本发明申请公开了一种具备抗烧结和低膨胀性能的铸造用覆膜砂，包括以下质量份数的原料制备：100份骨料砂、0.8～3.5份树脂、0.2～5份复合添加剂、0～0.5份水、0～1份乌洛托品和0～0.5份钙粉；所述复合添加剂包括按重量份计的以下原料组分：硅微粉100份，超细氧化铝粉1～10份，球形陶瓷粉1～15份，还原性添加剂4～50份，复合高分子材料0.1～10份。本发明的覆膜砂具有较常规覆膜砂更高（更好）的熔点、高温流动性、高温抗压强度、抗结块率、低膨胀率及膨胀行为和耐高温时间等优异性能。
1.一种具备抗烧结和低膨胀性能的铸造用覆膜砂，其特征在于，包括以下质量份数的原料制备：100份骨料砂、0.8～3.5份树脂、0.2～5份复合添加剂、0～0.5份水、0～1份乌洛托品和0～0.5份钙粉；
所述复合添加剂包括按重量份计的以下原料组分：硅微粉100份，超细氧化铝粉1～10份，球形陶瓷粉1～15份，还原性添加剂4～50份，复合高分子材料0.1～10份。
2.根据权利要求1所述的一种具备抗烧结和低膨胀性能的铸造用覆膜砂，其特征在于，所述骨料砂100份、树脂2份、复合添加剂1.2份、水0.1份、乌洛托品0.3份和钙粉0.1份。
3.根据权利要求1所述的一种具备抗烧结和低膨胀性能的铸造用覆膜砂，其特征在于，所述超细氧化铝粉1～8份，球形陶瓷粉2～9份，还原性添加剂5～20份，复合高分子材料0.5～6份。
4.根据权利要求1所述的一种具备抗烧结和低膨胀性能的铸造用覆膜砂，其特征在于，所述复合添加剂采用以下步骤制备：（1）准备工序，准备硅微粉100份，超细氧化铝粉1～10份，球形陶瓷粉1～15份，还原性添加剂4～50份，复合高分子材料0.1～10份，并分别烘干硅微粉、超细氧化铝粉；
（2）筛分，将步骤（1）准备的原料分别筛分，控制硅微粉的粒径为38～110μm，超细氧化铝粉的粒径为40～60μm，球形陶瓷粉的粒径为0.5～100μm，还原性添加剂的粒径为40～80μm，复合高分子材料的粒径为100～180μm；
（3）混料，将上述原料分别装入混粉机，并控制混粉机的转速为8～50r/min，混料5～
（4）破碎、筛分，对步骤（3）混合后的料进行破碎并筛分，控制4目以上小于等于2%，10目以上小于等于10%；
（5）筛分后的筛下部分的原料进行包装即得到复合添加剂成品。
5.根据权利要求1所述的一种具备抗烧结和低膨胀性能的铸造用覆膜砂，其特征在于，所述还原性添加剂包括石墨粉和金属盐类物质的混合物，石墨粉与金属盐类物质的质量比为1:0.5～1:6.5。
6.根据权利要求1所述的一种具备抗烧结和低膨胀性能的铸造用覆膜砂，其特征在于，所述复合高分子材料包括表面活性剂和硅酮的混合物,表面活性剂与硅酮的质量比为50:1～5:1。
7.根据权利要求1-6任一项所述的一种具备抗烧结和低膨胀性能的铸造用覆膜砂，其特征在于，所述复合高分子材料的1%水溶液的pH值3～10。
8.根据权利要求1-6任一项所述的一种具备抗烧结和低膨胀性能的铸造用覆膜砂，其特征在于，所述硅微粉中SiO2的含量大于80%，硅微粉的平均粒径小于75μm。
9.根据权利要求1-6任一项所述的一种具备抗烧结和低膨胀性能的铸造用覆膜砂的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：（1）将100份骨料砂加热至110～230℃；
（2）加入0.8～3.5份树脂，同时加入0.2～5份复合添加剂；
10.根据权利要求9所述的一种具备抗烧结和低膨胀性能的铸造用覆膜砂的制备方法，其特征在于，步骤（1）中加热的温度为128～150℃。
