CN105903886A - 一种优质型砂 - Google Patents

Abstract

发明公开了一种优质型砂，由以下成分制成，黏土、改性钠基膨润土、硫酸铝、钛白粉、椰壳活性炭、硅酸钠、柠檬酸三丁酯、聚醋酸乙烯酯、木质素纤维素、纳米凹凸棒土、棕刚玉粉、改性热塑性酚醛树脂、硅藻土、淀粉、羧甲基纤维素、三聚磷酸钠、乌洛托品、石英砂，本发明型砂通过采用本发明中特定配比的成分相互协同作用，能够改善型砂的透气性，提高型砂的强度,成本低,工序时间短,型砂烧结层薄,粘砂现象少,极大的降低了铸件的缩松、砂孔缺陷，能够避免型砂的膨胀缺陷而导致的夹砂、凹陷、结疤、垮箱等问题,提高了铸件的合格率和出品率,次品率降低了59%，且制作工艺简单易行，可降低生产污染。

Description

一种优质型砂

技术领域

本发明涉及型砂制作领域，特别是涉及一种优质型砂。

背景技术

型砂是在铸造中用来造型的材料。型砂一般由铸造用原砂、型砂粘结剂和辅加物等造型材料按一定的比例混合而成，也可用天然含粘土的硅砂，通常的铸铝用的型砂配方中型砂粒径太大或太小，型砂料径太大，虽然透气性较好，但是铝砂件表面比较粗糙，光洁度不好，型砂料径太小，导致砂型透气性不好，铝铸件有气孔产生。

型砂在铸造生产中的作用极为重要，因型砂的质量不好而造成的铸件废品约占铸件总废品的30～50%，通常对型砂的要求有强度和热稳定性、流动性、可塑性、透气性和溃散性，即在铸件凝固后型砂是否容易破坏，是否容易从铸件上清除的性能。

随着铸造领域的迅速发展，人们对铸件的性能要求更高，从而要求型砂拥有更好的性能。

发明内容

本发明的目的是提供一种优质型砂。

本发明通过以下技术方案实现：

一种优质型砂，按重量份计由以下成分制成，黏土10、改性钠基膨润土3.8、硫酸铝2.5、钛白粉1.2、椰壳活性炭1、硅酸钠1、柠檬酸三丁酯1.3、聚醋酸乙烯酯1.5、木质素纤维素2、纳米凹凸棒土1、棕刚玉粉1、改性热塑性酚醛树脂1.6、硅藻土2.5、淀粉6、羧甲基纤维素2、三聚磷酸钠1、乌洛托品3、石英砂126；

所述改性钠基膨润土按重量份计由以下成分制成：钠基膨润土50、海水6、对苯二甲酸二甲酯1、聚乳酸1.3、云母粉4、环氧油酸丁酯1.4、聚氯乙烯粉2、硅油2.5、硅酸钠2；其制备方法为：①将钠基膨润土与海水混合均匀后，采用水浴加热，将温度控制到87.5℃，加热至膨润土中含水量低于1%；②将云母粉、聚乳酸与聚氯乙烯粉均匀混合到一起，加热至42℃，保温10分钟后，冷却至室温，得到混合物1；③将硅油、硅酸钠、环氧油酸丁酯与①中的钠基膨润土均匀混合到一起，加热至58℃，并进行研磨10分钟后，冷却至室温，得到混合物2；④将②中混合物1添加到混合物2中，搅拌均匀即可；

所述改性热塑性酚醛树脂按重量份计由以下成分制成：热塑性酚醛树脂45、海水0.5、脂肪酸聚氧乙烯酯1、聚乳酸1.1、蒙脱土4、硅酸乙酯1、聚氯乙烯粉2、丁二酸2、硅酸钠1；其制备方法为：①将蒙脱土与海水混合均匀后，采用水浴加热，将温度控制到78℃，加热至蒙脱土中含水量低于1%；②将热塑性酚醛树脂、聚乳酸与聚氯乙烯粉均匀混合到一起，加热至90℃，保温10分钟后，冷却至室温，得到混合物1；③将丁二酸、硅酸钠、硅酸乙酯与①中的蒙脱土均匀混合到一起，加热至62℃，并进行研磨10分钟后，冷却至室温，得到混合物2；④将②中混合物1添加到混合物2中，搅拌均匀即可；

