CN113857421A - 一种湿态覆膜砂的制备方法及应用 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种湿态覆膜砂的制备方法及应用，该覆膜砂制备原料按重量份数包括：200份骨料、0.7‑1.2份胶黏剂、12‑14份纳米金属粉、6.5‑9.0份粘结剂、2.7‑3.2份固化剂、0.8‑1.0份润滑剂，其中纳米金属粉为碳化钨、碳化钛中的一种或两种。本发明先采用纳米金属粉对石英砂骨料进行预混砂，在加热及胶黏剂作用下，纳米金属粉覆在石英砂表面从而改善了石英砂的表面平滑及圆整性；然后在一定压力条件下依次加入粘结剂、固化剂混砂，最后撤压加入润滑剂混砂得到湿态覆膜砂。本发明制备的湿态覆膜砂具有良好的流动性，且工艺条件要求低、成本低、生产周期短，其室温下稳定性好，可长时间存放，适用于不同材质的、高精度铸型和型芯的加工铸造。
Description
技术领域
本发明属于覆膜砂制造技术领域，具体涉及一种湿态覆膜砂的制备方法及应用。
背景技术
覆膜砂采用优质精选天然石英砂为原砂/骨料，酚醛树脂、乌洛托品及其他添加剂为原料，具有强度高、发气量低等优点，是汽车、拖拉机、液压件等最佳造型材料之一。目前铸件所用覆膜砂主要为干态，干态覆膜砂具有好的流动性，但其工艺较为复杂，加工成本、条件要求高，因而一般只适用大批量铸件生产，并不适合高精度、结构复杂的小批量铸件生产。
湿态覆膜砂具有成本低、工艺简单、生产周期短的优点，其室温下稳定性好，存放时间长。此外，湿态覆膜砂制备时不需干燥、破碎，可于室温下成型，不受设备尺寸的限制，非常适用于生产小批量的、高精度铸件。然而，现有工艺制备的湿态覆膜砂流动性普遍较差，难以形成均匀致密的型/芯，因此，有必要研制一种流动性好的湿态覆膜砂。
发明内容
针对现有技术制备得到的湿态覆膜砂流动性较差的问题，本发明的目的在于提供一种湿态覆膜砂的制备方法及应用，具体是通过如下技术方案实现的：
一种湿态覆膜砂的制备方法，包括以下步骤：
1)取骨料、胶黏剂、纳米金属粉、粘结剂、固化剂、润滑剂备用，所述纳米金属粉为碳化钨、碳化钛中的一种或两种；
2)将骨料烘干至含水率低于1％，然后与胶黏剂、纳米金属粉混合加热至180-185℃转入混砂机混砂240-300s，混砂过程中保持恒温；
3)待步骤2)混合物混砂结束并冷却至135-140℃，向其中加入粘结剂混砂100-120s，混砂结束待温度冷却至100-105℃加入固化剂继续混砂30-35s，该步骤混砂过程均在氩气加压条件下进行；
4)待步骤3)混砂完毕，撤去氩气加压，加入润滑剂混砂30s，待所得物冷却至80℃放砂出料即得湿态覆膜砂。
进一步地，步骤1)各原料按重量份数计为：200份骨料、0.7-1.2份胶黏剂、12-14份纳米金属粉、6.5-9.0份粘结剂、2.7-3.2份固化剂、0.8-1.0份润滑剂。
进一步地，所述骨料为石英砂，石英砂粒径为80-100目，其中SiO2的质量分数为92％-96％。
石英砂资源丰富，分布广，价格便宜，且满足铸造上多数情况的要求。本发明骨料仅由石英砂组成，不需加入其他高性能、高成本的砂子，在成本上占据优势。结合本发明制备工艺，本发明选择粒径80-100目的石英砂，粒度太细则会影响浇注残留物的逸出，增加铸件缺陷率，粒度偏高则会使得金属液渗入造成铸件粗糙。
进一步地，所述胶黏剂为均聚甲醛。
进一步地，所述纳米金属粉粒径范围为20-100nm。
进一步地，所述纳米金属粉中粒径在60-80nm范围内的占总质量比不低于65％；优选地，占总质量比的65％-85％。
由于本发明选用的石英砂原砂粒度偏细，其形状差异较大，棱角较多，因而本发明采用纳米碳化钨或纳米碳化钛在胶黏剂均聚甲醛的作用与高温条件下对石英砂原砂进行预混砂，从而在石英砂原砂表面覆上一层纳米金属粉，使得不规则的石英砂原砂表面变得平滑、圆整。本发明胶黏剂选择均聚甲醛，均聚甲醛能够与石英砂和纳米碳化钨、碳化钛具有很好的粘合能力，另外高温下与酚醛树脂的相容性良好，对于本发明湿态覆膜砂的流动性有很好的协助作用。碳化钨、碳化钛硬度高，热稳定性好，与酚醛树脂的相容性好，本发明采用纳米碳化钨、纳米碳化钛粉末对石英砂原砂预混砂不仅可以改善石英砂的表面形状缺陷，还可以提高本发明制得湿态覆膜砂的热稳定性、流动性。结合本发明所选石英砂原料粒径，因此本发明纳米碳化钨、纳米碳化钛粉末粒径选为20-100nm，其中粒径在60-80nm范围内的金属粉作为主体，需占金属粉总质量的65％-85％，其含量过高或过低均会影响预混砂后石英砂的平滑、圆整性，从而降低制得的湿态覆膜砂的流动性。
