CN108356213B - 一种铸造粉及其制备方法和石膏模具制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种铸造粉及其制备方法以及石膏模具的制备方法，铸造粉是采用硅质改性的石膏粉，其包括石膏粉与有机硅乳液按质量比为0.5：1～5.5：1组成的混合物。本发明的石膏粉与硅质改性，操作方便，工艺适用范围宽，成本低且环保。模具品质较佳。

Description

一种铸造粉及其制备方法和石膏模具制备方法

技术领域

本发明涉及铸造技术领域，特别是一种铸造粉及其制备方法和石膏模具的制备方法。

背景技术

铸造是制造业的核心基础工业，在国民经济中占重要地位。以造型材料所成模具(型)进行铸造生产的方法，占铸件生产80％—90％以上。模具(铸型)对铸件质量的作用往往是决定性的，造型材料的先导性创新，会拉动整体铸造工业和制造业的发展。我国现有紧密熔模铸造粉大都采用从国外进口壳粉，成本较高，供应困难。而现有蜡模成型工艺复杂，对环境造成各种污染。且现有模具品质欠缺。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是：提供一种铸造粉，解决现有铸造粉原料不普及、成本高，对环境造成污染等问题。

本发明进一步解决的技术问题是：提供一种铸造粉的制备方法，解决现有铸造粉生产工艺复杂等问题。

本发明另外还解决的技术问题是：提供一种石膏模具的制备方法，解决石膏模具生产工艺复杂、成本高、品质欠佳等问题。

为解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：

提供一种铸造粉，是采用硅质改性的石膏粉，其包括石膏粉与有机硅乳液按质量比为0.5：1～5.5：1混合经热处理后制成的混合物；所述石膏粉是α型石膏粉与有机胶结剂制成的无收缩的粘结剂；其中有机胶结剂质量百分数为2～9％。

所述铸造粉进一步含有铜，铜占石膏粉质量的4～6％。

有机胶结剂为钠型硅溶胶。

所述α型石膏粉包括以下质量份的组份：

所述α型高强石膏粉是将二水石膏通过加压加温由二水石膏转换为半水石膏，通过吸湿变质为无水可溶石膏，再经过煅烧生成α型高强石膏粉。

所述有机硅乳液包括表面活性剂和硅油按质量比1:9～1:3形成硅油混合物，最后再加入硅油混合物质量的160～500％的蒸馏水，形成最终的有机硅微乳液。

所述表面活性剂为离子型表面活性剂；离子型表面活性剂包括十二烷基磺酸钠、十二烷基三甲基氯化铵、十二烷基二甲基苄基氯化铵中的一种或几种；所述硅油为甲基硅油、乙基硅油、苯基硅油、氨基硅油、羟基硅油、羧基硅油中的一种或几种。

本发明还提供制备所述铸造粉的方法，包括以下步骤：

步骤一，制备高强石膏粉；

步骤二，配制石膏粉；

步骤三，将石膏粉与有机胶结剂制成无收缩的粘结剂；

步骤四，制备有机硅微乳液；

步骤五，制备有机硅改性石膏粉的模型铸造粉：通过高速搅拌使用石膏粉与微乳液、金属粉充分混合，经热处理，真空抽吸最终获得改性铸造粉。

步骤一是将二水石膏通过加压加温120～140℃由二水石膏转换为α型半水石膏；进一步加热至200～230℃形成α型半水石膏Ⅲ；通过吸湿继续升温为400℃，转换为α型半水石膏Ⅱ；继续加热400～480℃，变质为无水可溶石膏；最后煅烧石膏开始分解转化为高强石膏粉；所述步骤一中还包括以水洗法去掉石膏粉中的杂质；所述步骤五中，在盛有水的搅拌釜中加入铜粉，其中搅拌釜温度为15～90℃，搅拌速率为300～400转/分钟，同时将石膏干粉状与有机胶结剂制成无收缩的粘结剂和有机硅乳液均匀加入到高速分散的铜粉中，待有机硅乳液加入完毕，继续搅拌1～2小时，出料后经热处理获得石膏粉与硅质改性铸造粉，其中热处理温度100～200℃，热处理时间为2～6小时，最后真空抽吸最终获得改性铸造粉。

