CN108296413B - 一种耐高温覆膜砂及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种耐高温覆膜砂及其制备方法。本发明的耐高温覆膜砂，由硅砂70‑100份、改性酚醛树脂20‑40份、硬脂酸钙5‑15份、硅烷偶联剂10‑20份、耐高温添加剂8‑68份、微晶石蜡3‑8份以及润滑剂10‑20份配制而成。制备方法如下：将硅砂、改性酚醛树脂、硬脂酸钙、硅烷偶联剂混合得混合物A；将耐高温添加剂与微晶石蜡混合得混合物B；将混合物B加入混合物A中，同时加入润滑剂，充分混合后置于加热机中加热20‑40min，之后不断搅拌冷却至室温得混合物C；将混合物C筛分后进行焙烧，焙烧温度为300‑400℃，焙烧时间60‑80min，之后粉碎得耐高温覆膜砂。本发明的耐高温覆膜砂与普通覆膜砂相比，具有抗弯强度高、耐热性好、硬度大等特点，能够提高铸件成品率，同时不易在铸件粘砂。
Description
技术领域
本发明涉及覆膜砂制备技术领域，尤其涉及一种耐高温覆膜砂及其制备方法。
背景技术
覆膜砂指的是砂粒表面在造型前即覆有一层固体树脂膜的型砂或芯砂。由于覆膜砂具有强度高、发气量低、生产铸件尺寸精度高、表面光洁、便于保存等优点，近年来应用日益广泛。但目前的覆膜砂存在耐高温性能低、流动性差、高温耐热时间短等缺点，不能满足现有生产的需要。为解决上述问题，本领域技术人员对耐高温覆膜砂及其制备方法进行了研究，其中公开号为CN104588569A的专利提供了一种快固型耐高温粘结剂及其覆膜砂，采用钼改性高邻位酚醛树脂做粘结剂，配以脱水剂、固化剂和润滑剂，制得的耐高温覆膜砂耐高温性能获得提高、常温抗弯强度达6MPa。但该耐高温覆膜砂在实际应用中，常温抗弯强度仍相对较差、硬度较低。
发明内容
本发明的目的在于提供一种抗弯强度好、硬度大、熔点高的耐高温覆膜砂及其制备方法。
本发明的技术方案为：
一种耐高温覆膜砂，由如下重量份的原料配制而成：硅砂70-100份、改性酚醛树脂20-40份、硬脂酸钙5-15份、硅烷偶联剂10-20份、耐高温添加剂8-68份、微晶石蜡3-8份以及润滑剂10-20份。
进一步的，耐高温添加剂由氢氧化镁、硅微粉、膨润土和硅藻土中的至少两种组成。
进一步的，耐高温添加剂中各原料的含量分别为氢氧化镁8-12份、硅微粉4-16份、膨润土4-20份以及硅藻土10-20份。
进一步的，耐高温覆膜砂由如下重量份的原料配制而成：硅砂80-90份、改性酚醛树脂27-33份、硬脂酸钙8-12份、硅烷偶联剂13-17份、氢氧化镁9-11份、硅微粉8-12份、膨润土8-15份、硅藻土12-17份、微晶石蜡4-6份以及润滑剂13-17份。
进一步的，润滑剂由25％-35％全氟聚醚、10％-30％聚四氟乙烯、25％-35％聚乙二醇以及10％-30％硬脂酸钡组成。
进一步的，上面所提的耐高温覆膜砂采用如下步骤制备：
(1)将硅砂、改性酚醛树脂、硬脂酸钙、硅烷偶联剂混合后加入混砂机中搅拌混合，得到混合物A；
(2)将耐高温添加剂与微晶石蜡混合后加入研磨机中研磨，得到混合物B；
(3)将混合物B加入混合物A中，同时加入润滑剂，充分混合后置于加热机中加热20-40min，之后不断搅拌直至冷却至室温，得到混合物C；
(4)将混合物C筛分后进行焙烧，焙烧温度为300-400℃，焙烧时间60-80min，之后粉碎得到耐高温覆膜砂。
进一步的，步骤(1)中混砂机转速为2000-4000转/分，转动时间为30-50min。
进一步的，步骤(2)中研磨机转速为100-400转/分，研磨时间为10-30min。
进一步的，步骤(3)中加热温度为80℃-120℃。
本发明的耐高温覆膜砂及其制备方法，具有以下有益效果：
(1)本发明的耐高温覆膜砂，采用氢氧化镁、硅微粉、膨润土和硅藻土中的任意两种作为耐高温添加剂，其中氢氧化镁通过受热分解时释放出的结合水吸收大量的潜热，分解生成的氧化镁具有良好的耐火性；硅微粉具有耐温性好、导热性差、化学性能稳定、硬度大等性能；膨润土具有良好的高温稳定性、润滑性及化学稳定性；硅藻土具有吸收性强、化学性质稳定、耐热等特点；以上四种能够进一步提高覆膜砂的耐高温、阻燃性能。
