CN110342899B - 基于再生覆膜砂粉尘的防火门芯板及制作方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及防火门芯板制备领域，具体公开了基于再生覆膜砂粉尘的防火门芯板，包括如下质量份的原料：硫酸镁溶液1.3～1.7份、氧化镁1份、改性剂0.03～0.07份，所述改性剂为再生覆膜砂粉尘，制备而成的防火门芯板抗压强度≥1.2MPa，抗折强度≥0.7MPa，耐火性能≥110min。防火门芯板制作方法，包括步骤A：硫氧镁凝胶材料的制备，将硫酸镁溶液与氧化镁混合，制成硫氧镁凝胶；步骤B：利用再生覆膜砂粉尘改性，向硫氧镁凝胶中加入再生覆膜砂粉尘并搅拌，再生覆膜砂粉尘的添加量为氧化镁的3～7％(wt％)；步骤C：充入泡沫；而后进行注浆成型、脱模压花、养护及蒙皮。本发明实现了再生覆膜砂粉尘有效的资源化利用，有效控制了再生覆膜砂粉尘的污染问题。

Description

基于再生覆膜砂粉尘的防火门芯板及制作方法
技术领域
本发明涉及防火门芯板制备领域，具体涉及基于再生覆膜砂粉尘的防火门芯板及制作方法。
背景技术
再生覆膜砂粉尘主要来源于铸造过程中覆膜砂再生工艺中的风选工艺。据有关统计，铸造行业每生产1吨铸件，就会产生1.2吨覆膜砂废弃物。我国铸件已连续多年产量居世界第一，2011年中国铸件产量达4350万吨，占全球产量1/3以上，2011年全中国废砂生成总量约为5200万吨，全国铸造产量还在以每年10％的速度增长。且据统计，每再生1吨覆膜砂产生约为20kg粉尘。我国铸造业每年排放总粉尘量巨大，约为100万吨。目前，大多数的铸造企业采用堆放的方式对再生覆膜砂粉尘进行处理，也有部分企业用除尘器进行粉尘的收集，但是收集到的粉尘颗粒也比较小，再生覆膜砂粉尘颗粒比表面积大，成分复杂，且易飞扬，不易处理，不易运输，其排放和堆放问题已对生态环境构成严重威胁。
再生覆膜砂粉尘由于有颗粒细小、比表面积大、具有一定反应活性的特点，已有许多学者和铸造企业对再生覆膜砂粉尘的资源化利用进行了积极的探索。当前，再生覆膜砂粉尘主要可以用于聚合物基废弃物复合材料、水泥基废弃物复合材料、陶瓷基复合材料等材料的制作。但是目前，再生覆膜砂主要还是用作这些材料的掺合料使用，并且存在掺合用量较小的问题，现有利用途径并不能大量实现再生覆膜砂粉尘的资源化利用，使得再生覆膜砂粉尘污染问题并不能得到有效控制。
发明内容
本发明意在提供基于再生覆膜砂粉尘的防火门芯板及制作方法，以解决现有利用途径并不能大量实现再生覆膜砂粉尘的资源化利用，导致再生覆膜砂粉尘污染问题并不能得到有效控制的问题。
为达到上述目的，本发明的技术方案如下：基于再生覆膜砂粉尘的防火门芯板，包括如下质量份的原料：硫酸镁溶液1.3～1.7份、氧化镁1份、改性剂0.03～0.07份，改性剂为再生覆膜砂粉尘，制备而成的防火门芯板抗压强度≥1.2MPa，抗折强度≥0.7MPa，耐火性能≥110min。
本技术方案还提供基于再生覆膜砂粉尘的防火门芯板及制作方法，包括如下步骤：
步骤A：硫氧镁凝胶材料的制备，将硫酸镁溶液与氧化镁按照1.3～1.7:1(w/w)的比例混合，将丙烯腈纤维按照1kg/m3投料到含有硫酸镁溶液与氧化镁的搅拌釜中进行搅拌，制成硫氧镁凝胶；
步骤B：利用再生覆膜砂粉尘改性，向硫氧镁凝胶中加入再生覆膜砂粉尘并搅拌，再生覆膜砂粉尘的添加量为氧化镁的3～7％(wt％)；
