本發(fā)明公開了一種復(fù)合樹脂制備耐高溫抗裂覆膜砂的方法，屬于覆膜砂制備技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)：

隨著汽車工業(yè)的快速發(fā)展和機械產(chǎn)品外貿(mào)出口需要，以及鑄件國際市場的開發(fā)，對鑄件質(zhì)量要求也越來越高，如鑄件表面和尺寸精度提高、薄壁鑄件增加、鑄件內(nèi)部缺陷降低等等，覆膜砂是指造型前在砂粒表面上覆有一層固體樹脂的型砂或芯砂，由于覆膜砂具有適應(yīng)性強、強度高、發(fā)氣量低、生產(chǎn)鑄件尺寸精度高、表面光潔、便于保存等優(yōu)點，近年來在鑄鋼件、鑄鐵件等鑄造領(lǐng)域中應(yīng)用日益廣泛。同時覆膜砂在國際上的應(yīng)用，尤其在日本、韓國、東歐等國家及我國臺灣地區(qū)鑄造工業(yè)中的應(yīng)用也隨之得到了快速發(fā)展。

覆膜砂的主要原材料是指原砂、樹脂、固化劑及附加材料，具有良好的流動性和存放性，覆膜砂的性能主要是指常溫抗拉強度、熱態(tài)抗拉強度及結(jié)殼性能等三項指標(biāo)。目前覆膜砂的生產(chǎn)工藝有冷覆膜法、冷干混覆膜法、半干熱覆膜法和熱覆膜法，冷覆膜法是將砂、其他添加劑、粉狀樹脂和烏洛托品，加入混砂機中混合均勻，在加入酒精混成粘塊狀，出砂晾干，破碎，篩選得到覆膜砂；熱法覆膜則是如今主要采用的生產(chǎn)工藝，熱法覆膜是將硅砂加熱到130℃以上加入到混砂機中待硅砂降溫到一定溫度時加入樹脂、烏洛托品水溶液、硬脂酸鈣及其他添加劑。經(jīng)破碎、篩選后得到覆膜砂。然而，現(xiàn)有技術(shù)制備的覆膜砂耐熱性較差，在鑄造結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜的鑄件時易發(fā)生破裂，尤其是在鑄造薄壁鑄件時更易破裂，材料協(xié)調(diào)度較差，不利于覆膜砂的推廣應(yīng)用。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明主要解決的技術(shù)問題：針對現(xiàn)有的覆膜砂耐熱性較差，在鑄造結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜的鑄件時易發(fā)生破裂，尤其是在鑄造薄壁鑄件時更易破裂，材料協(xié)調(diào)度較差的缺陷，提供一種環(huán)氧樹脂改性酚醛樹脂制得的復(fù)合樹脂包覆在表面處理后的混合砂表面，固化形成覆膜砂的方法，本發(fā)明先將石英砂、廢棄陶瓷混磨過篩后與由糯米和水打成的漿液混合，經(jīng)濕法球磨后凍干、過篩得干燥粉末，隨后將甲醛溶液和苯酚、草酸反應(yīng)得酚醛樹脂，溶于無水乙醇中得酚醛樹脂乙醇溶液，再將干燥粉末與石膏粉、二甲基硅油等倒入混砂機混合，再加入烏洛托品溶液、環(huán)氧樹脂E-51攪拌反應(yīng)，并滴加酚醛樹脂乙醇溶液及二溴甲苯縮水甘油醚進行固化反應(yīng)，固化后冷卻至室溫并卸砂，即可得到耐高溫抗裂覆膜砂，本發(fā)明制得的覆膜砂固化效果好、強度高，而且具有發(fā)氣量低、耐高溫的優(yōu)異性能，材料協(xié)調(diào)度較好，在鑄造鑄件時不易破裂，能滿足各種復(fù)雜精密鑄件的生產(chǎn)要求。

