CN109290516A - 一种树脂砂型的制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明属于铸造技术领域，具体涉及一种树脂砂型的制备方法，所述的制备方法包括：(1)称取石英砂、树脂和硬化剂，加入到混料器中搅拌混合均匀，接着倒入到模型中，在常温下静置成型，干燥得到树脂砂型半成品；(2)浸涂，将步骤(1)的树脂砂型半成品置入铸造涂料中浸涂，浸涂完成后转入60～80℃的温度下烘干，即得所述的树脂砂型；本发明中改进了铸造涂料的配方，在高温金属液体浇注的过程中，在铸件与树脂砂型的界面处形成光亮的结膜，从而提高了树脂砂对高温金属液体冲刷的抵抗能力，防止了铸件的粘砂现象，确保了铸件的表面质量。

Description

一种树脂砂型的制备方法
技术领域
本发明属于铸造技术领域，具体涉及一种树脂砂型的制备方法。
背景技术
树脂砂是指以人工合成树脂作为砂粒的粘结剂的型砂或芯砂，用树脂砂制成铸型或型芯后，通过固化剂或硬化剂的作用，树脂发生不可逆的交联反应而固化，从而给予铸型或型芯以必要的强度。
由于树脂砂具有较好的流动性，易紧实，脱膜时间可调节，硬化后强度高，在其后的搬运及合箱过程中不变形；并且由于树脂砂的刚度高，在浇注及凝固过程中基本上无形壁位移现象，所以利用树脂砂型铸造而成的铸件的尺寸精度高，它比粘土砂及油砂生产的铸件的精度可提高1-2个级别。此外，树脂砂型成型后不用烘干，缩短了生产周期，节省了能源。但是，以树脂砂作为砂型在浇注过程中，在砂粒之间起到固化作用的树脂被浇灼分解，砂粒之间的连接被破坏，高温液体金属就会渗透到砂型中，造成粘砂。同时浇灼分解后形成大量气体留着在铸件的表面形成气孔缺陷。砂型铸造中所用的涂料，其主要作用是起到屏蔽作用，在浇注温度下能够在型芯表面积形成致密耐火涂层，既防止高温金属液渗入砂型中，也防止型砂中热分解产生的气体进入高温金属液中，可以获得表面光洁的铸件，对铸件表面质量、抵抗高温金属液冲刷砂型、防止铸件粘砂等起到重要作用。随着对铸件表面质量要求的不断提高，涂料的应用显得越来越为重要。
发明内容
本发明的目的在于提供一种树脂砂型的制备方法，通过在树脂砂型的表面浸涂涂料，提高树脂砂型的稳定性，提高对高温金属液体的抗冲刷能力，减少铸件表面的缺陷，提高铸件质量。
为了实现上述目的，本发明采用以下技术方案予以实现：
一种树脂砂型的制备方法，包括以下步骤：
(1)称取石英砂、树脂和硬化剂，加入到混料器中搅拌混合均匀，接着倒入到模型中，在常温下静置成型，干燥得到树脂砂型半成品；
(2)浸涂，将步骤(1)的树脂砂型半成品置入铸造涂料中浸涂，浸涂完成后转入60～80℃的温度下烘干，即得所述的树脂砂型；
所述的铸造涂料包括以下重量份的原料组成：莫来石粉65～90份、煤矸石粉5～10份、粉煤灰3～8份、低熔点玻璃粉15～35份、玻璃纤维5～10份、分散剂0.5～1.5份、表面活性剂0.3～0.8份、增稠剂0.5～1.6份、消泡剂0.2～0.6份、去离子水130～150份。
在进一步的技术方案中，所述煤矸石粉的粒径为0.3～1.5mm，煤矸石粉的含碳量介于10～20％。
