用於生產金屬鑄造用耐高溫紙質澆注管及其製備法的製作方法
2024-04-01 17:02:05
本發明涉及一種用於生產金屬鑄造用耐高溫紙質澆注管(包括紙漿配方)及其製備法。
背景技術：
目前金屬鑄造用澆注管通常為陶、瓷等耐火材料製作的澆注陶管或瓷管，這類傳統澆注管的管壁很厚，重量大，脆性大，易剝落，製備時需要把耐火原材料破碎、球磨、配料混制、成型以及最後燒成，製作工藝複雜，生產周期長，能耗高，環境汙染大，而且一次性消耗後回收成本高，原因是一次性消耗後堅硬固體廢棄物多，不易除去。據產量大省浙江省的不完全統計，該省年產澆注陶管超過7500萬隻，年產值超過2.6億元。這樣規模產品使用後形成的不可再生資源處理費用相當大，其廢棄不可再生對環境、人體健康的影響以及對處理設備的磨損和鑄件產品質量的影響已成為鑄造行業日益關注的問題，因此需尋找一種汙染小，節能、重量輕，不易碎且用後易處理的新型澆注管。
技術實現要素：
本發明要解決的技術問題是提供一種用於生產金屬鑄造用耐高溫紙質澆注管及其製備方法。
為了解決上述技術問題，本發明提供一種用於生產金屬鑄造用耐高溫紙質澆注管，其配方是由以下重量含量的成分組成，以乾物質計：
廢紙紙漿60～75％，
200～400目的剛玉細粉2～5％
200～400目的莫來石細粉13～19％
200～400目的蒙脫石細粉3～5％
200～400目的紅柱石細粉5～10％
紙纖維改性材料1～2％。
作為本發明的用於生產金屬鑄造用耐高溫紙質澆注管的改進：紙纖維改性材料由硼改性酚醛樹脂(FB樹脂)：環氧樹脂(E-44)＝1：1的重量比混合而得。
作為本發明的用於生產金屬鑄造用耐高溫紙質澆注管的進一步改進，其配方為由以下重量含量的成分組成，以乾物質計：
本發明還同時提供了上述用於生產金屬鑄造用耐高溫紙質澆注管的製備方法，包括以下步驟：
1)、製備廢紙紙漿：
將廢紙材料與水按1:10～15的重量比混合後碎漿，然後脫水至含水量≤55％(重量％)，得廢紙紙漿；
2)、將廢紙紙漿、剛玉細粉、莫來石細粉、蒙脫石細粉、紅柱石細粉、紙纖維改性材料均勻混合；
配方同上；
3)、將步驟2)所得的混合物用真空混煉機混煉成坯料，坯料利用擠壓機製備成毛坯管(即，坯料直接送入擠壓機擠入不同管徑模具製成不同管徑的毛坯管)；
4)、毛坯管於50～60℃下乾燥至衡重；
5)、將步驟4)所得的乾燥後毛坯管於130～150℃改性反應2～4小時(較佳為140℃改性反應3小時)；得用於生產金屬鑄造用耐高溫紙質澆注管。
作為本發明的製備方法的改進：
所述步驟3)中：
真空混煉機混煉的工藝參數為：常溫，拌槳轉速45r/min，拌缸內真空度0.10MPa，混煉時間30min；
擠壓機擠壓的工藝參數為：雙螺杆擠壓機，常溫，螺杆轉速50r/min。
本發明涉及一種用於生產金屬鑄造用耐高溫紙質澆注管的紙漿配方，該配方以並不耐火的廢紙紙漿纖維為主材料，與適當的耐高溫填料(剛玉細粉、莫來石細粉、蒙脫石細粉、紅柱石細粉)，以及紙纖維改性材料組成，該配方獲得的紙漿經模具成型和改性固化反應，製造出紙質澆道管，該配方生產出的紙質澆道管耐火度滿足現代鑄造工藝要求，具有重量輕，運輸方便，使用方便，成本較低，且對鑄件沒有滲碳問題的特點，完全可替代歷來使用的陶、瓷等耐火材料生產的傳統澆道管。
採用本發明方法製備而得的紙質澆注管的工作原理是鑄造過程中，其環境是高溫缺氧，此條件下，紙質澆道管表層碳化，形成耐火度高的碳燒結物表層，能有效承受鐵水衝刷及其高溫，用後易剝離、易清除。
在本發明中：
1、廢紙材料為常規收集的廢舊印刷品或/和廢箱板紙等，脫水可採用常規的脫水容器或脫水設備；
2、配方中的重量含量以乾物質計，即配比均是指減去載體水後的乾物質重量百分比。
