本发明涉及型壳制备。具体地说是一种纤维复合型壳背层涂料的制备方法。
背景技术：
1、近年来，由于熔模铸造具有铸件尺寸精确、表面光滑、不受合金材料限制等优点，能够适用复杂形状铸件的制造，而被广泛地应用于航天、航空、汽车以及兵器等领域。在实际生产中，型壳的品质是影响铸件质量的关键因素。型壳一般包括面层、过渡层和背层，不同型壳层其性能要求不同，其中背层不与金属液接触，主要用于保证型壳具有良好的强度和抗变形能力。型壳一般是由耐火材料、粘结剂和助剂组成，经浸涂料、撒砂、干燥、硬化、脱蜡、焙烧等工序制备得到。常用的粘结剂主要有水玻璃、硅溶胶和硅酸乙酯三种，其中硅溶胶由于具有较好的高温焙烧强度，成为目前应用最多的粘结剂。
2、对于型壳背层而言，采用硅溶胶型型壳背层涂料制备的型壳通常具有湿强度(常温强度)较低的缺点，因而通过采用增加型的厚度的方式来提高硅溶胶型壳湿强度。但型壳厚度的增加会使其导热性降低，使得铸件散热困难从而导致铸件组织粗大、性能下降。因此采用钢纤维作为增强相加入到型壳背层涂料中，在提高型壳强度的基础上改善型壳的导热能力。
3、由于钢纤维采用“集束拉拔法”生产，纤维整体呈圆柱形，但表面受到其它纤维挤压具有不规则凹槽。同时为了避免拉拔过程中纤维发生粘接，表面涂敷有有机溶剂。因此，钢纤维不易与硅溶胶润湿，再加上其凹槽使得表面具有较大的摩擦力，使得纤维之间易缠结难分散进而导致纤维对型壳背层湿强度的增强效果被严重削弱。
技术实现思路
1、为此，本发明所要解决的技术问题在于提供一种纤维复合型壳背层涂料的制备方法，以解决型壳背层涂料制备过程中因纤维易缠结、难分散导致的型壳湿强度增强效果被削弱的问题。
2、为解决上述技术问题，本发明提供如下技术方案：
3、一种纤维复合型壳背层涂料的制备方法，包括如下步骤：
4、步骤a：对纤维进行清洗处理，得到预处理纤维；
5、步骤b：将预处理纤维倒入硅溶胶中，并于超声条件下搅拌，得到硅溶胶分散液；
6、步骤c：向硅溶胶分散液中加入耐火粉料，继续于超声条件下搅拌，得到纤维复合型壳背层涂料。
7、上述纤维复合型壳背层涂料的制备方法，步骤b中，预处理纤维的加入量为硅溶胶质量的0.10-0.15wt％；硅溶胶中二氧化硅的含量为20-30wt％；硅溶胶的ph为9-10；超声频率为28khz，超声功率为600-1000w，超声搅拌时间为0.5-1h。
8、上述纤维复合型壳背层涂料的制备方法，步骤c中硅溶胶分散液与耐火粉料的质量之比为1:1-1.5。
9、上述纤维复合型壳背层涂料的制备方法，步骤c中的耐火粉料由80～100重量份的莫来石粉、15～20重量份的熔融石英粉和5～15重量份的锆英粉组成；耐火粉料过200目筛。
10、上述纤维复合型壳背层涂料的制备方法，步骤a中除清洗之外，还包括如下预处理步骤：
11、步骤(a-1)：将钢纤维置于氢氧化钠溶液中浸泡，浸泡结束后用清水洗涤钢纤维至其洗涤液为中性，将洗涤后的钢纤维进行干燥；
12、步骤(a-2)：将干燥后的钢纤维加入到水性聚氨酯中并搅拌，使得钢纤维表面被水性聚氨酯完全浸没，得到浸渍体系a；
13、步骤(a-3)：在搅拌状态下向浸渍体系a中加入碳酸锆铵溶液搅拌混匀，得到浸渍体系b；
14、步骤(a-4)：将钢纤维从浸渍体系b中取出沥干，置于干燥箱中干燥，即得到预处理钢纤维。
15、上述纤维复合型壳背层涂料的制备方法，步骤(a-1)中，氢氧化钠溶液中氢氧化钠的质量分数为10-20wt％，浸泡时间为30-60min；钢纤维长度为2-5mm，直径为5-10μm。
16、上述纤维复合型壳背层涂料的制备方法，步骤(a-2)中，水性聚氨酯为羧酸型聚氨酯树脂分散液或羧酸型聚氨酯树脂乳液；水性聚氨酯中羧酸型聚氨酯树脂的质量分数为50-60wt％；羧酸型聚氨酯树脂中羧基的质量分数为3-5wt％。
17、上述纤维复合型壳背层涂料的制备方法，步骤(a-2)中，钢纤维与水性聚氨酯的质量之比为1:1-2；步骤(a-3)中加入的碳酸锆铵溶液与步骤(a-2)中的水性聚氨酯的体积之比为1:40-60。