(2)本发明的耐高温覆膜砂，添加的微晶石蜡能够降低覆膜砂的流动性，添加的润滑剂在高温环境下具有充分的耐微动磨损性，润滑性能好。
(3)本发明的耐高温覆膜砂的制备方法中，将混合物筛分后进行焙烧，能够使混合物在高温不发生熔融的条件下进行反应，使混合物黏结在一起，能够使各组分材料充分混合，提高了覆膜砂的整体综合性能。
(4)本发明制得的耐高温覆膜砂，其抗弯强度为8-12MPa，熔点为90-100℃，莫氏硬度为6-8，与普通覆膜砂相比，具有抗弯强度高、耐热性好、硬度大等特点，能够提高铸件成品率，同时不易在铸件粘砂。
具体实施方式
下面将对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整的描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通的技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明的保护范围。
实施例1
一种耐高温覆膜砂，由如下重量份的原料配制而成：硅砂70份、改性酚醛树脂20份、硬脂酸钙5份、硅烷偶联剂10份、氢氧化镁8份、硅微粉4份、膨润土4份、硅藻土10份、微晶石蜡3份以及润滑剂10份。其中润滑剂由25％全氟聚醚、10％聚四氟乙烯、25％聚乙二醇以及10％硬脂酸钡组成。
本实施例中该耐高温覆膜砂采用如下步骤制备：
(1)将硅砂、改性酚醛树脂、硬脂酸钙、硅烷偶联剂混合后加入转速为2000转/分的混砂机中搅拌混合30min，得到混合物A；
(2)将耐高温添加剂与微晶石蜡混合后加入转速为100转/分的研磨机中研磨10min，得到混合物B；
(3)将混合物B加入混合物A中，同时加入润滑剂，充分混合后置于加热机中在加热温度为80℃条件下加热20min，之后不断搅拌直至冷却至室温，得到混合物C；
(4)将混合物C筛分后进行焙烧，焙烧温度为300℃，焙烧时间60min，之后粉碎得到耐高温覆膜砂。
实施例2
一种耐高温覆膜砂，由如下重量份的原料配制而成：硅砂100份、改性酚醛树脂40份、硬脂酸钙15份、硅烷偶联剂20份、氢氧化镁12份、硅微粉16份、微晶石蜡8份以及润滑剂20份。其中润滑剂由35％全氟聚醚、30％聚四氟乙烯、35％聚乙二醇以及30％硬脂酸钡组成。
本实施例中该耐高温覆膜砂采用如下步骤制备：
(1)将硅砂、改性酚醛树脂、硬脂酸钙、硅烷偶联剂混合后加入转速为4000转/分的混砂机中搅拌混合50min，得到混合物A；
(2)将耐高温添加剂与微晶石蜡混合后加入转速为400转/分的研磨机中研磨30min，得到混合物B；
(3)将混合物B加入混合物A中，同时加入润滑剂，充分混合后置于加热机中在加热温度为120℃条件下加热40min，之后不断搅拌直至冷却至室温，得到混合物C；
(4)将混合物C筛分后进行焙烧，焙烧温度为400℃，焙烧时间80min，之后粉碎得到耐高温覆膜砂。
实施例3
一种耐高温覆膜砂，由如下重量份的原料配制而成：硅砂75份、改性酚醛树脂25份、硬脂酸钙6份、硅烷偶联剂13份、硅微粉6份、膨润土6份、硅藻土12份、微晶石蜡4份以及润滑剂12份。其中润滑剂由30％全氟聚醚、20％聚四氟乙烯、30％聚乙二醇以及20％硬脂酸钡组成。
本实施例中该耐高温覆膜砂采用如下步骤制备：
(1)将硅砂、改性酚醛树脂、硬脂酸钙、硅烷偶联剂混合后加入转速为3000转/分的混砂机中搅拌混合40min，得到混合物A；
(2)将耐高温添加剂与微晶石蜡混合后加入转速为200转/分的研磨机中研磨20min，得到混合物B；
(3)将混合物B加入混合物A中，同时加入润滑剂，充分混合后置于加热机中在加热温度为100℃条件下加热30min，之后不断搅拌直至冷却至室温，得到混合物C；
(4)将混合物C筛分后进行焙烧，焙烧温度为350℃，焙烧时间70min，之后粉碎得到耐高温覆膜砂。
实施例4
一种耐高温覆膜砂，由如下重量份的原料配制而成：硅砂90份、改性酚醛树脂35份、硬脂酸钙13份、硅烷偶联剂18份、硅微粉15份、硅藻土18份、微晶石蜡7份以及润滑剂18份。其中润滑剂由28％全氟聚醚、15％聚四氟乙烯、28％聚乙二醇以及15％硬脂酸钡组成。
