本发明公开了一种复合树脂制备耐高温抗裂覆膜砂的方法，属于覆膜砂制备技术领域。
背景技术：
随着汽车工业的快速发展和机械产品外贸出口需要，以及铸件国际市场的开发，对铸件质量要求也越来越高，如铸件表面和尺寸精度提高、薄壁铸件增加、铸件内部缺陷降低等等，覆膜砂是指造型前在砂粒表面上覆有一层固体树脂的型砂或芯砂，由于覆膜砂具有适应性强、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，近年来在铸钢件、铸铁件等铸造领域中应用日益广泛。同时覆膜砂在国际上的应用，尤其在日本、韩国、东欧等国家及我国台湾地区铸造工业中的应用也随之得到了快速发展。
覆膜砂的主要原材料是指原砂、树脂、固化剂及附加材料，具有良好的流动性和存放性，覆膜砂的性能主要是指常温抗拉强度、热态抗拉强度及结壳性能等三项指标。目前覆膜砂的生产工艺有冷覆膜法、冷干混覆膜法、半干热覆膜法和热覆膜法，冷覆膜法是将砂、其他添加剂、粉状树脂和乌洛托品，加入混砂机中混合均匀，在加入酒精混成粘块状，出砂晾干，破碎，筛选得到覆膜砂；热法覆膜则是如今主要采用的生产工艺，热法覆膜是将硅砂加热到130℃以上加入到混砂机中待硅砂降温到一定温度时加入树脂、乌洛托品水溶液、硬脂酸钙及其他添加剂。经破碎、筛选后得到覆膜砂。然而，现有技术制备的覆膜砂耐热性较差，在铸造结构比较复杂的铸件时易发生破裂，尤其是在铸造薄壁铸件时更易破裂，材料协调度较差，不利于覆膜砂的推广应用。
技术实现要素：
本发明主要解决的技术问题：针对现有的覆膜砂耐热性较差，在铸造结构比较复杂的铸件时易发生破裂，尤其是在铸造薄壁铸件时更易破裂，材料协调度较差的缺陷，提供一种环氧树脂改性酚醛树脂制得的复合树脂包覆在表面处理后的混合砂表面，固化形成覆膜砂的方法，本发明先将石英砂、废弃陶瓷混磨过筛后与由糯米和水打成的浆液混合，经湿法球磨后冻干、过筛得干燥粉末，随后将甲醛溶液和苯酚、草酸反应得酚醛树脂，溶于无水乙醇中得酚醛树脂乙醇溶液，再将干燥粉末与石膏粉、二甲基硅油等倒入混砂机混合，再加入乌洛托品溶液、环氧树脂E-51搅拌反应，并滴加酚醛树脂乙醇溶液及二溴甲苯缩水甘油醚进行固化反应，固化后冷却至室温并卸砂，即可得到耐高温抗裂覆膜砂，本发明制得的覆膜砂固化效果好、强度高，而且具有发气量低、耐高温的优异性能，材料协调度较好，在铸造铸件时不易破裂，能满足各种复杂精密铸件的生产要求。
为了解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案是：
（1）分别称取400～500g石英砂、3～5g硅藻土、4～6g碳化硅、8～10g涤纶纤维和50～60g废弃陶瓷，加入球磨机中球磨2～4h后过300～320目筛，得混合粉末，再称取50～100g糯米加入到800～1000g水中，混合后移入打浆机中，以18000～20000r/min转速打浆15～20min，打浆后过200～240目，得浆液，按质量比1:5将混合粉末和浆液混合后进行湿法球磨40～60min，球磨后出料，冷冻干燥后过200～220目筛，得干燥粉末，备用；
（2）分别称取80～100g质量分数为37%甲醛溶液和120～150g苯酚加入四口烧瓶中，随后加入1～3g草酸，混合后将四口烧瓶移入油浴锅中，升温至90～110℃，搅拌反应2～3h，反应结束后冷却至70～80℃，按质量比1:4将四口烧瓶中的物料和无水乙醇混合，搅拌混合均匀后得酚醛树脂乙醇溶液，备用；
