一种覆膜砂及其制备工艺
阅读说明：本技术 一种覆膜砂及其制备工艺 (Precoated sand and preparation process thereof ) 是由 朱程远 于 2021-07-24 设计创作，主要内容包括：本申请具体公开了一种覆膜砂,包含以下组分：石英砂、粘结剂、硬脂酸钙；粘结剂包含以下组分：淀粉、蔗糖、白云石粉、石英粉、环氧植物油、精氨酸。一种覆膜砂的制备工艺,包括以下步骤：S1,称取石英砂在870-900℃下焙烧4-6h；S2,将由S1得到的石英砂放置在(-10)-(-30)℃中冷却,得到冷却砂；S3,将冷却砂加入粘结剂以及硬脂酸钙搅拌混合均匀,冷却,得到混合料；S4,将混合料经过破碎、过筛,得到覆膜砂。粘结剂使用过程中无有害气体产生的原料制备得到,且覆膜砂具有强度高强度、发气量小的优点。添加沸石粉,使覆膜砂的透气性和强度均提高。通过采用氧化锌改性沸石粉,使覆膜砂的强度能进一步提高。(The application specifically discloses precoated sand, contains following component: quartz sand, a binder and calcium stearate; the binder comprises the following components: starch, sucrose, dolomite powder, quartz powder, epoxy vegetable oil and arginine. A preparation process of precoated sand comprises the following steps: s1, weighing quartz sand, and roasting at 870-900 ℃ for 4-6 h; s2, cooling the quartz sand obtained in S1 at (-10) - (-30) DEG C to obtain cooled sand; s3, adding the cooling sand into the binder and the calcium stearate, stirring and mixing uniformly, and cooling to obtain a mixture; and S4, crushing and sieving the mixture to obtain the precoated sand. The raw materials without harmful gas generation are prepared in the using process of the binder, and the precoated sand has the advantages of high strength and small gas evolution. The zeolite powder is added, so that the air permeability and the strength of the precoated sand are both improved. The zinc oxide modified zeolite powder is adopted, so that the strength of the precoated sand can be further improved.)
技术领域
本申请涉及一种覆膜砂及其制备工艺。
背景技术
覆膜砂为砂粒表面在造型前即覆有一层粘结剂的型砂或芯砂。将通常为把砂预热到一定温度，加粘结剂搅拌，使粘结剂包覆在砂粒表面，冷却、破碎、筛分得覆膜砂。覆膜砂主要用于铸钢件、铸铁件。
相关技术中，通常采用酚醛树脂作为粘结剂，再通过加入乌洛托品使酚醛树脂固化后包覆在砂粒表面，得到覆膜砂。但是采用该方法制备得到的覆膜砂在使用时产生有害气体，不利于工作人员的健康。
发明内容
为了改善采用酚醛树脂制备得到的覆膜砂在使用时产生有害气体的问题，本申请提供一种覆膜砂及其制备工艺。
第一方面，本申请提供一种覆膜砂，采用如下的技术方案：
一种覆膜砂，包含以下重量份的组分：
