CN104289661B - 磷酸盐无机粘结剂覆膜砂的制备及其成型方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种磷酸盐无机粘结剂覆膜砂的制备及其成型方法。覆膜砂的制备，先将磷酸盐无机粘结剂与石英砂混匀，再加热干燥呈半干状态后，加入粒度为600目硬脂酸钙混匀，然后干燥冷却，得到呈干的散砂状态的磷酸盐无机粘结剂覆膜砂。覆膜砂成型时只需用高温水蒸气对覆膜砂进行水化，使粘结剂溶化，连接砂粒，随后再吹热空气干燥固化成型，硬化速度快。本发明在覆膜砂的制备和固化成型中，均不产生气味或任何有害气体或物质，砂型发气性低，对工人无健康危害，对环境不造成污染，节能环保。本发明覆膜砂具有高强度、耐高温、低发气量、成型无需固化剂、存放稳定性好的特点。
Description
技术领域
本发明涉及覆膜砂的制备方法，具体地指一种磷酸盐无机粘结剂覆膜砂的制备及其成型方法。
背景技术
覆膜砂是指砂粒表面在造型前即覆有一层固化树脂膜的型砂或芯砂。覆膜砂铸造作为一种近似精密铸造成型方法，与失蜡铸造方法比，具有工艺过程简化、成型周期短、成本低的优点，使得覆膜砂铸造得到广泛应用。
在大量关于覆膜砂的专利及其他文献中，覆膜砂的粘结剂大多为有机酚醛树脂，但是，使用有机酚醛树脂作为覆膜砂的粘结剂存在以下问题：
一是树脂气味大，不仅在覆膜砂的制备阶段会有气味，而且在应用覆膜砂造型时，砂型受热固化，更易散发出难闻的气味，同时会产生大量的烟雾，导致生产现场环境很差，严重伤害工人的身体健康；
二是浇注时砂型发气量大，很容易造成铸件的气体类缺陷；
三是有机树脂覆膜砂的耐高温性能差，高温强度低；
四是覆膜砂再生回用性能差；
五是有机树脂覆膜砂的铸造与其它砂型铸造相比比，成本较高。
中国专利公告号为CN 102773401A的用硅酸盐无机粘结剂制备覆膜砂的方法，该方法先将型砂加热，再加入硅酸盐无机粘结剂混合，然后加入固化交联剂混合，即得。但是，采用该方法制备的覆膜砂的溃散性较差，旧砂难以回用，实际上没有发展前途，无法推广。
综上所述，目前还没有出现一种能克服现有覆膜砂产品缺陷的新型粘结剂覆膜砂。
发明内容
本发明的目的就是要克服现有技术所存在的不足，提供一种磷酸盐无机粘结剂覆膜砂的制备及其成型方法。
为实现上述目的，本发明磷酸盐无机粘结剂覆膜砂的制备方法，包括以下步骤：
1)在石英砂中加入占石英砂重量的3～10％的磷酸盐无机粘结剂，充分混匀1～3分钟，得到混合物；
2)将上述混合物放入加热炉进行干燥，加热炉内温度控制在80～120℃，边干燥边搅拌30～40分钟，得到呈半干状态的砂粒；
3)向上述砂粒中加入粒度为600目的润滑剂硬脂酸钙，硬脂酸钙加入量占磷酸盐无机粘结剂重量的5～8％，并继续搅拌，使硬脂酸钙均匀地附着在砂粒表面，待完全干燥后，冷却，即得呈干的流动性好的磷酸盐无机粘结剂覆膜砂。
本发明步骤1)中，所述磷酸盐无机粘结剂为硼镁改性磷酸盐粘结剂，其制备方法为，先将牙膏级氢氧化铝分散在水里备用，合成时先将质量分数为85％的磷酸加热至沸腾温度，之后将分散好的氢氧化铝逐步缓慢加入沸腾的磷酸中，边加入边搅拌，并继续加热直至反应结束，溶液呈透明状态；再缓慢加入硼砂，加完后直至反应结束，溶液呈透明状态；最后缓慢加入氯化镁，加完后直至反应结束，溶液呈透明状态。
所述磷酸盐无机粘结剂中，硼砂使覆膜砂通过水蒸气时砂粒表面的固态粘结剂能更快地水化；氢氧化铝使粘结剂合成速度快，所得粘结剂稳定性更佳；氯化镁使粘结剂粘结强度更高，并可进一步提高粘结剂的稳定性，防止沉淀析出。
本发明步骤1)中，所述磷酸盐无机粘结剂中硼与磷的摩尔比为0.07～0.10：1，硼与铝的摩尔比为0.2～0.3：1，镁与磷的摩尔比为0.08～0.13：1，镁与铝的摩尔比为0.23～0.40：1。
上述磷酸盐无机粘结剂覆膜砂的成型方法，包括以下步骤：
