一种低成本环保型覆膜砂及其制备方法与流程

1.本发明属于覆膜砂制造及回收利用技术领域，具体涉及一种低成本环保型覆膜砂及其制备方法。


背景技术：

2.研究表明，在砂型铸造生产工艺中，每产生1吨铸件就会产生1-7吨使用后的旧砂。覆膜砂作为型砂中的一大类，其使用量大，而使用过的覆膜砂一般作为废砂处理；这是因为使用过的覆膜砂旧砂表面有各种固化后的树脂粘结剂，这类树脂粘结剂的固化过程一般是不可逆的，因此回收这类旧砂相对困难，所需设备庞大复杂，能耗多、费用高，且所得再生覆膜砂收率低。申请号200710300278.0公开了一种以再生砂为原砂的覆膜砂制造的凸轮轴砂型及其制造方法，申请号201810994844.0公开了一种覆膜砂再生方法，二者覆膜砂再生工艺繁多，成本较高，均不利于覆膜砂旧砂的回收与再生利用。
3.考虑到覆膜砂旧砂较高的再生成本，而购买新砂的成本并不高，因此即使处理后得到的再生覆膜砂质量、性能优异，现有覆膜砂生产工艺中依旧以新砂为主要制备原料，这导致了废弃的旧覆膜砂越积越多，大量浪费资源的同时严重污染了环境、破坏生态平衡。由此，研发一种以覆膜砂旧砂为原料的低成本覆膜砂具有重大意义。


