覆膜砂的制作方法以及应用研究

陈建国，孟付良，刘明钊

（杭摩科技新材料股份有限公司，浙江湖州313310）

钢铁行业的发展使得覆膜砂的运用变得更加频繁，而覆膜砂本身的质量会对钢铁模型制作质量产生影响，只有高质量的覆膜砂才能够为制作高质量钢铁模型奠定扎实基础，所以覆膜砂制作行业在进行覆膜砂制作的过程中应当严格把控覆膜砂生产条件，确保覆膜砂的生产质量。但就当前覆膜砂的生产情况来看，部分生产企业在生产过程中没有充分把控覆膜砂的各个生产环节，致使所生产出的部分覆膜砂不适合钢铁行业，这不仅仅会影响覆膜砂企业自身的利益，而且也会对钢铁行业的发展产生影响，因此鉴于覆膜砂的重要作用，相关企业应当加强对覆膜砂制作方法的研究，不断提高覆膜砂生产质量。

1 覆膜砂的简述[1]

1.1 覆膜砂的概念

所谓的覆膜砂实际上就是在砂子表面覆上一层酚醛树脂，而后在使用的过程中对覆膜砂进行加热让树脂融化，进而在外力的作用下使得砂子与树脂融合形成人们所需要的各种模型，然后再进行铁水浇筑成为铸件。当前覆膜砂主要的用途就是用来进行铸造铸件，用途较为单一，所以如何在新的发展背景下提高覆膜砂的应用范围以及成型效率就成为了当前覆膜砂生产企业亟待解决的问题。而就目前的研究来讲，在天然硅砂与树脂质量一定的情况下，树脂加入量的多少会对覆膜砂的发气量与强度产生一定的影响，树脂量加入的越多，覆膜砂的发起量与强度也会随之增加，但是伴随着树脂量的增加，覆膜砂自身的溃散性则会不断降低，从而为后期脱模产生影响，因此在生产覆膜砂的过程中生产人员应当根据自身的需求来合理调整树脂的添加量，努力寻找覆膜砂强度、发气量、溃散性三个重要特性的平衡点，确保所生产的覆膜砂既具有较高的运用强度与较低的发气量，又具有较好的溃散性能，以此实现覆膜砂生产的高质量化与高效率化。

1.2 覆膜砂的研究进展

近些年来，国内外对覆膜砂的研究越来越多，覆膜砂是一种新型的复层制剂，它具有较好的抗折强度、抗腐蚀性和良好的力学性能，因此得到了广泛应用。在我国，覆膜砂的研究起步较晚，主是在1990年之后，由于国外的一些公司引进了国内的大量生产的覆膜砂，并进行一系列的实验研究，从而获得了许多的成果和技术，但这些都是在应用的过程中，从表面处理到制备出合适产品后的效果都没有达到理想的状态；而从化学成分的角度来看，它们都是含氟树脂，但是它的含氟量比较高，所以导致他们的实际使用的寿命就会降低，并且还需要添加其他的添加剂来提高其耐久性，这样就不能满足市场的需求量。随着社会的发展人们的生活水平也不断的提升以及环保意识的增强，使得对各种材料的要求也变得更加严格，这其中有很多的因素会影响到最终的结果，比如:镀层的厚度、镀料的选择等。

2 覆膜砂的组成与制作方法

2.1 覆膜砂的组成

就当前市场上所流通的各类覆膜砂的做成（组成）来讲，其主要的组成成分包括耐火材料、粘结剂、固化剂、润滑剂、添加剂五类，这五类组成成分在覆膜砂中所起到的作用各不相同。首先耐火材料是覆膜砂的主要组成部分，生产人员在选择耐火材料时通常会选择天然硅砂，这主要是因为硅具有较高的熔点，适用于各种防火材料的制作。其次，粘结剂主要是选择酚醛树脂，这样可以提高覆膜砂的粘结质量，从而减少铸件生产偏差。此外，对于固化剂、润滑剂、添加剂来讲，生产人员主要是选择乌洛托品、硬脂酸钙等。