為了解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明所采用的技術(shù)方案是：

（1）分別稱取400～500g石英砂、3～5g硅藻土、4～6g碳化硅、8～10g滌綸纖維和50～60g廢棄陶瓷，加入球磨機中球磨2～4h后過300～320目篩，得混合粉末，再稱取50～100g糯米加入到800～1000g水中，混合后移入打漿機中，以18000～20000r/min轉(zhuǎn)速打漿15～20min，打漿后過200～240目，得漿液，按質(zhì)量比1:5將混合粉末和漿液混合后進行濕法球磨40～60min，球磨后出料，冷凍干燥后過200～220目篩，得干燥粉末，備用；

（2）分別稱取80～100g質(zhì)量分數(shù)為37%甲醛溶液和120～150g苯酚加入四口燒瓶中，隨后加入1～3g草酸，混合后將四口燒瓶移入油浴鍋中，升溫至90～110℃，攪拌反應(yīng)2～3h，反應(yīng)結(jié)束后冷卻至70～80℃，按質(zhì)量比1:4將四口燒瓶中的物料和無水乙醇混合，攪拌混合均勻后得酚醛樹脂乙醇溶液，備用；

（3）分別稱取300～400g步驟（1）備用的干燥粉末、5～15g石膏粉、1～3g硅烷偶聯(lián)劑KH-550、10～15g二甲基硅油，依次加入到混砂機中，加熱至150～200℃后以1000～2000r/min轉(zhuǎn)速攪拌混合20～30min，混合后冷卻至100～110℃，加入10～15g質(zhì)量分數(shù)20%烏洛托品溶液，繼續(xù)攪拌混合1～2h；

（4）向上述攪拌后的混砂機中加入100～200g環(huán)氧樹脂E-51，以3000～5000r/min進行攪拌，在攪拌的同時滴加80～100g步驟（2）備用的酚醛樹脂乙醇溶液，控制在1～2h滴完，滴加結(jié)束后加入2～4g二溴甲苯縮水甘油醚，以1000～2000r/min轉(zhuǎn)速攪拌混合30～50min，攪拌后冷卻至室溫，卸砂，即可得到耐高溫抗裂覆膜砂。

本發(fā)明的應(yīng)用方法是：首先將30～50kg本發(fā)明制得的耐高溫抗裂覆膜砂倒入搖擺式殼芯機的砂斗中，并將射砂孔與芯盒模具進砂孔位置對準(zhǔn)，隨后將芯盒模具預(yù)熱至200～300℃，再將本發(fā)明覆膜砂注入芯盒模具中，控制射砂壓力為0.2～0.4MPa，射砂時間一般控制在3～10s，覆膜砂殼厚度為6～10mm，使覆膜砂緊密地充填芯盒，待射砂結(jié)束后，靜置結(jié)殼處理，結(jié)殼時間為20～60s，在結(jié)殼階段結(jié)束后，將芯盒模具的射砂口朝下，以45°角的幅度左右搖擺，倒掉未結(jié)殼的余砂，再將芯盒模具中的砂芯靜置，硬化處理80～100s，同時控制模具溫度為260～300℃，最后待硬化結(jié)束后靜置冷卻至室溫，脫模取出砂芯即可。經(jīng)檢測，本發(fā)明制得的耐高溫抗裂覆膜砂發(fā)氣量低、耐高溫性能較好，其發(fā)氣量為3.6～4.3mL/g，常溫抗拉強度為7～9MPa，熱態(tài)抗拉強度為2.8～3.6MPa，耐高溫溫度達200℃以上，耐熱時間延長至220s以上，且具有較好的材料協(xié)調(diào)度，在鑄造結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜的鑄件時，破裂率僅為1～3%。