本发明还提供制备石膏模具的方法，包括以下步骤：

步骤1，制备上述铸造粉；

步骤2，按水粉质量比26～42：100将铸造粉散入温水中，水温为18～24℃；

步骤3，搅拌混合形成均匀的浆料；

步骤4，第一次抽真空，浇注模型；

步骤5，第二次抽真空，最后固化。

本发明的有益效果是：

本发明的石膏粉与硅质改性，操作方便，工艺适用范围宽，并能获得铸造模型粉，且材料取材丰富易得，在使用过程中不释放破坏性气体，环保；另外，本发明成本低，便于推广应用。

下面结合附图对本发明作进一步的详细描述。

附图说明

图1为本发明实施例高强石膏粉的制备流程。

图2是发明实施例石膏模具制作工艺流程。

具体实施方式

需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的各实施例及实施例中的特征可以相互结合，下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步详细说明。

本发明是以天然储量丰富的石膏、硅质等多种基础(传统)材料为原料，合成铸造模具造型新材料，具有高效、低耗节能、绿色环保特点。

本发明的模型铸造粉是采用硅质改性的石膏粉，是一种包括石膏粉与有机硅乳液按质量比为0.5:1～5.5:1混合经热处理后制成的混合物。

所述石膏粉是α型石膏粉与有机胶结剂例如钠型硅溶胶制成无收缩的粘结剂，其中有机胶结剂占粘结剂的质量百分数为2～9％。

所述模型铸造粉中进一步包括铜粉，是石膏粉质量的4～6％。

所述α型石膏粉包括以下成份(质量份)：

其中α型高强石膏粉是将天然二水石膏在1.3大气压下，120°～140℃的饱和水蒸气下蒸练，生成α型半水石膏，经过200°～230℃左右低温煅烧失去部分结晶水后成为α型半水石膏Ⅲ，经400℃生成α型半水石膏Ⅱ，继续加热400～480℃变质为无水可溶石膏，最后煅烧石膏开始分解转化为高强石膏粉而获得的。具体地，天然二水石膏(CaSO₄·2H₂O)是由单一化合物硫酸钙组成，其理论成分及质量百分数为CaO 32.5％、SO₄ 46.51％、H₂O 20.93％，但通常含有三氧化二铝、三氧化二铁、氧化镁、粘土等杂质。本发明的实施例通过加压加温由二水石膏转换为半水石膏，通过吸湿变质为无水可溶石膏，再经过煅烧生成α型高强石膏粉。

作为一种实施例，铸造石膏粉包括以下成份(质量份)：

有机硅乳液包括表面活性剂和硅油按质量比1:9～1:3形成硅油混合物，最后再加入160～500％质量比的蒸馏水，形成最终的有机硅微乳液。

所述表面活性剂为离子型表面活性剂；离子型表面活性剂包括十二烷基磺酸钠、十二烷基三甲基氯化铵、十二烷基二甲基苄基氯化铵中的一种或几种。所述硅油为甲基硅油、乙基硅油、苯基硅油、氨基硅油、羟基硅油、羧基硅油中的一种或几种。

本发明的模型铸造粉的制备方法包括以下工艺：

(一)制备高强石膏粉

天然二水石膏(CaSO₄·2H₂O)是由单一化合物硫酸钙组成，其理论成分为CaO32.5％，SO₄ 46.51％，H₂O 20.93％，通常还含有三氧化二铝、三氧化二铁、氧化镁、粘土等杂质，本方法中，将二水石膏在1.3大气压下，120°～140℃的饱和水蒸气下蒸练，生成α型半水石膏，经过200°～230℃左右低温煅烧失去部分结晶水后成为α型半水石膏Ⅲ，经400℃生成α型半水可溶石膏Ⅱ。

一种具体实施例的制备工艺流程，请参照图1所示，将二水石膏通过加压加温120～140℃由二水石膏转换为α型半水石膏；进一步加热至200～230℃形成α型半水石膏Ⅲ；通过吸湿继续升温为400℃，转换为α型半水石膏Ⅱ；继续加热400～480℃，变质为无水可溶石膏；最后煅烧石膏开始分解(CaSO₄+CaO)转化为高强石膏粉。

