CN116099977A - 一种高熔点覆膜砂及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种高熔点覆膜砂及其制备方法，属于铸造用覆膜砂技术领域。该覆膜砂制备方法是先将硅砂加热至140～160℃，再加入酚醛树脂混合均匀，待温度降至120～130℃时加入固化剂；待温度继续降至90～110℃时，加入添加剂，混合均匀后加入润滑剂，搅拌分散；得到的产物筛分除去大颗粒杂质后即为高熔点覆膜砂。该高熔点覆膜砂的最低熔点可达到140℃，具有较好的流动性，能够用于制备尺寸复杂、尺寸精度更高的砂芯或内芯；并避免产生粘砂、热裂、气孔等各种问题。

Description

一种高熔点覆膜砂及其制备方法

技术领域

本发明属于铸造材料技术领域，尤其涉及铸造用覆膜砂技术领域，具体涉及一种高熔点覆膜砂及其制备方法。

背景技术

随着制造业自动化和智能化的提高，快节奏、高效率的生产模式也越发凸显优势，从而对原材料的要求也日益加强。覆膜砂是指造型前在砂粒表面覆有一层固体树脂膜的型砂或芯砂。而如何提高热芯覆膜砂的制芯效率，是铸造企业一直在追求的核心技术。常规覆膜砂的熔点在90～110℃之间，熔点就是覆膜砂开始固化的温度；而模具温度达到250～350℃，在如此高的模具温度条件下，常规覆膜砂容易变形，导致产生粘砂、热裂、气孔等缺陷。因此，需要对常规覆膜砂的耐高温性能进行提升，使覆膜砂的成型精度满足要求，砂芯表面致密不疏松。

中国专利申请公开文本CN113787165A中公开了一种流动性好的高熔点覆膜砂，其制备方法是先在石英砂中按一定比例掺杂碳纳米管、纳米氧化钇与铬矿砂混合制得一种混制骨料，所得混制骨料耐火度高、挥发物少、强度高，且制备方法简单、价格较低。将该混制骨料与粘结剂、固化剂、润滑剂加热混砂，制得一种流动性好的高熔点覆膜砂。该覆膜砂的熔点最高为137℃，能够有效解决了常规覆膜砂粘砂、变形、热裂、气孔等铸造缺陷。但是其使用的原料铬矿砂、碳纳米管、纳米氧化钇等均为价格昂贵的材料，从而导致覆膜砂的成本大幅度提高。

专利文本CN112475219B中公开了一种高流动性高熔点覆膜砂，其制备方法是先加热原砂至110～150℃，将加热后的原砂定量加入混砂机内，然后定量加入原砂总重量的2.0％～2.6％的酚醛树脂，搅拌混合，酚醛树脂与高温的原砂接触随即熔化粘附在原砂表面，向得到的混合物中加入质量为酚醛树脂质量的0.5％的硬化剂，然后在3～5秒内加入氯化钠和氯化镁的混合溶液，将酚醛树脂的软化点提高到105℃，然后再加入质量为酚醛树脂质量0.5％～1.0％的润滑剂，最后冷却、筛分，制得覆膜砂。该专利中将氯化钠和氯化镁的混合溶液作为改性剂，使覆膜砂的软化点提高了8％～10％，最高可达到115.8℃。但是该软化点温度依然不能解决模具温度达到250～350℃时应用覆膜砂所产生的问题。

发明内容

为了解决上述问题，本发明提供了一种高熔点覆膜砂的制备方法，该方法按照固定的投料顺序，在覆膜砂的制备过程中添加了二茂铁，使得制备的覆膜砂能够适用于模具温度高于250℃的铸造业生产技术中。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种高熔点覆膜砂的制备方法，包括以下步骤：

