CN110586849B - 一种易溃散型树脂覆膜砂 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种易溃散型树脂覆膜砂，属于合金铸造技术领域。该覆膜砂的原料组分包括：氯化钠和改性酚醛树脂，以100重量份的所述氯化钠为基准，所述改性酚醛树脂含量为2‑5重量份，原料组分还包括0.2‑1重量份的硬化剂，0.08‑0.3重量份的硬脂酸钙，0.1‑0.5重量份的溃散剂，0.5‑1.5重量份的椰油基葡糖苷，0.1‑1重量份的碱金属氧化物。通过该原料组分制备的覆膜砂抗折强度和常温抗拉抗弯强度高、溃散性能优异且易于从铸件中清除，提高了复杂铝合金铸件的精度，适宜于大规模工业化生产。

Description

一种易溃散型树脂覆膜砂

技术领域

本发明涉及一种易溃散型树脂覆膜砂，属于合金铸造技术领域。

背景技术

随着铝合金铸件需求量的增加，铸件形状也越趋复杂化，相应对铸造用覆膜砂也提出了更高的要求。目前生产复杂铝合金铸件一般采用热芯盒呋喃树脂砂、冷芯盒砂和普通覆膜砂。呋哺树脂砂虽然制备工艺成熟、简单，但其流动性、砂芯表面致密性及溃散性较差，从而造成铸件表面粗糙精度差，难于生产复杂铝铸件。冷芯盒砂虽生产效率高，芯盒尺寸精度高，但强度偏低，存放性差，成本较高，溃散性一般，对复杂的铸件难以适应。普通覆膜砂强度相对较高，但铝合金浇注温度低(700℃左右)，酚醛树脂的热分解温度相对较高，造成覆膜砂溃散性差。

中国发明专利“CN104226888A”公开了一种易溃散覆膜砂及其制备方法，覆膜砂由以下重量份数的原料制成：原砂100份、硅烷偶联剂2-4份、粘结剂1.5-2.5份、固化剂0.1-0.5份、添加剂1-3份和润滑剂0.5-1.5份；所述原砂过300目筛，由80％的新砂和20％的旧砂组成，所述粘结剂为环氧树脂、粘土、硅油和改性淀粉，所述固化剂为多乙烯多胺、聚氨酯和脂肪胺，所述添加剂为碳化硼、乙酸乙酯和糖醇，所述润滑剂为硬脂酸钙；通过上述原料配方制得的覆膜砂溃散性虽有所改善，但在后续清理时仍会有大部分的砂子残留在铸件中无法清除，进而影响铸件的使用性能及寿命。因此，需要开发一款不但溃散性能优异且易于铸件清理的覆膜砂产品来填补市场空白。

发明内容

本发明的目的是针对现有技术中存在的上述问题，提供一种抗折强度和常温抗拉抗弯强度高、溃散性能优异且易清除的树脂覆膜砂。

本发明的上述目的可以通过下列技术方案来实现：一种易溃散型树脂覆膜砂，所述覆膜砂的原料组分包括：氯化钠和改性酚醛树脂，以100重量份的所述氯化钠为基准，所述改性酚醛树脂含量为2-5重量份。

NaCl的熔点为801℃，合金铸件的浇注温度为750左右℃，本发明覆膜砂以NaCl为骨材制作的砂芯可满足浇铸需要，且NaCl易溶于水，浇注完毕后，只需使用水冲即可溶化。传统覆膜砂以砂粒(如原砂、天然矽砂)作为骨材，在浇注完成后，通过震动或火烧进行清砂，但铸件里面仍会残留60％-90％的砂子，而以NaCl为骨材制成的覆膜砂，只需通过水冲即可完全清理掉铸件里面的残留物，而本发明合理配伍而成的覆膜砂溃散性能比传统覆膜砂优化60-90％。本发明以改性酚醛树脂作为连接氯化钠骨材的粘结剂，但改性酚醛树脂的加入量为骨材总量的2％-5％，若添加量不足，氯化钠颗粒间的有效粘结应力不足，会影响砂芯的强度及耐热性，添加量过高，铸件容易粘砂。

