本發(fā)明涉及一種用于生產(chǎn)金屬鑄造用耐高溫紙質(zhì)澆注管(包括紙漿配方)及其制備法。

背景技術(shù)：

目前金屬鑄造用澆注管通常為陶、瓷等耐火材料制作的澆注陶管或瓷管，這類(lèi)傳統(tǒng)澆注管的管壁很厚，重量大，脆性大，易剝落，制備時(shí)需要把耐火原材料破碎、球磨、配料混制、成型以及最后燒成，制作工藝復(fù)雜，生產(chǎn)周期長(zhǎng)，能耗高，環(huán)境污染大，而且一次性消耗后回收成本高，原因是一次性消耗后堅(jiān)硬固體廢棄物多，不易除去。據(jù)產(chǎn)量大省浙江省的不完全統(tǒng)計(jì)，該省年產(chǎn)澆注陶管超過(guò)7500萬(wàn)只，年產(chǎn)值超過(guò)2.6億元。這樣規(guī)模產(chǎn)品使用后形成的不可再生資源處理費(fèi)用相當(dāng)大，其廢棄不可再生對(duì)環(huán)境、人體健康的影響以及對(duì)處理設(shè)備的磨損和鑄件產(chǎn)品質(zhì)量的影響已成為鑄造行業(yè)日益關(guān)注的問(wèn)題，因此需尋找一種污染小，節(jié)能、重量輕，不易碎且用后易處理的新型澆注管。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明要解決的技術(shù)問(wèn)題是提供一種用于生產(chǎn)金屬鑄造用耐高溫紙質(zhì)澆注管及其制備方法。

為了解決上述技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明提供一種用于生產(chǎn)金屬鑄造用耐高溫紙質(zhì)澆注管，其配方是由以下重量含量的成分組成，以干物質(zhì)計(jì)：

廢紙紙漿60～75％，

200～400目的剛玉細(xì)粉2～5％

200～400目的莫來(lái)石細(xì)粉13～19％

200～400目的蒙脫石細(xì)粉3～5％

200～400目的紅柱石細(xì)粉5～10％

紙纖維改性材料1～2％。

作為本發(fā)明的用于生產(chǎn)金屬鑄造用耐高溫紙質(zhì)澆注管的改進(jìn)：紙纖維改性材料由硼改性酚醛樹(shù)脂(FB樹(shù)脂)：環(huán)氧樹(shù)脂(E-44)＝1：1的重量比混合而得。

作為本發(fā)明的用于生產(chǎn)金屬鑄造用耐高溫紙質(zhì)澆注管的進(jìn)一步改進(jìn)，其配方為由以下重量含量的成分組成，以干物質(zhì)計(jì)：

本發(fā)明還同時(shí)提供了上述用于生產(chǎn)金屬鑄造用耐高溫紙質(zhì)澆注管的制備方法，包括以下步驟：

1)、制備廢紙紙漿：

將廢紙材料與水按1:10～15的重量比混合后碎漿，然后脫水至含水量≤55％(重量％)，得廢紙紙漿；

2)、將廢紙紙漿、剛玉細(xì)粉、莫來(lái)石細(xì)粉、蒙脫石細(xì)粉、紅柱石細(xì)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(jī)混煉成坯料，坯料利用擠壓機(jī)制備成毛坯管(即，坯料直接送入擠壓機(jī)擠入不同管徑模具制成不同管徑的毛坯管)；

4)、毛坯管于50～60℃下干燥至衡重；

5)、將步驟4)所得的干燥后毛坯管于130～150℃改性反應(yīng)2～4小時(shí)(較佳為140℃改性反應(yīng)3小時(shí))；得用于生產(chǎn)金屬鑄造用耐高溫紙質(zhì)澆注管。