在进一步的技术方案中，所述低熔点玻璃粉的平均粒径为5～50μm。
在进一步的技术方案中，所述铸造涂料包括以下重量份的原料组成：莫来石粉75～80份、煤矸石粉7～9份、粉煤灰5～7份、低熔点玻璃粉20～30份、玻璃纤维7～9份、分散剂0.9～1.2份、表面活性剂0.4～0.6份、增稠剂1.0～1.5份、消泡剂0.3～0.5份、去离子水135～145份。
在进一步的技术方案中，所述铸造涂料包括以下重量份的原料组成：莫来石粉78份、煤矸石粉8份、粉煤灰6份、低熔点玻璃粉25份、玻璃纤维8份、分散剂1.0份、表面活性剂0.5份、增稠剂1.2份、消泡剂0.4份、去离子水140份。
与现有技术相比，本发明具有以下技术效果：
本发明提供的树脂砂型的制备方法中，将成型的树脂砂型半成品置入铸造涂料中浸涂，所述的铸造涂料中，通过向莫来石粉中掺入煤矸石粉、粉煤灰、低熔点玻璃粉和玻璃纤维，在高温金属液体浇注的过程中，低熔点玻璃粉和玻璃纤维被熔融并侵入到粉煤灰的多孔结构中，并且低熔点玻璃粉和玻璃纤维熔融后形成的致密熔体层抑制了煤矸石粉中低含量碳氧化后的溢出，并在铸件与砂型的界面处形成光亮的结膜，从而提高了树脂砂对高温金属液体冲刷的抵抗能力，防止了铸件的粘砂现象，确保了铸件的表面质量。
本发明的其他特征和优点将在随后的具体实施方式中予以详细说明。
具体实施方式
为了使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合具体实施例，进一步阐明本发明。
本发明提供了一种树脂砂型的制备方法，包括以下步骤：
(1)称取石英砂、树脂和硬化剂，加入到混料器中搅拌混合均匀，接着倒入到模型中，在常温下静置成型，干燥得到树脂砂型半成品；
(2)浸涂，将步骤(1)的树脂砂型半成品置入铸造涂料中浸涂，浸涂完成后转入60～80℃的温度下烘干，即得所述的树脂砂型；
所述的铸造涂料包括以下重量份的原料组成：莫来石粉65～90份、煤矸石粉5～10份、粉煤灰3～8份、低熔点玻璃粉15～35份、玻璃纤维5～10份、分散剂0.5～1.5份、表面活性剂0.3～0.8份、增稠剂0.5～1.6份、消泡剂0.2～0.6份、去离子水130～150份。
所述铸造涂料的制备方法：包括将莫来石粉、煤矸石粉、粉煤灰、低熔点玻璃粉、玻璃纤维加入高混机中混合均匀，将混合得到的混合料转入混料筒中，在搅拌的条件下依次加入去离子水、分散剂、表面活性剂、增稠剂和消泡剂，得到所述的铸造涂料。
本发明的技术构思在于，向莫来石粉中掺入煤矸石粉、粉煤灰、低熔点玻璃粉和玻璃纤维，在高温金属液体浇注的过程中，低熔点玻璃粉和玻璃纤维被熔融并侵入到粉煤灰的多孔结构中，并且低熔点玻璃粉和玻璃纤维熔融后形成的致密熔体层抑制了煤矸石粉中低含量碳氧化后的溢出，并在铸件与砂型的界面处形成光亮的结膜，从而提高了树脂砂对高温金属液体冲刷的抵抗能力，防止了铸件的粘砂现象，确保了铸件的表面质量。
需要注意的是，在结膜形成前，熔融的玻璃粉与玻璃纤维会有渗透并溶解到高温金属液中导致铸件成分的改变，因此，本发明提供的树脂砂铸造涂料在使用后，需要使用高温金属液进行一次冲刷，使结膜形成，然后剥离冷却后的金属，得到的砂型才能用于铸件的成型作业。
