CN111496177B - 呋喃树脂自硬砂、其制作方法和铸造砂模 - Google Patents
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Abstract
本申请公开了一种呋喃树脂自硬砂、其制作方法和铸造砂模。本申请的呋喃树脂自硬砂包括硅砂、宝珠砂、固化剂以及呋喃树脂，其中宝珠砂的量为硅砂的1～5wt％。混制过程中宝珠砂易于充填至硅砂之间的空隙中，以增加呋喃树脂自硬砂颗粒之间的粘结桥数量，进而提高型砂强度。因此也可以降低树脂等粘结剂加入量，减轻铸造企业有害气体排放。并且本申请的呋喃树脂自硬砂的制作方法容易实现，便于生产应用。本申请提供的铸造砂模，通过本申请实施例提供的呋喃树脂自硬砂制得，具有较高的强度。
Description
技术领域
本申请涉及铸造技术领域，具体而言，涉及呋喃树脂自硬砂、其制作方法和铸造砂模。
背景技术
呋喃树脂自硬砂具有成形性优良，铸件尺寸精度高，生产效率高，高温溃散性好，旧砂再生性能优良等优点。自20世纪70年代以来，呋喃树脂自硬砂造型生产工艺在铸造行业得到了广泛的应用。对呋喃树脂自硬砂来说，型砂强度是其使用性能中的关键指标之一。但现有的呋喃树脂自硬砂的强度不够高。
鉴于此，特提出本申请。
发明内容
本申请的目的在于提供呋喃树脂自硬砂、其制作方法和铸造砂模。
本申请是这样实现的：
第一方面，本申请实施例提供一种呋喃树脂自硬砂，包括硅砂、宝珠砂、固化剂以及呋喃树脂，其中宝珠砂的量为硅砂的1～5wt％。
在可选的实施方式中，硅砂为大林砂。
在可选的实施方式中，大林砂中，+70目的大林砂占大林砂总量的90wt％以上。
在可选的实施方式中，宝珠砂的粒径为+200目。
在可选的实施方式中，宝珠砂中，+140目的宝珠砂的量为硅砂的1～2wt％，-140目～+200目的宝珠砂的量为硅砂的2～3wt％。
在可选的实施方式中，固化剂的量为硅砂的50～60wt％。
在可选的实施方式中，固化剂包括高酸值磺酸类固化剂和低酸值磺酸类固化剂，其中，高酸值磺酸类固化剂与低酸值磺酸类固化剂的配比为1.4～1.6:1。
在可选的实施方式中，呋喃树脂的加入量为硅砂的1～1.5wt％。
在可选的实施方式中，呋喃树脂为木质素改性呋喃树脂，呋喃树脂的氮含量≤2.5％。
第二方面，本申请实施例提供一种呋喃树脂自硬砂的制作方法，包括：
将硅砂、宝珠砂混合以得到预混砂，其中宝珠砂的量为硅砂的1～5wt％；
将预混砂与固化剂、呋喃树脂混合。
第三方面，本申请实施例提供一种铸造砂模，由原料制得，原料包括前述实施方式中任一项的呋喃树脂自硬砂。
本申请具有以下有益效果：
本申请的呋喃树脂自硬砂包括硅砂、宝珠砂、固化剂以及呋喃树脂，其中宝珠砂的量为硅砂的1～5wt％。宝珠砂颗粒圆整，混制过程更易于充填至硅砂之间的空隙中，以增加呋喃树脂自硬砂颗粒之间的粘结桥数量，进而提高型砂强度，因此也可以降低树脂等粘结剂加入量，减轻铸造企业有害气体排放。其次，宝珠砂强度高，破损率低，后续再生过程易于保持合理的粒度分布和配比。并且本申请的呋喃树脂自硬砂的制作方法容易实现，便于生产应用。本申请提供的铸造砂模，通过本申请实施例提供的呋喃树脂自硬砂制得，具有较高的强度。
具体实施方式