步骤C：充入泡沫，充入经发泡机发泡后的专用泡沫并搅拌得注浆料；
步骤D：注浆成型，将注浆料放料至模具内进行烘烤；
步骤E：脱模压花；
步骤F：养护，将压花后的门芯板进行隔离叠放养护；
步骤G：蒙皮。
本技术方案的原理及有益效果在于：目前市场销售的防火门的填充料主要为氯氧镁防火门芯板，但是氯氧镁防火门芯板存在易返卤、泛霜、腐蚀钢材的缺点。据统计，由于该问题已对全国防火门生产企业造成了数以亿计的损失。同时，由于氯氧镁防火门芯板的腐蚀性，导致防火门外表皮剥离(甚至破裂)、铰链锈蚀等情况的发生，这无疑会对于防火门紧急情况下发挥其应有的作用造成巨大的影响，也是较为重大消防安全隐患。本技术方案中，通过硫酸镁和氧化镁形成MgO-MgSO4-H2O三元凝胶材料，制备成硫氧镁防火门芯板，在材料选择上就避免了现有的防火门芯板返卤、泛霜、腐蚀钢材的问题。此外申请人研究发现，在制备防火门芯板前期硫酸镁和氧化镁的添加比例对制备而成的硫氧镁凝胶材料内部的各晶相间的转变具有显著影响，不仅能够平衡物料成本，而且能够提高防火门芯板的力学性能，本技术方案中，利用再生覆膜砂粉尘对硫氧镁凝胶材料进行改性，再生覆膜砂粉尘中的活性成分能够与氧化镁、硫酸镁水化反应形成类水泥石结构，提高了防火门芯板张提的强度和耐火性能，且实现了再生覆膜砂粉尘有效的资源化利用，有效控制了再生覆膜砂粉尘的污染问题。
进一步，步骤A中，硫酸镁溶液的浓度为28°Bé，丙烯纤维的长度为1cm。
本技术方案对硫酸镁溶液的浓度进行限定，研究表明当硫酸镁溶液的浓度为28°Bé时，制备出防火门芯板强度最佳。
进一步，步骤A中，搅拌条件为转速60rpm，搅拌时间1min。
在整个体系反应初期，氧化镁粉与硫酸镁溶液经搅拌后，氧化镁颗粒均匀的分散在硫酸镁体系中，此时，体系内主要存在Mg2+、SO4 2-和H2O，在上述搅拌条件下，搅拌的均匀性好，搅拌效果佳，能够加速MgO的水化分解。
进一步，步骤B中，搅拌条件为转速60rpm，搅拌时间30s。
在上述搅拌条件下，能够保证再生覆膜砂粉尘与硫氧镁凝胶充分接触反应，搅拌效果佳。
进一步，步骤C中，搅拌条件为转速60rpm，搅拌时间1min。
在上述搅拌条件下，搅拌的均匀性好，搅拌效果佳。
进一步，步骤D中，烘烤条件为温度50±5℃，对流风速≤1m/s，相对湿度≥50％，烘烤时间≥4h±30min。
在上述烘烤条件下，既能够控制注浆料干燥的速率，又能够同时保证注浆料干燥后的力学性能良好。
进一步，步骤D中，在进行烘烤前用抹平刀将模具内注浆表面刮平。
在烘烤前将注浆料表面磨平，能够保证烘烤成型的门芯板外形整齐，无需进行后续的整形操作，简化了后续的工艺流程。
进一步，步骤F中，养护条件为室温养护，相对湿度≤50％，养护时间≥72h。
在此条件下对门芯板进行养护，能够保证防火门芯板出厂前的品质良好，在上述条件下进行使经过试验验证的最优养护条件。
进一步，硫酸镁溶液与氧化镁的比例为1.5:1(w：w)。
在平衡物料成本、产品质量等多个综合指标的前提下，硫酸镁溶液与氧化镁比例为1.5:1(w：w)时，效果最佳。
具体实施方式
下面通过具体实施方式进一步详细说明：
实验例