作为优选，氯化钠的粒径为70-140目。该粒径范围制得的砂芯/型表面光洁度较佳。如果粒径太小(低于70目)，会影响砂芯/型的透气性，增加铸件出现气孔的风险。

作为优选，覆膜砂原料组分还包括硬化剂、硬脂酸钙、溃散剂，以100重量份的所述氯化钠为基准，所述硬化剂含量为0.2-1重量份，所述硬脂酸钙含量为0.08-0.3重量份，所述溃散剂含量为0.1-0.5重量份。

进一步优选，所述硬化剂为浓度36-40％的六次甲基四胺水溶液。

进一步作为优选，所述溃散剂由滑石粉和高锰酸钾分别按质量百分比12-26％和74-88％复配而成。高锰酸钾受热分解而释放出氧气，促使酚醛树脂的残碳骨链氧化分解，进而改善覆膜砂的溃散性，但是高锰酸钾在240℃左右即发生分解，会降低覆膜砂中酚醛树脂的有效含量，导致砂芯的强度下降，因此本发明在溃散剂中添加了少量的滑石粉，一方面可以减少高锰酸钾的加入量，另一方面，滑石粉有助于提高覆膜砂的常温抗拉强度，二者复配不仅方便清砂，而且型砂可部分回收利用。

作为优选，覆膜砂原料组分还包括椰油基葡糖苷和碱金属氧化物，以100重量份的所述氯化钠为基准，所述椰油基葡糖苷的含量为0.5-1.5重量份，所述碱金属氧化物的含量为0.1-1重量份。本发明通过添加少量的椰油基葡糖苷来降低覆膜砂的表面能，椰油基葡糖苷本身绿色环保且性质温和，不会对覆膜砂中树脂的结构网络造成破坏，还能与溃散剂共同作用提高覆膜砂的溃散性能，且有助于铸造铝合金的清砂过程。添加碱金属氧化物，一方面碱金属离子作为交联桥与酚醛树脂发生交联反应，另一方面它们的金属离子盐在水中的溶解性不大，与酚醛树脂混合后能缓慢地离解出金属离子，参与后续的固化交联反应，综合作用下使得酚醛树脂覆膜砂的强度持续上升，并获得较高的终强度。

进一步优选，所述碱金属氧化物为CaO、MgO、BaO中的一种或多种。CaO、MgO、BaO与其他碱金属氧化物相比可大大增加酚醛树脂粘结剂硬化的敏感性，缩短硬化时间，同时还能与酚醛树脂发生交联反应大幅度提高粘结剂的工艺强度，改善粘结剂的抗吸湿性能。

作为优选，改性酚醛树脂通过如下方法改性：将苯酚、改性剂在催化剂作用下反应1.5-2.5h，然后加入甲醛，搅拌均匀后加入盐酸调节pH至1.5-2.4，反应1-2h后真空脱水，加入无水乙醇搅拌溶解，冷却至室温出料，其中苯酚、改性剂、甲醛的质量比为(15.5-17)：1：(16-18)。在此质量比范围内反应进行比较完全，且不会残留有害物质。

进一步优选，催化剂与苯酚的质量比为1：(32-35)。

进一步优选，改性剂由亚麻油和聚乙二醇分别按质量百分比75-90％和10-25％复配而成。亚麻油与聚乙二醇分子结构中都含有柔性分子链，而亚麻油通过化学反应将柔性分子链嫁接到酚醛树脂上，聚乙二醇却通过物理方式将柔性分子链与酚醛树脂形成互穿网络，进而通过化学和物理相结合的方式大大提高酚醛树脂韧性和稳定性。

本发明的第二个目的是提供一种上述易溃散型覆膜砂的制备方法，具体包括以下步骤：

S1、按质量百分比12-26％和74-88％分别称取滑石粉和高锰酸钾，超声混合40-60min，得复配溃散剂，备用；

S2、按重量份数称取覆膜砂原料，先将氯化钠加热至135-150℃，然后搅拌加入其他组分，充分混合，破碎过筛，得覆膜砂。

与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：

1.本发明以NaCl为骨材配伍其他组分制成的覆膜砂，只需通过水冲即可完全清理掉铸件里面的残留物，与传统采用砂粒作为骨材制备的覆膜砂相比其溃散性能优化60-90％。