呋喃树脂自硬砂具有成形性优良，铸件尺寸精度高，生产效率高，高温溃散性好，旧砂再生性能优良等优点，因此，呋喃树脂自硬砂造型生产工艺在铸造行业得到了广泛的应用。对呋喃树脂自硬砂来说，型砂强度是其使用性能中的关键指标之一。型砂强度的高低对生产效率，产品质量来说有着决定性的影响。较高的强度有利于造型生产效率的提升，且能降低砂型(采用自硬砂制得的铸造砂模)翻转、合型和吊运过程中砂型破损的几率，减少铸件产生夹砂等铸造缺陷的风险。
而现有的提高树脂砂强度的方式有两类：
一是通过适当提高树脂等粘结剂的加入量来增加包覆在砂粒表面的树脂膜厚度，以增大砂粒之间高分子粘结桥的内聚力，来提高树脂砂的初强度和终强度。但是，随着树脂加入量的提高，固化反应所需的磺酸类固化剂的加入量也随之增加，导致浇注过程中产生的二氧化硫、硫化氢、氮氧化物、挥发性有机物(VOC)等有害气体排放量增大，这将导致企业面临较大的环保压力。
二是通过对原砂性状的优化，如提高原砂颗粒圆整度，优化原砂级数配比来增加砂粒之间粘结桥的数量，进而提高砂型的强度。此类方法相对于第一类方法，成本相对低廉，也不会带来附加的环保排放问题。但由于天然硅砂粒形无法达到近乎球形的要求，且颗粒配级法实际使用过程中会因再生次数的增加引起型砂粒度配比的大幅改变，可持续效果差，阻碍了呋喃树脂自硬砂强度的进一步提升。
为了改善相关技术中呋喃树脂自硬砂强度难以提高的问题，本申请实施例提供了一种新的呋喃树脂自硬砂，通过加入适量的宝珠砂，以提升强度。通过这种方式，还能够降低树脂等粘结剂加入量，减轻铸造企业有害气体的排放量。本申请实施例还提供了上述呋喃树脂自硬砂的制作方法，以及采用了上述呋喃树脂自硬砂制得的铸造砂模。
本申请提供的呋喃树脂自硬砂，包括硅砂、宝珠砂、固化剂以及呋喃树脂，其中宝珠砂的量为硅砂的1～5wt％。宝珠砂作为一种人造砂，颗粒圆整，呈标准球形形貌，且表面无棱角、起伏、凹陷。同时其耐火度高、颗粒强度高，破碎率低，化学性质稳定等优点。混制过程更易于充填至大粒径硅砂之间的空隙中，以增加砂颗粒之间的粘结桥数量，进而提高型砂强度。其次，宝珠砂强度高，破损率低，后续再生过程易于保持合理的粒度分布和配比。
可选的，硅砂选用大林砂，粒径为+70目的大林砂占大林砂总量的90wt％以上。可选的，可以采用分级筛选，使+70目的大林砂中包含+40目、-40目～+50目以及-50目～+70目三个级别的粒径。各级别的比例可以根据需要进行选择，比如选择1：1：1。应注意，在本申请中，+70目是指砂颗粒无法通过70目的筛网，-50目～+70目是指砂颗粒无法通过70目筛网，但可以通过50目筛网，+40目、-40目～+50目等应做类似理解。进一步的，所有大林砂都过30目筛网。应当理解，在本申请可选的其他实施例中，还可以选用除了大林砂之外的其他类型的硅砂。
在可选的实施方式中，宝珠砂的粒径为+200目。较小的宝珠砂能够均匀地填充至较大的硅砂之间的孔隙中。可选的，宝珠砂中，+140目的宝珠砂的量为硅砂的1～2wt％，-140目～+200目的宝珠砂的量为硅砂的2～3wt％。可选的，所有的宝珠砂需能够通过100目的筛网。通过对硅砂、宝珠砂粒径的选择，优化粒度配比，增加了砂粒之间粘接桥的数量，从而能够增加自硬砂固化后的强度。