所述淀粉与乌洛托品经过预混处理：将淀粉与乌洛托品均匀混合后，添加混合物质量1.2%的过硫酸铵和混合物质量0.2%的钨酸钠，在38℃下，反应20min后，除去混合物中的残余的过硫酸铵和钨酸钠，即可；

所述硅藻土采用质量浓度为12.5%的碳酸钠溶液浸泡1天后，过滤，自然风干；

所述纳米凹凸棒土放入质量浓度为1.5%的碳酸氢钠溶液中浸泡20分钟，过滤，洗涤，干燥；所述纳米凹凸棒土的粒度为32-35nm；

所述钛白粉采用质量浓度为0.87%的丁二酸溶液浸泡，并加热至32℃，保温30分钟后，过滤，干燥；

所述椰壳活性炭采用质量浓度为4.68%的氯化钠溶液在8-10℃下，浸泡30分钟后，洗涤，过滤，干燥。

一种优质型砂的制备方法，由以下制作步骤制成：

1）将石英砂、黏土、改性钠基膨润土、硫酸铝、改性热塑性酚醛树脂、硅藻土、羧甲基纤维素、三聚磷酸钠、经过处理的乌洛托品和淀粉混合物均匀混合后，以500r/min转速搅拌20分钟；

2）将硅酸钠、柠檬酸三丁酯、聚醋酸乙烯酯、木质素纤维素、纳米凹凸棒土、棕刚玉粉均匀混合到一起，以200r/min速度搅拌15分钟；

3）将钛白粉、椰壳活性炭研磨至0.1-0.2mm粒径，和2）中物料均匀混合，搅拌分散，加热至55℃，并以150r/min速度搅拌15分钟；

4）将1）中物料与3）中所得物料均匀混合后，添加水，以300r/min速度搅拌40分钟后，配水湿混15min，使得含水量达4.03%，即可。

钠基膨润土一般适合在600℃以下加热，加热温度超过600℃时，就会急剧地散失粘接能力，加热至700℃就完全散失了粘接能力，这就影响到高温下铸件的表面质量并且使得脱模变的更加困难，而本发明通过大量的实验研究，发现采用本发明钠基膨润土的改性方法对钠基膨润土进行改性，能够使得经过改性后的钠基膨润土在780℃下粘接能力不受影响，到812℃时，粘接能力才会开始缓慢下降，到824℃时，才会完全散失粘接能力。

本发明通过大量的实验研究，通过对热塑性酚醛树脂进行改性，极大的降低了型砂的发气量，能够解决常见的型砂发气量大而导致铸件质量不佳的问题，并且能够提高型砂的活动性，保持型砂的高强度和良好的溃散性，并且极大的降低了砂芯的吸湿性，提高了型砂的保存时间和质量。

通过对淀粉与乌洛托品进行预混处理，改变了淀粉的性质，配合余下的乌洛托品、经过处理的硅藻土和其它成分的协同作用，能够降低型砂发气量，提高了型砂的防粘连性，提高了铸件表面光洁度高，使得铸件壳型不起层、固化速度快和热稳定性好，能够防止型砂结块，增加流动性，极大的改善了型砂的性能。

本发明通过采用经过1.5%的碳酸氢钠溶液浸泡的纳米凹凸棒土和经过0.87%的丁二酸溶液浸泡的钛白粉，配合经过改性的钠基膨润土，从而进一步改善型砂的性能，能够避免型砂的膨胀缺陷而导致的夹砂、凹陷、结疤、垮箱等问题，配合添加木质素纤维素，来提高型砂的抗压强度，配合添加棕刚玉粉，不仅能够提高型砂的溃散性，进而提高铸件的表面质量，还能够提高型砂的耐用次数，节约大量生产成本。

