一种覆膜复合材料的制备方法

摘要

本发明申请属于机械行业铸造技术型砂技术领域，具体公开了一种覆膜复合材料的制备方法，包括以下步骤：(1)原材料准备，(2)处理树脂，(3)加热原砂，(4)覆膜。与现有技术相比，本制备方法将树脂在于原砂覆膜之前，快速加热熔化成均匀的高分子高温低粘度流态，可大大减少覆膜颗粒材料在制备过程中，效率低、效果差的问题。

权利要求

1.一种覆膜复合材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：(1)原材料准备：准备原砂和树脂，树脂占原砂重量的2％；

(2)处理树脂：采用微波对树脂进行加热，用微波对树脂的集聚体进行照射直至树脂被加热到170-200℃成为粘度在30～1000厘泊的高温低粘度流态，微波总输入功率为5-

100kw，每公斤热塑性树脂消耗微波总功率为0.1～5kwh，每公斤树脂被加热的升温速率为

0.2～5℃/秒；

(3)加热原砂：采用天然气换热器将原砂加热至110-200℃；

(4)覆膜：将处理过的树脂加入加热后的原砂进行覆膜混匀，测砂温在110℃，加入六次甲基四胺水溶液混匀后，再加入隔离剂放砂、过筛，获得覆膜复合材料。

2.如权利要求1所述的一种覆膜复合材料的制备方法，其特征在于，步骤(3)中将原砂加热至110-125℃。

3.如权利要求1所述的一种覆膜复合材料的制备方法，其特征在于，步骤(3)中将原砂加热至180-200℃。

4.如权利要求1所述的一种覆膜复合材料的制备方法，其特征在于，所述树脂包括多种热塑性树脂。

5.如权利要求4所述的一种覆膜复合材料的制备方法，其特征在于，多种热塑性树脂包括纯酚醛树脂、纯环氧树脂、改性酚醛树脂、改性环氧树脂的一种或任意种的混合树脂。

6.如权利要求5所述的一种覆膜复合材料的制备方法，其特征在于，利用微波对树脂加热到粘度在40～400厘泊的高温低粘度流态。

7.如权利要求1-6任一项所述的一种覆膜复合材料的制备方法，其特征在于，微波对树脂进行加热的频率为2400-2500MHz。

8.如权利要求7所述的一种覆膜复合材料的制备方法，其特征在于，微波总输入功率为

8-60kW，每公斤热塑性树脂消耗微波总功率为0.3～3kWh。

说明书

一种覆膜复合材料的制备方法

技术领域

[0001] 本发明属于机械行业铸造技术型砂技术领域，具体公开了一种覆膜复合材料的制备方法。

背景技术

[0002] 现代材料工业技术的快速发展，在各种不同领域中均有大量的复合材料应用，特别是在传统铸造行业与油气田增产技术领域中，大量使用的以各种颗粒和粉体为原砂，与各种有机高分子材料复合制备而成的型芯砂和覆膜支撑剂产品，这类产品通常称之为覆膜颗粒材料，制备覆膜颗粒材料的高分子材料一般选用树脂。

[0003] 覆膜颗粒材料传统的生产方法是将原砂进行升温加热，使得原砂的温度超过拟与其复合加工处理的树脂的玻璃化温度(或软化温度或结晶温度)以上，再将原砂和树脂混合并在机械作用力的作用下，使树脂的温度从加入时的常温玻璃态固体逐渐升温至超过其玻璃化(或软化温度或结晶温度)温度的高温低粘度流态，流态树脂此时将会熔融展开，进而裹覆在原砂的表面完成覆膜过程。通常情况下，生产覆膜砂需要将原砂加热至128～150℃，混砂覆膜需要120秒以上；生产支撑剂需要将原砂加热至230-250℃。

[0004] 在传统的覆膜颗粒材料生产中，通过原砂的温度加热树脂，会导致原砂需要加热到较高温度，其加热要求高；同时，覆膜颗粒材料生产过程中会流失大量的热量，导致能量的浪费；另外，树脂加热效率低，加热不均匀，与原砂覆膜不均，生产的覆膜颗粒材料覆膜效果不佳。