作為本發(fā)明的制備方法的改進(jìn)：

所述步驟3)中：

真空混煉機(jī)混煉的工藝參數(shù)為：常溫，拌槳轉(zhuǎn)速45r/min，拌缸內(nèi)真空度0.10MPa，混煉時(shí)間30min；

擠壓機(jī)擠壓的工藝參數(shù)為：雙螺桿擠壓機(jī)，常溫，螺桿轉(zhuǎn)速50r/min。

本發(fā)明涉及一種用于生產(chǎn)金屬鑄造用耐高溫紙質(zhì)澆注管的紙漿配方，該配方以并不耐火的廢紙紙漿纖維為主材料，與適當(dāng)?shù)哪透邷靥盍?剛玉細(xì)粉、莫來(lái)石細(xì)粉、蒙脫石細(xì)粉、紅柱石細(xì)粉)，以及紙纖維改性材料組成，該配方獲得的紙漿經(jīng)模具成型和改性固化反應(yīng)，制造出紙質(zhì)澆道管，該配方生產(chǎn)出的紙質(zhì)澆道管耐火度滿足現(xiàn)代鑄造工藝要求，具有重量輕，運(yùn)輸方便，使用方便，成本較低，且對(duì)鑄件沒(méi)有滲碳問(wèn)題的特點(diǎn)，完全可替代歷來(lái)使用的陶、瓷等耐火材料生產(chǎn)的傳統(tǒng)澆道管。

采用本發(fā)明方法制備而得的紙質(zhì)澆注管的工作原理是鑄造過(guò)程中，其環(huán)境是高溫缺氧，此條件下，紙質(zhì)澆道管表層碳化，形成耐火度高的碳燒結(jié)物表層，能有效承受鐵水沖刷及其高溫，用后易剝離、易清除。

在本發(fā)明中：

1、廢紙材料為常規(guī)收集的廢舊印刷品或/和廢箱板紙等，脫水可采用常規(guī)的脫水容器或脫水設(shè)備；

2、配方中的重量含量以干物質(zhì)計(jì)，即配比均是指減去載體水后的干物質(zhì)重量百分比。

3、改性反應(yīng)是激發(fā)干燥后的毛坯管中的改性材料與紙纖維表面的羥基進(jìn)行反應(yīng)，進(jìn)行紙纖維改性；

改性的目的是因?yàn)榧埨w維中含有無(wú)水吡喃葡萄糖，高溫條件下無(wú)水吡喃葡萄糖會(huì)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(shù)脂(FB樹(shù)脂)和環(huán)氧樹(shù)脂(E-44)可使纖維素表面羥基與硼改性酚醛樹(shù)脂(FB樹(shù)脂)和環(huán)氧樹(shù)脂反應(yīng)縮合交聯(lián)，一方面抑制左旋葡聚糖的生成，同時(shí)去除纖維素羥基氧的活性，有助于提高紙纖維的高溫下分解成炭率，從而大大提高紙質(zhì)澆注陶管的耐高溫性能，另一方面交聯(lián)后紙質(zhì)澆注管被固化，剛性強(qiáng)度大大增加不易變形。

4、改性反應(yīng)結(jié)束后，冷卻切頭，檢驗(yàn)、包裝、入庫(kù)，獲得可用于生產(chǎn)金屬鑄造用耐高溫紙質(zhì)澆注管。

性能實(shí)驗(yàn)：

對(duì)采用本發(fā)明配方生產(chǎn)的紙質(zhì)澆注管耐高溫特性采用ZCR-B全自動(dòng)微機(jī)差熱儀測(cè)定，升溫速度為10℃/min。結(jié)果見(jiàn)圖1。由圖1可知，所得紙質(zhì)澆注管的碳化溫度為835℃，碳化時(shí)間為80min?？梢?jiàn)所獲紙質(zhì)澆注管具有很好的耐高溫特性，且全部碳化時(shí)間長(zhǎng)，達(dá)到80分鐘，而金屬鑄造過(guò)程中，澆注管埋于砂模中，基本處于缺氧狀態(tài)，鐵鋁等金屬熔液通過(guò)時(shí)間往往在5分鐘內(nèi)，因此其完全可承受鑄造過(guò)程金屬熔液的高溫與沖擊，應(yīng)用于鑄鐵產(chǎn)品；鑄造完成后，紙質(zhì)澆注管保持完好，只是外表層變成碳化殼，可見(jiàn)其完全可用于生產(chǎn)金屬鑄造產(chǎn)品，且易與砂模分離，有助于砂模砂再生，完全可替代傳統(tǒng)的陶、瓷等耐火材料生產(chǎn)的澆道管。本發(fā)明的紙質(zhì)澆注管內(nèi)徑(直徑)為30、50或70mm，壁厚為3mm。

采用本發(fā)明配方生產(chǎn)的紙質(zhì)澆筑管與現(xiàn)有技術(shù)中使用的陶、瓷等耐火材料生產(chǎn)的傳統(tǒng)澆道管相比，具有下列技術(shù)優(yōu)勢(shì)：

1.以再生資源為主，消耗資源少；

2.免煅燒，節(jié)約能源；

3.切斷時(shí)粉塵少，改善工作環(huán)境；

4.連接方便且緊密，不漏砂；

5.重量輕，重量?jī)H為現(xiàn)有產(chǎn)品的15-20％；

6.使用后易與砂模剝離、易清除，顯著減少砂再生對(duì)設(shè)備的磨損，改善再生砂的質(zhì)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(shuō)明

下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的具體實(shí)施方式作進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明。

圖1為本發(fā)明配方生產(chǎn)的紙質(zhì)澆注管耐高溫特性圖；

碳化溫度為835℃，碳化時(shí)間為80min，溫度速度為10℃/min。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行進(jìn)一步描述，但本發(fā)明的保護(hù)范圍并不僅限于此：

實(shí)施例1、一種用于生產(chǎn)金屬鑄造用耐高溫紙質(zhì)澆注管的制備方法，依次進(jìn)行以下步驟：

a.制備廢紙紙漿：

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(jī)中制備成紙漿，然后將紙漿直接裝入脫水容器或脫水設(shè)備脫水，使含水量≤55％，備用；

b.填充材料和紙纖維改性材料準(zhǔn)備：

填充材料為：200目的剛玉細(xì)粉、200目的莫來(lái)石細(xì)粉、200目的蒙脫石細(xì)粉、200目的紅柱石細(xì)粉；

紙纖維改性材料由硼改性酚醛樹(shù)脂(FB樹(shù)脂)：環(huán)氧樹(shù)脂(E-44)＝1：1的質(zhì)量比混合而得。

c.將上述制備好的廢紙紙漿，填充材料、紙纖維改性材料按下述比例稱量，依次加入漿池?cái)嚢杈鶆?，獲得可用于生產(chǎn)金屬鑄造用耐高溫紙質(zhì)澆注管的紙漿料團(tuán)。

廢紙紙漿60％，

200目剛玉細(xì)粉5％

200目莫來(lái)石細(xì)粉19％

200目蒙脫石細(xì)粉5％

200目紅柱石細(xì)粉10％

紙纖維改性材料(硼改性酚醛樹(shù)脂(FB樹(shù)脂)：環(huán)氧樹(shù)脂(E-44)＝1：1)1％；

上述配比均是指減去載體水(主要是針對(duì)紙漿而言，其他材料幾乎不含水)后的干物質(zhì)重量百分比。

d.用真空混煉機(jī)將拌好的紙漿料團(tuán)混煉成坯料(真空混煉機(jī)混煉的工藝參數(shù)為：常溫，拌槳轉(zhuǎn)速45r/min，拌缸內(nèi)真空度0.10MPa，混煉時(shí)間30min)，坯料直接送入擠壓機(jī)擠入不同管徑模具制成不同管徑的毛坯管(擠壓機(jī)擠壓的工藝參數(shù)為：雙螺桿擠壓機(jī)，常溫，螺桿轉(zhuǎn)速50r/min)；

e.毛坯管于60℃下干燥至衡重；

f.于150℃下進(jìn)行紙纖維改性，從而激發(fā)干燥后的毛坯管中的改性材料與竹纖維表面的羥基進(jìn)行反應(yīng)，反應(yīng)2小時(shí)，之后冷卻切頭，檢驗(yàn)、包裝、入庫(kù)。

實(shí)施例2、一種用于生產(chǎn)金屬鑄造用耐高溫紙質(zhì)澆注管的制備方法，

其配方為由以下重量含量的成分組成，以干物質(zhì)計(jì)：

紙纖維改性材料(硼改性酚醛樹(shù)脂(FB樹(shù)脂)：環(huán)氧樹(shù)脂(E-44)＝1：1)1.5％；

步驟f)為于140℃改性反應(yīng)3小時(shí)；

其余等同于實(shí)施例1。

實(shí)施例3、一種用于生產(chǎn)金屬鑄造用耐高溫紙質(zhì)澆注管的制備方法，

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，以干物質(zhì)計(jì)：

紙纖維改性材料(硼改性酚醛樹(shù)脂(FB樹(shù)脂)：環(huán)氧樹(shù)脂(E-44)＝1：1)2％；

步驟f)為于130℃改性反應(yīng)4小時(shí)；

其余等同于實(shí)施例1。

實(shí)施例4、一種用于生產(chǎn)金屬鑄造用耐高溫紙質(zhì)澆注管的制備方法，

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，以干物質(zhì)計(jì)：

紙纖維改性材料(硼改性酚醛樹(shù)脂(FB樹(shù)脂)：環(huán)氧樹(shù)脂(E-44)＝1：1)1.5％；

步驟e)為毛坯管于50℃下干燥至衡重；

步驟f)為于130℃改性反應(yīng)4小時(shí)；

其余等同于實(shí)施例1。

實(shí)施例5、一種用于生產(chǎn)金屬鑄造用耐高溫紙質(zhì)澆注管的制備方法，

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，以干物質(zhì)計(jì)：

紙纖維改性材料(硼改性酚醛樹(shù)脂(FB樹(shù)脂)：環(huán)氧樹(shù)脂(E-44)＝1：1)1.5％；

步驟e)為毛坯管于50℃下干燥至衡重；

步驟f)為于150℃改性反應(yīng)2小時(shí)(即，同實(shí)施例1)；

其余等同于實(shí)施例1。

按照上述實(shí)施例1～實(shí)施例5所述方法制備所得的紙質(zhì)澆注管，按照上述性能實(shí)驗(yàn)進(jìn)行檢測(cè)，所得結(jié)果如下表1：

表1

對(duì)比例1、取消實(shí)施例1中“紙纖維改性材料1％”的使用，相應(yīng)的增加廢紙紙漿的含量，即，使配方以干物質(zhì)計(jì)的重量含量仍為100％；其余等同于實(shí)施例1。

對(duì)比例2-1、取消實(shí)施例1步驟f)中的改性；其余等同于實(shí)施例1。

對(duì)比例2-2、將實(shí)施例1步驟f)中的“150℃改性反應(yīng)2小時(shí)”改成“100℃改性反應(yīng)6小時(shí)”；其余等同于實(shí)施例1。

對(duì)比例2-3、將實(shí)施例1步驟f)中的“150℃改性反應(yīng)2小時(shí)”改成“200℃改性反應(yīng)2小時(shí)”；其余等同于實(shí)施例1。

對(duì)比例3-1、將實(shí)施例1的紙纖維改性材料由“硼改性酚醛樹(shù)脂(FB樹(shù)脂)：環(huán)氧樹(shù)脂(E-44)＝1：1的重量比混合而得”改成全部為硼改性酚醛樹(shù)脂(FB樹(shù)脂)；其余等同于實(shí)施例1。

對(duì)比例3-1、將實(shí)施例1的紙纖維改性材料由“硼改性酚醛樹(shù)脂(FB樹(shù)脂)：環(huán)氧樹(shù)脂(E-44)＝1：1的重量比混合而得”改成全部為環(huán)氧樹(shù)脂(E-44)；其余等同于實(shí)施例1。

對(duì)比例3-3、將實(shí)施例1的紙纖維改性材料中硼改性酚醛樹(shù)脂(FB樹(shù)脂)：環(huán)氧樹(shù)脂(E-44)的重量比由1：1改成2:1；其余等同于實(shí)施例1。

對(duì)比例3-4、將實(shí)施例1的紙纖維改性材料中硼改性酚醛樹(shù)脂(FB樹(shù)脂)：環(huán)氧樹(shù)脂(E-44)的重量比由1：1改成1:2；其余等同于實(shí)施例1。

對(duì)比例4、取消實(shí)施例1配方中“蒙脫石細(xì)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(xì)粉5.7％

200目莫來(lái)石細(xì)粉21.9％

200目紅柱石細(xì)粉11.4％

紙纖維改性材料1％；

其余等同于實(shí)施例1。

按照上述所有對(duì)比例所述方法制備所得的紙質(zhì)澆注管，按照上述性能實(shí)驗(yàn)進(jìn)行檢測(cè)，所得結(jié)果如下表2：

表2

最后，還需要注意的是，以上列舉的僅是本發(fā)明的若干個(gè)具體實(shí)施例。顯然，本發(fā)明不限于以上實(shí)施例，還可以有許多變形。本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員能從本發(fā)明公開(kāi)的內(nèi)容直接導(dǎo)出或聯(lián)想到的所有變形，均應(yīng)認(rèn)為是本發(fā)明的保護(hù)范圍。