本发明通过大量实验研究发现，通过在型砂中利用特定添加质量比例的硫酸铝、钛白粉、椰壳活性炭、硅酸钠所产生的协同作用，能够解决现有型砂的紧实度不均匀、砂型表面易干燥并出现粉尘和干砂粒、起模困难、砂型损坏现象，从而能够极大的提高铸件质量，避免了产生夹砂、粘砂、砂眼和气孔等缺陷的出现。

本发明的有益效果是，与现有技术相比：

本发明型砂通过采用本发明中特定配比的成分相互协同作用，能够改善型砂的透气性，提高型砂的强度,成本低,工序时间短,型砂烧结层薄,粘砂现象少,铸件表面质量高,表面易清理,旧砂的溃散性好,回用率高，极大的降低了铸件的缩松、砂孔缺陷，能够避免型砂的膨胀缺陷而导致的夹砂、凹陷、结疤、垮箱等问题,提高了铸件的合格率和出品率,降低了生产成本,有极高的经济效益,并可广泛使用；本型砂具有良好的耐热性，可塑性和退让性也较好，制出的铸件表面光滑有亮度，降低了缩孔、气泡和变形的现象，次品率降低了59%，且制作工艺简单易行，可降低生产污染。

具体实施方式

一种优质型砂，按重量份计由以下成分制成，黏土10、改性钠基膨润土3.8、硫酸铝2.5、钛白粉1.2、椰壳活性炭1、硅酸钠1、柠檬酸三丁酯1.3、聚醋酸乙烯酯1.5、木质素纤维素2、纳米凹凸棒土1、棕刚玉粉1、改性热塑性酚醛树脂1.6、硅藻土2.5、淀粉6、羧甲基纤维素2、三聚磷酸钠1、乌洛托品3、石英砂126；

所述改性钠基膨润土按重量份计由以下成分制成：钠基膨润土50、海水6、对苯二甲酸二甲酯1、聚乳酸1.3、云母粉4、环氧油酸丁酯1.4、聚氯乙烯粉2、硅油2.5、硅酸钠2；其制备方法为：①将钠基膨润土与海水混合均匀后，采用水浴加热，将温度控制到87.5℃，加热至膨润土中含水量低于1%；②将云母粉、聚乳酸与聚氯乙烯粉均匀混合到一起，加热至42℃，保温10分钟后，冷却至室温，得到混合物1；③将硅油、硅酸钠、环氧油酸丁酯与①中的钠基膨润土均匀混合到一起，加热至58℃，并进行研磨10分钟后，冷却至室温，得到混合物2；④将②中混合物1添加到混合物2中，搅拌均匀即可；

所述改性热塑性酚醛树脂按重量份计由以下成分制成：热塑性酚醛树脂45、海水0.5、脂肪酸聚氧乙烯酯1、聚乳酸1.1、蒙脱土4、硅酸乙酯1、聚氯乙烯粉2、丁二酸2、硅酸钠1；其制备方法为：①将蒙脱土与海水混合均匀后，采用水浴加热，将温度控制到78℃，加热至蒙脱土中含水量低于1%；②将热塑性酚醛树脂、聚乳酸与聚氯乙烯粉均匀混合到一起，加热至90℃，保温10分钟后，冷却至室温，得到混合物1；③将丁二酸、硅酸钠、硅酸乙酯与①中的蒙脱土均匀混合到一起，加热至62℃，并进行研磨10分钟后，冷却至室温，得到混合物2；④将②中混合物1添加到混合物2中，搅拌均匀即可；

所述淀粉与乌洛托品经过预混处理：将淀粉与乌洛托品均匀混合后，添加混合物质量1.2%的过硫酸铵和混合物质量0.2%的钨酸钠，在38℃下，反应20min后，除去混合物中的残余的过硫酸铵和钨酸钠，即可；