进一步地，所述粘结剂为热塑性酚醛树脂。
进一步地，所述固化剂为乌洛托品水溶液，具体为质量分数36％的六亚甲基四胺水溶液。
进一步地，所述润滑剂为硬脂酸钙。
进一步地，步骤3)所述氩气加压的压力值为2.2-2.6MPa。
常规情况下，在粘结剂热塑性酚醛树脂混砂、固化过程中，树脂并不能较均匀地在石英砂表面覆膜、固化，本发明人研究发现，在混砂过程中施加一定的压力值，能改善酚醛树脂在石英砂表面的覆膜、固化的均匀性，但是随着附加压力值增加，均匀性改善效果增加趋于平缓随后反而降低，因此，本发明优选附加压力值为2.2-2.6MPa。
进一步地，本发明方法制备得到的湿态覆膜砂可应用于高精度的不同材质的铸型、型芯的铸造。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
本发明先采用纳米金属粉对石英砂骨料进行预混砂，在加热及胶黏剂作用下，纳米金属粉覆在石英砂表面从而改善了石英砂的表面平滑及圆整性；然后在一定压力条件下依次加入粘结剂、固化剂混砂，最后撤压加入润滑剂混砂得到湿态覆膜砂。本发明制备的湿态覆膜砂具有良好的流动性，且工艺条件要求低、成本低、生产周期短，其室温下稳定性好，可长时间存放，适用于不同材质的、高精度铸型和型芯的加工铸造。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合实施例对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述。实施例中未注明具体条件者，按照常规条件或制造商建议的条件进行。所用试剂或仪器未注明生产厂商者，均为可以通过市售购买获得的常规产品。
实施例1
1.按重量份数取200份骨料(粒径在80-100目的优质石英砂，其中SiO2的质量分数为92％-96％，下同)、0.9份胶黏剂(均聚甲醛，下同)、13份纳米金属粉(粒径范围为20-100nm的碳化钨、碳化钛中的一种或两种，其中粒径范围60-80nm的占总质量的75％)、7.7份粘结剂(热塑性酚醛树脂，下同)、3.0份固化剂(质量分数36％的六亚甲基四胺水溶液，下同)、0.9份润滑剂(硬脂酸钙，下同)。
2.将骨料烘干至含水率低于1％，然后与胶黏剂、纳米金属粉混合加热至185℃转入混砂机混砂280s，混砂过程中保持恒温；混砂结束后待混合物温度冷却至135℃，通入氩气加压至2.4MPa，向其中加入粘结剂混砂110s，混砂结束后待混合物温度冷却至105℃加入固化剂继续混砂35s；最后，撤去氩气加压，加入润滑剂混砂30s，将所得物冷却至80℃放砂出料即得湿态覆膜砂。
对所制湿态覆膜砂的流动性进行检测：流动性为24.9g。
实施例2
1.按重量份数取200份骨料、0.7份胶黏剂、12份纳米金属粉(粒径范围为20-100nm的碳化钨、碳化钛中的一种或两种，其中粒径范围60-80nm的占总质量的70％)、7.7份粘结剂、3.0份固化剂、0.9份润滑剂。
2.将骨料烘干至含水率低于1％，然后与胶黏剂、纳米金属粉混合加热至185℃转入混砂机混砂280s，混砂过程中保持恒温；混砂结束后待混合物温度冷却至135℃，通入氩气加压至2.4MPa，向其中加入粘结剂混砂110s，混砂结束后待混合物温度冷却至105℃加入固化剂继续混砂35s；最后，撤去氩气加压，加入润滑剂混砂30s，将所得物冷却至80℃放砂出料即得湿态覆膜砂。
对所制湿态覆膜砂的流动性进行检测：流动性为22.6g。
实施例3
1.按重量份数取200份骨料、1.2份胶黏剂、14份纳米金属粉(粒径范围为20-100nm的碳化钨、碳化钛中的一种或两种，其中粒径范围60-80nm的占总质量的80％)、7.7份粘结剂、3.0份固化剂、0.9份润滑剂。