石英砂500-600份；
粘结剂40-60份；
硬脂酸钙1-2份；
所述粘结剂包含以下重量份的组分：淀粉50-60份、蔗糖10-15份、白云石粉4-5份、石英粉20-30份、环氧植物油1-2份以及精氨酸0.4-1份。
通过采用上述技术方案，石英砂为原砂，硬脂酸钙为润滑剂。本方案中粘结剂与酚醛树脂相比，该粘结剂在制备和使用过程中无有害气体产生，绿色环保。且该粘结剂使覆膜砂的强度较好，同时发气量较小。淀粉和蔗糖为主要的粘结成分，白云石粉和石英粉作为载体，环氧植物油上环氧基能和精氨酸上羧基反应后生成高粘度的弹性体，显著提高覆膜砂固化后的的强度以及韧性。且高粘度的弹性体将石英砂外表包覆，使石英砂在粘结剂体系中的相容性较好，使石英方便承载粘结成分。
可选的所述粘结剂的制备方法如下：
S1，按重量份计，称取20-30份石英粉、1-2份环氧植物油和0.4-1份精氨酸，160-170℃条件下搅拌反应2-3h，降温至85-95℃，得到混合料A；
S2，按重量份计，称取50-60份淀粉、10-15份蔗糖、16-20份白云石粉以及100-120份水在85-95℃下搅拌反应1-2h，得到混合料B；
S3，将混合料B加入至混合料A中，在搅拌速度为1200-1500r/min条件下搅拌4-6h，烘干至含水率小于0.2%，再经过粉碎、过筛，制备得到粘结剂。
通过采用上述技术方案，先将石英粉、环氧植物油以及精氨酸经过反应，使环氧植物油以及精氨酸反应后得到的高粘度弹性体均匀附着在石英粉表面。再将淀粉、蔗糖、以及白云石粉糊化后与混合物A混合，使淀粉、蔗糖负载于白云石粉、石英粉上，从而得到粘结剂。
可选的，所述粘结剂还包括重量份为2-4份的沸石粉，所述沸石与淀粉、蔗糖、白云石粉、水同时混合。
通过上述技术方案，沸石粉的多孔结构，使得沸石粉添加后提高覆膜砂的透气性，同时沸石粉能催化粘结剂与石英砂表面发生化学反应，提高交联度，提高粘结剂的粘结强度，使覆膜砂固化后得到的成型件具有较好的强度，从而降低铸造件的残次品。
可选的，所述沸石粉为纳米氧化锌改性沸石粉。
通过上述技术方案，纳米氧化锌改性沸石粉对粘结剂与石英砂的催化性能更高，进一步提高覆膜砂的强度。
可选的，所述纳米氧化锌改性沸石粉通过如下方法制备得到：称取沸石粉以及纳米氧化锌在560-600℃下搅拌焙烧4-6h，沸石粉与纳米氧化锌的质量比为1:（0.12-0.2），得到纳米氧化锌改性沸石粉。
通过上述技术方案，将纳米氧化性和沸石粉采用高温焙烧，使纳米氧化锌均匀地附着在沸石粉表面。
可选的，所述石英砂为40-100目。
通过上述技术方案，石英砂粒度适中，使铸造件表面粗糙度恰好为所需的要求，且石英砂目数小，容易导致铸造件表面粗糙，石英砂目数大，价格高，导致成本价格高。
可选的，所述粘结剂为500-800目。
通过上述技术方案，粘结剂目数大，即粒径小，使粘结剂熔融速度快，方便、快速地附着在石英砂表面。
第二方面，本申请提供一种覆膜砂的制备工艺，采用如下的技术方案：
一种覆膜砂的制备工艺，包括以下步骤：
S1，称取500-600份石英砂在870-900℃下焙烧4-6h；
S2，将由S1得到的石英砂放置在（-10）-（-30）℃环境中降温冷却，得到冷却砂；
S3，将冷却砂取出升温至160-180℃，加入40-60份粘结剂以及1-2份硬脂酸钙搅拌混合均匀，冷却，得到混合料；
S4，将混合料经过破碎、过筛，得到覆膜砂。
通过采用上述技术方案，石英砂原料易得，成本价较为低廉。将石英砂加热至870-900℃时石英砂发生相变，使石英砂体积显著膨胀，再通过放置在（-10）-（-30）℃冷却，使石英砂不易恢复相变，即仍旧保持一定的膨胀状态，通过该处理得到的石英砂制备得到的覆膜砂在高温时不易出现体积膨胀，从而使铸件表面不易出现砂眼、起皮、脉纹或橘皮状缺陷，时铸造件合格率较高。
将石英砂加热至160-180℃并加入粘结剂，使粘结剂熔融后附着在石英砂表面，从而得到覆膜砂。
综上所述，本申请具有以下有益效果：
1、粘结剂采用无有害气体产生的原料制备得到，且覆膜砂具有强度高强度、发气量小的优点。
2、添加沸石粉，使覆膜砂的透气性和强度均提高。
3、通过采用氧化锌改性沸石粉，使覆膜砂的强度进一步提高。
具体实施方式
以下结合实施例对本申请作进一步详细说明。
原料名称
种类或来源
石英砂
灵寿县佳祺矿产品加工厂出售，40目、80目、100目