2.2 覆膜砂的制作方法

生产企业在进行覆膜砂生产过程中常常会选用热覆膜法，这种方法主要的生产原理就是利用高温来加热天然原砂，当天然原砂达到一定的温度后生产人员就需要容器内添加粘结剂、固化剂与润滑剂，然后再根据覆膜砂的不同特性来加入各种添加剂。首先，就天然硅砂加热环节，生产人员需要先将天然硅砂加入到特质的容器内，而后使用加热设备将天然硅砂加热到100～130℃（140～180℃，根据酚醛树脂软化点不同，硅砂加热的温度稍有不同），并确保天然硅砂在后续的各种操作中能够长期处于这种稳定的温度中。其次，生产人员需要及时向高温容器内添加酚醛树脂，并且观察酚醛树脂的融合情况，当树脂全部融合并附着于天然硅砂表面后，工作人员就需要向容器内添加颜色附着料与增强剂，确保附着料能够与酚醛树脂充分融合，这样可以为后续原料的添加奠定扎实基础。而在添加颜色附着料的过程中生产人员也应当严格把控时间，保证颜料附着时间为50～70s，这能够保证最大效率的颜料附着。第三，在观察到附着颜料全部附着于树脂表面后，工作人员就应当向容器内添加乌洛托品溶剂，同时保证溶质与溶液的混合比为1∶2，这样可以保证覆膜砂的生产质量。最后，在完成乌洛托品溶液的添加后工作人员应当对容器进行降温，然后观察容器内溶质的状态，如果在经过一段时间后容器内的溶质开始出现聚合状态，那工作人员就应当加入硬脂酸钙，然后将其敲碎加入各种添加剂。通过上述四个步骤即可得到高质量的覆膜砂。

2.3 覆膜砂制备的关键工艺[2]

为了解决市场上覆膜砂的处理问题，需要对其进行研究，从而找到合适的加工工艺，这样才能使覆膜砂的生产得到最大的经济效益。本次实验主要以镀膜液为基材，在对覆膜砂的研究过程中，通过使用不同的制粒方式，来制备出符合要求的制粒，再将其与市场上现有的制粒机相比较，来选择出适合的制粒方法，使其质量和性能达到最佳。1）选择合适的工艺覆膜砂的主要作用是用来制备成膜的原料、生产过程和制浆的设备等。在这些因素的影响下，需要考虑的问题很多。首先是要确定好原材料的质量和价格，在保证了其性能的前提下，可以减少成本的投入；其次就是对制浆的流程进行优化，提高制浆的效率；最后，要注意的一点是，最好能够将所制得的覆膜砂的强度达到要求。2）控制好配比为了使接下来的工作能顺利的展开下去，应该采用合理的比例，来对各种物质的性质进行分析，比如说粘结性、抗拉力等，同时也不能忽视其他的一些条件。所以说，在配比的时候一定要严格的按照相关的规定来操作。3）压实度的把握与调节。压实的程度会直接的关系到产品的硬度以及外观的优劣，因此必须做好相应的措施，以确保其的稳定性和良好的物理化学特性。

3 覆膜砂的应用研究

3.1 普通覆膜砂的应用[3]

普通覆膜砂是当前钢铁铸件生产中常常使用的一种覆膜砂类型，在生产过程中由于没有添加各种类型的添加剂，所以主要适用于要求较低且结构较为简单的钢铁铸件，如果生产人员利用这种普通覆膜砂进行结构较为负载铸件的生产，则可能会影响铸件的强度，最终导致铸件的使用过程中出现穿孔现象，因此鉴于普通覆膜砂自身的特性，工作人员在覆膜砂运用过程中应当考虑普通覆膜砂的运用范围，从而保证铸件的生产质量。

3.2 高强度低发气覆膜砂的应用

高强度低发气覆膜砂与普通覆膜砂的树脂用量一样，但是由于这种覆膜砂使用了特殊的生产工艺，所以使得高强度低发气覆膜砂强度要比普通覆膜砂高30%，而且由于这种覆膜砂发气量低，所以会在一定程度上提高铸件的生产质量，从而避免金属铸件在后期的使用过程中出现气孔现象。此外由于这种高强度低发气覆膜砂自身的特性，所以高强度低发气覆膜砂可以大规模的应用于发气量低的铸件。