2.本发明原料中添加少量的椰油基葡糖苷来降低覆膜砂的表面能，椰油基葡糖苷本身绿色环保且性质温和，不会对覆膜砂中树脂的结构网络造成破坏，还能与溃散剂共同作用提高覆膜砂的溃散性能。

3.本发明原料中添加碱金属氧化物，使得酚醛树脂覆膜砂的强度持续上升，并获得较高的终强度；通过复配溃散剂不仅提高了覆膜砂的溃散性能，还提高了覆膜砂的常温抗拉强度。

4.本发明制备过程简单，易于操作，配合特殊的原料配方制备的覆膜砂强度高、溃散性能好，大大提高了复杂铝合金铸件的精度，并且铝合金铸件无砂粒残留，表面光洁。

具体实施方式

以下是本发明的具体实施例，并说明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。如果无特殊说明，本发明的实施例中所采用的原料均为本领域常用的原料，实施例中所采用的方法，均为本领域的常规方法。

实施例1

一种易溃散型树脂覆膜砂，包括如下重量份数的原料组分：粒径为70目的氯化钠100份、改性酚醛树脂2份、浓度为36％的六次甲基四胺水溶液0.2份、硬脂酸钙0.08份、溃散剂0.1份、椰油基葡糖苷0.5份、CaO 0.1份，其中溃散剂由滑石粉和高锰酸钾分别按质量百分比12％和88％复配而成；

改性酚醛树脂通过如下方法改性：将苯酚、改性剂在催化剂作用下反应1.5h，然后加入甲醛，搅拌均匀后加入盐酸调节pH至1.5，反应1h后真空脱水，加入无水乙醇搅拌溶解，冷却至室温出料；其中苯酚、改性剂、甲醛的质量比为15.5：1：16，改性剂由亚麻油和聚乙二醇分别按质量百分比75％和25％复配而成，催化剂与苯酚的质量比为1：32；

上述树脂覆膜砂的制备方法为：按质量百分比12％和88％分别称取滑石粉和高锰酸钾，超声混合40min，得复配溃散剂，备用；称取树脂覆膜砂原料，先将氯化钠加热至135℃，然后搅拌加入其他组分，充分混合，破碎过筛，得覆膜砂。

实施例2

一种易溃散型树脂覆膜砂，包括如下重量份数的原料组分：粒径为90目的氯化钠100份、改性酚醛树脂3份、浓度为37％的六次甲基四胺水溶液0.4份、硬脂酸钙0.1份、溃散剂0.2份、椰油基葡糖苷0.8份、CaO 0.1份、MgO 0.2份，其中溃散剂由滑石粉和高锰酸钾分别按质量百分比15％和85％复配而成；

改性酚醛树脂通过如下方法改性：将苯酚、改性剂在催化剂作用下反应1.5h，然后加入甲醛，搅拌均匀后加入盐酸调节pH至1.7，反应1h后真空脱水，加入无水乙醇搅拌溶解，冷却至室温出料；其中苯酚、改性剂、甲醛的质量比为15.8：1：16.5，改性剂由亚麻油和聚乙二醇分别按质量百分比80％和20％复配而成，催化剂与苯酚的质量比为1：33；

上述树脂覆膜砂的制备方法为：按质量百分比15％和85％分别称取滑石粉和高锰酸钾，超声混合45min，得复配溃散剂，备用；称取树脂覆膜砂原料，先将氯化钠加热至140℃，然后搅拌加入其他组分，充分混合，破碎过筛，得覆膜砂。