一种具备抗烧结和低膨胀性能的铸造用覆膜砂
技术领域
[0001] 本发明属于覆膜砂技术领域，具体涉及一种具备抗烧结和低膨胀性能的铸造用覆膜砂。
背景技术
[0002] 树脂覆膜砂是铸造行业中的主要辅料之一。铸造过程中使用树脂覆膜砂制备成砂芯、组芯、浇注达到制备铸件的目的。
[0003] 铸造树脂覆膜砂是由耐火骨料和高分子树脂复合而成，制芯时树脂覆膜砂在模具中受热而发生固化反应，将颗粒状的覆膜砂固结成为具有一定形状的砂芯，单个的砂芯被组合或单独使用浇注成为金属铸件。铸件按材质种类不同分为有色金属铸造和黑色金属铸造，有色金属铸造的浇注温度较低，有色金属铸造中的铸铝通常在700℃，铸铜在1250℃左右，而黑色金属铸造中的铸铁浇注温度在1320至1450℃范围，铸钢的浇注温度更高，通常达到1450至1530℃以上，因此，使用树脂覆膜砂作为型砂材料时，就需要具有很好的耐高温性能。
[0004] 黑色金属铸造用树脂覆膜砂的耐高温性能，除具有工程需要的基本特性（即时强度、流动性、熔点、常温强度、发气量和发气速率）之外，还需要具有制备而成的砂芯高温膨胀性较低、高温条件下的树脂热化学反应相对缓慢而至残炭量相对较高、耐高温条件下的抗断裂性、在高温条件下的砂芯完整性、抗高温粘砂、较高的覆膜砂熔点等特性。
[0005] 通常铸造用树脂覆膜砂的高温特性检测方法是，将树脂覆膜砂制成标准试样块，通过测试在1000℃的恒温条件下样块的尺寸变化、样块的热化学反应后的完整性和断裂或破碎所经历的时长来判断，为了达到良好的耐高温性，通常采用具有较高分子量的酚醛树脂、使用具有较高耐火度的骨料（如高硅含量的石英砂、陶粒砂、白刚玉砂、莫来石砂等）以从材料的角度提高其耐高温能力。也有在制备树脂覆膜砂时添加一些具有较骨料略低的一些无机添加剂（如钠长石、钾长石、钙长石、氧化铁粉等等），使用有机的添加材料（如硅烷、阻燃剂、增塑剂等），以实现改善耐高温性能之目的。但是现有方法采用添加无机添加剂或者有机的添加材料后，覆膜砂的耐高温性能仍然不佳。
发明内容
[0006] 本发明的目的在于提供一种具备抗烧结和低膨胀性能的铸造用覆膜砂，本发明的覆膜砂具有较常规覆膜砂更高（更好）的熔点、高温流动性、高温抗压强度、抗结块率、低膨胀率和及膨胀行为和耐高温时间等优异性能。
[0007] 为达到上述目的，本发明的基础方案如下：
[0008] 一种具备抗烧结和低膨胀性能的铸造用覆膜砂，包括以下质量份数的原料制备：100份骨料砂、0.8～3.5份树脂、0.2～5份复合添加剂、0～0.5份水、0～1份乌洛托品和0～
0.5份钙粉；所述复合添加剂包括按重量份计的以下原料组分：硅微粉100份，超细氧化铝粉
1～10份，球形陶瓷粉1～15份，还原性添加剂4～50份，复合高分子材料0.1～10份。
[0009] 本发明还提供了一种具备抗烧结和低膨胀性能的铸造用覆膜砂的制备方法，包括如下步骤：
[0010] （1）将100份砂加热至110～230℃；
[0011] （2）加入0.8～3.5份树脂，同时加入0.2～5份复合添加剂；
[0012] （3）加入0～0.5份水；
[0013] （4）加入0～1份乌洛托品；
[0014] （5）吹风降温40～80s；
[0015] （6）加入0～0.5份钙粉混合均匀后出砂。
[0016] 本方案的树脂覆膜砂中，加入了0.2～5份复合添加剂，能使制备得到的树脂覆膜砂具有以下优点：
[0017] 1、复合添加剂的加入提高了树脂的总体常温膜硬度,降低了覆膜砂粒的相对摩擦系数和受热熔融速率,提高了覆膜砂的熔点和在高温模具中的被送达内腔远端的能力，同时砂芯的紧实性和表面光洁度也得到改善；