2.将骨料烘干至含水率低于1％，然后与胶黏剂、纳米金属粉混合加热至185℃转入混砂机混砂280s，混砂过程中保持恒温；混砂结束后待混合物温度冷却至135℃，通入氩气加压至2.2MPa，向其中加入粘结剂混砂100s，混砂结束后待混合物温度冷却至100℃加入固化剂继续混砂30s；最后，撤去氩气加压，加入润滑剂混砂30s，将所得物冷却至80℃放砂出料即得湿态覆膜砂。
对所制湿态覆膜砂的流动性进行检测：流动性为24.2g。
实施例4
1.按重量份数取200份骨料、0.9份胶黏剂、13份纳米金属粉(粒径范围为20-100nm的碳化钨、碳化钛中的一种或两种，其中粒径范围60-80nm的占总质量的75％)、8.5份粘结剂、3.2份固化剂、1.0份润滑剂。
2.将骨料烘干至含水率低于1％，然后与胶黏剂、纳米金属粉混合加热至180℃转入混砂机混砂260s，混砂过程中保持恒温；混砂结束后待混合物温度冷却至140℃，通入氩气加压至2.6MPa，向其中加入粘结剂混砂120s，混砂结束后待混合物温度冷却至105℃加入固化剂继续混砂35s；最后，撤去氩气加压，加入润滑剂混砂30s，将所得物冷却至80℃放砂出料即得湿态覆膜砂。
对所制湿态覆膜砂的流动性进行检测：流动性为20.8g。
对比例1
1.按重量份数取200份骨料、7.7份粘结剂、3.0份固化剂、0.9份润滑剂。
2.将骨料烘干至含水率低于1％，然后加热至185℃；待骨料温度冷却至135℃，通入氩气加压至2.4MPa，向其中加入粘结剂混砂110s，混砂结束后待混合物温度冷却至105℃加入固化剂继续混砂35s；最后，撤去氩气加压，加入润滑剂混砂30s，将所得物冷却至80℃放砂出料即得湿态覆膜砂。
对所制湿态覆膜砂的流动性进行检测：流动性为15.2g。
对比例2
1.按重量份数取200份骨料、0.9份胶黏剂、13份纳米金属粉(粒径范围为20-100nm的碳化钨、碳化钛中的一种或两种，其中粒径范围60-80nm的占总质量的75％)、7.7份粘结剂、3.0份固化剂、0.9份润滑剂。
2.将骨料烘干至含水率低于1％，然后与胶黏剂、纳米金属粉混合加热至185℃转入混砂机混砂280s，混砂过程中保持恒温；混砂结束后待混合物温度冷却至135℃，不加压直接向其中加入粘结剂混砂110s，混砂结束后待混合物温度冷却至105℃加入固化剂继续混砂35s；最后，加入润滑剂混砂30s，将所得物冷却至80℃放砂出料即得湿态覆膜砂。
对所制湿态覆膜砂的流动性进行检测：流动性为15.7g。
对比例3
1.按重量份数取200份骨料、0.9份胶黏剂、13份纳米金属粉(粒径范围为20-100nm的碳化钨、碳化钛中的一种或两种，其中粒径范围60-80nm的占总质量的25％)、7.7份粘结剂、3.0份固化剂、0.9份润滑剂。
2.将骨料烘干至含水率低于1％，然后与胶黏剂、纳米金属粉混合加热至185℃转入混砂机混砂280s，混砂过程中保持恒温；混砂结束后待混合物温度冷却至135℃，通入氩气加压至2.4MPa，向其中加入粘结剂混砂110s，混砂结束后待混合物温度冷却至105℃加入固化剂继续混砂35s；最后，撤去氩气加压，加入润滑剂混砂30s，将所得物冷却至80℃放砂出料即得湿态覆膜砂。
对所制湿态覆膜砂的流动性进行检测：流动性为17.9g。
对比例4
1.按重量份数取200份骨料、0.9份胶黏剂、13份纳米金属粉(粒径范围为20-100nm的碳化钨、碳化钛中的一种或两种，其中粒径范围60-80nm的占总质量的75％)、7.7份粘结剂、3.0份固化剂、0.9份润滑剂。
2.将骨料烘干至含水率低于1％，然后与胶黏剂、纳米金属粉混合加热至185℃转入混砂机混砂280s，混砂过程中保持恒温；混砂结束后待混合物温度冷却至135℃，通入氩气加压至3.5MPa，向其中加入粘结剂混砂110s，混砂结束后待混合物温度冷却至105℃加入固化剂继续混砂35s；最后，撤去氩气加压，加入润滑剂混砂30s，将所得物冷却至80℃放砂出料即得湿态覆膜砂。
对所制湿态覆膜砂的流动性进行检测：流动性为18.4g。