发明内容

[0005] 本发明的目的在提供一种覆膜复合材料的制备方法，以解决覆膜复合材料在生产过程中，效率低、效果差的问题。

[0006] 为了达到上述目的，本发明的基础方案为：一种覆膜复合材料的制备方法，包括以下步骤：

[0007] (1)原材料准备：准备原砂和树脂，树脂占原砂重量的2％；

[0008] (2)处理树脂：采用微波对树脂进行加热，用微波对树脂的集聚体进行照射直至树脂被加热到170-200℃成为粘度在30～1000厘泊的高温低粘度流态，微波总输入功率为5-100kW，每公斤热塑性树脂消耗微波总功率为0.1～5kWh，每公斤树脂被加热的升温速率为
0.2～5℃/秒；

[0009] (3)加热原砂：采用天然气换热器将原砂加热至110-200℃；

[0010] (4)覆膜：将处理过的树脂加入加热后的原砂进行覆膜混匀，测砂温在110℃，加入六次甲基四胺水溶液混匀后，再加入隔离剂放砂、过筛，获得覆膜复合材料。

[0011] 本基础方案的有益效果在于：

[0012] 1、相比传统生产方法，通过制备方法生产覆膜颗粒材料，由于对树脂进行了加热，从而使基原砂加热的温度相比于传统方法低了18～30℃，一方面节省了能量，减少了能量浪费，另一方面也使基料加热的时间缩短，从而使覆膜颗粒材料的加工效率提高。

[0013] 2、将树脂加热熔化至高温低粘度流态，来制备覆膜颗粒材料，比传统方法缩短了40％左右的时间，使覆膜颗粒材料的生产时间大大缩短，生产效率大大提高。

[0014] 3、传统方法生产覆膜颗粒材料，在常温树脂和高温原砂混合过程中，原砂温度大大高于加入的树脂温度，树脂受热熔融过程中产生的各种有机低分子组分，会随混料单元的废气出口向环境排放产生一定程度的污染风险。而本制备方法中，提前将树脂加热，树脂加热期间所产生的各种有机低分子组分废气，可进行专项收集冷凝为液态或固体进行处理，大大降低了覆膜颗粒材料生产过程中造成的污染。

[0015] 4、树脂的低粘度更易实现液固相界面间浸润效果改善，加快树脂裹覆于原砂颗粒表面，在相同的机械剪切力作用下树脂在原砂的外部形成的覆膜裹覆得更紧实；同时，树脂分子间重排空间更大有利于提高树脂微观结晶度使得基料的熔点提高，实际可提高基料熔点1～ 10℃。

[0016] 5、树脂经微波加热成为高温低粘度熔融流变体，可加快裹覆树脂膜的固化效率和预固化度，使得预固化覆膜颗粒材料的抗破碎强度提高、酸溶解度降低、视密度提高、导流能力提高等效果。

[0017] 6、本制备方法中加热树脂，可防止树脂变质，树脂受热均匀，熔化速度较快，使树脂能够形成均匀的高分子熔体，更利于使用本工艺处理的树脂在生产覆膜砂时能够较好的覆膜。

[0018] 与现有技术相比，本制备方法将树脂在与原砂覆膜之前，快速加热熔化成均匀的高分子高温低粘度流态，可大大减少覆膜颗粒材料在制备过程中，效率低、效果差的问题。

[0019] 进一步，步骤(3)中将原砂加热至110-125℃。可通过本制备方法，将覆膜颗粒材料制备成为覆膜砂。

[0020] 进一步，步骤(3)中将原砂加热至180-200℃。可通过本制备方法，将覆膜颗粒材料制备成为支撑剂。

[0021] 进一步，所述树脂包括多种热塑性树脂。

[0022] 采用微波对树脂进行加热，树脂受热均匀，特别是使用多种树脂配合覆膜时的多组分相互熔化可以形成更加均匀的树脂熔体，使得不同种牌号的树脂所具有的表观特性得以归一化，如流动度和聚速不同在传统工艺方法时出现的微观相分离造成的品质稳定性问题得以根本性的解决。

[0023] 进一步，多种热塑性树脂包括纯酚醛树脂、纯环氧树脂、改性酚醛树脂、改性环氧树脂的一种或任意种的混合树脂。这几种树脂为热塑性树脂，易获取较为常用。

[0024] 进一步，利用微波对树脂加热到粘度在40～400厘泊的高温低粘度流态。此条件下，可使加热后的树脂更加均匀。

[0025] 进一步，微波对树脂进行加热的频率为2400-2500MHz。此频率下树脂的共振频率相差小，使树脂微波能量吸收的比较快，从而使树脂的加热效率有效提供。