本实施例中该耐高温覆膜砂采用如下步骤制备：
(1)将硅砂、改性酚醛树脂、硬脂酸钙、硅烷偶联剂混合后加入转速为2500转/分的混砂机中搅拌混合45min，得到混合物A；
(2)将耐高温添加剂与微晶石蜡混合后加入转速为300转/分的研磨机中研磨25min，得到混合物B；
(3)将混合物B加入混合物A中，同时加入润滑剂，充分混合后置于加热机中在加热温度为110℃条件下加热25min，之后不断搅拌直至冷却至室温，得到混合物C；
(4)将混合物C筛分后进行焙烧，焙烧温度为250℃，焙烧时间65min，之后粉碎得到耐高温覆膜砂。
实施例5
一种耐高温覆膜砂，由如下重量份的原料配制而成：硅砂80份、改性酚醛树脂34份、硬脂酸钙11份、硅烷偶联剂16份、氢氧化镁11份、硅微粉13份、膨润土14份、微晶石蜡6份以及润滑剂16份。其中润滑剂由32％全氟聚醚、24％聚四氟乙烯、32％聚乙二醇以及25％硬脂酸钡组成。
本实施例中该耐高温覆膜砂采用如下步骤制备：
(1)将硅砂、改性酚醛树脂、硬脂酸钙、硅烷偶联剂混合后加入转速为3500转/分的混砂机中搅拌混合30min，得到混合物A；
(2)将耐高温添加剂与微晶石蜡混合后加入转速为270转/分的研磨机中研磨18min，得到混合物B；
(3)将混合物B加入混合物A中，同时加入润滑剂，充分混合后置于加热机中在加热温度为950℃条件下加热32min，之后不断搅拌直至冷却至室温，得到混合物C；
(4)将混合物C筛分后进行焙烧，焙烧温度为375℃，焙烧时间65min，之后粉碎得到耐高温覆膜砂。
实施例6
一种耐高温覆膜砂，由如下重量份的原料配制而成：硅砂85份、改性酚醛树脂30份、硬脂酸钙10份、硅烷偶联剂15份、氢氧化镁10份、硅微粉10份、膨润土12份、硅藻土15份、微晶石蜡5份以及润滑剂15份。其中润滑剂由27％全氟聚醚、28％聚四氟乙烯、26％聚乙二醇以及18％硬脂酸钡组成。
本实施例中该耐高温覆膜砂采用如下步骤制备：
(1)将硅砂、改性酚醛树脂、硬脂酸钙、硅烷偶联剂混合后加入转速为2700转/分的混砂机中搅拌混合30min，得到混合物A；
(2)将耐高温添加剂与微晶石蜡混合后加入转速为330转/分的研磨机中研磨16min，得到混合物B；
(3)将混合物B加入混合物A中，同时加入润滑剂，充分混合后置于加热机中在加热温度为80℃条件下加热24min，之后不断搅拌直至冷却至室温，得到混合物C；
(4)将混合物C筛分后进行焙烧，焙烧温度为300℃，焙烧时间75min，之后粉碎得到耐高温覆膜砂。
实施例7
一种耐高温覆膜砂，由如下重量份的原料配制而成：硅砂95份、改性酚醛树脂28份、硬脂酸钙8份、硅烷偶联剂13份、氢氧化镁9份、硅微粉8份、膨润土20份、硅藻土20份、微晶石蜡3份以及润滑剂14份。其中润滑剂由25％全氟聚醚、20％聚四氟乙烯、30％聚乙二醇以及15％硬脂酸钡组成。
本实施例中该耐高温覆膜砂采用如下步骤制备：
(1)将硅砂、改性酚醛树脂、硬脂酸钙、硅烷偶联剂混合后加入转速为2000转/分的混砂机中搅拌混合45min，得到混合物A；
(2)将耐高温添加剂与微晶石蜡混合后加入转速为250转/分的研磨机中研磨10min，得到混合物B；
(3)将混合物B加入混合物A中，同时加入润滑剂，充分混合后置于加热机中在加热温度为80℃条件下加热25min，之后不断搅拌直至冷却至室温，得到混合物C；
(4)将混合物C筛分后进行焙烧，焙烧温度为320℃，焙烧时间60min，之后粉碎得到耐高温覆膜砂。
实施例8
一种耐高温覆膜砂，由如下重量份的原料配制而成：硅砂85份、改性酚醛树脂34份、硬脂酸钙13份、硅烷偶联剂13份、氢氧化镁11份、膨润土18份、硅藻土14份、微晶石蜡8份以及润滑剂10份。其中润滑剂由35％全氟聚醚、26％聚四氟乙烯、30％聚乙二醇以及18％硬脂酸钡组成。
本实施例中该耐高温覆膜砂采用如下步骤制备：
(1)将硅砂、改性酚醛树脂、硬脂酸钙、硅烷偶联剂混合后加入转速为2000转/分的混砂机中搅拌混合50min，得到混合物A；