上述实施例及对比例湿态覆膜砂流动性检测方法为侧孔法：在圆柱形试样筒侧面开一个
小孔，称取185g样品覆膜砂倒入，放在制样机上，拔去柱塞用锤击式制样机冲击10次后，称取留在小孔内和从小孔中被挤出的覆膜砂量，即为该试样覆膜砂的流动性。
综上，由实施例1-4湿态覆膜砂流动性检测数据可知，本发明制备工艺制得的湿态覆膜砂具有良好的流动性，具有广阔的应用前景；而对比实施例1、对比例1、对比例3湿态覆膜砂流动性检测数据可知，未经纳米金属粉预混砂所制湿态覆膜砂流动性很差，另外采用不合适的粒径混配分布的纳米金属粉预混砂所制湿态覆膜砂流动性提升幅度也很小；对比实施例1、对比例2、对比例3湿态覆膜砂流动性检测数据可知，在粘结剂混砂、固化过程中不施加压力所制湿态覆膜砂流动性同样很差，但是施加压力值过大也会降低所制湿态覆膜砂的流动性。
以上所描述的实施例仅为本发明优选实施例，并不用于限制本发明。对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种变化和更改，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种湿态覆膜砂的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
1)取骨料、胶黏剂、纳米金属粉、粘结剂、固化剂、润滑剂备用，所述纳米金属粉为碳化钨、碳化钛中的一种或两种；
2)将骨料烘干至含水率低于1％，然后与胶黏剂、纳米金属粉混合加热至180-185℃转入混砂机混砂240-300s，混砂过程中保持恒温；
3)待步骤2)混合物混砂结束并冷却至135-140℃，向其中加入粘结剂混砂100-120s，混砂结束待温度冷却至100-105℃加入固化剂继续混砂30-35s，该步骤混砂过程均在惰性气体加压条件下进行；
4)待步骤3)混砂完毕，撤去氩气加压，加入润滑剂混砂30s，待所得物冷却至80℃放砂出料即得湿态覆膜砂。
2.根据权利要求1所述一种湿态覆膜砂的制备方法，其特征在于，步骤1)各原料按重量份数计为：200份骨料、0.7-1.2份胶黏剂、12-14份纳米金属粉、6.5-9.0份粘结剂、2.7-3.2份固化剂、0.8-1.0份润滑剂。
3.根据权利要求2所述一种湿态覆膜砂的制备方法，其特征在于，所述骨料为石英砂，石英砂粒径为80-100目，其中SiO2的质量分数为92％-96％。
4.根据权利要求2所述一种湿态覆膜砂的制备方法，其特征在于，所述胶黏剂为均聚甲醛。
5.根据权利要求2所述一种湿态覆膜砂的制备方法，其特征在于，所述纳米金属粉粒径范围为20-100nm。
6.根据权利要求5所述一种湿态覆膜砂的制备方法，其特征在于，所述纳米金属粉中粒径在60-80nm范围内的占总质量比不低于65％。
7.根据权利要求2所述一种湿态覆膜砂的制备方法，其特征在于，所述粘结剂为热塑性酚醛树脂。
8.根据权利要求2所述一种湿态覆膜砂的制备方法，其特征在于，所述固化剂为乌洛托品水溶液，具体为质量分数36％的六亚甲基四胺水溶液。
9.根据权利要求1所述一种湿态覆膜砂的制备方法，其特征在于，步骤3)所述氩气加压的压力值为2.2-2.6MPa。
10.如权利要求1-9任一项所述方法制备得到的湿态覆膜砂应用于高精度的、不同材质的铸型/型芯的铸造。
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Denomination of invention: Preparation method and application of a wet coated sand Effective date of registration: 20231103 Granted publication date: 20230214 Pledgee: Bank of China Limited Guangfeng sub branch Pledgor: JIANGXI TEXIN INDUSTRIAL Co.,Ltd. Registration number: Y2023980064287 |