S1、将硅砂加热至140～160℃；

S2、向加热好的硅砂中加入酚醛树脂，搅拌均匀；待所述酚醛树脂与所述硅砂的混合物的温度为120～130℃时，加入固化剂；

S3、待步骤S2中温度为90～110℃时，加入添加剂，搅拌均匀；所述添加剂为二茂铁、萘草胺中至少一种；优选二茂铁；

S4、向步骤S3的产物中加入润滑剂，搅拌均匀；

S5、将步骤S4的产物过筛，使粘合在一起的小颗粒全部分散，即得到所述高熔点覆膜砂。

本发明中选择的添加剂能在酚醛树脂和固化剂表面形成一层隔热保护膜；当模具温度高于250℃时，酚醛树脂不会立即软化(固化)，而是能够自由的在模具型腔内流动，从而提高覆膜砂的填充性。添加剂会在覆膜砂充型完毕后迅速气化掉，既不会影响酚醛树脂的固化效率，又不会在砂芯浇注的时候产生任何不利影响。所使用的酚醛树脂均为市售的常见的用于制备覆膜砂的酚醛树脂，包括高强度树脂、快聚速树脂耐高温树脂等，例如济南圣泉集团股份有限公司生产的PF-1904高强度酚醛树脂、1358型快聚速酚醛树脂等。

优选的，所述添加剂的质量为所述硅砂的质量的0.1％～0.5％。当添加的质量为硅砂质量的0.1％～0.5％时，能够更大幅度地提高覆膜砂的熔点，并更少地消耗酚醛树脂，从而更好地提高覆膜砂的性能。

优选的，所述添加剂的目数为400～800目。添加剂的粒径为400～800目时，既能达到更容易包覆在硅砂表面的目的，又不会在加料、搅拌过程中产生大量扬尘。

优选的，所述硅砂的目数为40～200目。

优选的，所述固化剂为质量分数为33％～35％的六亚甲基四胺溶液。

进一步优选的，所述固化剂的加入量占所述酚醛树脂质量的17％～22％。

优选的，所述硅砂包括陶粒砂、宝珠砂、铬铁砂中至少一种。

优选的，所述润滑剂包括硬脂酸钙、硬脂酸钠、硬脂酸镁中至少一种。

优选的，所述润滑剂的质量占所述硅砂质量的0.1％～0.2％。

本发明还提供了一种按照上述制备方法制备的高熔点覆膜砂。通过该方法制备的高熔点覆膜砂具有更高的熔点和更好的流动性；能够避免制芯过程中砂粒提前固化，从而避免出现粘砂、变形、热裂、气孔等问题。

优选的，所述高熔点覆膜砂包括以下质量份的组分：100份硅砂，1～3份酚醛树脂，0.17～0.66份固化剂，0.1～0.5份二茂铁，0.1～0.2份润滑剂。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：(1)本发明在制备覆膜砂的过程中加入了二茂铁，并依次按照加热硅砂、添加酚醛树脂、添加固化剂、添加二茂铁、添加润滑剂的顺序制备得到了熔点最低达到140℃的高熔点覆膜砂。二茂铁按照既定的投料顺序和用量加入，既不会影响酚醛树脂与固化剂的交联反应，又不会在砂芯浇注的时候产生任何不利影响，还不会影响覆膜砂的发气量。(2)所制备的高熔点覆膜砂具有更好的流动性，能够获得尺寸复杂、尺寸精度更高的砂芯。(3)该高熔点覆膜砂能适应高温、高湿等恶劣的仓储条件，延长保质期；尤其是当添加剂为二茂铁时，二茂铁不溶于水，在高湿环境中能形成一层防水保护膜，避免易溶于水的固化剂受潮。

具体实施方式

以下结合实施例对本发明技术方案进行清楚、完整的描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下，依据以下实施方式所作的任何等效变换或替代，均属于本发明的保护范围之内。

以下实施例中陶粒砂采购自河北盛火新材料科技有限公司，宝珠砂采购自洛阳凯林铸材有限公司，铬铁砂采购自沈阳中北铸造材料有限公司。

实施例1

本实施例提供了一种高熔点覆膜砂，以质量份数计，包括以下组分：100份150目陶粒砂，2份PF-1904高强度酚醛树脂，0.4份质量浓度为34％的六亚甲基四胺溶液，0.3份二茂铁，0.15份硬脂酸钙。