本发明中，所述的莫来石粉是一种优质的耐火原料，是铝硅酸盐在高温下生成的矿物，在C/C复合材料中多作为热障涂层。
本发明中，所述的煤矸石粉是由煤矸石粉碎而成的粉末状物质，煤矸石是在采煤过程和洗煤过程中排放的固体废弃物，是一种在成煤过程中与煤层伴生的一种含碳量低、比煤坚硬的黑灰色岩石，煤矸石的主要成分有Al2O3、SiO2，另外还含有数量不等的Fe2O3、CaO、MgO、Na2O、K2O、P2O5、SO3和微量稀有元素(镓、钒、钛、钴)；现有技术中，煤矸石作为固体废弃物，不仅堆积占地，而且还能产生自燃污染空气或引起火灾，因此煤矸石的开发利用也是一个亟待解决的技术问题。本发明将煤矸石粉与莫来石粉混合，利用其中含有的微量碳成型得到结膜，提高了树脂砂对高温金属液的抵抗能力。根据本发明，优选的条件下，所述煤矸石粉的粒径为0.3～1.5mm，煤矸石粉的含碳量介于10～20％。
本发明中，所述的粉煤灰是从煤燃烧后的烟气中收捕下来的细灰，粉煤灰的主要成分包括SiO2、Al2O3、FeO、Fe2O3、CaO、TiO2等，随着电力工业的发展，燃煤电厂的粉煤灰排放量逐年增加，成为我国当前排量较大的工业废渣之一。大量的粉煤灰不加处理，就会产生扬尘，污染大气；若排入水系会造成河流淤塞，而其中的有毒化学物质还会对人体和生物造成危害。粉煤灰颗粒多呈孔型蜂窝状组织，比表面积较大，具有较高的吸附活性，颗粒的粒径范围为0.5～300μm，具有丰富的孔隙结构，孔隙率高达50％～80％。本发明中，利用粉煤灰作为熔融的低熔点玻璃粉与玻璃纤维的载体，高温金属液体冲刷涂层后，熔融的低熔点玻璃粉和玻璃纤维侵入到粉煤灰的孔隙结构中。
根据本发明，所述的条件下，所述低熔点玻璃粉的平均粒径为5～50μm。
根据本发明，所述铸造涂料中各组分的含量可以在较宽的范围内选择，作为优选的，所述铸造涂料包括以下重量份的原料组成：莫来石粉75～80份、煤矸石粉7～9份、粉煤灰5～7份、低熔点玻璃粉20～30份、玻璃纤维7～9份、分散剂0.9～1.2份、表面活性剂0.4～0.6份、增稠剂1.0～1.5份、消泡剂0.3～0.5份、去离子水135～145份。
作为优选的，所述铸造涂料包括以下重量份的原料组成：莫来石粉78份、煤矸石粉8份、粉煤灰6份、低熔点玻璃粉25份、玻璃纤维8份、分散剂1.0份、表面活性剂0.5份、增稠剂1.2份、消泡剂0.4份、去离子水140份。
根据本发明，本发明中所述的分散剂为硬脂酸锌、硬脂酸钙、硬脂酸镉、硬脂酸镁和硬脂酸铜中的一种或多种。
根据本发明，表面活性剂能够降低材料的表面自由能，提高粉料的分散性能，所述表面活性剂为非离子表面活性剂。进一步优选的，所述非离子表面活性剂为酯型表面活性剂、醚型表面活性剂、胺型表面活性剂、酰胺型表面活性剂及酯醚型表面活性剂中的至少一种。具体如下：酯型表面活性剂可以为山梨糖醇酐脂肪酸酯及聚氧乙烯脂肪酸酯等中的至少一种。醚型表面活性剂可以为聚氧乙烯烷基醇醚和聚氧乙烯烷基苯酚醚等中的至少一种。胺表面活性剂可以为聚氧乙烯脂肪胺等。酰胺表面活性剂可以为如聚氧乙烯酰胺等。酯醚表面活性剂可以为山梨糖醇酐脂肪酸酯聚氧乙烯醚型(吐温型)等。优选山梨糖醇酐脂肪酸酯、聚氧乙烯脂肪酸酯、聚氧乙烯脂肪胺、聚氧乙烯酰胺或聚氧乙烯醚，更加优选聚氧乙烯脂肪胺、聚氧乙烯酰胺或聚氧乙烯醚。其中所述的脂肪酸酯、脂肪胺中的脂肪是指C2-C4的直链烃。烷基醇醚、烷基苯酚醚中的烷基为C2-C4的直链烃。