（3）分别称取300～400g步骤（1）备用的干燥粉末、5～15g石膏粉、1～3g硅烷偶联剂KH-550、10～15g二甲基硅油，依次加入到混砂机中，加热至150～200℃后以1000～2000r/min转速搅拌混合20～30min，混合后冷却至100～110℃，加入10～15g质量分数20%乌洛托品溶液，继续搅拌混合1～2h；
（4）向上述搅拌后的混砂机中加入100～200g环氧树脂E-51，以3000～5000r/min进行搅拌，在搅拌的同时滴加80～100g步骤（2）备用的酚醛树脂乙醇溶液，控制在1～2h滴完，滴加结束后加入2～4g二溴甲苯缩水甘油醚，以1000～2000r/min转速搅拌混合30～50min，搅拌后冷却至室温，卸砂，即可得到耐高温抗裂覆膜砂。
本发明的应用方法是：首先将30～50kg本发明制得的耐高温抗裂覆膜砂倒入摇摆式壳芯机的砂斗中，并将射砂孔与芯盒模具进砂孔位置对准，随后将芯盒模具预热至200～300℃，再将本发明覆膜砂注入芯盒模具中，控制射砂压力为0.2～0.4MPa，射砂时间一般控制在3～10s，覆膜砂壳厚度为6～10mm，使覆膜砂紧密地充填芯盒，待射砂结束后，静置结壳处理，结壳时间为20～60s，在结壳阶段结束后，将芯盒模具的射砂口朝下，以45°角的幅度左右摇摆，倒掉未结壳的余砂，再将芯盒模具中的砂芯静置，硬化处理80～100s，同时控制模具温度为260～300℃，最后待硬化结束后静置冷却至室温，脱模取出砂芯即可。经检测，本发明制得的耐高温抗裂覆膜砂发气量低、耐高温性能较好，其发气量为3.6～4.3mL/g，常温抗拉强度为7～9MPa，热态抗拉强度为2.8～3.6MPa，耐高温温度达200℃以上，耐热时间延长至220s以上，且具有较好的材料协调度，在铸造结构比较复杂的铸件时，破裂率仅为1～3%。
本发明的有益效果是：
（1）本发明制得的耐高温覆膜砂具有发气量低、热强度大、耐热时间长及高温变形小的特点，能满足各种复杂精密铸件的生产要求；
（2）本发明制得的耐高温抗裂覆膜砂硬化速率高，铸件成型效果好、品质高，且铸件强度高、破裂率低，具有较好的使用前景。
具体实施方式
首先分别称取400～500g石英砂、3～5g硅藻土、4～6g碳化硅、8～10g涤纶纤维和50～60g废弃陶瓷，加入球磨机中球磨2～4h后过300～320目筛，得混合粉末，再称取50～100g糯米加入到800～1000g水中，混合后移入打浆机中，以18000～20000r/min转速打浆15～20min，打浆后过200～240目，得浆液，按质量比1:5将混合粉末和浆液混合后进行湿法球磨40～60min，球磨后出料，冷冻干燥后过200～220目筛，得干燥粉末，备用；随后分别称取80～100g质量分数为37%甲醛溶液和120～150g苯酚加入四口烧瓶中，随后加入1～3g草酸，混合后将四口烧瓶移入油浴锅中，升温至90～110℃，搅拌反应2～3h，反应结束后冷却至70～80℃，按质量比1:4将四口烧瓶中的物料和无水乙醇混合，搅拌混合均匀后得酚醛树脂乙醇溶液，备用；再分别称取300～400g上述备用的干燥粉末、5～15g石膏粉、1～3g硅烷偶联剂KH-550、10～15g二甲基硅油，依次加入到混砂机中，加热至150～200℃后以1000～2000r/min转速搅拌混合20～30min，混合后冷却至100～110℃，加入10～15g质量分数20%乌洛托品溶液，继续搅拌混合1～2h；最后向上述搅拌后的混砂机中加入100～200g环氧树脂E-51，以3000～5000r/min进行搅拌，在搅拌的同时滴加80～100g上述备用的酚醛树脂乙醇溶液，控制在1～2h滴完，滴加结束后加入2～4g二溴甲苯缩水甘油醚，以1000～2000r/min转速搅拌混合30～50min，搅拌后冷却至室温，卸砂，即可得到耐高温抗裂覆膜砂。
