CN106424535A - 一种无机覆膜砂及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种无机覆膜砂，所述无机覆膜砂由下列重量份的原料制成：原砂80～90份、固化剂0.3～3份、聚丙烯酰胺改性剂0.01～0.1份、粘结剂2～10份、硬脂酸钙0.04～0.6份，还公开了一种无机覆膜砂的制备方法，其步骤包括：（1）将原砂与固化剂相混合；（2）加入聚丙烯酰胺改性剂反应；（3）加入粘结剂混合反应；（4）加入硬脂酸钙混合反应。本发明制成的无机覆膜砂强度高、溃散性能好，本发明的制作方法采用了碱性金属的无机磷酸盐替代了传统覆膜砂的有机树脂作为粘结剂，避免了有机化合物的摄入，降低了有毒有害气体的排放，大大改善了工人的生产环境。
Description
技术领域
本发明涉及型砂技术领域，属于一种无机覆膜砂及其制备方法。
背景技术
德国克洛宁博士于二次大战期间发明了覆膜砂，将粉状的热固性酚醛树脂与原砂机械混合，加热时固化制成，后续发展成用热塑性酚醛树脂加潜伏性固化剂（乌洛托品）和润滑剂通过一定的覆膜工艺配制成覆膜砂，当覆膜砂受热时包裹在砂粒表面的树脂熔融，在乌洛托品分解出的亚甲基的作用下，熔融的树脂由线性结构迅速转变成不熔融的体型结构，从而使覆膜砂固化成型。此加工工艺对环境温度要求较高，加工过程中容易产生有害气体。中国的覆膜砂技术始于20世纪50年代中期，60年代曾经一度停用。进入80年代，由于汽车工业的迅速发展和机械产品出口的需要，对铸件的质量提出了更高的要求，从而促进了覆膜砂生产和应用技术的快速发展。当今社会的不断发展需要更加环保的制造工业技术来保证，特别是对于传统铸造工业而言显得更为急切，以解决铸造全过程的环境污染问题。
后续开发出无机粘结剂型砂，尽管无机粘结剂型砂在制型、浇注过程中比热芯盒酚醛树脂砂对环境的影响要小，环保性要好，但出于现代工业发展的效率性需求，最终人们还是选择了污染物排放更大的有机类粘结剂型砂。而有机粘结剂应用对环境污染、工人健康具有危害，工程师们又重新评估曾使用过的无机材料作为型芯砂粘结剂的问题，并开始寻找切实可行的技术方法，以解决其在工程应用过程中的性能不足、效率不足、可靠性不足的诸多问题。
由于受到当前工艺条件以及材料的限制大多铸造制芯（壳）材料主要为树脂砂、水玻璃砂、普通覆膜砂等作为铸造用砂，但是这些材料在使用过程中遇到了诸多问题，树脂砂在使用时会释放出大量的苯、醛、硫等有毒气体，污染环境，损害人体健康，在制作砂芯时，芯盒容易结垢，需要使用脱模剂，同时芯盒的清理还需要采用专用的清洗剂，并且旧砂也不能回收利用，既破坏自然环境又浪费资源；水玻璃砂的强度低、抗湿性差、溃散性能不好，铸件表面质量差，容易出现粘砂缺陷，同时落砂困难，旧砂也难以回收利用；普通覆膜砂则是制备工艺较复杂，耗能较多，成本较高，性价比不好。现在无机覆膜砂也逐渐发展，解决了有机物的污染现象，但是现有的无机覆膜砂制作过程需要高温条件，对于无机覆膜砂的制作工艺条件要求较高。
发明内容
本发明针对上述问题，提供了一种无机覆膜砂及其制备方法，采用了碱性金属的无机磷酸盐替代了传统覆膜砂的有机树脂作为粘结剂，避免了有机化合物的摄入，降低了有毒有害气体的排放，大大改善了工人的生产环境，制成的无机覆膜砂强度高、溃散性能好。
本发明的技术解决方案是：
提出了一种无机覆膜砂，由下列重量份的原料制成：原砂80～90份、固化剂0.3～3份、聚丙烯酰胺改性剂0.01～0.1份、粘结剂2～10份、硬脂酸钙0.04～0.6份。
所述固化剂为氧化铝、氧化镁、氧化铜和氧化铁中的一种或多种碱性金属氧化物的混合物。