技术实现要素：

4.针对背景技术中现有覆膜砂旧砂再生工艺成本高、收率低的技术问题，本发明提供了一种低成本环保型覆膜砂及其制备方法，相较于完全使用新砂，有效降低制作成本达15％-22％，此外本发明有效利用了废弃旧砂资源，对环境无污染。
5.本发明具体是通过如下技术方案实现的：
6.本发明第一个方面在于提供了一种低成本环保型覆膜砂，按质量份数包括以下制备原料：
7.覆膜砂旧砂250-300份，
8.剥离助剂18-27份，
9.粘结剂12-15份，
10.固化剂1.0-1.4份，
11.润滑剂0.5-0.6份；
12.所述覆膜砂旧砂选自采用酚醛树脂为粘结剂制备的覆膜砂经铸造使用后产生的旧砂；
13.所述剥离助剂由以下物质组成：丙烯酸月桂酯、单月桂基磷酸酯、乙腈水溶液。
14.进一步地，所述覆膜砂旧砂事先需经过破碎磁选，粒度选取范围为50-120目。
15.进一步地，所述剥离助剂按质量百分比由以下物质组成：丙烯酸月桂酯6.4％-8.0％、单月桂基磷酸酯2.2％-3.5％，其余为乙腈水溶液。
16.进一步地，所述剥离助剂的制备方法为：取乙腈水溶液，加入丙烯酸月桂酯、单月
桂基磷酸酯混合，超声15min后持续搅拌1h得到所述剥离助剂。
17.进一步地，所述乙腈水溶液的体积分数为65％。
18.进一步地，所述超声的功率为430w，频率为36khz，温度为50℃，搅拌速度为600r/min。
19.丙烯酸月桂酯是一种黏度低、体积收缩率低的有机小分子，其与覆膜砂旧砂表面的固化酚醛树脂膜相容性好，丙烯酸月桂酯对固化酚醛树脂膜的附着力大，为剥离固化酚醛树脂膜提供了新的途径。单月桂基磷酸酯低浓度下具有良好的表面活性，能够显现出优良的润湿性能和协同增效作用，其可以协助丙烯酸月桂酯在固化酚醛树脂膜表面的润湿、附着，对于残缺不全、厚薄不一、凹凸不平的树脂膜同样具有较佳的润湿附着作用。
20.本发明以丙烯酸月桂酯为主、单月桂基磷酸酯为辅制备得到一种剥离助剂，该剥离助剂对采用酚醛树脂为粘结剂制备的覆膜砂经铸造使用后产生的旧砂具有优良的润湿性，与旧砂表面的固化酚醛树脂膜相容性好、附着力大，为后续简易除去旧砂表面的树脂膜提供了条件和可能。
21.本发明另一个方面在于提供了一种低成本环保型覆膜砂的制备方法，包括以下步骤：
22.1)材料准备：按配方比称取所述低成本环保型覆膜砂制备原料备用；
23.2)旧砂再生：取覆膜砂旧砂，倒入剥离助剂振动破裂并搅拌30min，随后立刻转入冷库，冷冻3-4h后取出，经机械撞击、搓擦脱模、最后吹气分离得到再生砂；
24.3)再生砂制备覆膜砂：将步骤2)所得再生砂加热至130-140℃转入混砂机，加入粘结剂混砂30-45s，待混合物冷却至90-110℃加入固化剂混砂20-30s，继续冷却至80℃时加入润滑剂混砂30s，随后放砂出料、破碎筛分得到覆膜砂。
25.进一步地，步骤2)所述冷库的温度为-48
±
3℃。
26.本发明先磁选筛除覆膜砂旧砂中残留的金属液成分；然后倒入本发明制备的剥离助剂，同时进行简单的振动破裂，使得覆膜砂旧砂表面已固化的酚醛树脂膜产生细小裂纹，在搅拌作用下，具有良好润湿相容性的剥离助剂即可轻易渗入裂纹中；然后将旧砂转入冷库，经过3-4h充分冷冻，剥离助剂冷冻至固态体积增加，最后经过简单的机械撞击、搓擦脱模、吹气分离后即可较为完全的去除酚醛树脂膜，得到性能、尺寸较佳的再生砂。本发明覆膜砂旧砂再生工艺简单，所需设备少，条件要求低，与现有热法再生工艺相比，再生成本大幅度降低，且所制再生砂质量好，收率高。
27.进一步地，步骤3)所述粘结剂为热塑性酚醛树脂。
28.进一步地，步骤3)所述固化剂为质量分数40％的六亚甲基四胺水溶液。
29.进一步地，步骤3)所述润滑剂为硬脂酸钙。
30.与现有技术相比，本发明的有益效果是：
31.1.本发明覆膜砂制备原料中原砂100％采用废弃的覆膜砂旧砂，充分利用了废弃砂资源，减少了环境污染，保护了生态平衡。
32.2.本发明采用一种剥离助剂对覆膜砂旧砂进行回收再生，其对旧砂表面的树脂膜剥离效果好，得到的再生砂质量好、尺寸好、收率高。
33.3.本发明使用了干法结合冻法，使用较为简单的工艺设备即可替换热法复杂昂贵的处理工艺，克服了现有覆膜砂旧砂回收再生成本过高的缺陷，与完全使用新砂相比，综合
成本降低15％-22％。
具体实施方式
34.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。
35.实施例1
36.一种低成本环保型覆膜砂：
37.1.取乙腈水溶液，加入丙烯酸月桂酯、单月桂基磷酸酯混合(按质量百分比丙烯酸月桂酯7.2％、单月桂基磷酸酯2.8％，其余为体积分数65％的乙腈水溶液)，超声15min后持续搅拌1h(超声功率为430w，频率为36khz，温度为50℃，搅拌速度为600r/min，下同)得到剥离助剂。