所述高熔点覆膜砂的制备方法包括以下步骤：

S1、将陶粒砂加热至150℃；

S2、将加热好的陶粒砂放入碾轮式混砂机内，加入酚醛树脂，搅拌15s，使原料混合均匀；待酚醛树脂与陶粒砂的混合温度为120℃时，加入六亚甲基四胺溶液；

S3、待步骤S2中温度下降至90℃时，加入600目的二茂铁，搅拌10s；

S4、向步骤S3的产物中加入硬脂酸钙，搅拌均匀；

S5、从混砂机内出砂时先通过20目筛网除去大颗粒杂质，使粘合在一起的小颗粒全部分散，得到的产品即为高熔点覆膜砂，存放于阴凉干燥通风处。

实施例2

本实施例提供了一种高熔点覆膜砂，以质量份数计，包括以下组分：100份40目铬铁砂，3份1358快聚速酚醛树脂，0.66份质量浓度为33％的六亚甲基四胺溶液，0.5份二茂铁，0.2份硬脂酸钠。

所述高熔点覆膜砂的制备方法包括以下步骤：

S1、将铬铁砂加热至140℃；

S2、将加热好的铬铁砂放入碾轮式混砂机内，加入酚醛树脂，搅拌12s，使原料混合均匀；待酚醛树脂与陶粒砂的混合温度为130℃时，加入六亚甲基四胺溶液；

S3、待步骤S2中温度下降至110℃时，加入800目的二茂铁，搅拌5s；

S4、向步骤S3的产物中加入硬脂酸钠，搅拌均匀；

S5、从混砂机内出砂时先通过20目筛网除去大颗粒杂质，使粘合在一起的小颗粒全部分散，得到的产品即为高熔点覆膜砂，存放于阴凉干燥通风处。

实施例3

本实施例提供了一种高熔点覆膜砂，以质量份数计，包括以下组分：100份200目宝珠砂，1份2402耐高温酚醛树脂，0.17份质量浓度为35％的六亚甲基四胺溶液，0.1份萘草胺，0.1份硬脂酸镁。

所述高熔点覆膜砂的制备方法包括以下步骤：

S1、将宝珠砂加热至160℃；

S2、将加热好的宝珠砂放入碾轮式混砂机内，加入酚醛树脂，搅拌10s，使原料混合均匀；待酚醛树脂与陶粒砂的混合温度为125℃时，加入六亚甲基四胺溶液；

S3、待步骤S2中温度下降至100℃时，加入400目的萘草胺，搅拌8s；

S4、向步骤S3的产物中加入硬脂酸镁，搅拌均匀；

S5、从混砂机内出砂时先通过20目筛网除去大颗粒杂质，使粘合在一起的小颗粒全部分散，得到的产品即为高熔点覆膜砂，存放于阴凉干燥通风处。

对比例1

本对比例中提供了一种覆膜砂，其组成与实施例1相同，不同之处在于，该覆膜砂的制备方法包括以下步骤：

S1、将陶粒砂加热至150℃；

S2、将加热好的陶粒砂放入碾轮式混砂机内，加入酚醛树脂，搅拌15s，使原料混合均匀；待酚醛树脂与陶粒砂的混合温度为130℃时，加入600目的二茂铁；

S3、待步骤S2中温度下降至110℃时，加入六亚甲基四胺溶液，搅拌10s；

S4、向步骤S3的产物中加入硬脂酸钙，搅拌均匀；

S5、从混砂机内出砂时先通过20目筛网除去大颗粒杂质，使粘合在一起的小颗粒全部分散，得到覆膜砂，存放于阴凉干燥通风处。

对比例2

本对比例提供了一种覆膜砂，以质量份数计，包括以下组分：100份200目宝珠砂，1份2402耐高温酚醛树脂，0.17份质量浓度为35％的六亚甲基四胺溶液，0.05份萘草胺，0.1份硬脂酸镁。

