本发明公开了一种热稳定型覆膜砂的制备方法，属于建筑材料技术领域。
背景技术：
覆膜砂砂粒表面在造型前即覆有一层固体树脂膜的型砂或芯砂。覆膜砂主要采用优质精选天然石英砂为原砂，热塑性酚醛树脂，乌洛托品及增强剂为原料。根据用户的不同技术需求，在固化速度、脱膜性、流动性、溃散性、铸件表面光洁度、储存等方面适当调整配比。有冷法和热法两种覆膜工艺：冷法用乙醇将树脂溶解，并在混砂过程中加入乌洛托品，使二者包覆在砂粒表面，乙醇挥发，得覆膜砂；热法把砂预热到一定温度，加树脂使其熔融，搅拌使树脂包覆在砂粒表面，加乌洛托品水溶液及润滑剂，冷却、破碎、筛分得覆膜砂。
覆膜砂工艺过程是将粉状的热固性酚醛树脂与原砂机械混合，加热时固化。后发展成用热塑性酚醛树脂加潜伏性固化剂（乌洛托品）和润滑剂通过一定的覆膜工艺配制成覆膜砂，当覆膜砂受热时包覆在砂粒表面的树脂熔融，在乌洛托品分解出的亚甲基的作用下，熔融的树脂由线性结构迅速转变成不熔融的体型结构，从而使覆膜砂固化成型。中国的覆膜砂技术始于20世纪50年代中期，进入80年代，由于汽车工业的迅速发展和机械产品出口的需要，对铸件的质量提出了更高的要求，从而促进了覆膜砂生产和应用技术的快速发展。伴随发动机技术的进步，近年出现的一些新型缸体，携带工艺难度较大的结构。比如水腔侧面没有出砂孔，油道腔贯通整个缸体而且曲率大，水腔内有窄细过水结构，甚至出现了缸筒、缸盖一体化铸造的铸件。
通过传统工艺制备的覆膜砂在被用于铸造生产中制芯时，流动性差，导致它容易在铸件上粘砂，由于在高温时的热稳定性差，使其在浇注生产铸件的过程中无法抵抗砂芯因膨胀产生的热应力，导致砂芯开裂金属液渗入使铸件产生裂纹。
因此，发明一种热稳定性好且流动性好的热稳定型覆膜砂对建筑材料技术领域具有积极意义。
技术实现要素：
本发明主要解决的技术问题，针对目前市面上存在的覆膜砂流动性差，导致它容易在铸件上粘砂，并且覆膜砂的热稳定性差，使其在浇注生产铸件的过程中无法抵抗砂芯因膨胀产生的热应力，导致砂芯开裂金属液渗入使铸件产生裂纹的缺陷，提供了一种热稳定型覆膜砂的制备方法。
为了解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案是：
一种热稳定型覆膜砂的制备方法，其特征在于具体制备步骤为：
（1）将石英砂放入粉碎机中粉碎后过100目筛，收集过筛粉末，得到粉碎石英砂，备用；
（2）将甲基三甲氧基硅烷、二氨基二苯砜、蒸馏水混合后倒入回流装置中，在温度为60～70℃的条件下，搅拌回流4～5h后倒入反应釜中，在温度为140～150℃的条件下，搅拌反应2～3h，得到混合物；
（3）向上述混合物中加入异辛酸锌，搅拌30～40min后冷却至室温，即得甲基苯基硅树脂，备用；
（4）将脂肪酸、间苯二甲酸、乙二醇、二甲苯倒入四口烧瓶中，并向四口瓶中通入氮气直至置换出所有空气，在氮气的保护下，加热升温至120～150℃，得到醇酸树脂；
（5）将备用甲基苯基硅树脂与上述醇酸树脂混合后倒入反应釜中，在温度为100～110℃的条件下，搅拌反应2～3h，得到改性硅树脂；
（6）将备用粉碎石英砂放入反应釜中，在温度为130～150℃的条件下，搅拌反应1～2h后得到预热石英砂，将预热石英砂、上述改性硅树脂、硅油倒入反应釜中，在温度为130～150℃的条件下，搅拌反应30～60min后停止加热，得到混合液，再向反应釜中加入混合液质量30～40%的硬脂酸镁，搅拌25～35min后，冷却至室温，即得热稳定型覆膜砂。
步骤（1）所述的粉碎时间为45～60min。
步骤（2）所述的甲基三甲氧基硅烷、二氨基二苯砜、蒸馏水的质量比为13︰7︰13。
步骤（3）所述的异辛酸锌的质量为混合物质量的2～4%。
步骤（4）所述的脂肪酸、间苯二甲酸、乙二醇、二甲苯的质量比为2︰2︰3︰2。
步骤（5）所述的备用甲基苯基硅树脂与上述醇酸树脂的质量比为1︰1。
