用于水玻璃砂的溃散增强剂的制作方法
【专利摘要】本发明涉及一种用于水玻璃砂的溃散增强剂，该水玻璃溃散增强剂的原料组分包括二氧化硅、氧化铝和石墨烯。发明人创造性地采用二氧化硅、石墨烯和氧化铝混合作为溃散增强剂，由于该溃散增强剂中不含有有机物，无可燃性气体产生，更主要的是可大大改善以硅酸钠、硅酸钾、硅酸锂为主体的铸造用水玻璃在浇铸以后清砂困难的问题，显著提高其溃散性，并对其型砂强度有明显提高。本发明能够在不添加有机物且不提高砂芯发气量的前提下，大大改善水玻璃为主的无机粘结剂的溃散性，使其残留强度大大降低，并提高了水玻璃砂的强度。
【专利说明】用于水玻璃砂的演散增强剂
【技术领域】
[0001] 本发明涉及铸造型砂改性【技术领域】，尤其涉及一种用于水玻璃砂的溃散增强剂及 其制备方法。
【背景技术】
[0002] 铸件是装备制造业的基础件，中国是世界第一铸造大国，该些铸件的生成大多采 用自硬砂造型、制芯，其中巧喃树脂自硬砂应用范围较广。由于树脂自硬砂对生态环境、劳 动条件的危害日益引起人们的关注。
[0003] 长久W来，W娃酸轴、娃酸钟和娃酸裡为主体的无机粘结剂体系，即水玻璃，是目 前对环境污染最小的铸造黏结剂，被铸造界公认为绿色环保型材料。水玻璃作为铸造黏结 齐U，它具有来源广、价格低、强度高、硬化速度快、发气量少、砂芯精度高、德注后无烟无毒、 对人体无害、不污染环境、节约能源、高温时有一定塑性，能防止薄壁铸件的裂纹等优点，同 时其硬化工艺简单，能减轻造型（芯）劳动强度，大幅度缩短生产周期等优点。自发明W来， 在世界各国得到了广泛采用，尤其在东欧和我国应用更为普遍。
[0004] 溃散性是指铸件德注并凝固后，砂型、砂芯被打碎的难、易程度，也叫除砂性。溃散 性是由型砂的残留强度来决定的，也是指当铸件冷却后型砂是否容易破坏，是否容易从铸 件上清除的性能。由于水玻璃的溃散性较差，致使清砂困难，娃砂不易回用，并且水玻璃砂 的力学性能低于树脂砂，该些缺陷阻碍了其在铸造生产上的广泛应用。近几十年来，国内在 合成树脂的应用和发展上，已经部分地取代了水玻璃砂，但有机树脂价格昂贵，对人体（肺 和皮肤）有害，加之我国树脂生产一时还不能满足需要，在此情况下，尽管水玻璃砂铸件清 砂困难，一些不能够使用湿型的大中型铸件主要还是用水玻璃砂。
[0005] 近年来，各国进行了改善水玻璃砂溃散性的研究，取得了不少成果。如英国富塞 克公司的产品，DexU-SO改性剂，在先进的混砂设备的严格工艺控制条件下，对水玻璃砂 的溃散性有一定的改善，但国内大多数厂家使用的原砂质量不高，很少有先进的混砂设备， 又缺乏控制吹气工艺的专口设备，因此，DexU-SO改性剂的溃散性效果不明显。专利号 85102900的水玻璃砂溃散剂技术中公开了 W84- I和W84- II型溃散剂配方，其主要成分是 磯酸盐、机油、丙H醇、高猛酸钟，究其配方而言，该四种成分均为无机或有机化工产品，使 用时需增加一定成本，且有机产品具有一定的毒性。
[0006] 其它的一些传统的溃散剂是W砂型强度为代价来解决溃散性的，造成砂型性能进 一步恶化。鉴于W上所存在的问题，因此，开发出一种新型的水玻璃砂用的溃散增强剂来解 决其溃散性较差的问题成为目前的研究热点。