3、改性反應是激發乾燥後的毛坯管中的改性材料與紙纖維表面的羥基進行反應，進行紙纖維改性；
改性的目的是因為紙纖維中含有無水吡喃葡萄糖，高溫條件下無水吡喃葡萄糖會熱解成左旋葡聚糖，從而降低紙纖維素脫水和成炭率，加入硼改性酚醛樹脂(FB樹脂)和環氧樹脂(E-44)可使纖維素表面羥基與硼改性酚醛樹脂(FB樹脂)和環氧樹脂反應縮合交聯，一方面抑制左旋葡聚糖的生成，同時去除纖維素羥基氧的活性，有助於提高紙纖維的高溫下分解成炭率，從而大大提高紙質澆注陶管的耐高溫性能，另一方面交聯後紙質澆注管被固化，剛性強度大大增加不易變形。
4、改性反應結束後，冷卻切頭，檢驗、包裝、入庫，獲得可用於生產金屬鑄造用耐高溫紙質澆注管。
性能實驗：
對採用本發明配方生產的紙質澆注管耐高溫特性採用ZCR-B全自動微機差熱儀測定，升溫速度為10℃/min。結果見圖1。由圖1可知，所得紙質澆注管的碳化溫度為835℃，碳化時間為80min。可見所獲紙質澆注管具有很好的耐高溫特性，且全部碳化時間長，達到80分鐘，而金屬鑄造過程中，澆注管埋於砂模中，基本處於缺氧狀態，鐵鋁等金屬熔液通過時間往往在5分鐘內，因此其完全可承受鑄造過程金屬熔液的高溫與衝擊，應用於鑄鐵產品；鑄造完成後，紙質澆注管保持完好，只是外表層變成碳化殼，可見其完全可用於生產金屬鑄造產品，且易與砂模分離，有助於砂模砂再生，完全可替代傳統的陶、瓷等耐火材料生產的澆道管。本發明的紙質澆注管內徑(直徑)為30、50或70mm，壁厚為3mm。
採用本發明配方生產的紙質澆築管與現有技術中使用的陶、瓷等耐火材料生產的傳統澆道管相比，具有下列技術優勢：
1.以再生資源為主，消耗資源少；
2.免煅燒，節約能源；
3.切斷時粉塵少，改善工作環境；
4.連接方便且緊密，不漏砂；
5.重量輕，重量僅為現有產品的15-20％；
6.使用後易與砂模剝離、易清除，顯著減少砂再生對設備的磨損，改善再生砂的質量，降低鑄件廢品率；
7、不易損壞(從2m高落至水泥地面摔不壞)。
附圖說明
下面結合附圖對本發明的具體實施方式作進一步詳細說明。
圖1為本發明配方生產的紙質澆注管耐高溫特性圖；
碳化溫度為835℃，碳化時間為80min，溫度速度為10℃/min。
具體實施方式
下面結合具體實施例對本發明進行進一步描述，但本發明的保護範圍並不僅限於此：
實施例1、一種用於生產金屬鑄造用耐高溫紙質澆注管的製備方法，依次進行以下步驟：
a.製備廢紙紙漿：
將收集的廢舊印刷品或/和廢箱板紙等廢紙材料，在常溫下與水按1:15的重量比加入到碎漿機中製備成紙漿，然後將紙漿直接裝入脫水容器或脫水設備脫水，使含水量≤55％，備用；
b.填充材料和紙纖維改性材料準備：
填充材料為：200目的剛玉細粉、200目的莫來石細粉、200目的蒙脫石細粉、200目的紅柱石細粉；
紙纖維改性材料由硼改性酚醛樹脂(FB樹脂)：環氧樹脂(E-44)＝1：1的質量比混合而得。
c.將上述製備好的廢紙紙漿，填充材料、紙纖維改性材料按下述比例稱量，依次加入漿池攪拌均勻，獲得可用於生產金屬鑄造用耐高溫紙質澆注管的紙漿料團。
廢紙紙漿60％，
200目剛玉細粉5％
200目莫來石細粉19％
200目蒙脫石細粉5％
200目紅柱石細粉10％
紙纖維改性材料(硼改性酚醛樹脂(FB樹脂)：環氧樹脂(E-44)＝1：1)1％；
上述配比均是指減去載體水(主要是針對紙漿而言，其他材料幾乎不含水)後的乾物質重量百分比。
d.用真空混煉機將拌好的紙漿料團混煉成坯料(真空混煉機混煉的工藝參數為：常溫，拌槳轉速45r/min，拌缸內真空度0.10MPa，混煉時間30min)，坯料直接送入擠壓機擠入不同管徑模具製成不同管徑的毛坯管(擠壓機擠壓的工藝參數為：雙螺杆擠壓機，常溫，螺杆轉速50r/min)；