本步骤中，先以水洗法去掉石膏粉中的杂质，即用水与石膏原矿碎粉混合制成浓度为矿浆，使之完全分散自然沉降后底部的沉淀物弃去，把上部浆体浓缩烘干研磨。

(二)配制石膏粉

(三)将石膏粉与有机胶结剂制成无收缩的粘结剂

石膏粉与有机胶结剂制成无收缩的粘结剂，有机胶结剂的质量百分数为按2～9％。有机胶结剂可以是钠型硅溶胶。

(四)制备有机硅微乳液

在800～2500转/分钟搅拌速率下将表面活性剂和硅油，按质量比1:9～1:3混合搅拌20～90分钟形成硅油混合物，然后分5～7次加入硅油混合物质量的160～500％的蒸馏水，获得有机硅微乳液。所述表面活性剂为离子型表面活性剂；离子型表面活性剂包括十二烷基磺酸钠、十二烷基三甲基氯化铵、十二烷基二甲基苄基氯化铵中的一种或几种。所述硅油为甲基硅油、乙基硅油、苯基硅油、氨基硅油、羟基硅油、羧基硅油中的一种或几种。本步骤是通过机械乳化制备有机硅微乳液。

(五)制备有机硅改性石膏粉的模型铸造粉

具体工艺为：在盛有水的搅拌釜中加入石膏粉质量的4～6％的铜粉，其中搅拌釜温度为15～90℃，搅拌速率为300～400转/分钟，同时将石膏干粉状与有机胶结剂制成无收缩的粘结剂和有机硅乳液均匀加入到高速分散的铜粉中，石膏粉与有机硅乳液质量比为0.5:1～5.5:1，待有机硅乳液加入完毕，继续搅拌1～2小时，出料后经热处理获得石膏粉与硅质改性铸造粉，其中热处理温度100～200℃，热处理时间为2～6小时，最后真空抽吸最终获得改性铸造粉。

本步骤中，通过高速搅拌、雾化使净化后的石膏粉与微乳液、金属粉充分混合，经热处理，真空抽吸最终获得改性铸造粉。

可以理解，上述步骤四制备制备有机硅微乳液与步骤一制备石膏粉的顺序不作限定，上述仅为方便描述列为步骤四和步骤一，两种成份可同时或先后制备。因此，先制备有机硅微乳液或者先制备石膏粉均属于本发明保护的范围。

本发明提供的上述方法能够改变铸造粉的表面极性，使铸造粉表面形成超疏水层，改善其与聚合物的相容性，提高铸造石膏粉材料的耐水性、耐候性和力学性能。本发明对实现石膏资源的高效利用，促进石膏-硅质材料的高性能化具有积极的作用。

作为一种实施例，搅拌釜中各组份的配比为：

利用上述工艺制备的铸造粉制造石膏模具时，石膏模具制作工艺流程参照图2所示，主要包括以下步骤：铸造粉称量，温水测量控制在18～24℃，按比例将铸造粉散入温水中，手搅拌，机械混合形成均匀的浆料，第一次抽真空，浇注模型，第二次抽真空，最后固化。

工艺条件举例：水粉质量比26～42：100；铸粉加入水中：30秒；手搅混合：30秒；机械混合：2～3分钟；第一次抽真空：1.5～2分钟；浇注模型：30秒；第二次抽真空：1.5～2分钟；固化：大于60分钟。

进一步地，因石膏模的透气性不良，浇注时需加压或减压，铸模用石膏是以石膏为粘结剂，添加缓凝剂，起延缓石膏混合浆料凝结(胶凝)时间(速度)，取硼砂满足GB538-82，粉碎到200目以下占硅质改性石膏粉重量的1％～4％加入上述浆料中，促凝剂起促进石膏混合浆料凝结速度，取硫酸钾满足GB641-78，粉碎到200目以下占硅质改性的石膏粉重量的0.2％～0.3％以提高其耐火度而加入上述浆料中，降低干燥时之收缩应力和加热烧成时之膨胀应力。