1)通过射芯机将磷酸盐无机粘结剂覆膜砂的砂粒射入模具内；
2)向模具中通入100℃高温水蒸气1～2分钟，使砂粒表面的粘结剂溶化，砂粒靠溶化的粘结剂粘结；
3)向模具中通入100℃干燥热空气2～6分钟，使砂粒表面的粘结剂干燥，使砂粒固化成型；
4)打开模具，取出，即得具有较高强度的砂型。
本发明的有益效果在于：本发明的覆膜砂所使用粘结剂是磷酸盐无机粘结剂，用磷酸盐无机粘结剂制备的覆膜砂的旧砂溃散性很好，其溃散性与有机树脂相当，因此，能实现再生回用。成型时只需吹入高温水蒸气对覆膜砂进行湿化，使粘结剂溶化，连接砂粒，随后再吹干燥热空气使砂型干燥固化成型，硬化速度快。旧砂只需常温干法再生即可回用。
本发明在覆膜砂的制备和覆膜砂的固化成型过程中，以及覆膜砂型的浇注过程中，均不产生气味或任何有害气体或其它有害物质，砂型发气性低，对工人无健康危害，对环境不造成污染，节能环保。本发明覆膜砂具有高强度、耐高温、低发气量、成型无需固化剂等特点，覆膜砂成本低，原材料资源广泛，性价比高，产品具有广阔的应用前景。
具体实施方式
为了更好地解释本发明，以下结合具体实施例对本发明作进一步的详细说明，但它们不对本发明构成限定。
实施例1
磷酸盐无机粘结剂的制备方法：先将牙膏级氢氧化铝分散在水里备用，合成时先将质量分数为85％的磷酸加热至沸腾温度，之后将分散好的氢氧化铝逐步缓慢加入沸腾的磷酸中，边加入边搅拌，并继续加热直至反应结束，溶液呈透明状态；再缓慢加入硼砂，加完后直至反应结束，溶液呈透明状态；最后缓慢加入氯化镁，加完后直至反应结束，溶液呈透明状态。磷酸盐无机粘结剂中硼与磷的摩尔比为0.07：1，硼与铝的摩尔比为0.2：1，镁与磷的摩尔比为0.08：1，镁与铝的摩尔比为0.23：1。
磷酸盐无机粘结剂覆膜砂的制备方法：
1)称取上述制备的磷酸盐无机粘结剂40克和石英砂1000克，将其在碗型混砂机内充分混匀2分钟，得到混合物；
2)将上述石英砂与磷酸盐无机粘结剂的混合物，放入加热炉内进行干燥，加热炉内温度控制在80℃，边干燥边搅拌40分钟，使磷酸盐无机粘结剂附着在砂粒表面，并使砂粒表面磷酸盐无机粘结剂呈半干状态，得到呈半干状态的砂粒；
3)向上述呈半干状态的砂粒中加入粒度为600目的硬脂酸钙2克，并继续搅拌，使硬脂酸钙均匀地附着在砂粒表面，待完全干燥后，冷却，即得呈干的散砂状态的磷酸盐无机粘结剂覆膜砂。
磷酸盐无机粘结剂覆膜砂的成型：
1)通过射芯机将磷酸盐无机粘结剂覆膜砂的砂粒射入模具内；
2)向模具中通入100℃高温水蒸气1分钟，使砂粒表面粘结剂溶化，砂粒靠溶化的粘结剂粘结；
3)向模具中通入100℃干燥热空气4分钟，使砂粒表面的粘结剂干燥，砂型固化成型；
4)打开模具，取出，即得具有较高强度的砂型。所得砂型的“8”字试样强度0.8MPa。
实施例2
磷酸盐无机粘结剂的制备方法：先将牙膏级氢氧化铝分散在水里备用，合成时先将质量分数为85％的磷酸加热至沸腾温度，之后将分散好的氢氧化铝逐步缓慢加入沸腾的磷酸中，边加入边搅拌，并继续加热直至反应结束，溶液呈透明状态；再缓慢加入硼砂，加完后直至反应结束，溶液呈透明状态；最后缓慢加入氯化镁，加完后直至反应结束，溶液呈透明状态。磷酸盐无机粘结剂中硼与磷的摩尔比为0.08：1，硼与铝的摩尔比为0.25：1，镁与磷的摩尔比为0.1：1，镁与铝的摩尔比为0.3：1。
磷酸盐无机粘结剂覆膜砂的制备方法：
1)称取上述制备的磷酸盐无机粘结剂35克和石英砂1000克，将其在碗型混砂机内充分混匀1分钟，得到混合物；
2)将上述石英砂与磷酸盐无机粘结剂的混合物，放入加热炉内进行干燥，加热炉内温度控制在100℃，边干燥边搅拌35分钟，使磷酸盐无机粘结剂附着在砂粒表面，并使砂粒表面的磷酸盐无机粘结剂呈半干状态，得到呈半干状态的砂粒；
3)向上述呈半干状态的砂粒中加入粒度为600目的硬脂酸钙1.8克，并继续搅拌，使硬脂酸钙均匀地附着在砂粒表面，待完全干燥后，冷却，即得呈干的散砂状态的磷酸盐无机粘结剂覆膜砂。