根据本发明，本发明中所述的增稠剂选自甲基纤维素、羟丙基甲基纤维素和羟乙基纤维素中的一种或多种。
根据本发明，本发明中所述的消泡剂为乳化硅油、聚氧乙烯聚氧丙烯季戊四醇醚、聚氧乙烯聚氧丙醇胺醚、聚氧丙烯甘油醚、聚氧丙烯聚氧乙烯甘油醚和聚二甲基硅氧烷中的一种或多种。
本发明还提供了一种利用上述树脂砂型铸造铸件的方法，包括以下步骤：
(1)称取待铸铸件的原料，熔炼后得到熔融状金属合金，浇注到本发明提供的树脂砂型中，冷却成型；
(2)落砂，清理，得到铸件。
以下通过具体的实施例对本发明提供的树脂砂型的制备方法做出进一步的说明。
实施例1
一种用于树脂砂型的铸造涂料，包括以下重量份的原料组成：莫来石粉78份、煤矸石粉8份、粉煤灰6份、低熔点玻璃粉(平均粒径30μm)25份、玻璃纤维8份、分散剂硬脂酸锌1.0份、表面活性剂聚氧乙烯脂肪胺0.5份、增稠剂甲基纤维素1.2份、消泡剂乳化硅油0.4份、去离子水140份；
所述煤矸石粉的粒径为0.3～1.5mm，煤矸石粉的含碳量介于10～20％；
所述铸造涂料的制备方法包括：将莫来石粉、煤矸石粉、粉煤灰、低熔点玻璃粉、玻璃纤维加入高混机中混合均匀，将混合得到的混合料转入混料筒中，在搅拌的条件下依次加入去离子水、分散剂硬脂酸锌、表面活性剂聚氧乙烯脂肪胺、增稠剂甲基纤维素和消泡剂乳化硅油，得到所述的铸造涂料。
实施例2
一种用于树脂砂型的铸造涂料，包括以下重量份的原料组成：莫来石粉75份、煤矸石粉7份、粉煤灰5份、低熔点玻璃粉(平均粒径30μm)20份、玻璃纤维7份、分散剂硬脂酸锌0.9份、表面活性剂聚氧乙烯脂肪胺0.4份、增稠剂甲基纤维素1.0份、消泡剂乳化硅油0.3份、去离子水135份；
所述煤矸石粉的粒径为0.3～1.5mm，煤矸石粉的含碳量介于10～20％；
所述铸造涂料的制备方法包括：将莫来石粉、煤矸石粉、粉煤灰、低熔点玻璃粉、玻璃纤维加入高混机中混合均匀，将混合得到的混合料转入混料筒中，在搅拌的条件下依次加入去离子水、分散剂硬脂酸锌、表面活性剂聚氧乙烯脂肪胺、增稠剂甲基纤维素和消泡剂乳化硅油，得到所述的铸造涂料。
实施例3
一种用于树脂砂型的铸造涂料，包括以下重量份的原料组成：莫来石粉80份、煤矸石粉9份、粉煤灰7份、低熔点玻璃粉(平均粒径30μm)30份、玻璃纤维9份、分散剂硬脂酸锌1.2份、表面活性剂聚氧乙烯脂肪胺0.6份、增稠剂甲基纤维素1.5份、消泡剂乳化硅油0.5份、去离子水145份；
所述煤矸石粉的粒径为0.3～1.5mm，煤矸石粉的含碳量介于10～20％；
所述铸造涂料的制备方法包括：将莫来石粉、煤矸石粉、粉煤灰、低熔点玻璃粉、玻璃纤维加入高混机中混合均匀，将混合得到的混合料转入混料筒中，在搅拌的条件下依次加入去离子水、分散剂硬脂酸锌、表面活性剂聚氧乙烯脂肪胺、增稠剂甲基纤维素和消泡剂乳化硅油，得到所述的铸造涂料。