【发明内容】
[0007] 本发明的一个目的是提供一种用于水玻璃砂的溃散增强剂，其能够在不添加有机 物、不提高砂芯发气量的前提下，大大改善水玻璃为主的无机粘结剂的溃散性。
[0008] 为了解决上述问题，根据本发明的一个方面，提供了一种用于水玻璃砂的溃散增 强剂，该水玻璃溃散增强剂的原料组分包括二氧化娃、氧化铅和石墨帰。
[0009] 进一步地，按照重量份数计，水玻璃溃散增强剂的原料组分包括74?80份的二氧 化娃、0. 1?0. 2份的石墨帰W及10?15份的氧化铅。
[0010] 进一步地，按照重量份数计，水玻璃溃散增强剂的原料组分还包括石墨粉、膨润± 和表面活性剂。
[0011] 进一步地，按照重量份数计，水玻璃溃散增强剂的原料包括W下组分：二氧化娃 74?80份，石墨粉5?9. 8份，石墨帰0. 1?0. 2份，氧化铅10?15份，膨润± 0. 9?5 份，表面活性剂1?4份。
[0012] 进一步地，按照重量份数计，水玻璃溃散增强剂的原料包括W下组分：二氧化娃 75?78份，石墨粉6?8份，石墨帰0. 15?0. 2份，氧化铅11?13份，膨润± 1. 9?3 份，表面活性剂1?3份。
[0013] 进一步地，按照重量份数计，水玻璃溃散增强剂的原料包括W下组分：二氧化娃 78份，石墨粉7份，石墨帰0. 2份，氧化铅11份，膨润± 2. 5份，表面活性剂1. 4份。
[0014] 进一步地，二氧化娃来自白炭黑、娃石、石英砂、水晶和石英粉中的一种或多种。
[0015] 进一步地，表面活性剂选自十二焼基賴酸轴、仲焼基硫酸轴和脂肪醇硫酸轴中的 一种或多种；膨润±为裡基膨润±。
[0016] 进一步地，氧化铅为粉末状，氧化铅和石墨粉的颗粒粒径为100?800目。
[0017] 根据本发明的另一方面，还提供了一种生产用于水玻璃砂的溃散增强剂的方法， W进一步改进水玻璃砂的抗压强度。该方法包括W下步骤；将娃源加入混料桶中，揽拌均 匀；W及依次向加入娃源的混料桶中加入石墨粉、石墨帰、氧化铅、膨润±和表面活性剂，揽 拌混合均匀，得到用于水玻璃砂的溃散增强剂。
[0018] 应用本发明的技术方案，发明人创造性地采用二氧化娃、石墨帰和氧化铅混合作 为溃散增强剂，由于该溃散增强剂不添加有机物，无可燃性气体产生，更重要的是可大大改 善W娃酸轴、娃酸钟、娃酸裡为主体的铸造用水玻璃在德铸W后清砂困难的问题，显著提高 其溃散性，并对其型砂强度有明显提高。因此，本发明能够在不向无机粘结剂中添加有机物 且不提高砂芯发气量的前提下，大大改善水玻璃为主的无机粘结剂的溃散性，使其残留强 度大大降低，并增强了水玻璃的粘结强度。综上，本发明提高了一种高效、无毒、无刺激性气 味、有利于保护环境、使用方便且应用范围更加广泛的水玻璃用溃散增强剂。
【具体实施方式】
[0019] 为了解决目前用于水玻璃砂的溃散增强剂含有有机化合物带来的毒性大、不环保 或者对于水玻璃砂的溃散效果差的问题，本发明提供了一种用于水玻璃砂的溃散增强剂。 该水玻璃溃散增强剂的原料组分包括二氧化娃、石墨帰和氧化铅。