在本申请实施例中，呋喃树脂的加入量可选为硅砂的1～1.5wt％，优选的，可选为硅砂或者硅砂与宝珠砂总量的1.2wt％。呋喃树脂作为自硬砂的粘结剂，用于保证自硬砂固化后的强度，但过多的呋喃树脂可能导致后期浇铸过程中有害气体排放过多。本申请的呋喃树脂自硬砂通过硅砂和宝珠砂合理配比来提高强度，无需采用过多的呋喃树脂，因此可以避免排放过多的有害气体，减小企业的环保压力。另外，为了更好地实现环保，呋喃树脂可选为环保型的木质素改性呋喃树脂。为了保证呋喃树脂自硬砂具有较高的强度，呋喃树脂的氮含量≤2.5％。
在本申请可选的实施例中，固化剂的量为呋喃树脂的50～60wt％。可选的，固化剂包括高酸值磺酸类固化剂和低酸值磺酸类固化剂，其中，高酸值磺酸类固化剂与低酸值磺酸类固化剂的配比为1.4～1.6:1，优选为1.5:1。合适的固化剂量既可以保证呋喃树脂自硬砂固化后的强度，过多的固化剂会导致浇铸过程中有害气体排放量过大。而本申请的方案采用了硅砂和宝珠砂混合来提高自硬砂的强度，因此无需添加过多的固化剂，进而改善了相关技术中，需要增加固化剂来提高呋喃树脂自硬砂强度导致有害气体排放较多的问题。高酸值磺酸类固化剂和低酸值磺酸类固化剂的合理配比能够保证呋喃树脂自硬砂具有较好的初强度和终强度。
本申请实施例提供的呋喃树脂自硬砂的制作方法，包括：
1)将硅砂、宝珠砂混合以得到预混砂，其中宝珠砂的量为硅砂的1～5wt％。
可选的，可将硅砂和宝珠砂在碗型混砂机中混制1min～2min，以保证宝珠砂均匀的分散在硅砂中。
2)将预混砂与固化剂、呋喃树脂混合。
可选的，在混匀的硅砂和宝珠砂中加入一定重量比例的固化剂后混制30s～1min，然后加入一定重量比例的呋喃树脂再混制30s～50s。
本申请还提供一种铸造砂模，由原料制得，原料包括本申请实施例提供的呋喃树脂自硬砂。该铸造砂模，也即砂型，采用本申请实施例提供的呋喃树脂自硬砂制得，因此具有较高的强度。并且，可以选择使用较少的固化剂、呋喃树脂，使得该铸造砂模在浇铸过程中排放较少的有害气体。
为使本申请实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将对本申请实施例中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。
以下结合实施例对本申请的特征和性能作进一步的详细描述。
实施例1
称取1Kg的大林砂，然后加入1wt％大林砂重量的+140目宝珠砂，在碗型混砂机中混制1min。在混匀的砂中加入50wt％呋喃树脂重量比例的固化剂(即0.6wt％大林砂重量)，后混制30s。然后加入1.2wt％大林砂重量的呋喃树脂再混制30s。
实施例2
称取1Kg的大林砂，然后加入2wt％大林砂重量的+140目宝珠砂，在碗型混砂机中混制1min。在混匀的砂中加入50wt％呋喃树脂重量比例的固化剂(即0.6wt％大林砂重量)，后混制30s。然后加入1.2wt％大林砂重量的呋喃树脂再混制30s。
实施例3
称取1Kg的大林砂，然后加入2wt％大林砂重量的+140目宝珠砂和2wt％大林砂重量的-140目～+200目宝珠砂，在碗型混砂机中混制1min。在混匀的砂中加入50wt％呋喃树脂重量比例的固化剂(即0.6wt％大林砂重量)，后混制30s。然后加入1.2wt％大林砂重量的呋喃树脂再混制30s。
实施例4
称取1Kg的大林砂，然后加入2wt％大林砂重量的+140目宝珠砂和3wt％大林砂重量的-140目～+200目宝珠砂，在碗型混砂机中混制1min。在混匀的砂中加入50wt％呋喃树脂重量比例的固化剂(即0.6wt％大林砂重量)，后混制30s。然后加入1.2wt％大林砂重量的呋喃树脂再混制30s。
