一种阻燃耐热型覆膜砂及制备方法技术

本发明专利技术属于铸造材料领域，具体涉及一种阻燃耐热型覆膜砂及制备方法。所述阻燃耐热型覆膜砂，包括如下原料：硅砂、高分子树脂、固化剂、润滑剂和阻燃剂；其中：以重量计算，所述硅砂为100重量份，所述高分子树脂占所述硅砂的重量比为1～3％，所述固化剂占所述高分子树脂的重量比为12～17％，所述润滑剂占所述高分子树脂的重量比为5～7％，所述阻燃剂占所述高分子树脂的重量比为8～12％。所述制备方法将各原料组分进行科学配比，当高温金属液在注入型腔后，使用本发明专利技术覆膜砂制作的砂芯能够延缓砂芯升温以及减轻树脂受热分解，同时可吸收树脂分解的气体，解决传统硅砂耐火度低和覆膜砂不能用于大型铸钢件的技术瓶颈。用于大型铸钢件的技术瓶颈。用于大型铸钢件的技术瓶颈。

【技术实现步骤摘要】
一种阻燃耐热型覆膜砂及制备方法


[0001]本专利技术属于铸造材料领域，具体涉及一种阻燃耐热型覆膜砂及制备方法。

技术介绍

[0002]铸造是金属零部件的主要成型工艺，是强基工程的重要组成部分。我国是铸造大国，受益于装备制造业对铸件市场的庞大需求，2022年我国铸件总产量达5000万吨。在海洋船舶装备、风电设备等领域，轮毂和主机架作为海上风电机组的核心部件，其产品结构复杂，轮廓尺寸高大，单件最大重量达几十吨，各项性能指标要求十分严格，因而优异的造型材料是铸件生产的关键。
[0003]在大型铸件浇注时，砂芯会受到高温金属液凝固时的潜热释放，由此也产生了对砂芯持续加热的效应，且在较短时间内，靠近金属液的砂芯温度会从常温迅速上升到600℃以上，这时包覆在砂表面有机物树脂，因受热迅速分解，从而降低砂粒之间的粘结强度，砂粒和未凝固的金属液相互融合，造成铸件粘砂，无法满足大型铸钢件的要求。
[0004]因此，开发新型耐热性覆膜砂制备砂芯已经成为日益迫切的需求，故提出本专利技术技术方案。