[0020] 二氧化娃可W是来自白炭黑、娃石、石英砂、水晶和石英粉中的一种或多种。其中， 白炭黑是白色粉末状X-射线无定形娃酸和娃酸盐产品的总称，主要是指沉淀二氧化娃、气 相二氧化娃和超细二氧化娃凝胶，也包括粉末状合成娃酸铅和娃酸巧等。白炭黑是多孔性 物质，其组成可用Si化? nH2〇表示，其中nH2〇是W表面轻基的形式存在。石英砂是石英石 经破碎加工而成的石英颗粒，石英石是一种非金属矿物质，是一种坚硬、耐磨、化学性能稳 定的娃酸盐矿物，其主要矿物成分是Si化。娃石是脉石英、石英岩、石英砂岩的总称。主要 用于冶金工业用的酸性耐火砖。水晶，稀有矿物，宝石的一种，石英结晶体，在矿物学上属于 石英族，主要化学成份是二氧化娃，化学式为Si化，纯净时形成无色透明的晶体，当含微量 元素A1、化等时呈紫色、黄色、茶色等，经福照微量元素形成不同类型的色也，产生不同的 颜色，如紫色、黄色、茶色、粉色等。采用上述娃源来提供二氧化娃，优选采用石英粉作为娃 源提高二氧化娃，主要是考虑到其来源广泛、成本低且效果显著。
[0021] 二氧化娃和氧化铅作为主体成份，对产品溃散性能起主要作用。本发明创造性地 向溃散增强剂中加入氧化铅粉末，发现在80(TC左右时粉末状氧化铅会与水玻璃烙融相结 合，发生反应，形成高融相，使80(TC左右时的残留峰强度后移，从而改善水玻璃无机粘结剂 的溃散性。氧化铅金属液与石英融化物形成的金属高融相物在冷却后，则可提高水玻璃无 机粘结剂的强度。氧化铅优选采用粒径为100?800目的粉末。如果氧化铅粉末的粒径较 大，会出现混合不均匀，从而导致氧化铅无法较好地发挥上述作用。如果氧化铅粉末的粒径 较小，会出现粉尘污染问题，从而导致环境污染，影响作业工人健康等问题。因此本发明经 综合考虑，优选采用上述粒径的氧化铅粉末添加到溃散增强剂中。
[0022] 石墨帰作为新型材料，对产品强度的提高起重要作用，其强度比钢铁还要高200 倍，具有ITPA(150, 000, 00化站时的拉伸模量（刚度），硬度是钢铁的200倍，单层石墨帰 的厚度只有纸张的200万分之一，具有极强的导电导热、透光性及超大比表面积。本发明采 用二氧化娃和氧化铅作为主体材料，并创造性地向溃散增强剂中加入石墨帰。发明人惊奇 地发现，石墨帰相对于石墨粉能够更好地填充二氧化娃分子间的微小孔隙，能够更好地增 加水玻璃无机粘结剂的强度，进而提高水玻璃砂的抗压强度，大大提高了砂芯件的强度。
[0023] 本发明所采用的石墨帰可W是从市场购买得到的，也可W是 申请人:自己生产并销 售的石墨帰，在专利201210367072. (K201410308860. 1和201410398232. 7中已经记载了石 墨帰的生产方法，其披露的内容W引用形式并入本文。适用于本发明的石墨帰的厚度不宜 超过2皿，适宜在0. 335?2皿之间。更优选采用1?3层的石墨帰，其厚度在0. 335?1皿 之间。石墨帰的层数越低，其提供初性的效果越佳。
[0024] 具体分析，在水玻璃砂的德注过程中，由于娃酸轴水玻璃在80(TC左右会开始烙 融，出现液相，烙融的娃酸轴冷却后形成坚硬的玻璃体或晶体。并且当水玻璃砂被加热到 80(TC之上时，石英砂粒也可溶解到该液相中，使固-液相明显的界面消失。冷却后的石英 砂粒被冷凝的玻璃体包住，变成如石头般坚硬的固体，致使其强度很大，从而导致水玻璃砂 的溃散性变差。当加热至80(TC W上，石英砂更多的溶于液相水玻璃中，成为Si化的过饱和 溶液。当冷却时，过饱和Si〇2先W磯石英相析出来，在87(TC时磯石英转变为石英，该些石 英在凝固后的水玻璃中起着切口的作用，故IOOCTC左右水玻璃砂的残留强度又下降了。