本發(fā)明的有益效果是：

（1）本發(fā)明制得的耐高溫覆膜砂具有發(fā)氣量低、熱強度大、耐熱時間長及高溫變形小的特點，能滿足各種復(fù)雜精密鑄件的生產(chǎn)要求；

（2）本發(fā)明制得的耐高溫抗裂覆膜砂硬化速率高，鑄件成型效果好、品質(zhì)高，且鑄件強度高、破裂率低，具有較好的使用前景。

具體實施方式

首先分別稱取400～500g石英砂、3～5g硅藻土、4～6g碳化硅、8～10g滌綸纖維和50～60g廢棄陶瓷，加入球磨機中球磨2～4h后過300～320目篩，得混合粉末，再稱取50～100g糯米加入到800～1000g水中，混合后移入打漿機中，以18000～20000r/min轉(zhuǎn)速打漿15～20min，打漿后過200～240目，得漿液，按質(zhì)量比1:5將混合粉末和漿液混合后進行濕法球磨40～60min，球磨后出料，冷凍干燥后過200～220目篩，得干燥粉末，備用；隨后分別稱取80～100g質(zhì)量分數(shù)為37%甲醛溶液和120～150g苯酚加入四口燒瓶中，隨后加入1～3g草酸，混合后將四口燒瓶移入油浴鍋中，升溫至90～110℃，攪拌反應(yīng)2～3h，反應(yīng)結(jié)束后冷卻至70～80℃，按質(zhì)量比1:4將四口燒瓶中的物料和無水乙醇混合，攪拌混合均勻后得酚醛樹脂乙醇溶液，備用；再分別稱取300～400g上述備用的干燥粉末、5～15g石膏粉、1～3g硅烷偶聯(lián)劑KH-550、10～15g二甲基硅油，依次加入到混砂機中，加熱至150～200℃后以1000～2000r/min轉(zhuǎn)速攪拌混合20～30min，混合后冷卻至100～110℃，加入10～15g質(zhì)量分數(shù)20%烏洛托品溶液，繼續(xù)攪拌混合1～2h；最后向上述攪拌后的混砂機中加入100～200g環(huán)氧樹脂E-51，以3000～5000r/min進行攪拌，在攪拌的同時滴加80～100g上述備用的酚醛樹脂乙醇溶液，控制在1～2h滴完，滴加結(jié)束后加入2～4g二溴甲苯縮水甘油醚，以1000～2000r/min轉(zhuǎn)速攪拌混合30～50min，攪拌后冷卻至室溫，卸砂，即可得到耐高溫抗裂覆膜砂。

實例1

首先分別稱取400g石英砂、3g硅藻土、4g碳化硅、8g滌綸纖維和50g廢棄陶瓷，加入球磨機中球磨2h后過300目篩，得混合粉末，再稱取50g糯米加入到800g水中，混合后移入打漿機中，以18000r/min轉(zhuǎn)速打漿15min，打漿后過200目，得漿液，按質(zhì)量比1:5將混合粉末和漿液混合后進行濕法球磨40min，球磨后出料，冷凍干燥后過200目篩，得干燥粉末，備用；隨后分別稱取80g質(zhì)量分數(shù)為37%甲醛溶液和120g苯酚加入四口燒瓶中，隨后加入1g草酸，混合后將四口燒瓶移入油浴鍋中，升溫至90℃，攪拌反應(yīng)2h，反應(yīng)結(jié)束后冷卻至70℃，按質(zhì)量比1:4將四口燒瓶中的物料和無水乙醇混合，攪拌混合均勻后得酚醛樹脂乙醇溶液，備用；再分別稱取300g上述備用的干燥粉末、5g石膏粉、1g硅烷偶聯(lián)劑KH-550、10g二甲基硅油，依次加入到混砂機中，加熱至150℃后以1000r/min轉(zhuǎn)速攪拌混合20min，混合后冷卻至100℃，加入10g質(zhì)量分數(shù)20%烏洛托品溶液，繼續(xù)攪拌混合1h；最后向上述攪拌后的混砂機中加入100g環(huán)氧樹脂E-51，以3000r/min進行攪拌，在攪拌的同時滴加80g上述備用的酚醛樹脂乙醇溶液，控制在1h滴完，滴加結(jié)束后加入2g二溴甲苯縮水甘油醚，以1000r/min轉(zhuǎn)速攪拌混合30min，攪拌后冷卻至室溫，卸砂，即可得到耐高溫抗裂覆膜砂。