技术实现思路

[0005]为了解决现有技术存在的问题，本专利技术提供了一种阻燃耐热型覆膜砂及制备方法。所述制备方法将各原料组分进行科学配比，当高温金属液在注入型腔后，使用本专利技术覆膜砂制作的砂芯能够延缓砂芯升温以及减少树脂受热分解，同时可吸收树脂分解的气体，解决传统硅砂耐火度低和覆膜砂不能用于大型铸钢件的问题。
[0006]本专利技术的方案是提供一种阻燃耐热型覆膜砂，包括如下原料：硅砂、高分子树脂、固化剂、润滑剂和阻燃剂；其中：
[0007]以重量计算，所述硅砂为100重量份，所述高分子树脂占所述硅砂的重量比为1～3％，所述固化剂占所述高分子树脂的重量比为12～17％，所述润滑剂占所述高分子树脂的重量比为5～7％，所述阻燃剂占所述高分子树脂的重量比为8～12％。
[0008]本专利技术对各原料的含量进行了深入研究，其中：当阻燃剂加入量过多时，释放的水汽、CO2会比较高，易导致铸件形成气孔的风险增加；当加入量过少时，则会使得阻燃效果有限，经过多次验证实验，最佳范围占高分子树脂重量的8～12％。
[0009]高分子树脂量占比硅砂重量为1～3％，固化剂的有效含量是和高分子树脂含量是有一定比例关系，固化剂最佳配比是树脂量的12～17％。经专利技术人反复验证，固化剂过量会造成过固化，砂芯发脆；固化剂加入量偏低，则会导致部分树脂欠固化，导致强度低。
[0010]润滑剂含量是高分子树脂的5～7％，润滑剂加入量偏低，导致覆膜砂的流动性差，不能有效的填充；润滑剂加入量偏高，急剧增加覆膜砂中的灰分，会造成强度衰退。
[0011]优选地，所述高分子树脂为酚醛树脂或环氧树脂。
[0012]优选地，所述固化剂为六亚甲基四胺。
[0013]优选地，所述润滑剂为硬脂酸钙。
[0014]优选地，所述阻燃剂为水滑石。其化学式为：Mg6Al2(OH)
16
CO3·
4H2O，水滑石加热到一定温度会发生分解，热分解过程包括脱层间水，脱碳酸根离子和层板羟基脱水等。
[0015]基于相同的技术构思，本专利技术的再一方案是提供一种阻燃耐热型覆膜砂的制备方法，所述制备方法包括如下步骤：
[0016](1)将所述硅砂先进行加热，再与所述高分子树脂混合，利用硅砂的温度将高分子树脂熔化，使其均匀地包覆在硅砂表面，得到第一混合物；
[0017](2)将所述固化剂与水混合，得到固化剂水溶液；再将所述固化剂水溶液加入至所述第一混合物中搅拌均匀，此时，固化剂均匀地包覆在高分子树脂表面，得到第二混合物；
[0018](3)将所述阻燃剂加入至所述第二混合物中混制，混制完成后，阻燃剂均匀地包覆在固化剂表面；随后再加入所述润滑剂搅拌均匀，使润滑剂包覆在阻燃剂表面，最后冷却后包装即可，得到的阻燃耐热型覆膜砂为多层包覆结构。
[0019]优选地，步骤(1)中，所述加热的温度为130～160℃。
[0020]优选地，步骤(3)中，所述混制的时间为10～15s。
[0021]经专利技术人反复验证，在制备过程中，高分子树脂、固化剂、润滑剂和阻燃剂目数越细，越能均匀的包覆在硅砂表面，且对砂芯强度影响降到最低，通常目数＞800目；但是目数超过一定细度时，在实际混砂过程中，这些细粉会随着混砂机叶轮扬起来，很难被包覆在砂粒表面了，通过反复验证，最佳的目数是800～1500目。
[0022]为便于理解本专利技术，对本专利技术阻燃耐热型覆膜砂颗粒的结构、制备过程的各阶段及实际浇注过程进行说明：
[0023]高分子树脂在融化状态下可以直接包覆在砂粒表面，树脂在未完全冷却物理固化之前，后续的各种材料，才能吸附在砂粒上。
[0024]固化剂膜紧挨着树脂膜，在制芯时让树脂能够充分固化，使砂粒之间形成稳定的连接桥，也是形成耐热骨架，从而更好的让砂粒之间粘结成固定形状。
[0025]阻燃剂膜是为了保护树脂和固化剂不被灼烧掉，所以位于第4层。
[0026]润滑剂膜的主要作用，就是在制芯的时候，让砂粒填充模腔，提高散砂之紧实度，砂芯更加致密，提高砂粒之间的连接桥数量，从而提高强度和耐热性。当制芯温度超过140℃，润滑剂就直接分解了，对后续没有任何作用，也不会产生恶劣影响。
[0027]在润滑剂分解后，砂芯在金属液浇注时，裸露的阻燃剂膜就起到阻燃效果。
[0028](I)覆膜阶段：
[0029]本专利技术所述的阻燃剂加热温度低于200℃时，仅失去自由水分，对其结构并无影响。
[0030]在覆膜砂制备过程中，加入阻燃剂混砂的温度约为100～130℃，此温度下仅会让水滑石中的自由水蒸发，不破坏阻燃剂自身特性，也不会对覆膜砂的生产和使用工艺产生不利因素。另外，水滑石具有颗粒小、比表面积大的特点，覆膜后亦具备较强的稳定性，且不会降低砂粒之间的连接桥强度。
[0031](II)制芯阶段：
[0032]制芯温度为200～250℃，此时阻燃剂的结构相对稳定，只是失去部分水分，说明在制芯阶段，不会对水滑石的性能产生不利影响，为后续浇注阶段的效果发挥，创造积极条
件。
[0033](III)浇注阶段：
[0034]浇注伊始，砂芯被注入金属液(其温度为1400～1550℃)时，砂芯的温度会迅速上升。
[0035]当砂芯温度到250～450℃时，阻燃剂会有少量CO2生成，该CO2能阻止高温金属液对高分子树脂的氧化。
[0036]当砂芯温度到450～600℃时，碳酸根离子消失，会完全转变为CO2，生成双金属复合氧化物(LDO)，并释放CO2阻止燃烧分解特性，从而阻止高温金属液对包覆在砂粒表面树脂膜的燃烧，继续保持砂芯的尺寸精度，从而解决砂芯提前溃散、开裂的问题。
[0037]当砂芯温度到超过600℃时，阻燃剂则分解形成的金属氧化物开始烧结，致使表面积降低，孔体积减小，通常形成尖晶石MgAl2O4和MgO。而MgAl2O4和MgO又是典型本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种阻燃耐热型覆膜砂，其特征在于，包括如下原料：硅砂、高分子树脂、固化剂、润滑剂和阻燃剂；其中：以重量计算，所述硅砂为100重量份，所述高分子树脂占所述硅砂的重量比为1～3％，所述固化剂占所述高分子树脂的重量比为12～17％，所述润滑剂占所述高分子树脂的重量比为5～7％，所述阻燃剂占所述高分子树脂的重量比为8～12％。2.根据权利要求1所述阻燃耐热型覆膜砂，其特征在于，所述高分子树脂为酚醛树脂或环氧树脂。3.根据权利要求1所述阻燃耐热型覆膜砂，其特征在于，所述固化剂为六亚甲基四胺。4.根据权利要求1所述阻燃耐热型覆膜砂，其特征在于，所述润滑剂为硬脂酸钙。5.根据权利要求1所述阻燃耐热型覆膜砂，其特征在于，所...

【专利技术属性】
技术研发人员：尹海军，包羽冲，唐品，王梓鑫，刘承翔，
申请(专利权)人：南阳仁创再生资源有限公司，
类型：发明
国别省市：