所述硅藻土采用质量浓度为12.5%的碳酸钠溶液浸泡1天后，过滤，自然风干；

所述纳米凹凸棒土放入质量浓度为1.5%的碳酸氢钠溶液中浸泡20分钟，过滤，洗涤，干燥；所述纳米凹凸棒土的粒度为32-35nm；

所述钛白粉采用质量浓度为0.87%的丁二酸溶液浸泡，并加热至32℃，保温30分钟后，过滤，干燥；

所述椰壳活性炭采用质量浓度为4.68%的氯化钠溶液在8-10℃下，浸泡30分钟后，洗涤，过滤，干燥。

一种优质型砂的制备方法，由以下制作步骤制成：

1）将石英砂、黏土、改性钠基膨润土、硫酸铝、改性热塑性酚醛树脂、硅藻土、羧甲基纤维素、三聚磷酸钠、经过处理的乌洛托品和淀粉混合物均匀混合后，以500r/min转速搅拌20分钟；

2）将硅酸钠、柠檬酸三丁酯、聚醋酸乙烯酯、木质素纤维素、纳米凹凸棒土、棕刚玉粉均匀混合到一起，以200r/min速度搅拌15分钟；

3）将钛白粉、椰壳活性炭研磨至0.1-0.2mm粒径，和2）中物料均匀混合，搅拌分散，加热至55℃，并以150r/min速度搅拌15分钟；

4）将1）中物料与3）中所得物料均匀混合后，添加水，以300r/min速度搅拌40分钟后，配水湿混15min，使得含水量达4.03%，即可。

通过测试对比本发明型砂与一般型砂：

	湿压强度/MPa	紧实率/%	热湿拉强度/KPa	破碎指数/%
					本发明型砂	0.171	44.7	462	89
一般型砂	0.112	32	382	64
					对比例1	0.148	39	416	79
对比例2	0.151	44.3	425	88
					对比例3	0.149	38	415	78

表1

对比例1：型砂按重量份计由以下成分制成，黏土10、钠基膨润土3.8、硫酸铝2.5、钛白粉1.2、椰壳活性炭1、硅酸钠1、柠檬酸三丁酯1.3、聚醋酸乙烯酯1.5、木质素纤维素2、纳米凹凸棒土1、棕刚玉粉1、改性热塑性酚醛树脂1.6、硅藻土2.5、淀粉6、羧甲基纤维素2、三聚磷酸钠1、乌洛托品3、石英砂126；除钠基膨润土不经过改性处理外，其它成分处理方法和制备方法与本发明相同；

对比例2：型砂按重量份计由以下成分制成，黏土10、改性钠基膨润土3.8、硫酸铝2.5、钛白粉1.2、硅酸钠1、柠檬酸三丁酯1.3、聚醋酸乙烯酯1.5、棕刚玉粉1、改性热塑性酚醛树脂1.6、硅藻土2.5、淀粉6、羧甲基纤维素2、三聚磷酸钠1、乌洛托品3、石英砂126；除缺少椰壳活性炭、木质素纤维素、纳米凹凸棒土外，其它成分处理方法和制备方法与本发明相同；

对比例3：型砂黏土10、改性钠基膨润土3.8、硫酸铝2.5、钛白粉1.2、椰壳活性炭1、硅酸钠1、柠檬酸三丁酯1.3、聚醋酸乙烯酯1.5、木质素纤维素2、纳米凹凸棒土1、棕刚玉粉1、热塑性酚醛树脂1.6、硅藻土2.5、淀粉6、羧甲基纤维素2、三聚磷酸钠1、乌洛托品3、石英砂126；除热塑性酚醛树脂不经过改性处理外，其它成分处理方法和制备方法与本发明相同；

通过表1可以看出本发明型砂比现有型砂在湿压轻度、紧实率、热湿拉强度上具有明显的优势；通过对比例1与本发明比较可知，采用普通钠基膨润土制备的型砂性能与本发明相比，大幅下降；通过对比例2可以看出，缺少椰壳活性炭、木质素纤维素、纳米凹凸棒土制备的型砂湿压强度和热湿拉强度明显降低；通过对比例1与本发明比较可知，采用普通热塑性酚醛树脂制备的型砂性能与本发明相比，大幅下降。

Claims (2)