作为具体实例，本发明制备石膏模具的工艺如下表1

表1石膏模具制备工艺

进一步焙烧上述石膏模具的工艺如下表2：

表2石膏模具焙烧工艺

用本发明的制备的铸造粉制造的石膏模具与现有技术中的石膏模具性能比较如下表3：

表3石膏模具性能比较

其中，中国化工部、美国、英国采用现有技术的石膏粉制制作的石膏模具。由上表可见，本发明石膏模具品质更佳。

尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的保护范围由所附权利要求及其等同范围限定。

Claims (7)

1.一种铸造粉，是采用硅质改性的石膏粉，其包括石膏粉与有机硅乳液按质量比为0.5：1～5.5：1混合经热处理后制成的混合物；所述石膏粉是α型石膏粉与有机胶结剂制成的无收缩的粘结剂；其中有机胶结剂质量百分数为2～9％；所述α型石膏粉包括以下质量份的组份：

所述α型高强石膏粉是由二水石膏通过加压加温120～140℃由二水石膏转换为α型半水石膏，进一步加热至200～230℃形成α型半水石膏Ⅲ，通过吸湿继续升温为400℃转换为α型半水石膏Ⅱ，继续加热400～480℃变质为无水可溶石膏，最后煅烧石膏开始分解转化为高强石膏粉；

有机胶结剂为钠型硅溶胶。

2.如权利要求1所述的铸造粉，其特征在于，所述铸造粉进一步含有铜，铜占石膏粉质量的4～6％。

3.如权利要求1所述的铸造粉，其特征在于，所述有机硅乳液包括表面活性剂和硅油按质量比1:9～1:3形成硅油混合物，最后再加入硅油混合物质量的160～500％的蒸馏水，形成最终的有机硅微乳液。

4.如权利要求3所述的铸造粉，其特征在于，所述表面活性剂为离子型表面活性剂；离子型表面活性剂包括十二烷基磺酸钠、十二烷基三甲基氯化铵、十二烷基二甲基苄基氯化铵中的一种或几种；所述硅油为甲基硅油、乙基硅油、苯基硅油、氨基硅油、羟基硅油、羧基硅油中的一种或几种。

5.制备如权利要求1～4任一项所述铸造粉的方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤一，制备高强石膏粉；

步骤二，配制石膏粉；

步骤三，将石膏粉与有机胶结剂制成无收缩的粘结剂；

步骤四，制备有机硅微乳液；

步骤五，制备有机硅改性石膏粉的模型铸造粉：通过高速搅拌使用石膏粉与微乳液、金属粉充分混合，经热处理，真空抽吸最终获得改性铸造粉。

6.如权利要求5所述的制备方法，其特征在于，步骤一是将二水石膏通过加压加温120～140℃由二水石膏转换为α型半水石膏；进一步加热至200～230℃形成α型半水石膏Ⅲ；通过吸湿继续升温为400℃，转换为α型半水石膏Ⅱ；继续加热400～480℃，变质为无水可溶石膏；最后煅烧石膏开始分解转化为高强石膏粉；所述步骤一中还包括以水洗法去掉石膏粉中的杂质；所述步骤五中，在盛有水的搅拌釜中加入铜粉，其中搅拌釜温度为15～90℃，搅拌速率为300～400转/分钟，同时将石膏干粉状与有机胶结剂制成无收缩的粘结剂和有机硅乳液均匀加入到高速分散的铜粉中，待有机硅乳液加入完毕，继续搅拌1～2小时，出料后经热处理获得石膏粉与硅质改性铸造粉，其中热处理温度100～200℃，热处理时间为2～6小时，最后真空抽吸最终获得改性铸造粉。

7.制备石膏模具的方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1，制备如权利要求1～4任一项所述铸造粉；

步骤2，按水粉质量比26～42：100将铸造粉散入温水中，水温为18～24℃；

步骤3，搅拌混合形成均匀的浆料；

步骤4，第一次抽真空，浇注模型；

步骤5，第二次抽真空，最后固化。

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