CN103691877A

CN103691877A - 再生砂制备的树脂覆膜砂

Info

Publication number: CN103691877A
Application number: CN201310691994.1A
Authority: CN
Inventors: 熊鹰
Original assignee: Changjiang Moulding Materials (group) Co Ltd; CHENGDU CHANGJIANG MOULDING MATERIAL Co Ltd; Chongqing Changjiang Molding Materials (group) Co Ltd Xiantao; KUNSHAN CHANGJIANG MOULDING MATERIAL Co Ltd; SHIYAN CHANGJIANG RIVER MOULDING MATERIAL CO Ltd; Chongqing Changjiang Moulding Material (group) Ltd By Share Ltd
Current assignee: CHENGDU CHANGJIANG MOULDING MATERIAL CO., LTD.; Chongqing Changjiang molding materials (Group) Co. Ltd. Xiantao; Chongqing Changjiang moulding material (Group) Limited by Share Ltd; KUNSHAN CHANGJIANG MOULDING MATERIAL CO., LTD.; SHIYAN CHANGJIANG RIVER MOULDING MATERIAL CO., LTD.; The other materials (Group) Co. kezuohouqi
Priority date: 2013-12-17
Filing date: 2013-12-17
Publication date: 2014-04-02
Anticipated expiration: 2033-12-17
Also published as: CN103691877B

Abstract

本发明公开了一种再生砂技术领域的再生砂制备的树脂覆膜砂，由如下重量百分比的原材料构成：再生砂10～80%以及原砂20～90%；将再生砂和原砂混合加入混砂机加热器中进行加热形成热砂，待砂温处于125～135℃后将热砂放入混砂机内；依次向热砂中进入热砂重量1～4%的酚醛树脂、酚醛树脂重量9～20%的固化剂以及热砂重量0.1～0.2%的隔离剂进行混合。本发明具有较通常干砂制备而成的树脂覆膜砂具有更低的树脂用量、更低的发气量、更低的热膨胀性和更缓的热膨胀速率，从而在应用于铸造浇注过程中获得更好的铸件尺寸精度和更低的铸件气废缺陷，提高铸件良品率，降低铸造企业制造成本，取得更好的经济效益。

Description

再生砂制备的树脂覆膜砂

技术领域

本发明属于再生砂技术领域，具体涉及再生砂制备的树脂覆膜砂。

背景技术

树脂覆膜砂作为一种被铸造工业广泛应用的高效造型材料，已经得到很大的发展。基于铸造工艺要求，需要树脂覆膜砂具有各种性能保证，树脂覆膜砂材料经过制芯、组芯、造型、浇注生产出尺寸合格的铸件产品。

铸造浇注过程是一个热工过程，不同的金属浇注温度不同，有色金属浇注温度通常在660～710℃，黑色金属浇注温度通常在1350℃以上，显然作为铸型（芯）主要材料的树脂覆膜砂材料必须要保证其在浇注温度冷却至常温过程的型芯外形尺寸，否则获得的铸件不能具有合格的外形尺寸。

材料在受热过程中均会应为材料分子中的各种原子或基团的振动频率加快，振动幅度加大，分子平均碰撞频次增加或高分子连接空间自由度增加，造成材料宏观尺寸增大或减小，外形尺寸的变化量相对于原有尺寸的比较量就是材料的收缩或膨胀现象的度量和表达。

复合材料的热膨胀是各种材料组分微观聚集体热膨胀量品叠的结果。树脂覆膜砂是由耐火骨料（石英砂、陶粒砂、宝珠砂、再生砂等）表面裹覆一层热塑性酚醛高分子树脂材料，并添加潜在性固化剂（乌洛托品、交联剂、热固性树脂等）、各种功能性添加剂（固化促进剂、增塑剂、增强剂、氧化剂、还原剂、阻燃剂、表界面隔离剂、浸润剂等）制备而成。通常裹覆在耐火材料表面上的树脂膜很薄（大约在5～20μm），相对于耐火骨料（石英砂等）颗粒尺寸（在75～850μm）相比要小得多，因此，树脂覆膜砂的热膨胀性主要受耐火材料石英砂的影响，其次是高分子树脂的热膨胀性影响。