1.一种优质型砂，其特征在于，按重量份计由以下成分制成，黏土10、改性钠基膨润土3.8、硫酸铝2.5、钛白粉1.2、椰壳活性炭1、硅酸钠1、柠檬酸三丁酯1.3、聚醋酸乙烯酯1.5、木质素纤维素2、纳米凹凸棒土1、棕刚玉粉1、改性热塑性酚醛树脂1.6、硅藻土2.5、淀粉6、羧甲基纤维素2、三聚磷酸钠1、乌洛托品3、石英砂126；

所述改性钠基膨润土按重量份计由以下成分制成：钠基膨润土50、海水6、对苯二甲酸二甲酯1、聚乳酸1.3、云母粉4、环氧油酸丁酯1.4、聚氯乙烯粉2、硅油2.5、硅酸钠2；其制备方法为：①将钠基膨润土与海水混合均匀后，采用水浴加热，将温度控制到87.5℃，加热至膨润土中含水量低于1%；②将云母粉、聚乳酸与聚氯乙烯粉均匀混合到一起，加热至42℃，保温10分钟后，冷却至室温，得到混合物1；③将硅油、硅酸钠、环氧油酸丁酯与①中的钠基膨润土均匀混合到一起，加热至58℃，并进行研磨10分钟后，冷却至室温，得到混合物2；④将②中混合物1添加到混合物2中，搅拌均匀即可；

所述改性热塑性酚醛树脂按重量份计由以下成分制成：热塑性酚醛树脂45、海水0.5、脂肪酸聚氧乙烯酯1、聚乳酸1.1、蒙脱土4、硅酸乙酯1、聚氯乙烯粉2、丁二酸2、硅酸钠1；其制备方法为：①将蒙脱土与海水混合均匀后，采用水浴加热，将温度控制到78℃，加热至蒙脱土中含水量低于1%；②将热塑性酚醛树脂、聚乳酸与聚氯乙烯粉均匀混合到一起，加热至90℃，保温10分钟后，冷却至室温，得到混合物1；③将丁二酸、硅酸钠、硅酸乙酯与①中的蒙脱土均匀混合到一起，加热至62℃，并进行研磨10分钟后，冷却至室温，得到混合物2；④将②中混合物1添加到混合物2中，搅拌均匀即可；

所述淀粉与乌洛托品经过预混处理：将淀粉与乌洛托品均匀混合后，添加混合物质量1.2%的过硫酸铵和混合物质量0.2%的钨酸钠，在38℃下，反应20min后，除去混合物中的残余的过硫酸铵和钨酸钠，即可；

所述硅藻土采用质量浓度为12.5%的碳酸钠溶液浸泡1天后，过滤，自然风干；

所述纳米凹凸棒土放入质量浓度为1.5%的碳酸氢钠溶液中浸泡20分钟，过滤，洗涤，干燥；所述纳米凹凸棒土的粒度为32-35nm；

所述钛白粉采用质量浓度为0.87%的丁二酸溶液浸泡，并加热至32℃，保温30分钟后，过滤，干燥；

所述椰壳活性炭采用质量浓度为4.68%的氯化钠溶液在8-10℃下，浸泡30分钟后，洗涤，过滤，干燥。

2.根据权利要求1所述的一种优质型砂的制备方法，其特征在于，由以下制作步骤制成：

1）将石英砂、黏土、改性钠基膨润土、硫酸铝、改性热塑性酚醛树脂、硅藻土、羧甲基纤维素、三聚磷酸钠、经过处理的乌洛托品和淀粉混合物均匀混合后，以500r/min转速搅拌20分钟；

2）将硅酸钠、柠檬酸三丁酯、聚醋酸乙烯酯、木质素纤维素、纳米凹凸棒土、棕刚玉粉均匀混合到一起，以200r/min速度搅拌15分钟；

3）将钛白粉、椰壳活性炭研磨至0.1-0.2mm粒径，和2）中物料均匀混合，搅拌分散，加热至55℃，并以150r/min速度搅拌15分钟；

4）将1）中物料与3）中所得物料均匀混合后，添加水，以300r/min速度搅拌40分钟后，配水湿混15min，使得含水量达4.03%，即可。