38.2.按重量份数取覆膜砂旧砂(选自采用酚醛树脂为粘结剂制备的覆膜砂经铸造使用后产生的旧砂，经破碎磁选后粒度选取50-120目，下同)280份，剥离助剂24份，粘结剂(热塑性酚醛树脂，下同)14份，固化剂(质量分数40％的六亚甲基四胺水溶液，下同)1.2份，润滑剂(硬脂酸钙，下同)0.5份。
39.3.取覆膜砂旧砂，倒入剥离助剂振动破裂并搅拌30min，随后立刻转入温度为-48
±
3℃的冷库，冷冻3.5h后取出，经机械撞击、搓擦脱模、最后吹气分离得到再生砂；所得再生砂加热至135℃转入混砂机，加入粘结剂混砂40s，待混合物冷却至100℃加入固化剂混砂25s，继续冷却至80℃时加入润滑剂混砂30s，随后放砂出料、破碎筛分得到覆膜砂。
40.实施例2
41.一种低成本环保型覆膜砂：
42.1.取乙腈水溶液，加入丙烯酸月桂酯、单月桂基磷酸酯混合(按质量百分比丙烯酸月桂酯8.0％、单月桂基磷酸酯2.4％，其余为体积分数65％的乙腈水溶液)，超声15min后持续搅拌1h得到剥离助剂。
43.2.按重量份数取覆膜砂旧砂260份，剥离助剂27份，粘结剂12份，固化剂1.0份，润滑剂0.6份。
44.3.取覆膜砂旧砂，倒入剥离助剂振动破裂并搅拌30min，随后立刻转入温度为-48
±
3℃的冷库，冷冻3h后取出，经机械撞击、搓擦脱模、最后吹气分离得到再生砂；所得再生砂加热至135℃转入混砂机，加入粘结剂混砂40s，待混合物冷却至100℃加入固化剂混砂25s，继续冷却至80℃时加入润滑剂混砂30s，随后放砂出料、破碎筛分得到覆膜砂。
45.实施例3
46.一种低成本环保型覆膜砂：
47.1.取乙腈水溶液，加入丙烯酸月桂酯、单月桂基磷酸酯混合(按质量百分比丙烯酸月桂酯6.5％、单月桂基磷酸酯3.2％，其余为体积分数65％的乙腈水溶液)，超声15min后持续搅拌1h得到剥离助剂。
48.2.按重量份数取覆膜砂旧砂295份，剥离助剂20份，粘结剂15份，固化剂1.4份，润滑剂0.5份。
49.3.取覆膜砂旧砂，倒入剥离助剂振动破裂并搅拌30min，随后立刻转入温度为-48
±
3℃的冷库，冷冻4h后取出，经机械撞击、搓擦脱模、最后吹气分离得到再生砂；所得再生砂加热至140℃转入混砂机，加入粘结剂混砂30s，待混合物冷却至110℃加入固化剂混砂20s，继续冷却至80℃时加入润滑剂混砂30s，随后放砂出料、破碎筛分得到覆膜砂。
50.对比例1
51.1.取乙腈水溶液，加入丙烯酸月桂酯、单月桂基磷酸酯混合(按质量百分比丙烯酸月桂酯7.2％，其余为体积分数65％的乙腈水溶液)，超声15min后持续搅拌1h得到剥离助剂。
52.2.按重量份数取覆膜砂旧砂280份，剥离助剂24份，粘结剂14份，固化剂1.2份，润滑剂0.5份。
53.3.取覆膜砂旧砂，倒入剥离助剂振动破裂并搅拌30min，随后立刻转入温度为-48
±
3℃的冷库，冷冻3.5h后取出，经机械撞击、搓擦脱模、最后吹气分离得到再生砂；所得再生砂加热至135℃转入混砂机，加入粘结剂混砂40s，待混合物冷却至100℃加入固化剂混砂25s，继续冷却至80℃时加入润滑剂混砂30s，随后放砂出料、破碎筛分得到覆膜砂。
54.对比例2
55.1.按重量份数取覆膜砂新砂(石英砂、宝珠砂质量比7.5：1，粒度选取50-120目)280份，剥离助剂24份，粘结剂14份，固化剂1.2份，润滑剂0.5份。
56.2.取覆膜砂新砂加热至135℃转入混砂机，加入粘结剂混砂40s，待混合物冷却至100℃加入固化剂混砂25s，继续冷却至80℃时加入润滑剂混砂30s，随后放砂出料、破碎筛分得到覆膜砂。
57.对比例3
58.参照实施例1用量，不同之处是不采用剥离助剂处理覆膜砂旧砂，而是将覆膜砂旧砂采用常规热法(600-800℃焙烧)再生，得到的再生砂同实施例工艺步骤制备覆膜砂。
59.对实施例1-3、对比例1、对比例3制备的再生砂进行检测：实施例1-3和对比例3的再生砂灼减量均低于0.04％，表面本发明工艺制备的再生砂质量可达到现有常规热法再生砂同水平；而对比例1制备的再生砂灼减量为0.18％，这可能是因为缺少单月桂基磷酸酯的协同润湿增效，丙烯酸月桂酯仅部分附着于旧砂表面从而显著降低了其对树脂膜的去除效果。
60.实施例1-3、对比例2-3覆膜砂的制备成本：本发明实施例1-3制备工艺简单，收率较高；而对比例2原砂完全使用新砂制备的覆膜砂成本是实施例1-3的1.18-1.30倍；对比例3热法再生制备的覆膜砂能耗高、收率偏低，将能耗、损耗计入后成本达到了实施例1-3的3.1-3.5倍，另外还需考虑热法再生众多设备的折旧。由此可知，本发明覆膜砂可显著降低覆膜砂旧砂的再生成本，另外本发明完全采用废砂或旧砂为原料，也不需考虑废旧砂的处理问题，进一步降低了综合生产成本。
61.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。