本技术方案首先通过实验例对硫酸镁溶液与氧化镁的添加比例进行初探，改变硫酸镁溶液与氧化镁的添加比例，对制备而成的硫氧镁凝胶的力学指标进行检测，其中抗折强度Rb表示为：硫氧镁凝胶材料尺寸为40mm*40*mm160mm承受弯曲破坏时的最大应力(MPa)；抗压强度R表示为：硫氧镁凝胶材料尺寸为100mm*100*mm*100mm承受压缩破坏时的最大应力(MPa)；各实验例中硫酸镁溶液与氧化镁的具体添加量以及对应制备而成的硫氧镁凝胶的力学指标如表1所示。
表1
Figure BDA0002139234920000041
通过对硫酸镁溶液与氧化镁添加量的实验，结果表明在硫酸镁溶液与氧化镁添加量为1.5:1时，制备而成的硫氧镁凝胶抗折强度、抗压强度及密度综合力学性能最佳，以此为基础进行后续制备实验。
实施例
实施例1～实施例5为本发明的实施例，其中硫酸镁溶液的浓度统一确定为28°Bé，改性剂的添加量表示为占氧化镁添加量的百分比，对比例1、对比例2为本发明的对比例，以现有技术中常用的改性剂水玻璃和柠檬酸作为对比，各实施例及对比例中原料的添加量如表2所示，单位：kg。
表2
硫酸镁浓度 硫酸镁添加量 氧化镁添加量 改性剂 改性剂添加量
实施例1 28°Bé 1.5 1.0 再生覆膜砂粉尘 3
实施例2 28°Bé 1.5 1.0 再生覆膜砂粉尘 4
实施例3 28°Bé 1.5 1.0 再生覆膜砂粉尘 5
实施例4 28°Bé 1.5 1.0 再生覆膜砂粉尘 6
实施例5 28°Bé 1.5 1.0 再生覆膜砂粉尘 7
空白例 28°Bé 1.5 1.0 再生覆膜砂粉尘 不添加
对比例1 28°Bé 1.5 1.0 水玻璃 5
对比例2 28°Bé 1.5 1.0 柠檬酸 5
以实施例1为例详细阐述本发明基于再生覆膜砂粉尘的防火门芯板的制备方法，包括如下步骤：
步骤A：硫氧镁凝胶材料的制备，将28°Bé的硫酸镁溶液与氧化镁粉末按照1.5:1(w/w)的比例混合，将丙烯腈纤维按照1kg/m3投料到含有硫酸镁溶液与氧化镁的搅拌釜中进行搅拌，制成硫氧镁凝胶，搅拌条件为转速60rpm，搅拌时间1min；
步骤B：利用再生覆膜砂粉尘改性，向硫氧镁凝胶中加入再生覆膜砂粉尘并搅拌，再生覆膜砂粉尘的添加量为氧化镁的3％(wt％)，搅拌条件为转速60rpm，搅拌时间30s；
步骤C：充入泡沫，充入经发泡机发泡后的专用泡沫并搅拌得注浆料，搅拌条件为转速60rpm，搅拌时间1min；
步骤D：注浆成型，将注浆料放料至模具内，并用抹平刀将模具内注浆表面刮平，而后传送至烘房进行烘烤，烘烤条件为温度50℃，对流风速1m/s，相对湿度50％，烘烤时间4h；
步骤E：脱模压花，脱模后的芯板立即传送至压花机进行压花处理；
步骤F：养护，压花处理后的芯板以简易隔离木条隔离叠放养护，养护条件为室温养护，相对湿度50％，养护时间72h；
步骤G：蒙皮。
对各实施例及对比例制备而成的防火门芯板的力学指标及防火性能进行检测，检测结果如表3所示。
表3
表3为各个实施例及对比例制备而成的防火门芯板的力学性能指标以及耐火性能测试结果，由表3可知，本发明各个实施例的防火门芯板力学性能均显著高于空白例。以再生覆膜砂作为改性剂制备而成的防火门芯板与目前本领域常用的改性剂制备而成的防火门芯板力学性能相当，甚至更优。结果表明，再生覆膜砂能够用于防火门芯板制备过程，其中以实施例3制备而成的防火门芯板综合性能最优，制备而成的防火门芯板密度为470Kg/m3，抗压强度为2.1Mpa，抗折强度为0.9MPa，防火门耐火性能为110min，符合GB 12955-2008《防火门》中关于A1.50(甲级)耐火时间要求。