[00巧]优选地，按照重量份数计，水玻璃溃散增强剂的原料组分包括74?80份的二氧化 娃、0. 1?0. 2份的石墨帰W及10?15份的氧化铅。采用上述范围内的二氧化娃、氧化铅 和石墨帰混合，在改善水玻璃砂的溃散性W及砂芯件强度等方面具有更好的效果。
[0026] 为了更好地改善产品的流动性，提高耐高温性能，根据本发明的一个优选实施方 式，水玻璃溃散增强剂的原料组分还包括石墨粉、膨润±和表面活性剂。向溃散增强剂中加 入石墨粉的目的是改善物料的流动性及耐高温性能，石墨粉具有优良的润滑性及耐高温性 能，通过加入石墨粉能够增加物料的流动性、和易性和耐高温性能。在本发明的一个优选实 施例中，向溃散增强剂中所加入的石墨粉的粒径为100?800。选择上述粒径范围的石墨 粉，效果显著及无环境污染。优选添加裡基膨润±，裡基膨润±是采用天然膨润±经碳酸裡 改性而成，既具有轴基膨润±浸水水化膨胀性能，又具有有机膨润±特性，在水和极性有机 溶剂如己醇中均能溶解成胶体或充分溶胀使涂料的粘度增强。
[0027] 向溃散增强剂中加入表面活性剂，可调节水玻璃无机粘结剂的粘度，降低表面张 力，扩大粘结面积，减少因失水收缩而引起的强度急剧下降，促使水玻璃粘结强度提高。优 选地，表面活性剂选自十二焼基賴酸轴、仲焼基硫酸轴和脂肪醇硫酸轴中的一种或多种。本 发明优选但并不局限于上述表面活性剂，只要能够降低表面张力，扩大粘结面积即可。采用 上述表面活性剂，其效果更加显著，适用性更广。
[0028] 在本发明的一个优选实施例中，按照重量份数计，溃散增强剂包括W下组分：二氧 化娃74?80份，石墨粉5?9. 8份，石墨帰0. 1?0. 2份，氧化铅10?15份，膨润± 0. 9? 5份，表面活性剂1?4份。采用上述范围的各组分，能够得到溃散性更好的溃散增强剂，用 于水玻璃砂时能够较好地提高型砂强度。
[0029] 进一步优选地，按照重量份数计，溃散增强剂包括W下组分：二氧化娃75?78份， 石墨粉6?8份，石墨帰0. 15?0. 2份，氧化铅11?13份，裡基膨润± 1. 9?3份，表面 活性剂1?3份。较优选地，按照重量份数计，溃散增强剂包括W下组分：二氧化娃78份， 石墨粉7份，石墨帰0. 2份，氧化铅11份，裡基膨润± 2. 5份，表面活性剂1. 4份。
[0030] 本发明创造性地将娃源、石墨粉、石墨帰、氧化铅、裡基膨润±^及表面活性剂混 合，并进一步限定各组分的重量份数，从而得到了能够显著增强水玻璃砂溃散性且明显提 高其型砂强度的溃散增强剂。并且由于本发明所提供的溃散增强剂不添加有机物，无可燃 性气体产生，不会对环境和人体产生危害，更主要的是可大大改善W娃酸轴、娃酸钟、娃酸 裡为主体的铸造用水玻璃在德铸W后清砂困难的问题。因此，本发明能够在不向无机粘结 剂中添加有机物且不提高砂芯发气量的前提下，大大改善水玻璃为主的无机粘结剂的溃散 性，使其残留强度大大降低，并增强了水玻璃的粘结强度。