硬脂酸钙
济南赋宜合经贸有限公司出售的硬脂酸钙粉末
淀粉
常州耀圣美环保科技有限公司出售的玉米淀粉，工业级
蔗糖
济南泉星新材料有限公司出售
白云石粉
石家庄汇德利矿产品有限公司出售，1250目
石英粉
灵寿县盛飞矿产品加工厂出售，1000目
环氧植物油
济南普莱华化工有限公司出售的环氧大豆油
精氨酸
山东萍聚生物科技有限公司出售
沸石粉
北京国投盛世科技股份有限公司出售，1000目
纳米氧化锌
杭州恒格纳米科技有限公司出售的超细纳米氧化锌，HN-JH03
制备例
制备例1
纳米氧化锌改性沸石的制备：
称取沸石粉2kg以及纳米氧化锌0.24kg在560℃下搅拌焙烧4h，得到纳米氧化锌改性沸石。
制备例2
纳米氧化锌改性沸石的制备：
称取沸石粉4kg以及纳米氧化锌0.8kg在600℃下搅拌焙烧6h，得到纳米氧化锌改性沸石。
制备例3
纳米氧化锌改性沸石的制备：
称取沸石粉3kg以及纳米氧化锌0.5kg在586℃下搅拌焙烧5h，得到纳米氧化锌改性沸石。
制备例4
粘结剂的制备：
S1，称取20kg石英粉、1kg环氧大豆油和0.4kg精氨酸，160℃条件下搅拌反应2h，降温至85℃，得到混合料A；
S2，称取50kg淀粉、10kg蔗糖、16kg白云石粉以及100kg水在85℃下搅拌反应1h，得到混合料B；
S3，将混合料B加入至混合料A中，在搅拌速度为1200r/min条件下搅拌4h，烘干至含水率0.1%，再经过粉碎、过筛，制备得到500目的粘结剂。
制备例5
粘结剂的制备：
S1，称取30kg石英粉、2kg环氧大豆油和1kg精氨酸，170℃条件下搅拌反应3h，降温至95℃，得到混合料A；
S2，称取60kg淀粉、15kg蔗糖、20kg白云石粉以及120kg水在95℃下搅拌反应2h，得到混合料B；
S3，将混合料B加入至混合料A中，在搅拌速度为1500r/min条件下搅拌6h，烘干至含水率0.18%，再经过粉碎、过筛，制备得到500目的粘结剂。
制备例6
粘结剂的制备：
S1，称取25kg石英粉、1.6kg环氧大豆油和0.6kg精氨酸，165℃条件下搅拌反应1.5h，降温至90℃，得到混合料A；
S2，称取55kg淀粉、13kg蔗糖、18kg白云石粉以及110kg水在90℃下搅拌反应1.5h，得到混合料B；
S3，将混合料B加入至混合料A中，在搅拌速度为1250r/min条件下搅拌5h，烘干至含水率小于0.1%，再经过粉碎、过筛，制备得到500目的粘结剂。
制备例7
与制备例6的区别在于，粉碎、过筛后制备得到800目的粘结剂。
制备例8
与制备例6的区别在于，粉碎、过筛后制备得到625目的粘结剂。
制备例9
与制备例6的区别在于，粉碎、过筛后制备得到400目的粘结剂。
制备例10
与制备例6的区别在于，粉碎、过筛后制备得到1000目的粘结剂。
制备例11
与制备例8的区别在于，S2步骤中还添加有2kg的沸石粉。
制备例12
与制备例8的区别在于，S2步骤中还添加有4kg的沸石粉。
制备例13
与制备例8的区别在于，S2步骤中还添加有4kg的由制备例1得到纳米氧化锌改性沸石粉。
制备例14
与制备例13的区别在于，纳米氧化锌改性沸石粉由制备例2制备得到。
制备例15
与制备例13的区别在于，纳米氧化锌改性沸石粉由制备例3制备得到。
制备例16
与制备例6的区别在于，石英粉放置在S2步骤中添加。
实施例
实施例1
一种覆膜砂，其制备工艺如下：
S1，称取40目的石英砂500kg在870℃下焙烧4-6h；
S2，将由S1得到的石英砂放置在-10℃环境中降温冷却，得到冷却砂；
S3，将冷却砂取出升温至160℃，加入由制备例4得到的粘结剂40kg、硬脂酸钙1kg搅拌混合均匀，冷却，得到混合料；
S4，将混合料经过破碎、过30目筛网，得到覆膜砂。
实施例2
一种覆膜砂，其制备工艺如下：
S1，称取80目的石英砂600kg在900℃下焙烧4-6h；
S2，将由S1得到的石英砂放置在-30℃环境中降温冷却，得到冷却砂；
S3，将冷却砂取出升温至180℃，加入由制备例4得到的粘结剂60kg、硬脂酸钙2kg搅拌混合均匀，冷却，得到混合料；
S4，将混合料经过破碎、过30目筛网，得到覆膜砂。
实施例3
一种覆膜砂，其制备工艺如下：
S1，称取100目的石英砂550kg在880℃下焙烧5h；