本技术方案制备的硫氧镁防火门芯板同时可以在较低密度下(小于500kg/m3)能够达到国家关于防火门的甲级标准，可为生产企业节约大概20％的原材料成本，每生产一套防火门芯板可实现资源化利用铸造粉尘2.5kg，该技术每年可实现资源化利用再生覆膜砂粉尘5000吨(以年产防火门200万套计算)，有效缓解了再生覆膜砂粉尘的污染问题。
抗折强度/MPa 抗压强度/MPa 密度/Kg*m<sup>3</sup> 耐火性能/min
实施例1 0.9 1.8 473 110
实施例2 0.9 2.0 475 110
实施例3 1.0 2.1 469 112
实施例4 0.9 1.9 472 111
实施例5 0.7 1.2 470 110
空白例 0.4 0.8 462 89
对比例1 0.8 1.8 470 102
对比例2 0.7 1.6 469 100
以上所述的仅是本发明的实施例，方案中公知的具体技术方案和/或特性等常识在此未作过多描述。应当指出，对于本领域的技术人员来说，在不脱离本发明技术方案的前提下，还可以作出若干变形和改进，这些也应该视为本发明的保护范围，这些都不会影响本发明实施的效果和专利的实用性。本申请要求的保护范围应当以其权利要求的内容为准，说明书中的具体实施方式等记载可以用于解释权利要求的内容。

Claims (6)

1.基于再生覆膜砂粉尘的防火门芯板，其特征在于，包括如下质量份的原料：硫酸镁溶液1.5份、氧化镁1份、改性剂0.05份，所述改性剂为再生覆膜砂粉尘，制备而成的防火门芯板抗压强度≥1.2MPa，抗折强度≥0.7MPa，耐火性能≥110min；
基于再生覆膜砂粉尘的防火门芯板制作方法，包括如下步骤：
步骤A：硫氧镁凝胶材料的制备，将硫酸镁溶液与氧化镁按照1.5:1(w/w)的比例混合，将丙烯腈纤维按照1kg/m3投料到含有硫酸镁溶液与氧化镁的搅拌釜中进行搅拌，制成硫氧镁凝胶；
步骤B：利用再生覆膜砂粉尘改性，向硫氧镁凝胶中加入再生覆膜砂粉尘并搅拌，再生覆膜砂粉尘的添加量为氧化镁的5%(wt%)；
步骤C：充入泡沫，充入经发泡机发泡后的专用泡沫并搅拌得注浆料；
步骤D：注浆成型，将注浆料放料至模具内进行烘烤；烘烤条件为温度50±5℃，对流风速≤1m/s，相对湿度≥50%，烘烤时间≥4h±30min；
步骤E：脱模压花；
步骤F：养护，将压花后的门芯板进行隔离叠放养护；养护条件为室温养护，相对湿度≤50%，养护时间≥72h；
步骤G：蒙皮。
2.一种如权利要求1所述的基于再生覆膜砂粉尘的防火门芯板制作方法，其特征在于：步骤A中，硫酸镁溶液的浓度为28°Bé，丙烯腈纤维的长度为1cm。
3.根据权利要求2所述的基于再生覆膜砂粉尘的防火门芯板制作方法，其特征在于：步骤A中，搅拌条件为转速60rpm，搅拌时间1min。
4.根据权利要求2所述的基于再生覆膜砂粉尘的防火门芯板制作方法，其特征在于：步骤B中，搅拌条件为转速60rpm，搅拌时间30s。
5.根据权利要求2所述的基于再生覆膜砂粉尘的防火门芯板制作方法，其特征在于：步骤C中，搅拌条件为转速60rpm，搅拌时间1min。
6.根据权利要求2所述的基于再生覆膜砂粉尘的防火门芯板制作方法，其特征在于：步骤D中，在进行烘烤前用抹平刀将模具内注浆表面刮平。
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