实例1
首先分别称取400g石英砂、3g硅藻土、4g碳化硅、8g涤纶纤维和50g废弃陶瓷，加入球磨机中球磨2h后过300目筛，得混合粉末，再称取50g糯米加入到800g水中，混合后移入打浆机中，以18000r/min转速打浆15min，打浆后过200目，得浆液，按质量比1:5将混合粉末和浆液混合后进行湿法球磨40min，球磨后出料，冷冻干燥后过200目筛，得干燥粉末，备用；随后分别称取80g质量分数为37%甲醛溶液和120g苯酚加入四口烧瓶中，随后加入1g草酸，混合后将四口烧瓶移入油浴锅中，升温至90℃，搅拌反应2h，反应结束后冷却至70℃，按质量比1:4将四口烧瓶中的物料和无水乙醇混合，搅拌混合均匀后得酚醛树脂乙醇溶液，备用；再分别称取300g上述备用的干燥粉末、5g石膏粉、1g硅烷偶联剂KH-550、10g二甲基硅油，依次加入到混砂机中，加热至150℃后以1000r/min转速搅拌混合20min，混合后冷却至100℃，加入10g质量分数20%乌洛托品溶液，继续搅拌混合1h；最后向上述搅拌后的混砂机中加入100g环氧树脂E-51，以3000r/min进行搅拌，在搅拌的同时滴加80g上述备用的酚醛树脂乙醇溶液，控制在1h滴完，滴加结束后加入2g二溴甲苯缩水甘油醚，以1000r/min转速搅拌混合30min，搅拌后冷却至室温，卸砂，即可得到耐高温抗裂覆膜砂。
本实例操作简便，使用时，首先将30kg本发明制得的耐高温抗裂覆膜砂倒入摇摆式壳芯机的砂斗中，并将射砂孔与芯盒模具进砂孔位置对准，随后将芯盒模具预热至200℃，再将本发明覆膜砂注入芯盒模具中，控制射砂压力为0.2MPa，射砂时间一般控制在3s，覆膜砂壳厚度为6mm，使覆膜砂紧密地充填芯盒，待射砂结束后，静置结壳处理，结壳时间为20s，在结壳阶段结束后，将芯盒模具的射砂口朝下，以 45°角的幅度左右摇摆，倒掉未结壳的余砂，再将芯盒模具中的砂芯静置，硬化处理80s，同时控制模具温度为260℃，最后待硬化结束后静置冷却至室温，脱模取出砂芯即可。经检测，本发明制得的耐高温抗裂覆膜砂发气量低、耐高温性能较好，其发气量为3.6mL/g，常温抗拉强度为7MPa，热态抗拉强度为2.8MPa，耐高温温度达205℃，耐热时间延长至225s，且具有较好的材料协调度，在铸造结构比较复杂的铸件时，破裂率仅为1%。
实例2
首先分别称取450g石英砂、4g硅藻土、5g碳化硅、9g涤纶纤维和55g废弃陶瓷，加入球磨机中球磨3h后过310目筛，得混合粉末，再称取75g糯米加入到900g水中，混合后移入打浆机中，以19000r/min转速打浆18min，打浆后过220目，得浆液，按质量比1:5将混合粉末和浆液混合后进行湿法球磨50min，球磨后出料，冷冻干燥后过210目筛，得干燥粉末，备用；随后分别称取90g质量分数为37%甲醛溶液和135g苯酚加入四口烧瓶中，随后加入2g草酸，混合后将四口烧瓶移入油浴锅中，升温至100℃，搅拌反应2h，反应结束后冷却至75℃，按质量比1:4将四口烧瓶中的物料和无水乙醇混合，搅拌混合均匀后得酚醛树脂乙醇溶液，备用；再分别称取350g上述备用的干燥粉末、10g石膏粉、2g硅烷偶联剂KH-550、13g二甲基硅油，依次加入到混砂机中，加热至175℃后以1500r/min转速搅拌混合25min，混合后冷却至105℃，加入13g质量分数20%乌洛托品溶液，继续搅拌混合1h；最后向上述搅拌后的混砂机中加入150g环氧树脂E-51，以4000r/min进行搅拌，在搅拌的同时滴加90g上述备用的酚醛树脂乙醇溶液，控制在1h滴完，滴加结束后加入3g二溴甲苯缩水甘油醚，以1500r/min转速搅拌混合40min，搅拌后冷却至室温，卸砂，即可得到耐高温抗裂覆膜砂。