3.3 耐高温覆膜砂的应用

耐高温覆膜砂是一种具有耐高温、耐热时间长的覆膜砂类型，这种覆膜砂由于自身的特性既可以由低耐火度的天然石英砂进行生产，也可以由高耐火度的天然石英砂进行生产，所以正是这种生产特性使得近些年耐高温覆膜砂的应用范围不断拓展。就当前耐高温覆膜砂的应用来讲，其主要运用于各种大型铸件的生产，这样可以提高铸件本身的质量，减少大型铸件在后期使用中出现铸件受力点弯曲的情况。

3.4 耐高温低膨胀低发气覆膜砂的应用

随着钢铁行业的发展，钢铁铸件的生产对于覆膜砂的性能要求也在不断提高，所以为了提高钢铁铸件的质量，覆膜砂生产行业急需生产出更高质量的覆膜砂类型，由此在耐高温覆膜砂与高强度低发气覆膜砂的基础上，技术人员研制出了耐高温低膨胀低发气覆膜砂，这种覆膜砂既具有较高的强度，而且也具有低发气性能，由此基于耐高温低膨胀低发气覆膜砂的优良性能，钢铁行业人员主要将其运用在一些较为精密铸件的生产中，比如：发动机缸盖、缸体等。

3.5 易溃散覆膜砂的应用

覆膜砂主要的作用就是为钢铁铸件提供模型，而在完成铸件后覆膜砂便失去了其应有的作用，这时生产人员就应当将覆膜砂与铸件进行剥离，如果生产人员在覆膜砂剥离过程中不能够完全将覆膜砂进行清除，那就可能会直接影响覆膜砂的后期应用，而易溃散覆膜砂不需要使用清洗的方式来进行清除，在清除时生产人员只需要等待24h，而后对铸件进行振动，易溃散覆膜砂则会自动脱落，因此基于易溃散覆膜砂的这种易于清除的特性，生产人员可以将其运用于制芯以及各种铝合金铸件中，这样可以减少覆膜砂对铸件的影响。

3.6 湿态覆膜砂的应用

湿态覆膜砂作为当前新型覆膜砂类型，其最主要的特性就是在常温下可以长时间保持液态状态，不会受到外界因素的影响而出现脱水现象，所以在当前湿态覆膜砂应用过程中生产人员常常用其进行其他种类覆膜砂的制作，这样做的主要优势就是可以减少覆膜砂生产原料的浪费，加强了覆膜砂的存储周期。此外，鉴于湿态覆膜砂自身具有的特性，由其所制成的湿态高强度覆膜砂已经在铸件行业进行了广泛的运用，主要应用于中小型轿车各种零部件的生产。

3.7 湿态手工覆膜砂的应用

随着生产需求的不断提高，生产企业在原有湿态覆膜砂的基础上研制出湿态手工覆膜砂，这种覆膜砂与其他类型覆膜砂相比最大的优势就是:应用者可以根据自身的需求将湿态手工覆膜砂的转化为高强度低发气湿态手工覆膜砂，从而提高覆膜砂的存储周期。而且由于湿态手工覆膜砂的特性，生产人员既可以运用其生产手工木模造型制芯，又可以运用于小批量且精度要求较高的零件。但是这种湿态手工覆膜砂在运用的过程中也有着一定的注意事项，即生产人员在运用其进行铸件时应当先将容器加热到一定温度后再放入覆膜砂，严禁先将覆膜砂放入容器后再进行加热。

3.8 离心铸造覆膜砂的应用

离心铸造覆膜砂具有一定的应用限制，这主要是因为这种覆膜砂是根据离心铸造的特点而制造的，具有特殊的运用区域。生产人员在生产过程中可以根据自身需求将其加工成其他形式的覆膜砂，以此来实现覆膜砂的高效率运用。当前这种离心铸造覆膜砂主要运用于各种钢材离心铸管的制造。

4 结语

覆膜砂的生产对于钢铁行业的发展有着显著的意义，虽然当前在技术人员的努力下已经研制出了多种类型的覆膜砂，并且这些覆膜砂也对钢铁模型的制作起到了不可替代的作用，但是随着钢铁行业的发展，覆膜砂在制作和后期应用中也表现出了不同的缺陷，所以为了进一步提高覆膜砂的应用范围，技术人员应当加强对覆膜砂的研究，确保覆膜砂的发展满足当前铸膜需求。