e.毛坯管於60℃下乾燥至衡重；
f.於150℃下進行紙纖維改性，從而激發乾燥後的毛坯管中的改性材料與竹纖維表面的羥基進行反應，反應2小時，之後冷卻切頭，檢驗、包裝、入庫。
實施例2、一種用於生產金屬鑄造用耐高溫紙質澆注管的製備方法，
其配方為由以下重量含量的成分組成，以乾物質計：
紙纖維改性材料(硼改性酚醛樹脂(FB樹脂)：環氧樹脂(E-44)＝1：1)1.5％；
步驟f)為於140℃改性反應3小時；
其餘等同於實施例1。
實施例3、一種用於生產金屬鑄造用耐高溫紙質澆注管的製備方法，
步驟a)中廢紙材料與水的重量比1:10；
其配方為由以下重量含量的成分組成，以乾物質計：
紙纖維改性材料(硼改性酚醛樹脂(FB樹脂)：環氧樹脂(E-44)＝1：1)2％；
步驟f)為於130℃改性反應4小時；
其餘等同於實施例1。
實施例4、一種用於生產金屬鑄造用耐高溫紙質澆注管的製備方法，
步驟a)中廢紙材料與水的重量比1:12；
其配方為由以下重量含量的成分組成，以乾物質計：
紙纖維改性材料(硼改性酚醛樹脂(FB樹脂)：環氧樹脂(E-44)＝1：1)1.5％；
步驟e)為毛坯管於50℃下乾燥至衡重；
步驟f)為於130℃改性反應4小時；
其餘等同於實施例1。
實施例5、一種用於生產金屬鑄造用耐高溫紙質澆注管的製備方法，
步驟a)中廢紙材料與水的重量比1:12；
其配方為由以下重量含量的成分組成，以乾物質計：
紙纖維改性材料(硼改性酚醛樹脂(FB樹脂)：環氧樹脂(E-44)＝1：1)1.5％；
步驟e)為毛坯管於50℃下乾燥至衡重；
步驟f)為於150℃改性反應2小時(即，同實施例1)；
其餘等同於實施例1。
按照上述實施例1～實施例5所述方法製備所得的紙質澆注管，按照上述性能實驗進行檢測，所得結果如下表1：
表1
對比例1、取消實施例1中「紙纖維改性材料1％」的使用，相應的增加廢紙紙漿的含量，即，使配方以乾物質計的重量含量仍為100％；其餘等同於實施例1。
對比例2-1、取消實施例1步驟f)中的改性；其餘等同於實施例1。
對比例2-2、將實施例1步驟f)中的「150℃改性反應2小時」改成「100℃改性反應6小時」；其餘等同於實施例1。
對比例2-3、將實施例1步驟f)中的「150℃改性反應2小時」改成「200℃改性反應2小時」；其餘等同於實施例1。
對比例3-1、將實施例1的紙纖維改性材料由「硼改性酚醛樹脂(FB樹脂)：環氧樹脂(E-44)＝1：1的重量比混合而得」改成全部為硼改性酚醛樹脂(FB樹脂)；其餘等同於實施例1。
對比例3-1、將實施例1的紙纖維改性材料由「硼改性酚醛樹脂(FB樹脂)：環氧樹脂(E-44)＝1：1的重量比混合而得」改成全部為環氧樹脂(E-44)；其餘等同於實施例1。
對比例3-3、將實施例1的紙纖維改性材料中硼改性酚醛樹脂(FB樹脂)：環氧樹脂(E-44)的重量比由1：1改成2:1；其餘等同於實施例1。
對比例3-4、將實施例1的紙纖維改性材料中硼改性酚醛樹脂(FB樹脂)：環氧樹脂(E-44)的重量比由1：1改成1:2；其餘等同於實施例1。
對比例4、取消實施例1配方中「蒙脫石細粉5％」的使用，即，將配方改成如下所述：
廢紙紙漿60％，
200目剛玉細粉5.7％
200目莫來石細粉21.9％
200目紅柱石細粉11.4％
紙纖維改性材料1％；
其餘等同於實施例1。
按照上述所有對比例所述方法製備所得的紙質澆注管，按照上述性能實驗進行檢測，所得結果如下表2：
表2
最後，還需要注意的是，以上列舉的僅是本發明的若干個具體實施例。顯然，本發明不限於以上實施例，還可以有許多變形。本領域的普通技術人員能從本發明公開的內容直接導出或聯想到的所有變形，均應認為是本發明的保護範圍。