实施例4
一种用于树脂砂型的铸造涂料，包括以下重量份的原料组成：莫来石粉65份、煤矸石粉5份、粉煤灰3份、低熔点玻璃粉(平均粒径30μm)15份、玻璃纤维5份、分散剂硬脂酸锌0.5份、表面活性剂聚氧乙烯脂肪胺0.3份、增稠剂甲基纤维素0.5份、消泡剂乳化硅油0.2份、去离子水130份；
所述煤矸石粉的粒径为0.3～1.5mm，煤矸石粉的含碳量介于10～20％；
所述铸造涂料的制备方法包括：将莫来石粉、煤矸石粉、粉煤灰、低熔点玻璃粉、玻璃纤维加入高混机中混合均匀，将混合得到的混合料转入混料筒中，在搅拌的条件下依次加入去离子水、分散剂硬脂酸锌、表面活性剂聚氧乙烯脂肪胺、增稠剂甲基纤维素和消泡剂乳化硅油，得到所述的铸造涂料。
实施例5
一种用于树脂砂型的铸造涂料，包括以下重量份的原料组成：莫来石粉90份、煤矸石粉10份、粉煤灰8份、低熔点玻璃粉(平均粒径30μm)35份、玻璃纤维10份、分散剂硬脂酸锌1.5份、表面活性剂聚氧乙烯脂肪胺0.8份、增稠剂甲基纤维素1.6份、消泡剂乳化硅油0.6份、去离子水150份；
所述煤矸石粉的粒径为0.3～1.5mm，煤矸石粉的含碳量介于10～20％；
所述铸造涂料的制备方法包括：将莫来石粉、煤矸石粉、粉煤灰、低熔点玻璃粉、玻璃纤维加入高混机中混合均匀，将混合得到的混合料转入混料筒中，在搅拌的条件下依次加入去离子水、分散剂硬脂酸锌、表面活性剂聚氧乙烯脂肪胺、增稠剂甲基纤维素和消泡剂乳化硅油，得到所述的铸造涂料。
实施例6
如实施例1中用于树脂砂型的铸造涂料及其制备方法，不同的是，更改使用平均粒径为5μm的低熔点玻璃粉；其余不变，制备得到铸造涂料。
实施例7
如实施例1中用于树脂砂型的铸造涂料及其制备方法，不同的是，更改使用平均粒径为50μm的低熔点玻璃粉；其余不变，制备得到铸造涂料。
对比例1
如实施例1中用于树脂砂型的铸造涂料及其制备方法，不同的是，更改使用平均粒径为100μm的低熔点玻璃粉；其余不变，制备得到铸造涂料。
对比例2
如实施例1中用于树脂砂型的铸造涂料及其制备方法，不同的是，所述铸造涂料中不含有煤矸石粉；其余不变，制备得到铸造涂料。
对比例3
如实施例1中用于树脂砂型的铸造涂料及其制备方法，不同的是，所述铸造涂料中不含有低熔点玻璃粉；其余不变，制备得到铸造涂料。
对比例4
如实施例1中用于树脂砂型的铸造涂料及其制备方法，不同的是，
所述铸造涂料包括以下重量份的原料组成：莫来石粉50份、煤矸石粉3份、粉煤灰6份、低熔点玻璃粉(平均粒径30μm)25份、玻璃纤维8份、分散剂硬脂酸锌1.0份、表面活性剂聚氧乙烯脂肪胺0.5份、增稠剂甲基纤维素1.2份、消泡剂乳化硅油0.4份、去离子水140份；
其余不变，制备得到铸造涂料。
利用上述实施例1-7、对比例1-4提供的铸造涂料浸涂树脂砂型，并进行铸件的铸造，其方法包括以下步骤：
(1)树脂砂型成型，称取石英砂、树脂和硬化剂，加入到混料器中搅拌混合均匀，接着倒入到模型中，在常温下静置成型，干燥得到树脂砂型半成品；
(2)浸涂，将步骤(1)的树脂砂型半成品置入本发明提供的铸造涂料中浸涂，浸涂完成后转入60～80℃的温度下烘干，备用；