实施例3

一种易溃散型树脂覆膜砂，包括如下重量份数的原料组分：粒径为100目的氯化钠100份、改性酚醛树脂4份、浓度为38％的六次甲基四胺水溶液0.6份、硬脂酸钙0.2份、溃散剂0.3份、椰油基葡糖苷1份、CaO 0.1份、MgO 0.2份、BaO 0.2份，其中溃散剂由滑石粉和高锰酸钾分别按质量百分比20％和80％复配而成；

改性酚醛树脂通过如下方法改性：将苯酚、改性剂在催化剂作用下反应2h，然后加入甲醛，搅拌均匀后加入盐酸调节pH至2，反应1.5h后真空脱水，加入无水乙醇搅拌溶解，冷却至室温出料；其中苯酚、改性剂、甲醛的质量比为16：1：17，改性剂由亚麻油和聚乙二醇分别按质量百分比82％和18％复配而成，催化剂与苯酚的质量比为1：33；

上述树脂覆膜砂的制备方法为：按质量百分比20％和80％分别称取滑石粉和高锰酸钾，超声混合50min，得复配溃散剂，备用；称取树脂覆膜砂原料，先将氯化钠加热至140℃，然后搅拌加入其他组分，充分混合，破碎过筛，得覆膜砂。

实施例4

一种易溃散型树脂覆膜砂，包括如下重量份数的原料组分：粒径为130目的氯化钠100份、改性酚醛树脂4.5份、浓度为38％的六次甲基四胺水溶液0.8份、硬脂酸钙0.25份、溃散剂0.45份、椰油基葡糖苷1.2份、BaO 0.8份，其中溃散剂由滑石粉和高锰酸钾分别按质量百分比24％和76％复配而成；

改性酚醛树脂通过如下方法改性：将苯酚、改性剂在催化剂作用下反应2h，然后加入甲醛，搅拌均匀后加入盐酸调节pH至2.2，反应1.5h后真空脱水，加入无水乙醇搅拌溶解，冷却至室温出料；其中苯酚、改性剂、甲醛的质量比为16.5：1：17.5，改性剂由亚麻油和聚乙二醇分别按质量百分比86％和14％复配而成，催化剂与苯酚的质量比为1：34；

上述树脂覆膜砂的制备方法为：按质量百分比24％和76％分别称取滑石粉和高锰酸钾，超声混合55min，得复配溃散剂，备用；称取树脂覆膜砂原料，先将氯化钠加热至145℃，然后搅拌加入其他组分，充分混合，破碎过筛，得覆膜砂。

实施例5

一种易溃散型树脂覆膜砂，包括如下重量份数的原料组分：粒径为140目的氯化钠100份、改性酚醛树脂5份、浓度为40％的六次甲基四胺水溶液1份、硬脂酸钙0.3份、溃散剂0.5份、椰油基葡糖苷1.5份、MgO 0.4份、BaO 0.6份，其中溃散剂由滑石粉和高锰酸钾分别按质量百分比26％和74％复配而成；

改性酚醛树脂通过如下方法改性：将苯酚、改性剂在催化剂作用下反应2.5h，然后加入甲醛，搅拌均匀后加入盐酸调节pH至2.4，反应2h后真空脱水，加入无水乙醇搅拌溶解，冷却至室温出料；其中苯酚、改性剂、甲醛的质量比为17：1：18，改性剂由亚麻油和聚乙二醇分别按质量百分比90％和10％复配而成，催化剂与苯酚的质量比为1：35；

上述树脂覆膜砂的制备方法为：按质量百分比26％和74％分别称取滑石粉和高锰酸钾，超声混合60min，得复配溃散剂，备用；称取树脂覆膜砂原料，先将氯化钠加热至150℃，然后搅拌加入其他组分，充分混合，破碎过筛，得覆膜砂。