(2)将耐高温添加剂与微晶石蜡混合后加入转速为100转/分的研磨机中研磨30min，得到混合物B；
(3)将混合物B加入混合物A中，同时加入润滑剂，充分混合后置于加热机中在加热温度为80℃条件下加热40min，之后不断搅拌直至冷却至室温，得到混合物C；
(4)将混合物C筛分后进行焙烧，焙烧温度为300℃，焙烧时间80min，之后粉碎得到耐高温覆膜砂。
将市面上普通的覆膜砂与本发明各实施例中制得的覆膜砂进行各项性能检测，结果如表1所示：
表1覆膜砂性能检测结果
| 抗弯强度(MPa) | 熔点(℃) | 莫氏硬度 | |
| 普通覆膜砂 | 2.5 | 62 | 3.5 |
| 实施例1 | 8.6 | 92 | 6.5 |
| 实施例2 | 8.9 | 92 | 6.8 |
| 实施例3 | 9.2 | 95 | 7.1 |
| 实施例4 | 9.1 | 94 | 6.9 |
| 实施例5 | 9.2 | 91 | 7.2 |
| 实施例6 | 9.8 | 97 | 7.8 |
| 实施例7 | 9.4 | 93 | 7.0 |
| 实施例8 | 9.2 | 94 | 7.3 |
由表1可知，实施例1-8中制得的耐高温覆膜砂的性能上要优于市面上普通的覆膜砂，耐高温添加剂的加入提高了覆膜砂的耐热性能，制备过程中的焙烧工艺提高了覆膜砂的强度，使得本发明制备的耐高温覆膜砂的抗弯强度达8-12MPa，熔点达90-100℃、莫氏硬度达6-8，均获得了一定幅度的提升。与普通覆膜砂相比，本发明的耐高温覆膜砂具有抗弯强度高、耐热性好、硬度大等特点，可防止铸件出现粘砂、脉纹和穿芯等缺陷。
以上借助具体实施例对本发明做了进一步描述，但是应该理解的是，这里具体的描述，不应理解为对本发明的实质和范围的限定，本领域内的普通技术人员在阅读本说明书后对上述实施例做出的各种修改，都属于本发明所保护的范围。
Claims (7)
1.一种耐高温覆膜砂，其特征在于，由如下重量份的原料配制而成：硅砂70-100份、改性酚醛树脂20-40份、硬脂酸钙5-15份、硅烷偶联剂10-20份、耐高温添加剂8-68份、微晶石蜡3-8份以及润滑剂10-20份；所述耐高温添加剂由氢氧化镁、硅微粉、膨润土和硅藻土中的至少两种组成；所述润滑剂由25％-35％全氟聚醚、10％-30％聚四氟乙烯、25％-35％聚乙二醇以及10％-30％硬脂酸钡组成。
2.根据权利要求1所述的耐高温覆膜砂，其特征在于，所述耐高温添加剂中各原料的含量分别为氢氧化镁8-12份、硅微粉4-16份、膨润土4-20份以及硅藻土10-20份。
3.根据权利要求2所述的耐高温覆膜砂，其特征在于，所述耐高温覆膜砂由如下重量份的原料配制而成：硅砂80-90份、改性酚醛树脂25-35份、硬脂酸钙10-13份、硅烷偶联剂15-18份、氢氧化镁9-11份、硅微粉6-13份、膨润土6-14份、硅藻土12-18份、微晶石蜡4-6份以及润滑剂12-16份。
4.根据权利要求1-3任一项所述的耐高温覆膜砂，其特征在于，所述耐高温覆膜砂采用如下步骤制备：
(1)将硅砂、改性酚醛树脂、硬脂酸钙、硅烷偶联剂混合后加入混砂机中搅拌混合，得到混合物A；
(2)将耐高温添加剂与微晶石蜡混合后加入研磨机中研磨，得到混合物B；
(3)将混合物B加入混合物A中，同时加入润滑剂，充分混合后置于加热机中加热20-40min，之后不断搅拌直至冷却至室温，得到混合物C；
(4)将混合物C筛分后进行焙烧，焙烧温度为300-400℃，焙烧时间60-80min，之后粉碎得到耐高温覆膜砂。
5.根据权利要求4所述的耐高温覆膜砂，其特征在于，步骤(1)中混砂机转速为700-1000转/分，转动时间为30-50min。
6.根据权利要求4所述的耐高温覆膜砂，其特征在于，步骤(2)中研磨机转速为100-400转/分，研磨时间为10-30min。
7.根据权利要求4所述的耐高温覆膜砂，其特征在于，步骤(3)中加热温度为80℃-120℃。
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