所述原砂为硅砂、宝珠砂、石英砂、陶粒砂、石墨砂、石灰石砂和锆砂中的一种或多种混合物。
所述粘结剂为磷酸铝、磷酸氢二铝、磷酸锆、磷酸镁和磷酸铬中的一种或多种混合物。
还提出一种无机覆膜砂的制备方法，包括以下步骤：
（1）将原砂与固化剂相混合，原砂与固化剂的重量份分别为：80～90份和0.3～3份，温度控制在10℃～30℃，混合时间为10～20s，制成混合物一；
（2）向上述步骤（1）的混合物一中加入聚丙烯酰胺改性剂混合均匀，所述聚丙烯酰胺改性剂的重量份为0.01～0.1份，温度控制在10℃～30℃，pH值控制在4.0～5.5，反应时间为8～15s，制成混合物二；
（3）向上述步骤（2）的混合物二中加入粘结剂混合均匀，所述粘结剂的重量份为2～10份，温度控制在10℃～30℃，反应时间为90～150s，制成混合物三；
（4）向上述步骤（3）的混合物三中加入硬脂酸钙混合均匀，所述硬脂酸钙的重量份为0.04～0.6份，温度控制在10℃～30℃，反应时间为20～60s，最后过100～300目筛进行筛分，制成覆膜砂。
所述步骤（1）中所述固化剂为氧化铝、氧化镁、氧化铜和氧化铁中的一种或多种碱性金属氧化物的混合物。
所述步骤（1）中所述原砂为硅砂、宝珠砂、石英砂、陶粒砂、石墨砂、石灰石砂和锆砂中的一种或多种混合物。
所述步骤（3）中所述粘结剂为磷酸铝、磷酸氢二铝、磷酸锆、磷酸镁和磷酸铬中的一种或多种混合物。
本发明的有益效果如下：
（1）本发明采用碱性金属的无机磷酸盐替代了传统覆膜砂的有机树脂，大大降低了有毒有害气体的排放，大大改善了工人的生产环境，同时无机覆膜旧砂还可以重新回收利用，具有良好的经济环保效益；
（2）本发明采用无机覆膜砂通过改性的碱性金属氧化物与磷酸盐发生无机化学反应生成的结晶体以及无定型组织的混合物，当这种结晶体与无定型组织的含量达到一定比例时会形成一种牢固的框架结构产生硬化效果，将骨料结合成型，提高砂芯的强度，结构的整体性和稳定性；
（3）无机覆膜砂的强度高、溃散性能好，完全能适应铸铝、制芯的规模化生产，同时在使用过程中不会燃烧发热，反而会吸收一定的热量具有一定的激冷作用，在一定程度上能够改善金属的结构，提高铸件的强度，在浇注过程中无机覆膜砂的灼减量少、发气性低，降低了铸件在生产过程中的粘砂以及气孔缺陷，降低了铸件的废品率，大大提高了铸造的经济效益；
（4）无机覆膜砂的原材料稳定性好，获取容易，原材料的生产过程基本不会产生环境污染，同时生产无机覆膜砂时无需加热装置，生产工艺大大简化，工人的劳动强度降低，普通覆膜砂芯生产设备无需过大的改动即可生产无机覆膜砂芯，适当改进射砂系统，添置或改进适当的烘（储）芯装置即可，减轻企业承担投资压力和环保负担。
具体实施方式
为了使本发明的目的及优点更加清楚明白，结合以下实施例对本发明做进一步详细说明，但以下实施例不对本发明构成限定。
实施例一：
一种无机覆膜砂，由下列重量份的原料制成：原砂80份、固化剂0.3份、聚丙烯酰胺改性剂0.01份、粘结剂2份、硬脂酸钙0.04份，所述固化剂为氧化铝，所述原砂为硅砂，所述粘结剂为磷酸铝。
一种无机覆膜砂的制备方法，包括以下步骤：
（1）将硅砂与氧化铝相混合，硅砂与氧化铝的重量份分别为：80份和0.3份，温度控制在10℃，混合时间为20s，制成硅砂与氧化铝的混合物一；
（2）向上述步骤（1）的混合物一中加入重量份为0.01份的聚丙烯酰胺改性剂混合均匀，温度控制在10℃，pH值控制在4.0，反应时间为8s，制成混合物二；
（3）向上述步骤（2）的混合物二中加入重量份为2份的磷酸铝混合均匀，温度控制在10℃，反应时间为90s，制成混合物三；