[0031] 根据本发明的另一方面，还提供了一种生产用于水玻璃砂的溃散增强剂的方法， 包括W下步骤：将娃源物质加入混料桶中，揽拌均匀；W及依次向加入娃源物质的混料桶 中加入石墨粉、石墨帰、氧化铅、裡基膨润±和表面活性剂，揽拌混合均匀，得到用于水玻璃 砂的溃散增强剂。该制备方法工艺简单，只需要在室温下将原料混合揽拌均匀即可。由于 该溃散增强剂具有无毒、无刺激性气味等优点，因此可W大规模生产，易于推广，并且制备 过程中发气量低，可降低铸件的气孔废品，具有较明显的经济效益。
[0032] 本发明的溃散增强剂适用于多种水玻璃，例如轴水玻璃、钟水玻璃、裡 (叫0 ? mSi〇2)水玻璃、钟轴（mK2〇 ?崎0 ? mSi〇2)水玻璃等，尤其适用于轴水玻璃。一般而 言，其添加量为水玻璃重量的10?25%。当用于轴水玻璃时，其用量为轴水玻璃重量的 10?25% ;当用于钟水玻璃时，其用量为钟水玻璃重量15?25% ;当用于裡水玻璃时，其 用量为裡水玻璃重量的18?25%。
[0033] 为了更好的理解本发明，下面结合具体实施例来进一步说明。
[0034] 实施例1
[00巧]称取石英粉74克加入混料桶中，均匀揽拌。称取粒径为500目的石墨粉9. 8克， 石墨帰0. 2克，粒径为500目的氧化铅粉10克，裡基膨润± 5克，有机娃表面活性剂1克， 依次加入混料桶中并混至均匀，得到水玻璃溃散增强剂。
[0036] 实施例2-5
[0037] 其制备方法与实施例I相同，不同之处在于原料组分及其添加量，具体组分及配 比详见表1。
[0038] 表 1
[0039]
【权利要求】
1. 一种用于水玻璃砂的溃散增强剂，其特征在于，所述水玻璃溃散增强剂的原料组分 包括二氧化娃、氧化铅和石墨帰。
2. 如权利要求1所述的溃散增强剂，其特征在于，按照重量份数计，所述水玻璃溃散增 强剂的原料组分包括74?80份的二氧化娃、0. 1?0. 2份的石墨帰W及10?15份的氧化 铅。
3. 如权利要求1所述的溃散增强剂，其特征在于，所述溃散增强剂的原料组分还包括 石墨粉、膨润±和表面活性剂。
4. 如权利要求3所述的溃散增强剂，其特征在于，按照重量份数计，包括W下组分：
5. 如权利要求4所述的溃散增强剂，其特征在于，按照重量份数计，包括W下组分：
6. 如权利要求5所述的溃散增强剂，其特征在于，按照重量份数计，包括W下组分：
7. 如权利要求1至6中任一项所述的溃散增强剂，其特征在于，所述二氧化娃来自白炭 黑、娃石、石英砂、水晶和石英粉中的一种或多种。
8. 如权利要求3至6中任一项所述的溃散增强剂，其特征在于，所述表面活性剂选自有 机娃表面活性剂，十二焼基賴酸轴、仲焼基硫酸轴和脂肪醇硫酸轴中的一种或多种；所述膨 润±为裡基膨润±。
9.如权利要求I至6中任一项所述的溃散增强剂，其特征在于，所述氧化铅为粉末状， 所述氧化铅和所述石墨粉的颗粒粒径为100?800目。
【文档编号】B22C1/02GK104259379SQ201410522181
【公开日】2015年1月7日 申请日期:2014年9月30日 优先权日:2014年9月30日
【发明者】祝建勋, 许增彬, 巩传诚 申请人:济南圣泉集团股份有限公司