通常树脂覆膜砂的基本制造工艺，是将由粒径为20～200目（在75～850μm）的石英砂、陶粒砂、宝珠砂等耐火材料做骨料加热到一定温度下，加入热塑性酚醛高分子树脂材料与骨料混合，通过具有一定温度的骨料（通常温度高于热塑性树脂的软化温度以上）将热量传递给加入的热塑性高分子树脂固体熔融变成可流动的粘性流体后，利用机械或其他具有可使粘性流体加速流动的作用力机构的作用，使其在骨料表面裹覆一层高分子树脂膜，并添加潜在性固化剂（乌洛托品、交联剂、热固性树脂等）、各种功能性添加剂（固化促进剂、增塑剂、增强剂、氧化剂、还原剂、阻燃剂、表界面隔离剂、浸润剂等）制备而成。

现有的树脂覆膜砂通常是将产于中国北方的自然风积干砂，其粒度组号为40/70，50/100，70/140单独或几种粒度组号的原砂混配成客户需要的粒度号后，每100分重量的原砂，添加原砂重量的1.5～4.5%的高分子树脂粘结剂，添加树脂量10～18%的潜在性固化剂（如乌洛托品等）和其他添加剂(如固化促进剂、增塑剂、增强剂、氧化剂、还原剂、阻燃剂、表界面隔离剂、浸润剂等）。制备而成的树脂覆膜砂按相关国家标准测试，具有合符要求的即时抗弯强度、常温抗弯强度、发气量、熔点、流动性等性能。

因树脂覆膜砂使用的是颗粒状原砂，并在其表面进行树脂复合性加工，要求其原砂颗粒的表面洁净，同时相同重量颗粒物因不同粒径的颗粒物占总重量的比例不同具有不同的比表面积，使得加入一定量树脂时裹附的面积不同而覆膜的树脂膜厚度、均匀性不同；

其次，树脂覆膜砂使用的热属性高分子树脂在加入固化剂在一定温度下发生固化反应的化学条件是一个重要因素，当相同比表面原砂颗粒不同碱性氧化物含量时，固化反应速率和固化完全度会完全不同；

再者，具有相同粒度号和颗粒物分布，相同颗粒表面洁净度，相同碱性氧化物含量的原砂，在其颗粒物的性状（角形系数）不同时，砂粒的比表面积不同会造成相同树脂加入量裹附时的树脂覆膜均匀性不同；

其四，当原砂上述三个状态均相同而所含有的水分不同时，会造成树脂覆膜砂在高温灼烧减量增加，发气量增大，造成铸件的气废品增加；

其五，不同品质的原砂其矿物性组分不同，因此在高温环境中表现出的热膨胀性不同。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种铸件良品率高的再生砂制备的树脂覆膜砂。

为了解决上述技术问题，本发明提供如下技术方案：再生砂制备的树脂覆膜砂，由如下重量百分比的原材料构成：再生砂10～80%以及原砂20～90%；将再生砂和原砂混合加入混砂机加热器中进行加热形成热砂，待砂温处于125～135℃后将热砂放入混砂机内；依次向热砂中进入热砂重量1～4%的酚醛树脂、酚醛树脂重量9～20%的固化剂以及热砂重量0.1～0.2%的隔离剂进行混合。

本发明在工艺上降低覆膜温度3～5℃，可节约加热砂子消耗的能源2～3.7%，可降低覆膜砂制造成本，减少环境排放；相对普通原砂在获得相同强度的条件下可适当减少树脂加入总量2.4～3.9%，因树脂加入量和再生砂的水分含量相对普通原砂低，其发气量也会降低1.1～3.2%。因再生砂粒较普通原砂表面更加洁净、颗粒表面更平整在制造过程中加入的酚醛树脂覆膜形成的树脂膜厚薄更均匀、覆膜效率更高、达到相同覆膜效果的周期更快、覆膜相对仅使用原砂更容易。

本发明利用材料的膨胀性原理和可叠加性，将具有较一般干砂热膨胀性更低的铸造废砂再生砂用于树脂覆膜砂的制备，结合使用更低热膨胀量的高分子树脂，采用独特的工艺制备方法制备而成的一种再生砂型覆膜砂。这种再生砂型覆膜砂具有较通常干砂制备而成的树脂覆膜砂具有更低的树脂用量、更低的发气量、更低的热膨胀性和更缓的热膨胀速率，从而在应用于铸造浇注过程中获得更好的铸件尺寸精度和更低的铸件气废缺陷，提高铸件良品率，降低铸造企业制造成本，取得更好的经济效益。