该覆膜砂的制备方法除萘草胺的份数不同外，其他与实施例3相同。

对比例3

本对比例提供了一种覆膜砂，以质量份数计，包括以下组分：100份40目铬铁砂，3份1358快聚速酚醛树脂，0.66份质量浓度为33％的六亚甲基四胺溶液，0.6份二茂铁，0.2份硬脂酸钠。该覆膜砂的制备方法除二茂铁的份数不同外，其他与实施例2相同。

性能测试

按照JB/T8583-2008《铸造用覆膜砂》中的方法对实施例1～3中制备的高熔点覆膜砂与对比例1～3制备的覆膜砂、市售的覆膜砂(由济南圣泉集团股份有限公司生产)进行性能检测，检测结果见表1。

表1覆膜砂性能测试结果

表1中流动性测试时用相同质量的试块通过

标准流杯，覆膜砂流完所用的时间越短，表明其流动性越好。从表1中可以看出，实施例1制备的高熔点覆膜砂与市售的覆膜砂相比，熔点提高了34.3％，流动性提高了30.4％；而因为填充性提高，标准试块的质量增加，常温抗拉强度、常温抗弯强度和热态抗弯强度也都有提高。对比例1中制备覆膜砂时加入二茂铁(添加剂)的时机发生了改变，二茂铁阻隔了酚醛树脂和固化剂的交联固化，导致覆膜砂的热态抗弯强度显著下降，流动性和熔点也都有所下降。对比例2中二茂铁的加入量低于硅砂质量的0.1％，制备的覆膜砂熔点比市售的略有提高，但是还不能满足应用于高温模具时的需求。对比例3中二茂铁的使用量高于硅砂质量的0.5％，虽然熔点更高，流动性更好，但是常温抗弯强度、常温抗拉强度和热态抗弯强度均显著下降；这是因为二茂铁含量过多，急剧影响砂粒之间的交联固化，从而降低试块强度。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明的保护范围。对于任何熟悉本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。任何依据本发明申请保护范围及说明书内容所作的简单的等效变化和修饰，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种高熔点覆膜砂的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1、将硅砂加热至140～160℃；

S2、向加热好的硅砂中加入酚醛树脂，搅拌均匀；待所述酚醛树脂与所述硅砂的混合物的温度为120～130℃时，加入固化剂；

S3、待步骤S2中温度为90～110℃时，加入添加剂，搅拌均匀；所述添加剂为二茂铁或/和萘草胺；

S4、向步骤S3的产物中加入润滑剂，搅拌均匀；

S5、将步骤S4的产物过筛，使粘合在一起的小颗粒全部分散，即得到所述高熔点覆膜砂。

2.根据权利要求1所述的高熔点覆膜砂的制备方法，其特征在于，所述酚醛树脂的质量为所述硅砂质量的1％～3％。

3.根据权利要求1所述的高熔点覆膜砂的制备方法，其特征在于，所述添加剂的质量为所述硅砂的质量的0.1％～0.5％；或/和所述润滑剂的质量为所述硅砂质量的0.1％～0.2％。

4.根据权利要求1所述的高熔点覆膜砂的制备方法，其特征在于，所述添加剂的目数为400～800目；或/和所述硅砂的目数为40～200目。

5.根据权利要求1所述的高熔点覆膜砂的制备方法，其特征在于，所述固化剂为质量分数为33％～35％的六亚甲基四胺溶液。

6.根据权利要求5所述的高熔点覆膜砂的制备方法，其特征在于，所述固化剂的质量为所述酚醛树脂质量的17％～22％。

7.根据权利要求1所述的高熔点覆膜砂的制备方法，其特征在于，所述硅砂包括陶粒砂、宝珠砂、铬铁砂中至少一种。

8.根据权利要求1所述的高熔点覆膜砂的制备方法，其特征在于，所述润滑剂包括硬脂酸钙、硬脂酸钠、硬脂酸镁中至少一种。

9.权利要求1～8任一项所述的高熔点覆膜砂的制备方法制备的高熔点覆膜砂。

10.根据权利要求9所述的高熔点覆膜砂，其特征在于，包括以下质量份的组分：

100份硅砂，1～3份酚醛树脂，0.17～0.66份固化剂，0.1～0.5份添加剂，0.1～0.2份润滑剂。