（4）向上述步骤（3）的混合物三中加入重量份为0.04份硬脂酸钙混合均匀，温度控制在10℃，反应时间为20s，最后过300目筛进行筛分，制成覆膜砂。
按照GB/T8583-2008的标准对制成的无机覆膜砂的强度和灼烧减量等项目进行检测，并与普通酚醛树脂覆膜砂的特性进行对照：
| 检测项目 | 普通酚醛树脂覆膜砂 | 无机覆膜砂 |
| 抗弯强度 MPa | 8.0 | 8.1 |
| 抗拉强度 MPa | 3.7 | 3.1 |
| 热态弯强度 Mpa | 3.5 | 3.7 |
| 灼烧减量 % | 2.25 | 2.0 |
| 发气量 ml/g | 12.7 | 6.5 |
| 耐热时间 s | 120 | 125 |
| 烟气量ml/g | 10 | 5 |
| 刺激性气体 | 有 | 无 |
通过上表的性能指标知道，无机覆膜砂具有强度高、无毒、无刺激性气体排放、具有良好的耐热性，是一种新型的环保铸造用材料。
实施例二：
一种无机覆膜砂，由下列重量份的原料制成：原砂90份、固化剂3份、聚丙烯酰胺改性剂0.05份、粘结剂5份、硬脂酸钙0.3份，所述固化剂为氧化镁，所述原砂为石英砂，所述粘结剂为磷酸镁。
一种无机覆膜砂的制备方法，包括以下步骤：
（1）将石英砂与氧化镁相混合，石英砂与氧化镁的重量份分别为：90份和3份，温度控制在20℃，混合时间为15s，制成石英砂与氧化镁的混合物一；
（2）向上述步骤（1）的混合物一中加入重量份为0.05份的聚丙烯酰胺改性剂混合均匀，温度控制在20℃，pH值控制在4.5，反应时间为10s，制成混合物二；
（3）向上述步骤（2）的混合物二中加入重量份为5份的磷酸镁混合均匀，温度控制在20℃，反应时间为100s，制成混合物三；
（4）向上述步骤（3）的混合物三中加入重量份为0.3份硬脂酸钙混合均匀，温度控制在15℃，反应时间为30s，最后过200目筛进行筛分，制成覆膜砂。
按照GB/T8583-2008的标准对制成的无机覆膜砂的强度和灼烧减量等项目进行检测，并与普通酚醛树脂覆膜砂的特性进行对照：
| 检测项目 | 普通酚醛树脂覆膜砂 | 无机覆膜砂 |
| 抗弯强度 MPa | 8.0 | 8.5 |
| 抗拉强度 MPa | 3.7 | 3.8 |
| 热态弯强度 Mpa | 3.5 | 3.7 |
| 灼烧减量 % | 2.25 | 1.0 |
| 发气量 ml/g | 12.7 | 6.3 |
| 耐热时间 s | 120 | 130 |
| 烟气量ml/g | 10 | 5 |
| 刺激性气体 | 有 | 无 |
通过上表的性能指标知道，无机覆膜砂具有强度高、无毒、无刺激性气体排放、具有良好的耐热性，是一种新型的环保铸造用材料。
实施例三：
一种无机覆膜砂，由下列重量份的原料制成：原砂85份、固化剂2份、聚丙烯酰胺改性剂0.1份、粘结剂10份、硬脂酸钙0.6份，所述固化剂为氧化铜和氧化铁的混合物，所述氧化铜和氧化铁的重量份分别为1.5份和0.5份，所述原砂为石墨砂，所述粘结剂为磷酸氢二铝。
一种无机覆膜砂的制备方法，包括以下步骤：
（1）将石墨砂与氧化铜和氧化铁的混合物相混合，石墨砂、氧化铜和氧化铁的混合物的重量份分别为：85份、1.5份和0.5份，温度控制在30℃，混合时间为10s，制成石墨砂、氧化铜和氧化铁的混合物一；
（2）向上述步骤（1）的混合物一中加入重量份为0.1份的聚丙烯酰胺改性剂混合均匀，温度控制在20℃，pH值控制在5.5，反应时间为10s，制成混合物二；
（3）向上述步骤（2）的混合物二中加入重量份为10份的磷酸氢二铝混合均匀，温度控制在30℃，反应时间为150s，制成混合物三；