实施例6

与实施例3的区别仅在于，覆膜砂原料中不含有椰油基葡糖苷，其他原料组分及制备方法同实施例3。

实施例7

与实施例3的区别仅在于，覆膜砂原料中不含有碱金属氧化物，其他原料组分及制备方法同实施例3。

实施例8

与实施例3的区别仅在于，覆膜砂原料中不含有椰油基葡糖苷和碱金属氧化物，其他原料组分及制备方法同实施例3。

对比例1

本对比例与实施例3的区别仅在于，覆膜砂骨材原料为100份的原砂，其他原料组分及制备方法同实施例3。

对比例2

本对比例与实施例3的区别仅在于，氯化钠粒径为60目。

对比例3

本对比例与实施例3的区别仅在于，覆膜砂原料中直接采用4份未经改性的酚醛树脂，其他原料组分及制备方法同实施例3。

对比例4

本对比例与实施例3的区别仅在于，溃散剂仅为0.3份高锰酸钾，其他原料组分及制备方法同实施例3。

对比例5

本对比例与实施例3的区别仅在于，溃散剂仅为0.3份滑石粉，其他原料组分及制备方法同实施例3。

将实施例1-8及对比例1-5中制得的树脂覆膜砂进行性能测试，测试结果如表1所示。

表1：实施例1-8及对比例1-5中制得的树脂覆膜砂的性能参数

综上所述，本发明以氯化钠作为连接骨材，以改性酚醛树脂为粘结剂，以滑石粉和高锰酸钾为复配溃散剂，以椰油基葡糖苷和碱金属氧化物为辅助添加剂，合理配伍硬化剂、润滑剂，再配以简单易行的工艺最终制得抗折强度和常温抗拉、抗弯强度高、溃散性能优异且易清除的树脂覆膜砂，该覆膜砂能广泛用于复杂铝合金铸件的制作。

本处实施例对本发明要求保护的技术范围中点值未穷尽之处以及在实施例技术方案中对单个或者多个技术特征的同等替换所形成的新的技术方案，同样都在本发明要求保护的范围内，并且本发明方案所有涉及的参数间如未特别说明，则相互之间不存在不可替换的唯一性组合。

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 (7)

1.一种易溃散型树脂覆膜砂，其特征在于，所述覆膜砂的原料组分包括：氯化钠、改性酚醛树脂、硬化剂、硬脂酸钙、溃散剂、椰油基葡糖苷、碱金属氧化物，以100重量份的所述氯化钠为基准，所述改性酚醛树脂含量为2-5重量份，所述硬化剂含量为0.2-1重量份，所述硬脂酸钙含量为0.08-0.3重量份，所述溃散剂含量为0.1-0.5重量份、椰油基葡糖苷的含量为0.5-1.5重量份、碱金属氧化物的含量为0.1-1重量份；所述溃散剂由滑石粉和高锰酸钾分别按质量百分比12-26％和74-88％复配而成。

2.根据权利要求1所述的树脂覆膜砂，其特征在于，所述氯化钠的粒径为70-140目。

3.根据权利要求1所述的树脂覆膜砂，其特征在于，所述硬化剂为浓度36-40％的六次甲基四胺水溶液。

4.根据权利要求1所述的树脂覆膜砂，其特征在于，所述的改性酚醛树脂通过如下方法改性：将苯酚、改性剂在催化剂作用下反应1.5-2.5h，然后加入甲醛，搅拌均匀后加入盐酸调节pH至1.5-2.4，反应1-2h后真空脱水，加入无水乙醇搅拌溶解，冷却至室温出料，其中苯酚、改性剂、甲醛的质量比为(15.5-17)：1：(16-18)。

5.根据权利要求4所述的树脂覆膜砂，其特征在于，所述改性剂由亚麻油和聚乙二醇分别按质量百分比75-90％和10-25％复配而成。

6.根据权利要求4所述的树脂覆膜砂，其特征在于，所述的催化剂与苯酚的质量比为1：(32-35)。

7.一种如权利要求1-6任一项所述的树脂覆膜砂的制备方法，其特征在于，所述的制备方法包括以下步骤：

S1、按质量百分比12-26％和74-88％分别称取滑石粉和高锰酸钾，超声混合40-60min，得复配溃散剂，备用；

S2、按重量份数称取树脂覆膜砂原料，先将氯化钠加热至135-150℃，然后搅拌加入其他组分，充分混合，破碎过筛，得覆膜砂。