步骤（6）所述的预热石英砂、上述改性硅树脂、硅油的质量比为2︰1︰1。
本发明的有益效果是：
（1）本发明首先以石英砂为原料，使其粉碎过筛得到过筛粉末，再以甲基三甲氧基硅烷、二氨基二苯砜、蒸馏水为原料，加入异辛酸锌作为固化剂，合成甲基苯基硅树脂，以脂肪酸、间苯二甲酸、乙二醇、二甲苯为原料，在氮气的保护下加热合成醇酸树脂，将甲基苯基硅树脂与醇酸树脂通过加热脱水反应而结合在一起，得到改性硅树脂，把石英砂预热到一定温度后，加入改性硅树脂使其熔融，搅拌使改性硅树脂包覆在砂粒表面，硬脂酸镁和硅油分开加入进行搅拌，得到热稳定型覆膜砂，本发明首先以石英砂为原料，使其粉碎过筛得到过筛粉末，再以甲基三甲氧基硅烷、二氨基二苯砜、蒸馏水为原料，加入异辛酸锌作为固化剂，合成甲基苯基硅树脂，甲基苯基硅树脂是一种耐高温的热固性树脂，由于其si-o-si键的键能非常高，破坏主链结构所需能量远高于其他树脂的c-c主链结构，因此它具有优异的耐热性，甲基苯基硅树脂受热之后会形成交联度更高的si-o-si键，阻止主链受热断裂降解，并且在表面形成一层含有大量si-o-si键的保护层，以减少高温对其影响，从而提高硅树脂的热稳定性，硅树脂的链段中不存在双键、三键等不饱和键，使得其不易吸收紫外线以及不易被臭氧氧化而导致老化，其耐候性强，因此以它为原料制备得到的覆膜砂具有优异的热稳定性；
（2）本发明以脂肪酸、间苯二甲酸、乙二醇、二甲苯为原料，在氮气的保护下加热合成醇酸树脂，醇酸树脂具有良好的柔韧性、附着力和物理机械性能，并且来源广泛、价格低廉，甲基苯基硅树脂与醇酸树脂在高温条件下脱水反应得到改性硅树脂，该改性硅树脂在具备硅树脂性质的同时，也具有醇酸树脂的性质，改性树脂的耐水性和耐热性提升、附着力增强，使其牢牢附着在砂粒表面，使得本发明制得的覆膜砂的热稳定性提升，把石英砂预热到一定温度后，加入改性树脂使其熔融，通过搅拌使得改性硅树脂包覆在砂粒表面，硬脂酸镁和硅油分开加入进行搅拌，保证了覆膜砂的流动性，具有广阔的应用前景。
具体实施方式
将石英砂放入粉碎机中，粉碎45～60min后过100目筛，收集过筛粉末，得到粉碎石英砂，备用；将甲基三甲氧基硅烷、二氨基二苯砜、蒸馏水按质量比为13︰7︰13混合后倒入回流装置中，在温度为60～70℃的条件下，搅拌回流4～5h后倒入反应釜中，在温度为140～150℃的条件下，搅拌反应2～3h，得到混合物；向上述混合物中加入混合物质量2～4%的异辛酸锌，搅拌30～40min后冷却至室温，即得甲基苯基硅树脂，备用；将脂肪酸、间苯二甲酸、乙二醇、二甲苯按质量比为2︰2︰3︰2倒入四口烧瓶中，并向四口烧瓶中通入氮气直至置换出所有空气，在氮气的保护下，加热升温至120～150℃，得到醇酸树脂；将备用甲基苯基硅树脂与上述醇酸树脂按质量比为1︰1混合后倒入反应釜中，在温度为100～110℃的条件下，搅拌反应2～3h，得到改性硅树脂；将备用粉碎石英砂放入反应釜中，在温度为130～150℃的条件下，搅拌反应1～2h后得到预热石英砂，将预热石英砂、上述改性硅树脂、硅油按质量比为2︰1︰1倒入反应釜中，在温度为130～150℃的条件下，搅拌反应30～60min后停止加热，得到混合液，再向反应釜中加入混合液质量30～40%的硬脂酸镁，搅拌25～35min后，冷却至室温，即得热稳定型覆膜砂。
实例1