[0018] 2、利用该复合添加剂的无机氧化物的配比混合物在受到高温（600-2000℃）作用时的烧结性，使得其高温抗压强度得到提高；
[0019] 3、该复合添加剂的加入提高了树脂的总体常温膜硬度,降低了受热熔融速率,所以制备的树脂覆膜砂具有更好的抗结块性；
[0020] 4、利用复合添加剂具有的还原性组分，能使在受到高温（600-2000℃）时覆膜砂树脂膜热裂解反应减慢；
[0021] 5、添加剂中的石墨具有高传热系数加速了砂芯表面受到的高温快速向砂芯里层传送,降低了砂芯表面的升温速率使得砂芯高温强度衰减变慢且砂芯的膨胀膨胀率下降和膨胀行为发生变化，最大膨胀时间延长，有利于减少膨胀类缺陷发生机率；
[0022] 6、因添加剂中的硅铝氧化物在其他组分的协同下发生热化学反应烧结形成一层无机薄膜，使得树脂碳化损失的高温强度得到补强，同时砂芯在高温环境下承受金属液压力和剪切力的能力大大提高，即树脂覆膜砂砂芯高温变形量减少，同时耐高温性能得到改善。
[0023] 进一步，所述骨料砂100份、树脂2份、复合添加剂1.2份、水0.1份、乌洛托品0.3份和钙粉0.1份。发明人在试验中发现，采用上述配比的组分制备的覆膜砂的综合性能更佳。
[0024] 进一步，所述超细氧化铝粉1～8份，球形陶瓷粉2～9份，还原性添加剂5～20份，复合高分子材料0.5～6份。发明人在试验中发现，采用上述含量范围的复合添加剂，能使制备得到的树脂覆膜砂的性能更优异。
[0025] 进一步，所述复合添加剂采用以下步骤制备：
[0026] （1）准备工序，准备硅微粉100份，超细氧化铝粉1～10份，球形陶瓷粉1～15份，还原性添加剂4～50份，复合高分子材料0.1～10份，并分别烘干硅微粉、超细氧化铝粉；
[0027] （2）筛分，将步骤（1）准备的原料分别筛分，控制硅微粉的粒径为38～110μm，超细氧化铝粉的粒径为40～60μm，球形陶瓷粉的粒径为0.5～100μm，还原性添加剂的粒径为40～80μm，复合高分子材料的粒径为100～180μm；
[0028] （3）混料，将上述原料分别装入混粉机，并控制混粉机的转速为8～50r/min，混料5～120min，混料完成之后进行放料；
[0029] （4）破碎、筛分，对步骤（3）混合后的料进行破碎并筛分，控制4目以上小于等于2%，10目以上小于等于10%；
[0030] （5）筛分后的筛下部分的原料进行包装即得到复合添加剂成品。
[0031] 进一步，所述还原性添加剂包括石墨粉和金属盐类物质的混合物，石墨粉与金属盐类物质的质量比为1:0.5～1:6.5。
[0032] 进一步，所述复合高分子材料包括表面活性剂和硅酮的混合物,表面活性剂与硅酮的质量比为50:1～5:1。
[0033] 进一步，所述复合高分子材料的1%水溶液的pH值3～10。
[0034] 进一步，所述硅微粉中SiO2的含量大于80%，硅微粉的平均粒径小于75μm。
[0035] 进一步，制备方法的步骤（1）中加热的温度为128～150℃。
具体实施方式
[0036] 下面通过具体实施方式进一步详细说明：
[0037] 下面以实施例1为例进行详细说明，其他实施例在表中示出，在表中未示出的部分与实施例1相同。
[0038] 本发明的发明人在试验中发现，本发明的覆膜砂抗烧结和低膨胀性能主要是加入了复合添加剂，所以以下的实施例中，主要针对复合添加剂的含量变化进行了对比，除复合添加剂以外的原料组分和处理工艺未进行单独对比，本方案中所公开的各组分含量范围，以及处理工艺参数范围均能够解决本发明的技术问题。
[0039] 以下各实施例中所用的骨料砂可以是原砂、再生砂、宝珠砂、陶粒砂、铬铁矿中的一种或者几种的混合物。