[0026] 进一步，微波总输入功率为8-60kW，每公斤热塑性树脂消耗微波总功率为0.3～3kWh。可使树脂更为均匀快速的熔化。

具体实施方式

[0027] 下面通过具体实施方式对本发明作进一步详细的说明：

[0028] 实施例1

[0029] 一种覆膜复合材料的制备方法，包括以下步骤：

[0030] (1)原材料准备：准备原砂和树脂，树脂为多种热塑性树脂，其中：

[0031] (聚速为50秒/流动度为15mm的)酚醛树脂一占50％，

[0032] (聚速为30秒/流动度为30mm的)酚醛树脂二占50％；

[0033] 按照两种树脂占原砂重的2％，共称取热塑性树脂颗粒总量为8公斤。

[0034] (2)处理树脂：采用微波对树脂集聚体进行照射，加载于树脂的微波总输入功率为5kW，每公斤热塑性树脂消耗微波总功率为0.1kWh，树脂被微波加热时产生快速升温，升温速率为 0.4℃/秒，微波穿过树脂体时使被照射的树脂集聚体内分子和链接产生超高频相对运动产生大量内能而被加热熔触液化直至树脂加热到170-180℃成为粘度低至30～40厘泊的高温低粘度流态。微波对树脂进行加热的频率为2450MHz。

[0035] (3)加热原砂：采用天然气换热器将原砂加热至110-120℃；

[0036] (4)覆膜：将原砂加热到110-120℃时将已被微波加热的热塑性树脂低温熔体8公斤加入并进行覆膜混匀，测砂温在110℃，加入六次甲基四胺水溶液混匀后加入隔离剂放砂、过筛成品，获得覆膜砂。

[0037] 实施例2

[0038] 与实施例1的不同之处在于，步骤(1)中多种热塑性树脂包括：

[0039] (聚速为80秒/流动度为15mm的)酚醛树脂一占50％，

[0040] (聚速为50秒/流动度为15mm的)酚醛树脂二占30％，

[0041] (聚速为30秒/流动度为30mm的)酚醛树脂三占20％。

[0042] 步骤(2)中树脂加热到180-190℃成为粘度低至40～400厘泊的高温低粘度流态；加载于树脂的微波总输入功率为8kW，每公斤热塑性树脂消耗微波总功率为1.0kWh，树脂被微波加热时产生快速升温，升温速率为1.0℃/秒，微波对树脂进行加热的频率为2500MHz。

[0043] 实施例3

[0044] 与实施例1的不同之处在于，步骤(1)中多种热塑性树脂包括：

[0045] (聚速为120秒/流动度为100mm的)酚醛树脂一占20％，

[0046] (聚速为30秒/流动度为30mm的)酚醛树脂二占70％，

[0047] (聚速为120秒/流动度为100mm的)双酚A改性酚醛树脂三占10％。

[0048] 步骤(2)中树脂加热到190-200℃成为粘度低至400～1000厘泊的高温低粘度流态；加载于树脂的微波总输入功率为60kW，每公斤热塑性树脂消耗微波总功率为3kWh，树脂被微波加热时产生快速升温，升温速率为0.7℃/秒。

[0049] 实施例4

[0050] 与实施例1的不同之处在于，步骤(2)中加载于树脂的微波总输入功率为100kW，每公斤热塑性树脂消耗微波总功率为5kWh，树脂被微波加热时产生快速升温，升温速率为5.0℃ /秒。步骤(3)中将原砂加热至180-200℃。

[0051] 实施例5

[0052] 与实施例1的不同之处在于，步骤(2)采用微波对树脂集聚体进行照射，加载于树脂的微波总输入功率为5kW，每公斤热塑性树脂消耗微波总功率为1kWh，树脂被微波加热时产生快速升温，升温速率为1.5℃/秒，微波穿过树脂体时使被照射的树脂集聚体内分子和链接产生超高频相对运动产生大量内能而被加热熔触液化直至树脂加热到170-180℃成为粘度低至30～40厘泊的高温低粘度流态。微波对树脂进行加热的频率为2450MHz。

[0053] 步骤(4)中将原砂加热到120℃时，将已被微波加热的热塑性树脂低温熔体8公斤加入并进行覆膜混匀，同时加入液体树脂或有机酯等液体添加剂混匀，加入六次甲基四胺水溶液混匀后加入隔离剂放砂、过筛成品，混制总时长为120秒，获得覆膜砂。