将石英砂放入粉碎机中，粉碎45min后过100目筛，收集过筛粉末，得到粉碎石英砂，备用；将甲基三甲氧基硅烷、二氨基二苯砜、蒸馏水按质量比为13︰7︰13混合后倒入回流装置中，在温度为60℃的条件下，搅拌回流4h后倒入反应釜中，在温度为140℃的条件下，搅拌反应2h，得到混合物；向上述混合物中加入混合物质量2%的异辛酸锌，搅拌30min后冷却至室温，即得甲基苯基硅树脂，备用；将脂肪酸、间苯二甲酸、乙二醇、二甲苯按质量比为2︰2︰3︰2倒入四口烧瓶中，并向四口烧瓶中通入氮气直至置换出所有空气，在氮气的保护下，加热升温至120℃，得到醇酸树脂；将备用甲基苯基硅树脂与上述醇酸树脂按质量比为1︰1混合后倒入反应釜中，在温度为100℃的条件下，搅拌反应2h，得到改性硅树脂；将备用粉碎石英砂放入反应釜中，在温度为130℃的条件下，搅拌反应1h后得到预热石英砂，将预热石英砂、上述改性硅树脂、硅油按质量比为2︰1︰1倒入反应釜中，在温度为130℃的条件下，搅拌反应30min后停止加热，得到混合液，再向反应釜中加入混合液质量30%的硬脂酸镁，搅拌25min后，冷却至室温，即得热稳定型覆膜砂。
实例2
将石英砂放入粉碎机中，粉碎50min后过100目筛，收集过筛粉末，得到粉碎石英砂，备用；将甲基三甲氧基硅烷、二氨基二苯砜、蒸馏水按质量比为13︰7︰13混合后倒入回流装置中，在温度为65℃的条件下，搅拌回流4.5h后倒入反应釜中，在温度为145℃的条件下，搅拌反应2.5h，得到混合物；向上述混合物中加入混合物质量3%的异辛酸锌，搅拌35min后冷却至室温，即得甲基苯基硅树脂，备用；将脂肪酸、间苯二甲酸、乙二醇、二甲苯按质量比为2︰2︰3︰2倒入四口烧瓶中，并向四口烧瓶中通入氮气直至置换出所有空气，在氮气的保护下，加热升温至140℃，得到醇酸树脂；将备用甲基苯基硅树脂与上述醇酸树脂按质量比为1︰1混合后倒入反应釜中，在温度为105℃的条件下，搅拌反应2.5h，得到改性硅树脂；将备用粉碎石英砂放入反应釜中，在温度为140℃的条件下，搅拌反应1.5h后得到预热石英砂，将预热石英砂、上述改性硅树脂、硅油按质量比为2︰1︰1倒入反应釜中，在温度为140℃的条件下，搅拌反应40min后停止加热，得到混合液，再向反应釜中加入混合液质量35%的硬脂酸镁，搅拌30min后，冷却至室温，即得热稳定型覆膜砂。
实例3
将石英砂放入粉碎机中，粉碎60min后过100目筛，收集过筛粉末，得到粉碎石英砂，备用；将甲基三甲氧基硅烷、二氨基二苯砜、蒸馏水按质量比为13︰7︰13混合后倒入回流装置中，在温度为70℃的条件下，搅拌回流4～5h后倒入反应釜中，在温度为150℃的条件下，搅拌反应3h，得到混合物；向上述混合物中加入混合物质量4%的异辛酸锌，搅拌40min后冷却至室温，即得甲基苯基硅树脂，备用；将脂肪酸、间苯二甲酸、乙二醇、二甲苯按质量比为2︰2︰3︰2倒入四口烧瓶中，并向四口烧瓶中通入氮气直至置换出所有空气，在氮气的保护下，加热升温至150℃，得到醇酸树脂；将备用甲基苯基硅树脂与上述醇酸树脂按质量比为1︰1混合后倒入反应釜中，在温度为110℃的条件下，搅拌反应3h，得到改性硅树脂；将备用粉碎石英砂放入反应釜中，在温度为150℃的条件下，搅拌反应2h后得到预热石英砂，将预热石英砂、上述改性硅树脂、硅油按质量比为2︰1︰1倒入反应釜中，在温度为150℃的条件下，搅拌反应60min后停止加热，得到混合液，再向反应釜中加入混合液质量40%的硬脂酸镁，搅拌35min后，冷却至室温，即得热稳定型覆膜砂。
对比例
以深圳某公司生产的热稳定型覆膜砂作为对比例对本发明制得的热稳定型覆膜砂和对比例中的热稳定型覆膜砂进行性能检测，检测结果如表1所示：
测试方法：
抗拉强度和抗弯强度测试按jbt8583-2008标准进行检测。
热膨胀率测试按《特种铸造及有色合金》试验标准进行检测。
耐高温性测试：将实例1～3和对比例中的覆膜砂放置于1200℃的高温下，6秒后测得高温强度并测得各覆膜砂的破损时间即耐温耐热时间。
发气量和灼减量测试按行业标准《铸造用覆膜砂》采用铸造造型材料发气量测试仪进行检测。
表1覆膜砂性能测定结果
根据上述检测数据可知本发明的热稳定型覆膜砂强度高，在高温环境下抗拉强度和抗弯强度高，热膨胀率低，耐高温性好，流动性好、易充型、可防止铸件粘砂、产生裂纹，具有广阔的应用前景。