(3)称取待铸铸件的原料，熔炼后得到熔融状金属合金，浇注到步骤(2)制备得到的树脂砂型中，冷却成型；
(4)落砂，清理，得到铸件。
上述方法中，步骤(1)中，树脂砂型的配方为：石英砂80份、呋喃树脂5.5份、硬化剂0.3份；
通过目视的方法对从铸型脱模后的铸件表面进行评价。评价基准为：
○：表示没有型砂痕迹，为平滑的面；
△：表示能稍稍辨认出型砂痕迹，为稍平滑的面；
╳：表示型砂痕迹明显，为粗糙的面。
表1：铸件表面状态情况
铸件表面状态
实施例1 ○
实施例2 ○
实施例3 ○
实施例4 ○
实施例5 ○
实施例6 ○
实施例7 ○
对比例1 △
对比例2 ╳
对比例3 ╳
对比例4 △
结合上述试验数据可以看出，本发明提供的树脂砂型的制备方法制备得到的树脂砂型能够显著的提高对高温金属液体的抗冲刷能力，减少铸件的表面缺陷，提高铸件的质量。
以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和本发明的特点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明的范围内。本发明要求保护的范围由所附的权利要求书及其等效物界定。

Claims (5)

1.一种树脂砂型的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：
(1)称取石英砂、树脂和硬化剂，加入到混料器中搅拌混合均匀，接着倒入到模型中，在常温下静置成型，干燥得到树脂砂型半成品；
(2)浸涂，将步骤(1)的树脂砂型半成品置入铸造涂料中浸涂，浸涂完成后转入60～80℃的温度下烘干，即得所述的树脂砂型；
所述的铸造涂料包括以下重量份的原料组成：莫来石粉65～90份、煤矸石粉5～10份、粉煤灰3～8份、低熔点玻璃粉15～35份、玻璃纤维5～10份、分散剂0.5～1.5份、表面活性剂0.3～0.8份、增稠剂0.5～1.6份、消泡剂0.2～0.6份、去离子水130～150份。
2.根据权利要求1所述的树脂砂型的制备方法，其特征在于：所述煤矸石粉的粒径为0.3～1.5mm，煤矸石粉的含碳量介于10～20％。
3.根据权利要求1所述的树脂砂型的制备方法，其特征在于：所述低熔点玻璃粉的平均粒径为5～50μm。
4.根据权利要求1所述的树脂砂型的制备方法，其特征在于：所述铸造涂料包括以下重量份的原料组成：莫来石粉75～80份、煤矸石粉7～9份、粉煤灰5～7份、低熔点玻璃粉20～30份、玻璃纤维7～9份、分散剂0.9～1.2份、表面活性剂0.4～0.6份、增稠剂1.0～1.5份、消泡剂0.3～0.5份、去离子水135～145份。
5.根据权利要求1所述的树脂砂型的制备方法，其特征在于：所述铸造涂料包括以下重量份的原料组成：莫来石粉78份、煤矸石粉8份、粉煤灰6份、低熔点玻璃粉25份、玻璃纤维8份、分散剂1.0份、表面活性剂0.5份、增稠剂1.2份、消泡剂0.4份、去离子水140份。
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