之比为1：1.2：0.3：0.5混合研磨得到溃散性添加剂。

4、按重量份数取骨料1000份、粘结剂40份、固化剂3.0份、润滑剂3.6份、溃散性添加剂5份；将骨料加热至145℃，随后转入混砂机，加入粘结剂混砂覆膜1.5min，待混合物温度冷却至95℃时，加入固化剂和70％溃散性添加剂混砂1min，继续冷却至混合物温度为82℃时，加入润滑剂和剩余30％溃散性添加剂混砂1min，结束后立刻放砂出料、破碎筛分，得到覆膜砂。

对比例1

除不使用液晶环氧树脂外其他步骤参数与实施例1相同。

对比例2

将高岭土直接与己内酰胺、二氧化锰和重铬酸钾按质量比1：1.2：0.3：0.5混合研磨得到溃散性添加剂，除此外与实施例1步骤参数相同。

对比例3

将全部的溃散性添加剂待固化剂、润滑剂单独混砂后，再加入混砂0.5min后出料，除此外与实施例1步骤参数相同。

对实施例1-4与对比例1-3制得的覆膜砂进行性能检测，结果如表1所示。

表1

上述检测标准：JB/T8583-2008。

以上所描述的实施例仅为本发明优选实施例，并不用于限制本发明。对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种变化和更改，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种快速固化的低温溃散型覆膜砂的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

1)将水洗砂、宝珠砂混合得到骨料备用；

2)将步骤1)所得骨料加热至130-165℃，随后转入混砂机，加入液晶环氧树脂改性脲醛树脂混砂覆膜1.5-2min；

3)待步骤2)所得骨料混合物温度冷却至88-105℃时，加入六亚甲基四胺溶液和部分溃散性添加剂混砂1-1.5min，继续冷却至混合物温度为75-85℃时，加入硬脂酸钙和剩余溃散性添加剂混砂0.5-1min，结束后立刻放砂出料、破碎筛分，得到覆膜砂；

其中，液晶环氧树脂改性脲醛树脂的制备方法为：取尿素、甲醛溶液、草酸、柠檬酸钠、液晶环氧树脂混合，升温至85-95℃回流，反应物抽真空即得。

2.根据权利要求1所述一种快速固化的低温溃散型覆膜砂的制备方法，其特征在于，步骤1)所述混合操作为：将水洗砂置于煅烧炉中于640-720℃条件下煅烧3.5-5h后冷却至室温；将宝珠砂浸泡于质量分数75％的硫酸溶液中，恒温过夜后过滤干燥；所得二者按质量比(4.4-8.2)：1搅拌混合均匀。

3.根据权利要求2所述一种快速固化的低温溃散型覆膜砂的制备方法，其特征在于，所述水洗砂中SiO₂的含量不低于97％；所述水洗砂与宝珠砂的粒度均为110-220目。

4.根据权利要求1所述一种快速固化的低温溃散型覆膜砂的制备方法，其特征在于，所述液晶环氧树脂改性脲醛树脂制备原料中尿素、甲醛溶液、草酸、柠檬酸钠、液晶环氧树脂的质量比为100：(160-190)：(5-10)：(1-2)：(3-6)。

5.根据权利要求4所述一种快速固化的低温溃散型覆膜砂的制备方法，其特征在于，所述液晶环氧树脂为热致性液晶环氧树脂。

6.根据权利要求1所述一种快速固化的低温溃散型覆膜砂的制备方法，其特征在于，步骤3)所述溃散性添加剂的制备方法为：取高岭土于560-600℃煅烧1.5-2.5h，然后将所得高岭土与己内酰胺、二氧化锰和重铬酸钾混合研磨而得。

7.根据权利要求6所述一种快速固化的低温溃散型覆膜砂的制备方法，其特征在于，煅烧后高岭土、己内酰胺、二氧化锰和重铬酸钾的质量之比为1：(0.8-1.5)：(0.2-0.4)：(0.4-0.5)。

8.根据权利要求1所述一种快速固化的低温溃散型覆膜砂的制备方法，其特征在于，步骤2)和3)中各原料按重量份数计包括：骨料1000份、液晶环氧树脂改性脲醛树脂26-54份、六亚甲基四胺溶液1.6-4.2份、硬脂酸钙2.5-4.8份、溃散性添加剂4-6份。