作为上述技术方案的进一步优化，再生砂的颗粒要求如下：酸耗值≤0.1 ml/g、水分=0.05%、金属粉削≤0.01%。

附图说明

下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明：

图1是本发明再生砂与普通新原砂的膨胀时间-膨胀率的曲线图。

具体实施方式

树脂覆膜砂对原砂要求，具有的技术质量指标包括粒度分组号及其分布、水分、含泥量、酸耗值（原砂中含有的碱性氧化物总量占原砂比例的另一种化学检测表达指标）。

原砂如下表：

Figure 2013106919941100002DEST_PATH_IMAGE002

铸造废砂如下表：

Figure 2013106919941100002DEST_PATH_IMAGE004

从铸造废砂的相关状态看，显然不能用于树脂覆膜砂的用砂，须要废砂再生处理已达到原砂的相关技术质量指标。

本发明采用热法再生与机械、化学再生砂相结合的再生工艺方法，通过包括对废砂进行破碎、高通量磁选、筛分、机械擦洗、焙烧炉焙烧、冷却、筛分、高通量磁选、化学机械处理、除尘、风选等工艺过程，将铸造废砂富含的金属粉削、碱性氧化物、粉尘分离除去，筛分粒度后获得的铸造废砂再生砂完全满足树脂覆膜砂的技术质量需要。

铸造废砂再生砂如下表：

Figure 2013106919941100002DEST_PATH_IMAGE006

本发明采用的覆膜砂制砂工艺是，因再生砂与一般新使用的原砂具有不同晶相结构，普通原砂的二氧化硅晶相属于低温石英晶相，再生砂经过焙烧炉焙烧时在温度达到573℃时，石英砂会发生从低温型晶相向高温型晶相的相转变，由于高温型晶相较比低温型晶相的膨胀比体积要小，且膨胀速度要低，从而使得再生砂的热膨胀系数降低。再生砂在再生过程中经过了机械力的作用和摩擦，会提高砂粒的真圆度，砂粒表面的洁净度提高，表面凸凹程度降低，相同粒度号情况下的比表面减少，有利于树脂覆膜层均匀性增加，综合以上再生砂特性变化，需要调整再生砂型树脂覆膜砂的覆膜工艺。

具体的工艺变化是：

相对于普通原砂覆膜工艺适当降低覆膜温度3～5℃，可节约加热砂子消耗的能源2～3.7%，可降低覆膜砂制造成本，减少环境排放；相对普通原砂在获得相同强度的条件下可适当减少树脂加入总量2.4～3.9%，因树脂加入量和再生砂的水分含量相对普通原砂低，其发气量也会降低1.1～3.2%，可减少覆膜砂浇注的环境排放的同时，减少铸件气废品，提高良品率，给铸造企业带来经济利益；相同砂系原砂的铸造废砂再生后的角形系数降低，表面凸凹程度降低，改善了的表面摩阻，相对于普通原砂制备的覆膜砂提高了制备而成的再生砂型覆膜砂流动性5%左右，可提高制芯件的紧实度，降低芯废水平，调高砂芯表面紧实度，改善铸件表面光洁度，在降低制芯成本的同时改善铸件表面质量水平；如图1所示，相同砂系再生砂的膨胀性比普通原砂更低，同时膨胀增长曲线放缓，在提高铸件尺寸精度的同时还有利于减少铸件脉纹缺陷等因膨胀性引起的铸件质量问题。

将获得的再生砂替代原砂（新砂）应用于树脂覆膜砂，测试相关技术质量指标，如下表：

原砂状态	即时强度（Mpa）	常温强度（Mpa）	砂熔点（℃）	最大发气量（ml/g）	流动性（450克/秒）	最大膨胀率（%）	即热最大膨胀率发生期间
								100%新原砂	2.05	4.55	98	12.30	29	0.45	45秒
50%再生砂	2.10	4.56	98	12.10	27	0.38	48秒
								100%再生砂	2.13	4.58	99	11.90	26	0.32	51秒

以上所述的仅是本发明的优选实施方式，应当指出对于本领域的技术人员来说，在不脱离本发明结构的前提下，还可以作出若干变形和改进，这些都不会影响本发明实施的效果和专利的实用性。

Claims

1.再生砂制备的树脂覆膜砂，其特征在于：由如下重量百分比的原材料构成：再生砂10～80%以及原砂20～90%；将再生砂和原砂混合加入混砂机加热器中进行加热形成热砂，待砂温处于125～135℃后将热砂放入混砂机内；依次向热砂中进入热砂重量1～4%的酚醛树脂、酚醛树脂重量9～20%的固化剂以及热砂重量0.1～0.2%的隔离剂进行混合。

2.根据权利要求1所述的再生砂制备的树脂覆膜砂，其特征在于：所述再生砂的颗粒要求如下：酸耗值≤0.1 ml/g、水分=0.05%、金属粉削≤0.01%。