（4）向上述步骤（3）的混合物三中加入重量份为0.6份硬脂酸钙混合均匀，温度控制在30℃，反应时间为60s，最后过100目筛进行筛分，制成覆膜砂。
按照GB/T8583-2008的标准对制成的无机覆膜砂的强度和灼烧减量等项目进行检测，并与普通酚醛树脂覆膜砂的特性进行对照：
| 检测项目 | 普通酚醛树脂覆膜砂 | 无机覆膜砂 |
| 抗弯强度 MPa | 8.0 | 9.2 |
| 抗拉强度 MPa | 3.7 | 4.1 |
| 热态弯强度 Mpa | 3.5 | 3.9 |
| 灼烧减量 % | 2.25 | 0.9 |
| 发气量 ml/g | 12.7 | 5.9 |
| 耐热时间 s | 120 | 133 |
| 烟气量ml/g | 10 | 6 |
| 刺激性气体 | 有 | 无 |
通过上表的性能指标知道，无机覆膜砂具有强度高、无毒、无刺激性气体排放、具有良好的耐热性，是一种新型的环保铸造用材料。
Claims (8)
1.一种无机覆膜砂，其特征在于，由下列重量份的原料制成：原砂80～90份、固化剂0.3～3份、聚丙烯酰胺改性剂0.01～0.1份、粘结剂2～10份、硬脂酸钙0.04～0.6份。
2.根据权利要求1所述的一种无机覆膜砂，其特征在于，所述固化剂为氧化铝、氧化镁、氧化铜和氧化铁中的一种或多种碱性金属氧化物的混合物。
3.根据权利要求1所述的一种无机覆膜砂，其特征在于，所述原砂为硅砂、宝珠砂、石英砂、陶粒砂、石墨砂、石灰石砂和锆砂中的一种或多种混合物。
4.根据权利要求1所述的一种无机覆膜砂，其特征在于，所述粘结剂为磷酸铝、磷酸氢二铝、磷酸锆、磷酸镁和磷酸铬中的一种或多种混合物。
5.根据权利要求1所述的一种无机覆膜砂的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
（1）将原砂与固化剂相混合，原砂与固化剂的重量份分别为：80～90份和0.3～3份，温度控制在10℃～30℃，混合时间为10～20s，制成混合物一；
（2）向上述步骤（1）的混合物一中加入聚丙烯酰胺改性剂混合均匀，所述聚丙烯酰胺改性剂的重量份为0.01～0.1份，温度控制在10℃～30℃，pH值控制在4.0～5.5，反应时间为8～15s，制成混合物二；
（3）向上述步骤（2）的混合物二中加入粘结剂混合均匀，所述粘结剂的重量份为2～10份，温度控制在10℃～30℃，反应时间为90～150s，制成混合物三；
（4）向上述步骤（3）的混合物三中加入硬脂酸钙混合均匀，所述硬脂酸钙的重量份为0.04～0.6份，温度控制在10℃～30℃，反应时间为20～60s，最后过100～300目筛进行筛分，制成覆膜砂。
6.根据权利要求5所述的一种无机覆膜砂的制备方法，其特征在于，步骤（1）中所述固化剂为氧化铝、氧化镁、氧化铜和氧化铁中的一种或多种碱性金属氧化物的混合物。
7.根据权利要求5所述的一种无机覆膜砂的制备方法，其特征在于，步骤（1）中所述原砂为硅砂、宝珠砂、石英砂、陶粒砂、石墨砂、石灰石砂和锆砂中的一种或多种混合物。
8.根据权利要求5所述的一种无机覆膜砂的制备方法，其特征在于，步骤（3）中所述粘结剂为磷酸铝、磷酸氢二铝、磷酸锆、磷酸镁和磷酸铬中的一种或多种混合物。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |
Application publication date: 20170222 |
|
| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |