本發(fā)明屬于覆膜砂及環(huán)境保護(hù)，具體涉及一種廢砂再生制備高強(qiáng)度覆膜砂的方法。

背景技術(shù)：

1、覆膜砂是一種通過特殊工藝在石英砂等砂粒表面包覆一層樹脂的鑄造材料，該樹脂層在加熱后固化，賦予砂粒高強(qiáng)度和優(yōu)異的成型性能，從而能夠用于發(fā)動機(jī)缸體、閥門等精密鑄件的鑄造生產(chǎn)。在傳統(tǒng)鑄造工藝中，覆膜砂使用后因樹脂碳化失效成為廢砂，這種單次使用模式導(dǎo)致石英砂浪費同時產(chǎn)生大量固體污染。

2、針對覆膜砂廢砂及其失效樹脂碳化層，目前主要通過破碎、焙燒、磁選、粒度分級、除塵等工藝處理，使其成為再生砂以重復(fù)用于鑄造。但一方面，傳統(tǒng)再生工藝能耗高、設(shè)備投資大，其工藝成本約占新砂的2/3，經(jīng)濟(jì)性嚴(yán)重受限；而物理機(jī)械再生則難以徹底去除樹脂殘留，且會導(dǎo)致再生砂強(qiáng)度顯著降低，不僅需要補(bǔ)充新砂混用還無法用于高端精密鑄造場景。另一方面，再生砂經(jīng)過多次循環(huán)處理后，反復(fù)熱沖擊、機(jī)械應(yīng)力使得砂粒微裂紋增生，同時砂粒表面硅氧鍵活性逐漸降低，包覆性下降，最終導(dǎo)致再生砂抗壓強(qiáng)度、潰散性能等大幅度降低?；谠偕傲Ｐ蔚牟灰?guī)則性，還易殘留金屬氧化物或樹脂碳化物，進(jìn)一步引發(fā)鑄件氣孔、夾雜等缺陷。綜合上述問題，目前砂型鑄造領(lǐng)域內(nèi)再生砂僅能部分替代新砂，廢砂利用率不高，因此，研究一種能夠解決覆膜砂廢砂相關(guān)缺陷使之能夠重復(fù)循環(huán)利用的再生工藝具有重要意義。

技術(shù)實現(xiàn)思路

1、針對背景技術(shù)所提問題，本發(fā)明的目的在于提供一種廢砂再生制備高強(qiáng)度覆膜砂的方法。本發(fā)明通過對傳統(tǒng)工藝廢砂依次進(jìn)行預(yù)處理、活化，然后包覆摻有熱響應(yīng)微膠囊及氧化鋯纖維的改性樹脂，解決了廢砂再生存在的抗壓強(qiáng)度、潰散性及循環(huán)性能不足的問題，能夠有效提高廢砂利用率。

2、本發(fā)明提供一種廢砂再生制備高強(qiáng)度覆膜砂的方法，包括如下步驟：

3、步驟一：對廢砂破碎、磁選除鐵，隨后于250-750℃條件下焙燒去除樹脂碳化層，得到預(yù)處理廢砂；

4、步驟二：向步驟一所得預(yù)處理廢砂中加入活化液，混砂備用；

5、步驟三：向粘結(jié)劑中摻入熱響應(yīng)微膠囊、氧化鋯纖維，將其加至步驟二所得活化廢砂中，加熱混砂；繼續(xù)向所得混合物中依次加入固化劑、潤滑劑混砂，放砂出料、破碎篩分即得再生覆膜砂；

6、所述粘結(jié)劑為鄰甲酚改性的液體酚醛樹脂，熱響應(yīng)微膠囊壁材為聚氨酯、芯材為環(huán)氧樹脂、木質(zhì)素磺酸鈣。

7、作為優(yōu)選，步驟一所述廢砂是以石英砂為原料、酚醛樹脂為粘結(jié)劑制備的覆膜砂經(jīng)鑄造使用后產(chǎn)生的廢砂，其粒度范圍為50-100目。

8、作為優(yōu)選，步驟一所述焙燒采用階段升溫：250-300℃預(yù)熱1?h，500-600℃分解30min，650-750℃灼燒20?min。本發(fā)明焙燒于回轉(zhuǎn)窯爐中進(jìn)行，回轉(zhuǎn)窯爐中氧氣濃度＜3%，通過階段升溫焙燒的方式去除廢砂表面碳化層，能夠有效降低工藝能耗。

9、作為優(yōu)選，步驟二所述活化液為kh560，其添加量為預(yù)處理廢砂質(zhì)量的0.4%-0.8%。添加活化液處理，能夠初步活化改善廢砂表面硅氧鍵性能，增加表面活性位點、增強(qiáng)界面結(jié)合力，有助于提高后續(xù)包覆效果以及實際生產(chǎn)鑄造成型。

10、作為優(yōu)選，步驟三所述鄰甲酚改性的液體酚醛樹脂的制備方法為：取苯酚與鄰甲酚預(yù)熱混合，滴入氫氧化鈉后升溫至75-85℃分兩次加入甲醛溶液，保溫反應(yīng)后降溫至60℃，調(diào)節(jié)ph、脫水至固含量60%-70%，得到改性液體酚醛樹脂；兩次加入甲醛溶液的質(zhì)量比為(7-8):(2-3)，反應(yīng)時間依次為1.5?h、1?h。

11、作為優(yōu)選，步驟三所述熱響應(yīng)微膠囊的制備方法為：取環(huán)氧樹脂、木質(zhì)素磺酸鈣混合后與乙酸乙酯、去離子水、乳化劑、分散劑乳化形成芯材乳液；另取二異氰酸酯、聚醚多元醇混合再加入催化劑、乙酸乙酯，得到壁材混合液；將壁材混合液緩慢滴入芯材乳液中，40-50℃恒溫攪拌3?h，再升溫至60℃繼續(xù)保持1?h，離心、洗滌、干燥得到熱響應(yīng)微膠囊；環(huán)氧樹脂、木質(zhì)素磺酸鈣的質(zhì)量比為(2-5):(1-3)，壁材與芯材的質(zhì)量比為(3.5-4.5):(5.5-6.5)。

12、作為優(yōu)選，步驟三所述氧化鋯纖維直徑為1-5?μm。

13、針對廢砂再生易產(chǎn)生微裂紋的問題，本發(fā)明首先用鄰甲酚部分代替苯酚制備了一種改性液體酚醛樹脂，一方面能夠改善樹脂的柔韌性以更好的適配包覆性較差的廢砂，另一方面還能夠在一定程度降低后續(xù)使用后碳化物焙燒分解溫度，進(jìn)一步降低循環(huán)復(fù)用的工藝能耗，有利于廢砂的低成本循環(huán)利用。本發(fā)明還以聚氨酯為壁材、環(huán)氧樹脂及木質(zhì)素磺酸鈣為芯材制備了一種熱響應(yīng)微膠囊，其作用是在鑄造高溫條件下緩釋環(huán)氧樹脂及木質(zhì)素磺酸鈣，起到可控高溫修復(fù)作用，有效克服了廢砂因微裂紋增生、潰散性降低而無法循環(huán)復(fù)用及不滿足高端鑄造場景性能要求的問題。適量的氧化鋯纖維能夠進(jìn)一步增強(qiáng)樹脂界面結(jié)合力，提高砂粒的抗壓強(qiáng)度和潰散性。通過上述活化-樹脂改性-微膠囊-摻雜纖維的復(fù)合處理工藝，本發(fā)明有效改善了再生砂存在的粒形缺陷的問題，提高了所制再生覆膜砂的抗壓、潰散及循環(huán)等性能。

14、作為優(yōu)選，步驟三中粘結(jié)劑、熱響應(yīng)微膠囊、氧化鋯纖維的質(zhì)量之比為10:(1-1.5):(0.5-1.2)；三者混合與活化廢砂的質(zhì)量之比為(3-5):100。

15、作為優(yōu)選，步驟三所述固化劑由烏洛托品和磷酸三乙酯按質(zhì)量比10:(1-3)組成。

16、與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果是：

17、本發(fā)明針對目前廢砂利用率不高且無法用于高端精密鑄造場景的問題，通過活化-樹脂改性-微膠囊-摻雜纖維的復(fù)合處理工藝有效提高了廢砂制覆膜砂的抗壓強(qiáng)度和潰散性能；本發(fā)明通過廢砂再生制備高性能再生覆膜砂，不僅將廢砂資源化利用，有效降低了原料成本，同時制備的再生覆膜砂具有優(yōu)異的抗壓強(qiáng)度、潰散性能，在重復(fù)循環(huán)復(fù)用多次后仍能維持較高的性能水平，具有良好的市場競爭力。

技術(shù)特征：

1.一種廢砂再生制備高強(qiáng)度覆膜砂的方法，其特征在于，包括如下步驟：

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的廢砂再生制備高強(qiáng)度覆膜砂的方法，其特征在于，步驟一所述廢砂是以石英砂為原料、酚醛樹脂為粘結(jié)劑制備的覆膜砂經(jīng)鑄造使用后產(chǎn)生的廢砂，其粒度范圍為50-100目。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的廢砂再生制備高強(qiáng)度覆膜砂的方法，其特征在于，步驟一所述焙燒采用階段升溫：250-300℃預(yù)熱1?h，500-600℃分解30?min，650-750℃灼燒20?min。

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的廢砂再生制備高強(qiáng)度覆膜砂的方法，其特征在于，步驟二所述活化液為kh560，其添加量為預(yù)處理廢砂質(zhì)量的0.4%-0.8%。

5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的廢砂再生制備高強(qiáng)度覆膜砂的方法，其特征在于，步驟三所述鄰甲酚改性的液體酚醛樹脂的制備方法為：取苯酚與鄰甲酚預(yù)熱混合，滴入氫氧化鈉后升溫至75-85℃分兩次加入甲醛溶液，保溫反應(yīng)后降溫至60℃，調(diào)節(jié)ph、脫水至固含量60%-70%，得到改性液體酚醛樹脂；兩次加入甲醛溶液的質(zhì)量比為(7-8):(2-3)，反應(yīng)時間依次為1.5?h、1?h。

6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的廢砂再生制備高強(qiáng)度覆膜砂的方法，其特征在于，步驟三所述熱響應(yīng)微膠囊的制備方法為：取環(huán)氧樹脂、木質(zhì)素磺酸鈣混合后與乙酸乙酯、去離子水、乳化劑、分散劑乳化形成芯材乳液；另取二異氰酸酯、聚醚多元醇混合再加入催化劑、乙酸乙酯，得到壁材混合液；將壁材混合液緩慢滴入芯材乳液中，40-50℃恒溫攪拌3?h，再升溫至60℃繼續(xù)保持1?h，離心、洗滌、干燥得到熱響應(yīng)微膠囊；環(huán)氧樹脂、木質(zhì)素磺酸鈣的質(zhì)量比為(2-5):(1-3)，壁材與芯材的質(zhì)量比為(3.5-4.5):(5.5-6.5)。

7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的廢砂再生制備高強(qiáng)度覆膜砂的方法，其特征在于，步驟三所述氧化鋯纖維直徑為1-5?μm。

8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的廢砂再生制備高強(qiáng)度覆膜砂的方法，其特征在于，步驟三中粘結(jié)劑、熱響應(yīng)微膠囊、氧化鋯纖維的質(zhì)量之比為10:(1-1.5):(0.5-1.2)；三者混合與活化廢砂的質(zhì)量之比為(3-5):100。

9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的廢砂再生制備高強(qiáng)度覆膜砂的方法，其特征在于，步驟三所述固化劑由烏洛托品和磷酸三乙酯按質(zhì)量比10:(1-3)組成。

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明公開了一種廢砂再生制備高強(qiáng)度覆膜砂的方法，屬于覆膜砂及環(huán)境保護(hù)技術(shù)領(lǐng)域。本發(fā)明工藝首先通過階段升溫焙燒去除廢砂樹脂碳化層，隨后活化處理；再與摻入熱響應(yīng)微膠囊、氧化鋯纖維的粘結(jié)劑混砂，所述粘結(jié)劑為鄰甲酚改性的液體酚醛樹脂，熱響應(yīng)微膠囊壁材為聚氨酯、芯材為環(huán)氧樹脂、木質(zhì)素磺酸鈣；最后依次與固化劑、潤滑劑混砂即得再生覆膜砂。本發(fā)明針對目前廢砂利用率不高且無法用于高端精密鑄造場景的問題，通過活化?樹脂改性?微膠囊?摻雜纖維的復(fù)合處理工藝有效提高了廢砂制覆膜砂的抗壓強(qiáng)度和潰散性能，在重復(fù)循環(huán)復(fù)用多次后仍能維持較高的性能水平，具有良好的市場競爭力。

技術(shù)研發(fā)人員：余俊,李江峰
受保護(hù)的技術(shù)使用者：江西特欣實業(yè)有限公司
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2025/5/15