本實例操作簡便，使用時，首先將30kg本發(fā)明制得的耐高溫抗裂覆膜砂倒入搖擺式殼芯機的砂斗中，并將射砂孔與芯盒模具進砂孔位置對準(zhǔn)，隨后將芯盒模具預(yù)熱至200℃，再將本發(fā)明覆膜砂注入芯盒模具中，控制射砂壓力為0.2MPa，射砂時間一般控制在3s，覆膜砂殼厚度為6mm，使覆膜砂緊密地充填芯盒，待射砂結(jié)束后，靜置結(jié)殼處理，結(jié)殼時間為20s，在結(jié)殼階段結(jié)束后，將芯盒模具的射砂口朝下，以 45°角的幅度左右搖擺，倒掉未結(jié)殼的余砂，再將芯盒模具中的砂芯靜置，硬化處理80s，同時控制模具溫度為260℃，最后待硬化結(jié)束后靜置冷卻至室溫，脫模取出砂芯即可。經(jīng)檢測，本發(fā)明制得的耐高溫抗裂覆膜砂發(fā)氣量低、耐高溫性能較好，其發(fā)氣量為3.6mL/g，常溫抗拉強度為7MPa，熱態(tài)抗拉強度為2.8MPa，耐高溫溫度達205℃，耐熱時間延長至225s，且具有較好的材料協(xié)調(diào)度，在鑄造結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜的鑄件時，破裂率僅為1%。

實例2

首先分別稱取450g石英砂、4g硅藻土、5g碳化硅、9g滌綸纖維和55g廢棄陶瓷，加入球磨機中球磨3h后過310目篩，得混合粉末，再稱取75g糯米加入到900g水中，混合后移入打漿機中，以19000r/min轉(zhuǎn)速打漿18min，打漿后過220目，得漿液，按質(zhì)量比1:5將混合粉末和漿液混合后進行濕法球磨50min，球磨后出料，冷凍干燥后過210目篩，得干燥粉末，備用；隨后分別稱取90g質(zhì)量分數(shù)為37%甲醛溶液和135g苯酚加入四口燒瓶中，隨后加入2g草酸，混合后將四口燒瓶移入油浴鍋中，升溫至100℃，攪拌反應(yīng)2h，反應(yīng)結(jié)束后冷卻至75℃，按質(zhì)量比1:4將四口燒瓶中的物料和無水乙醇混合，攪拌混合均勻后得酚醛樹脂乙醇溶液，備用；再分別稱取350g上述備用的干燥粉末、10g石膏粉、2g硅烷偶聯(lián)劑KH-550、13g二甲基硅油，依次加入到混砂機中，加熱至175℃后以1500r/min轉(zhuǎn)速攪拌混合25min，混合后冷卻至105℃，加入13g質(zhì)量分數(shù)20%烏洛托品溶液，繼續(xù)攪拌混合1h；最后向上述攪拌后的混砂機中加入150g環(huán)氧樹脂E-51，以4000r/min進行攪拌，在攪拌的同時滴加90g上述備用的酚醛樹脂乙醇溶液，控制在1h滴完，滴加結(jié)束后加入3g二溴甲苯縮水甘油醚，以1500r/min轉(zhuǎn)速攪拌混合40min，攪拌后冷卻至室溫，卸砂，即可得到耐高溫抗裂覆膜砂。

本實例操作簡便，使用時，首先將40kg本發(fā)明制得的耐高溫抗裂覆膜砂倒入搖擺式殼芯機的砂斗中，并將射砂孔與芯盒模具進砂孔位置對準(zhǔn)，隨后將芯盒模具預(yù)熱至250℃，再將本發(fā)明覆膜砂注入芯盒模具中，控制射砂壓力為0.3MPa，射砂時間一般控制在7s，覆膜砂殼厚度為8mm，使覆膜砂緊密地充填芯盒，待射砂結(jié)束后，靜置結(jié)殼處理，結(jié)殼時間為40s，在結(jié)殼階段結(jié)束后，將芯盒模具的射砂口朝下，以 45°角的幅度左右搖擺，倒掉未結(jié)殼的余砂，再將芯盒模具中的砂芯靜置，硬化處理90s，同時控制模具溫度為280℃，最后待硬化結(jié)束后靜置冷卻至室溫，脫模取出砂芯即可。經(jīng)檢測，本發(fā)明制得的耐高溫抗裂覆膜砂發(fā)氣量低、耐高溫性能較好，其發(fā)氣量為3.9mL/g，常溫抗拉強度為8MPa，熱態(tài)抗拉強度為3.2MPa，耐高溫溫度達210℃，耐熱時間延長至230s，且具有較好的材料協(xié)調(diào)度，在鑄造結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜的鑄件時，破裂率僅為2%。