S2，将由S1得到的石英砂放置在-20℃环境中降温冷却，得到冷却砂；
S3，将冷却砂取出升温至170℃，加入由制备例4得到的粘结剂50kg、硬脂酸钙1.5kg搅拌混合均匀，冷却，得到混合料；
S4，将混合料经过破碎、过30目筛网，得到覆膜砂。
实施例4
与实施例3的区别在于，粘结剂由制备例5得到。
实施例5
与实施例3的区别在于，粘结剂由制备例6得到。
实施例6
与实施例3的区别在于，粘结剂由制备例7得到。
实施例7
与实施例3的区别在于，粘结剂由制备例8得到。
实施例8
与实施例3的区别在于，粘结剂由制备例9得到。
实施例9
与实施例3的区别在于，粘结剂由制备例10得到。
实施例10
与实施例3的区别在于，粘结剂由制备例11得到。
实施例11
与实施例3的区别在于，粘结剂由制备例12得到。
实施例12
与实施例3的区别在于，粘结剂由制备例13得到。
实施例13
与实施例3的区别在于，粘结剂由制备例14得到。
实施例14
与实施例3的区别在于，粘结剂由制备例15得到。
实施例15
与实施例3的区别在于，粘结剂由制备例16得到。
对比例
对比例1
与实施例3的区别在于，粘结剂中不添加环氧大豆油。
对比例2
与实施例3的区别在于，粘结剂中不添加精氨酸。
对比例3
与实施例3的区别在于，粘结剂中不添加环氧大豆油和精氨酸。
对比例4
与实施例3的区别在于，石英砂不进行焙烧。
实施例5
与实施例3的区别在于，S2步骤中，石英砂自然冷却。
性能检测试验
发气量检测：实施例1-15以及对比例1-5得到的覆膜砂放置在发气测量仪上加热至200℃，在表1中记录检测数据。
常温抗拉强度检测：参照JB/T8583-2008《铸造用覆膜砂》将实施例1-15以及对比例1-5得到的覆膜砂制备得到试样件,采用液压强度试验机测试试样件常温抗拉强度，测试结果详见表1。
覆膜砂膨胀性影响测试：将实施例1-15以及对比例1-5得到的覆膜砂制成模具，并通过浇铸得到50件铸造件，观察铸造件表面是否出现裂纹、砂眼、起皮、脉纹或者橘皮状的缺陷，记录具有上述问题的铸造件不合格数量，测试结果详见表1。
表1
发气量ml/g
常温抗拉强度MPa
不合格数量
实施例1
18.6
2.3
1
实施例2
18.5
2.4
1
实施例3
18.5
2.3
1
实施例4
18.4
2.3
1
实施例5
18.4
2.4
1
实施例6
18.4
2.5
1
实施例7
18.4
2.5
1
实施例8
18.4
2.0
2
实施例9
18.3
2.5
1
实施例10
18.2
2.9
1
实施例11
18.2
3.0
1
实施例12
18.2
3.5
0
实施例13
18.2
3.5
1
实施例14
18.1
3.6
0
实施例15
18.2
2.0
2
对比例1
18.4
1.5
4
对比例2
18.3
1.5
4
对比例3
18.3
1.4
4
对比例4
27.4
2.2
10
对比例5
24.4
2.3
8
结合实施例3和对比例1-3并结合表1可以看出，通过加入环氧大豆油和精氨酸，使覆膜砂的常温抗拉强度显著提高。单用淀粉和蔗糖作为粘结成分的不足，添加环氧大豆油和精氨酸能较好地提高粘结剂的粘结强度，从而提高覆膜砂的常温抗拉强度。
结合实施例3和对比例4-5并结合表1可以看出，石英砂不经过焙烧使覆膜砂发气量明显提高。石英砂在焙烧后经过低温降温，使覆膜砂受热后膨胀度较小，从而使不合格铸造件数量明显减小。
结合实施例3和实施例6-9并结合表1可以看出，粘结剂为500-800目时，覆膜砂的常温抗拉强度较好。
结合实施例3和实施例10-11并结合表1可以看出，沸石添加后，覆膜砂的常温抗拉强度明显提高。
结合实施例11和实施例12-14并结合表1可以看出，沸石经过氧化锌改性后，使覆膜砂的常温抗拉强度进一步提高。
结合实施例3和实施例15并结合表1可以看出，石英粉不经过环氧大豆油和精氨酸反应后的高粘度弹性体包裹，直接与淀粉、蔗糖、白云石粉混合得到粘结剂，使覆膜砂常温抗拉强度明显下降。
本具体实施例仅仅是对本申请的解释，其并不是对本申请的限制，本领域技术人员在阅读完本说明书后可以根据需要对本实施例做出没有创造性贡献的修改，但只要在本申请的权利要求范围内都受到专利法的保护。
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