应当理解，上述实施例1-4所采用的各组分的具体含量、混合的方法以及时间可以根据需要进行调整。
对比例1
称取1Kg的大林砂，加入50wt％呋喃树脂重量比例的固化剂(即0.6wt％大林砂重量)，后混制30s。然后加入1.2wt％大林砂重量的呋喃树脂再混制30s。
对上述实施例1-4以及对比例1中的自硬砂进行测试，测试方法如下：将上述混合有固化剂和呋喃树脂的自硬砂倒入8字型制样机中，在1min内完成试样制备，固化15min后，取出8字型试块，在室温下自然固化24h。将固化24h后的8字型试块于SQY型液压万能强度试验机上测试其抗拉强度，每组测试6个试样，将试验结果中的最高和最低值去除，而后剩余结果取平均值获得不同自硬砂的强度。
测试结果如下表所示：
可以看出，未加入宝珠砂的对比例1的自硬砂在固化后的抗拉强度明显不及本申请实施例1-4中的呋喃树脂自硬砂。可见，宝珠砂的加入使得呋喃树脂自硬砂的强度得到显著提高。通过这种加入宝珠砂的方式提高呋喃树脂自硬砂的强度，可以避免使用较多的固化剂、树脂等，从而降低有害气体的排放。
综上所述，本申请的呋喃树脂自硬砂包括硅砂、宝珠砂、固化剂以及呋喃树脂，其中宝珠砂的量为硅砂的1～5wt％。宝珠砂颗粒圆整，混制过程更易于充填至硅砂之间的空隙中，以增加呋喃树脂自硬砂颗粒之间的粘结桥数量，进而提高型砂强度，因此也可以降低树脂等粘结剂加入量，减轻铸造企业有害气体排放。其次，宝珠砂强度高，破损率低，后续再生过程易于保持合理的粒度分布和配比。并且本申请的呋喃树脂自硬砂的制作方法容易实现，便于生产应用。本申请提供的铸造砂模，通过本申请实施例提供的呋喃树脂自硬砂制得，具有较高的强度，在浇铸过程中能够排放较少的有害气体。
以上仅为本申请的优选实施例而已，并不用于限制本申请，对于本领域的技术人员来说，本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。
Claims (5)
1.一种呋喃树脂自硬砂，其特征在于，包括硅砂、宝珠砂、固化剂以及呋喃树脂，其中所述宝珠砂的量为所述硅砂的3～5wt％；所述硅砂为大林砂，所述大林砂中，+70目的大林砂占所述大林砂总量的90wt％以上；所述宝珠砂的粒径为+200目，所述宝珠砂中，+140目的宝珠砂的量为所述硅砂的1～2wt％，-140目～+200目的宝珠砂的量为所述硅砂的2～3wt％。
2.根据权利要求1所述的呋喃树脂自硬砂，其特征在于，所述固化剂的量为所述呋喃树脂的50～60wt％。
3.根据权利要求1所述的呋喃树脂自硬砂，其特征在于，所述呋喃树脂的加入量为所述硅砂的1～1.5wt％。
4.一种呋喃树脂自硬砂的制作方法，其特征在于，包括：
将硅砂、宝珠砂混合以得到预混砂，其中所述宝珠砂的量为所述硅砂的3～5wt％，所述硅砂为大林砂，所述大林砂中，+70目的大林砂占所述大林砂总量的90wt％以上，所述宝珠砂的粒径为+200目，所述宝珠砂中，+140目的宝珠砂的量为所述硅砂的1～2wt％，-140目～+200目的宝珠砂的量为所述硅砂的2～3wt％；
将所述预混砂与固化剂、呋喃树脂混合。
5.一种铸造砂模，其特征在于，由原料制得，所述原料包括权利要求1-3中任一项所述的呋喃树脂自硬砂。
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