實例3

首先分別稱取500g石英砂、5g硅藻土、6g碳化硅、10g滌綸纖維和60g廢棄陶瓷，加入球磨機中球磨4h后過320目篩，得混合粉末，再稱取100g糯米加入到1000g水中，混合后移入打漿機中，以20000r/min轉(zhuǎn)速打漿20min，打漿后過240目，得漿液，按質(zhì)量比1:5將混合粉末和漿液混合后進行濕法球磨60min，球磨后出料，冷凍干燥后過220目篩，得干燥粉末，備用；隨后分別稱取100g質(zhì)量分數(shù)為37%甲醛溶液和150g苯酚加入四口燒瓶中，隨后加入3g草酸，混合后將四口燒瓶移入油浴鍋中，升溫至110℃，攪拌反應(yīng)3h，反應(yīng)結(jié)束后冷卻至80℃，按質(zhì)量比1:4將四口燒瓶中的物料和無水乙醇混合，攪拌混合均勻后得酚醛樹脂乙醇溶液，備用；再分別稱取400g上述備用的干燥粉末、15g石膏粉、3g硅烷偶聯(lián)劑KH-550、15g二甲基硅油，依次加入到混砂機中，加熱至200℃后以2000r/min轉(zhuǎn)速攪拌混合30min，混合后冷卻至110℃，加入15g質(zhì)量分數(shù)20%烏洛托品溶液，繼續(xù)攪拌混合2h；最后向上述攪拌后的混砂機中加入200g環(huán)氧樹脂E-51，以5000r/min進行攪拌，在攪拌的同時滴加100g上述備用的酚醛樹脂乙醇溶液，控制在2h滴完，滴加結(jié)束后加入4g二溴甲苯縮水甘油醚，以2000r/min轉(zhuǎn)速攪拌混合50min，攪拌后冷卻至室溫，卸砂，即可得到耐高溫抗裂覆膜砂。

本實例操作簡便，使用時，首先將50kg本發(fā)明制得的耐高溫抗裂覆膜砂倒入搖擺式殼芯機的砂斗中，并將射砂孔與芯盒模具進砂孔位置對準(zhǔn)，隨后將芯盒模具預(yù)熱至300℃，再將本發(fā)明覆膜砂注入芯盒模具中，控制射砂壓力為0.4MPa，射砂時間一般控制在10s，覆膜砂殼厚度為10mm，使覆膜砂緊密地充填芯盒，待射砂結(jié)束后，靜置結(jié)殼處理，結(jié)殼時間為60s，在結(jié)殼階段結(jié)束后，將芯盒模具的射砂口朝下，以 45°角的幅度左右搖擺，倒掉未結(jié)殼的余砂，再將芯盒模具中的砂芯靜置，硬化處理100s，同時控制模具溫度為300℃，最后待硬化結(jié)束后靜置冷卻至室溫，脫模取出砂芯即可。經(jīng)檢測，本發(fā)明制得的耐高溫抗裂覆膜砂發(fā)氣量低、耐高溫性能較好，其發(fā)氣量為4.3mL/g，常溫抗拉強度為9MPa，熱態(tài)抗拉強度為3.6MPa，耐高溫溫度達215℃，耐熱時間延長至235s，且具有較好的材料協(xié)調(diào)度，在鑄造結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜的鑄件時，破裂率僅為3%。