本实例操作简便，使用时，首先将40kg本发明制得的耐高温抗裂覆膜砂倒入摇摆式壳芯机的砂斗中，并将射砂孔与芯盒模具进砂孔位置对准，随后将芯盒模具预热至250℃，再将本发明覆膜砂注入芯盒模具中，控制射砂压力为0.3MPa，射砂时间一般控制在7s，覆膜砂壳厚度为8mm，使覆膜砂紧密地充填芯盒，待射砂结束后，静置结壳处理，结壳时间为40s，在结壳阶段结束后，将芯盒模具的射砂口朝下，以 45°角的幅度左右摇摆，倒掉未结壳的余砂，再将芯盒模具中的砂芯静置，硬化处理90s，同时控制模具温度为280℃，最后待硬化结束后静置冷却至室温，脱模取出砂芯即可。经检测，本发明制得的耐高温抗裂覆膜砂发气量低、耐高温性能较好，其发气量为3.9mL/g，常温抗拉强度为8MPa，热态抗拉强度为3.2MPa，耐高温温度达210℃，耐热时间延长至230s，且具有较好的材料协调度，在铸造结构比较复杂的铸件时，破裂率仅为2%。
实例3
首先分别称取500g石英砂、5g硅藻土、6g碳化硅、10g涤纶纤维和60g废弃陶瓷，加入球磨机中球磨4h后过320目筛，得混合粉末，再称取100g糯米加入到1000g水中，混合后移入打浆机中，以20000r/min转速打浆20min，打浆后过240目，得浆液，按质量比1:5将混合粉末和浆液混合后进行湿法球磨60min，球磨后出料，冷冻干燥后过220目筛，得干燥粉末，备用；随后分别称取100g质量分数为37%甲醛溶液和150g苯酚加入四口烧瓶中，随后加入3g草酸，混合后将四口烧瓶移入油浴锅中，升温至110℃，搅拌反应3h，反应结束后冷却至80℃，按质量比1:4将四口烧瓶中的物料和无水乙醇混合，搅拌混合均匀后得酚醛树脂乙醇溶液，备用；再分别称取400g上述备用的干燥粉末、15g石膏粉、3g硅烷偶联剂KH-550、15g二甲基硅油，依次加入到混砂机中，加热至200℃后以2000r/min转速搅拌混合30min，混合后冷却至110℃，加入15g质量分数20%乌洛托品溶液，继续搅拌混合2h；最后向上述搅拌后的混砂机中加入200g环氧树脂E-51，以5000r/min进行搅拌，在搅拌的同时滴加100g上述备用的酚醛树脂乙醇溶液，控制在2h滴完，滴加结束后加入4g二溴甲苯缩水甘油醚，以2000r/min转速搅拌混合50min，搅拌后冷却至室温，卸砂，即可得到耐高温抗裂覆膜砂。
本实例操作简便，使用时，首先将50kg本发明制得的耐高温抗裂覆膜砂倒入摇摆式壳芯机的砂斗中，并将射砂孔与芯盒模具进砂孔位置对准，随后将芯盒模具预热至300℃，再将本发明覆膜砂注入芯盒模具中，控制射砂压力为0.4MPa，射砂时间一般控制在10s，覆膜砂壳厚度为10mm，使覆膜砂紧密地充填芯盒，待射砂结束后，静置结壳处理，结壳时间为60s，在结壳阶段结束后，将芯盒模具的射砂口朝下，以 45°角的幅度左右摇摆，倒掉未结壳的余砂，再将芯盒模具中的砂芯静置，硬化处理100s，同时控制模具温度为300℃，最后待硬化结束后静置冷却至室温，脱模取出砂芯即可。经检测，本发明制得的耐高温抗裂覆膜砂发气量低、耐高温性能较好，其发气量为4.3mL/g，常温抗拉强度为9MPa，热态抗拉强度为3.6MPa，耐高温温度达215℃，耐热时间延长至235s，且具有较好的材料协调度，在铸造结构比较复杂的铸件时，破裂率仅为3%。