磷酸盐无机粘结剂覆膜砂的成型：
1)通过射芯机将磷酸盐无机粘结剂覆膜砂的砂粒射入模具内；
2)向模具中通入100℃高温水蒸气1.5分钟，使砂粒表面粘结剂溶化，砂粒靠溶化的粘结剂粘结；
3)向模具中通入100℃干燥热空气5分钟，使砂粒表面的粘结剂干燥，砂型固化成型；
4)打开模具，取出，即得具有较高强度的砂型。所得砂型的“8”字试样强度0.7MPa。
实施例3
磷酸盐无机粘结剂的制备方法：先将牙膏级氢氧化铝分散在水里备用，合成时先将质量分数为85％的磷酸加热至沸腾温度，之后将分散好的氢氧化铝逐步缓慢加入沸腾的磷酸中，边加入边搅拌，并继续加热直至反应结束，溶液呈透明状态；再缓慢加入硼砂，加完后直至反应结束，溶液呈透明状态；最后缓慢加入氯化镁，加完后直至反应结束，溶液呈透明状态。磷酸盐无机粘结剂中硼与磷摩尔比为0.10：1，硼与铝摩尔比为0.3：1，镁与磷摩尔比为0.12：1，镁与铝摩尔比为0.35：1。
磷酸盐无机粘结剂覆膜砂的制备方法：
1)称取上述制备的磷酸盐无机粘结剂50克和石英砂1000克，将其在碗型混砂机内充分混匀3分钟，得到混合物；
2)将上述石英砂与磷酸盐无机粘结剂的混合物，放入加热炉内进行干燥，加热炉内温度控制在100℃，边干燥边搅拌40分钟，使磷酸盐无机粘结剂附着在砂粒表面，并使砂粒表面磷酸盐无机粘结剂呈半干状态，得到呈半干状态的砂粒；
3)向上述呈半干状态的砂粒中加入粒度为600目硬脂酸钙3克，并继续搅拌，使硬脂酸钙均匀地附着在砂粒表面，待完全干燥后，冷却，即得呈干的散砂状态的磷酸盐无机粘结剂覆膜砂。
磷酸盐无机粘结剂覆膜砂的成型：
1)通过射芯机将磷酸盐无机粘结剂覆膜砂的砂粒射入模具内；
2)向模具中通入100℃高温水蒸气2分钟，使砂粒表面粘结剂溶化，砂粒靠溶化的粘结剂粘结；
3)向模具中通入100℃干燥热空气6分钟，使砂粒表面的粘结剂干燥，砂型固化成型；
4)打开模具，取出，即得具有较高强度的砂型。所得砂型的“8”字试样强度1.0MPa。
Claims (2)
1.一种磷酸盐无机粘结剂覆膜砂的制备方法，包括以下步骤：
1)在石英砂中加入占石英砂重量的3～10％的磷酸盐无机粘结剂，充分混匀1～3分钟，得到混合物；所述磷酸盐无机粘结剂为硼镁改性磷酸盐粘结剂，其制备方法为，先将牙膏级氢氧化铝分散在水里备用，合成时先将质量分数为85％的磷酸加热至沸腾温度，之后将分散好的氢氧化铝逐步缓慢加入沸腾的磷酸中，边加入边搅拌，并继续加热直至反应结束，溶液呈透明状态；再缓慢加入硼砂，加完后直至反应结束，溶液呈透明状态；最后缓慢加入氯化镁，加完后直至反应结束，溶液呈透明状态；所述磷酸盐无机粘结剂中硼与磷的摩尔比为0.07～0.10：1，硼与铝的摩尔比为0.2～0.3：1，镁与磷的摩尔比为0.08～0.13：1，镁与铝的摩尔比为0.23～0.40：1；
2)将上述混合物放入加热炉进行干燥，加热炉内温度控制在80～120℃，边干燥边搅拌30～40分钟，得到呈半干状态的砂粒；
3)向上述砂粒中加入粒度为600目的润滑剂硬脂酸钙，硬脂酸钙加入量占磷酸盐无机粘结剂重量的5～8％，并继续搅拌，使硬脂酸钙均匀地附着在砂粒表面，待完全干燥后，冷却，即得呈干的流动性好的磷酸盐无机粘结剂覆膜砂。
2.一种根据权利要求1所述的磷酸盐无机粘结剂覆膜砂的成型方法，包括以下步骤：
1)通过射芯机将磷酸盐无机粘结剂覆膜砂的砂粒射入模具内；
2)向模具中通入100℃高温水蒸气1～2分钟，使砂粒表面的粘结剂溶化，砂粒靠溶化的粘结剂粘结；
3)向模具中通入100℃干燥热空气2～6分钟，使砂粒表面的粘结剂干燥，使砂粒固化成型；
4)打开模具，取出，即得具有较高强度的砂型。
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