18、上述纤维复合型壳背层涂料的制备方法，步骤(a-3)中，碳酸锆铵溶液中碳酸锆铵的质量分数为10-15wt％。
19、上述纤维复合型壳背层涂料的制备方法，步骤(a-4)中，干燥温度为40-60℃，干燥时间为2-3h。
20、本发明的技术方案取得了如下有益的技术效果：
21、1、采用本发明的方法制备的纤维复合型壳背层涂料，其纤维分散性好，能够避免因纤维在涂料中团聚导致的纤维对型壳湿强度增强效果被削弱的问题。采用本发明的纤维复合型壳背层涂料制备型壳，能够使得型壳的湿强度得到显著提高。
22、2、本发明通过对钢纤维进行预处理，改善钢纤维表面的亲水性，使其在硅溶胶中更易分散。采用在钢纤维表面包覆一层羧酸型聚氨酯膜，不但能够有效提高钢纤维的亲水性，而且能够将钢纤维表面因生产中受到其它纤维挤压产生的不规则凹槽填充，使得钢纤维表面更加光滑平整，降低钢纤维表面的摩擦力，改善钢纤维之间易团聚的现象。
23、3、本发明对钢纤维进行预处理时，选择羧基的质量分数为3-5wt％的羧酸型聚氨酯树脂乳液和碳酸锆铵为原料，在钢纤维表面进行成膜反应，能够在钢纤维表面获得具有更好亲水性的覆膜，同时覆膜的形成有效增大了钢纤维的表面积，一定程度地降低了钢纤维的密度，有效防止钢纤维因密度相对较大而容易在搅拌过程中下沉的现象，使其在超声条件下在更短时间内即可完全分散。
24、4、本发明选择莫来石粉、熔融石英粉和锆英粉的混合作为背层涂料中的耐火材料粉，与使用单一的莫来石粉或莫来石粉与熔融石英粉的混合物作为背层涂料中的耐火粉料相比，能够进一步地提高钢纤维在背层涂料中的分散性以及型壳的湿强度。这可能是因为：当质量分数为3-5wt％的羧酸型聚氨酯树脂和碳酸锆铵在钢纤维表面形成覆膜后，覆膜中阴离子羟基化锆多聚体能够在本发明的超声条件下与锆英粉的主要成分锆硅酸盐形成更强的结合力，使得钢纤维更易于分散到背层涂料中，并使得最终制备的型壳中的钢纤维与耐火粉料结合的更紧密，从而有效提高钢纤维对型壳湿强度增强效果。
1.一种纤维复合型壳背层涂料的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
2.根据权利要求1所述的纤维复合型壳背层涂料的制备方法，其特征在于，步骤b中，预处理纤维的加入量为硅溶胶质量的0.10-0.15wt％；硅溶胶中二氧化硅的含量为20-30wt％；硅溶胶的ph为9-10；超声频率为28khz，超声功率为600-1000w，超声搅拌时间为0.5-1h。
3.根据权利要求1所述的纤维复合型壳背层涂料的制备方法，其特征在于，步骤c中硅溶胶分散液与耐火粉料的质量之比为1:1-1.5。
4.根据权利要求1所述的纤维复合型壳背层涂料的制备方法，其特征在于，步骤c中的耐火粉料由80～100重量份的莫来石粉、15～20重量份的熔融石英粉和5～15重量份的锆英粉组成；耐火粉料过200目筛。
5.根据权利要求1所述的纤维复合型壳背层涂料的制备方法，其特征在于，步骤a中除清洗之外，还包括如下预处理步骤：
6.根据权利要求5所述的纤维复合型壳背层涂料的制备方法，其特征在于，步骤(a-1)中，氢氧化钠溶液中氢氧化钠的质量分数为10-20wt％，浸泡时间为30-60min；钢纤维长度为2-5mm，直径为5-10μm。
7.根据权利要求5所述的纤维复合型壳背层涂料的制备方法，其特征在于，步骤(a-2)中，水性聚氨酯为羧酸型聚氨酯树脂分散液或羧酸型聚氨酯树脂乳液；水性聚氨酯中羧酸型聚氨酯树脂的质量分数为50-60wt％；羧酸型聚氨酯树脂中羧基的质量分数为3-5wt％。
8.根据权利要求5所述的纤维复合型壳背层涂料的制备方法，其特征在于，步骤(a-2)中，钢纤维与水性聚氨酯的质量之比为1:1-2；步骤(a-3)中加入的碳酸锆铵溶液与步骤(a-2)中的水性聚氨酯的体积之比为1:40-60。
9.根据权利要求5所述的纤维复合型壳背层涂料的制备方法，其特征在于，步骤(a-3)中，碳酸锆铵溶液中碳酸锆铵的质量分数为10-15wt％。
10.根据权利要求5所述的纤维复合型壳背层涂料的制备方法，其特征在于，步骤(a-4)中，干燥温度为40-60℃，干燥时间为2-3h。