[0040] 实施例1
[0041] 一种具备抗烧结和低膨胀性能的铸造用覆膜砂，包括以下质量份数的原料制备：100份骨料砂、2份树脂、1.2份复合添加剂、0.1份水、0.3份乌洛托品和0.2份钙粉；所述复合添加剂包括按重量份计的以下原料组分：硅微粉100份，超细氧化铝粉1份，球形陶瓷粉1份，还原性添加剂4份，复合高分子材料0.1份。
[0042] 还原性添加剂包括石墨粉和金属盐类物质的混合物，石墨粉与金属盐类物质的质量比为1:0.5～1:6.5，本实施例中石墨粉与金属盐类物质的质量比为1:3。石墨粉包括土狀水墨、鳞片石墨；金属盐类化合物包括碳酸钠、碳酸亚铁、苏打、小苏打、碳酸钙、碳酸氢钙、碳酸镁、碳酸钾以及其他碳酸盐或含有碳酸盐的矿物单独使用或它们的混合物。
[0043] 复合高分子材料包括表面活性剂和硅酮的混合物，表面活性剂与硅酮的质量比为50:1～5:1，本实施例中表面活性剂与硅酮的质量比为10:1。
[0044] 本实施例的具备抗烧结和低膨胀性能的铸造用覆膜砂采用如下步骤制备：
[0045] （1）将100份骨料砂加热至110～230℃，本实施的加热温度为130℃；
[0046] （2）加入2份树脂，同时加入1.2份复合添加剂；
[0047] （3）加入0.1份水；
[0048] （4）加入0.3份乌洛托品；
[0049] （5）吹风降温60秒；
[0050] （6）加入0.2份钙粉混合均匀后出砂。
[0051] 本实施例中，复合添加剂采用以下步骤制备：
[0052] （1）准备工序，准备硅微粉100份，超细氧化铝粉1份，球形陶瓷粉1份，还原性添加剂4份，复合高分子材料0.1份，并分别烘干硅微粉、超细氧化铝粉；
[0053] （2）筛分，将步骤（1）准备的原料分别筛分，控制硅微粉的粒径为38～110μm，超细氧化铝粉的粒径为40～60μm，球形陶瓷粉的粒径为0.5～100μm，还原性添加剂的粒径为40～80μm，复合高分子材料的粒径为100～180μm；
[0054] （3）混料，将上述原料分别装入混粉机，并控制混粉机的转速为8～50r/min，混料5～120min，混料完成之后进行放料；
[0055] （4）破碎、筛分，对步骤（3）混合后的料进行破碎并筛分，控制4目以上小于等于2%，10目以上小于等于10%；
[0056] （5）筛分后的筛下部分的原料进行包装即得到复合添加剂成品。
[0057] 本发明实施例1-6中，复合添加剂中各组分的含量不同，具体如表1所示：
[0058] 表1
[0059]
[0060] 对比例1为未加入覆膜砂用添加剂时制备的覆膜砂，分别检测加入上述各实施例和对比例制备的覆膜砂的即时抗弯、常温抗弯、熔点、高温流动性等性能，得到以下测试结果：
[0061] 表2
[0062]
[0063] 从上表中实施例1～6均为使用了复合添加剂后制备的覆膜砂，对比例1则为未加入复合添加剂时制备的覆膜砂，从测试结果可以看出，实施例1～6中的覆膜砂的常温抗弯、熔点、高温流动性、高温抗压强度、结块率、最大膨胀率、最大膨胀时间和耐高温时间性能均明显优于未加入复合添加剂的性能。
[0064] 以上所述的仅是本发明的实施例，方案中公知的特性等常识在此未作过多描述。应当指出，对于本领域的技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以作出若干变形和改进，这些也应该视为本发明的保护范围，这些都不会影响本发明实施的效果和专利的实用性。本申请要求的保护范围应当以其权利要求的内容为准，说明书中的具体实施方式等记载可以用于解释权利要求的内容。