[0054] 对比例1

[0055] 与实施例1的不同之处在于，步骤(3)将原砂加热到128-145℃时将准备好的热塑性树脂颗粒8公斤加入并进行覆膜混匀，测砂温在120℃，加冷却水降温至110℃加入六次甲基四胺水溶液混匀后加入隔离剂放砂、过筛成品，获得覆膜砂。

[0056] 对比例2

[0057] 与实施例1的不同之处在于，步骤(2)中调整被微波照射的树脂加热温度控制在170℃以下,使得被微波照射的树脂体变成为粘度低至30厘泊以下的高温低粘度流态；加载于树脂的微波总输入功率为小于5kW，每公斤热塑性树脂消耗微波总功率小于0.1kWh，树脂被微波加热时产生快速升温，升温速率为0.1℃/秒,调整微波对树脂进行加热的频率为
2300MHz。

[0058] 对比例3

[0059] 与实施例1的不同之处在于，步骤(2)中调整被微波照射的树脂加热到200℃以上，使得被微波照射的树脂体变成为粘度低至1000厘泊以上的高温低粘度流态；加载于树脂的微波总输入功率为大于100kW，每公斤热塑性树脂消耗微波总功率大于5kW，升温速率为6℃/ 秒，微波对树脂进行加热的频率为2600MHz。

[0060] 对比例4

[0061] 与实施例1的不同之处在于，采用热固性酚醛树脂。

[0062] 对比例5

[0063] 与实施例1的不同之处在于，不对树脂进行加热。

[0064] 对比例6

[0065] 与实施例1的不同之处在于，步骤(4)中将原砂加热到145℃时将准备好的常温的热塑性树脂颗粒8公斤加入并同时加入液体树脂或有机酯等液体有机物并进行覆膜混匀，测砂温在120℃，加冷却水降温至110℃加入六次甲基四胺水溶液混匀后加入隔离剂，按常规的树脂覆膜砂热法覆膜工艺，总覆膜砂的混砂节拍时间为180秒时放砂、过筛成品，获得覆膜砂。

[0066] 根据实施例1至实施例5，以及对比例1至对比例6的制备方法，制备过程中和制备完成后的一些参数进行记录，参数包括能耗、生产节拍、堆积密度、覆膜砂熔点变化、覆膜砂水分含量变化、覆膜工序废气排放情况，结果如表1所示。

[0067] 表1

[0068]

[0069] 对比结论：

[0070] 1、从实施例1至实施例5与对比例1对比可知，按照本发明制备的覆膜砂其基本特性与传统利用加热原砂所具有的热能熔化热塑性树脂进而实现覆膜目的得到的树脂覆膜砂完全相同，并在改善生产效率、提高设备产出率和缩短生产节拍、提高覆膜砂熔点、覆膜砂水分含量降低、覆膜工序废气排放大幅度降低、覆膜砂结块性明显改善等方面均具有更好的效果。

[0071] 2、从实施例1至实施例5与对比例2对比可知，覆膜砂的制备过程能耗显著降低，生产节拍对比例2没有工程意义。

[0072] 3、从实施例1至实施例5与对比例3对比可知，尽管对比例3树脂熔化较实施例均快很多，但由于微波频率调低，同时因熔化树脂粘度过低，造成树脂覆膜时树脂成膜厚度大大下降致使覆膜效果不好，能耗又很高，因此无工程意义。

[0073] 4、从实施例1至实施例5与对比例4对比可知，对比例4采用热固性酚醛树脂加载微波后树脂在加热过程中已经自固化，因此无工程意义。

[0074] 5、从实施例1至实施例5与对比例5对比可知，树脂不进行加热，在生产覆膜颗粒材料时，将砂温安排在于实例1相同的温度阶段进行覆膜，取得的覆膜砂性能会存在较大的问题，因此，对比例5若要获得满足应用的覆膜砂产品性能，需要将原砂加热至较高的温度，且制备覆膜颗粒材料的生产节拍用时也需要大大增加。

[0075] 6、从实施例1至实施例5与对比例6对比可知，在使用液态树脂和或有机酯类添加剂覆膜时，对比例6与实施例5相对照，在改善生产效率、提高设备产出率和缩短生产节拍、提高覆膜砂熔点、覆膜砂水分含量降低、覆膜工序废气排放大幅度降低、覆膜砂结块性明显改善等方面均具有更好的效果。