本发明涉及一种用于生产金属铸造用耐高温纸质浇注管(包括纸浆配方)及其制备法。
背景技术：
目前金属铸造用浇注管通常为陶、瓷等耐火材料制作的浇注陶管或瓷管，这类传统浇注管的管壁很厚，重量大，脆性大，易剥落，制备时需要把耐火原材料破碎、球磨、配料混制、成型以及最后烧成，制作工艺复杂，生产周期长，能耗高，环境污染大，而且一次性消耗后回收成本高，原因是一次性消耗后坚硬固体废弃物多，不易除去。据产量大省浙江省的不完全统计，该省年产浇注陶管超过7500万只，年产值超过2.6亿元。这样规模产品使用后形成的不可再生资源处理费用相当大，其废弃不可再生对环境、人体健康的影响以及对处理设备的磨损和铸件产品质量的影响已成为铸造行业日益关注的问题，因此需寻找一种污染小，节能、重量轻，不易碎且用后易处理的新型浇注管。
技术实现要素：
本发明要解决的技术问题是提供一种用于生产金属铸造用耐高温纸质浇注管及其制备方法。
为了解决上述技术问题，本发明提供一种用于生产金属铸造用耐高温纸质浇注管，其配方是由以下重量含量的成分组成，以干物质计：
废纸纸浆60～75％，
200～400目的刚玉细粉2～5％
200～400目的莫来石细粉13～19％
200～400目的蒙脱石细粉3～5％
200～400目的红柱石细粉5～10％
纸纤维改性材料1～2％。
作为本发明的用于生产金属铸造用耐高温纸质浇注管的改进：纸纤维改性材料由硼改性酚醛树脂(FB树脂)：环氧树脂(E-44)＝1：1的重量比混合而得。
作为本发明的用于生产金属铸造用耐高温纸质浇注管的进一步改进，其配方为由以下重量含量的成分组成，以干物质计：
本发明还同时提供了上述用于生产金属铸造用耐高温纸质浇注管的制备方法，包括以下步骤：
1)、制备废纸纸浆：
将废纸材料与水按1:10～15的重量比混合后碎浆，然后脱水至含水量≤55％(重量％)，得废纸纸浆；
2)、将废纸纸浆、刚玉细粉、莫来石细粉、蒙脱石细粉、红柱石细粉、纸纤维改性材料均匀混合；
配方同上；
3)、将步骤2)所得的混合物用真空混炼机混炼成坯料，坯料利用挤压机制备成毛坯管(即，坯料直接送入挤压机挤入不同管径模具制成不同管径的毛坯管)；
4)、毛坯管于50～60℃下干燥至衡重；
5)、将步骤4)所得的干燥后毛坯管于130～150℃改性反应2～4小时(较佳为140℃改性反应3小时)；得用于生产金属铸造用耐高温纸质浇注管。
作为本发明的制备方法的改进：
所述步骤3)中：
真空混炼机混炼的工艺参数为：常温，拌桨转速45r/min，拌缸内真空度0.10MPa，混炼时间30min；
挤压机挤压的工艺参数为：双螺杆挤压机，常温，螺杆转速50r/min。
本发明涉及一种用于生产金属铸造用耐高温纸质浇注管的纸浆配方，该配方以并不耐火的废纸纸浆纤维为主材料，与适当的耐高温填料(刚玉细粉、莫来石细粉、蒙脱石细粉、红柱石细粉)，以及纸纤维改性材料组成，该配方获得的纸浆经模具成型和改性固化反应，制造出纸质浇道管，该配方生产出的纸质浇道管耐火度满足现代铸造工艺要求，具有重量轻，运输方便，使用方便，成本较低，且对铸件没有渗碳问题的特点，完全可替代历来使用的陶、瓷等耐火材料生产的传统浇道管。
采用本发明方法制备而得的纸质浇注管的工作原理是铸造过程中，其环境是高温缺氧，此条件下，纸质浇道管表层碳化，形成耐火度高的碳烧结物表层，能有效承受铁水冲刷及其高温，用后易剥离、易清除。
在本发明中：
1、废纸材料为常规收集的废旧印刷品或/和废箱板纸等，脱水可采用常规的脱水容器或脱水设备；
2、配方中的重量含量以干物质计，即配比均是指减去载体水后的干物质重量百分比。
3、改性反应是激发干燥后的毛坯管中的改性材料与纸纤维表面的羟基进行反应，进行纸纤维改性；
改性的目的是因为纸纤维中含有无水吡喃葡萄糖，高温条件下无水吡喃葡萄糖会热解成左旋葡聚糖，从而降低纸纤维素脱水和成炭率，加入硼改性酚醛树脂(FB树脂)和环氧树脂(E-44)可使纤维素表面羟基与硼改性酚醛树脂(FB树脂)和环氧树脂反应缩合交联，一方面抑制左旋葡聚糖的生成，同时去除纤维素羟基氧的活性，有助于提高纸纤维的高温下分解成炭率，从而大大提高纸质浇注陶管的耐高温性能，另一方面交联后纸质浇注管被固化，刚性强度大大增加不易变形。
4、改性反应结束后，冷却切头，检验、包装、入库，获得可用于生产金属铸造用耐高温纸质浇注管。
性能实验：
对采用本发明配方生产的纸质浇注管耐高温特性采用ZCR-B全自动微机差热仪测定，升温速度为10℃/min。结果见图1。由图1可知，所得纸质浇注管的碳化温度为835℃，碳化时间为80min。可见所获纸质浇注管具有很好的耐高温特性，且全部碳化时间长，达到80分钟，而金属铸造过程中，浇注管埋于砂模中，基本处于缺氧状态，铁铝等金属熔液通过时间往往在5分钟内，因此其完全可承受铸造过程金属熔液的高温与冲击，应用于铸铁产品；铸造完成后，纸质浇注管保持完好，只是外表层变成碳化壳，可见其完全可用于生产金属铸造产品，且易与砂模分离，有助于砂模砂再生，完全可替代传统的陶、瓷等耐火材料生产的浇道管。本发明的纸质浇注管内径(直径)为30、50或70mm，壁厚为3mm。
采用本发明配方生产的纸质浇筑管与现有技术中使用的陶、瓷等耐火材料生产的传统浇道管相比，具有下列技术优势：
1.以再生资源为主，消耗资源少；
2.免煅烧，节约能源；
3.切断时粉尘少，改善工作环境；
4.连接方便且紧密，不漏砂；
5.重量轻，重量仅为现有产品的15-20％；
6.使用后易与砂模剥离、易清除，显著减少砂再生对设备的磨损，改善再生砂的质量，降低铸件废品率；
7、不易损坏(从2m高落至水泥地面摔不坏)。
附图说明
下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步详细说明。
图1为本发明配方生产的纸质浇注管耐高温特性图；
碳化温度为835℃，碳化时间为80min，温度速度为10℃/min。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明进行进一步描述，但本发明的保护范围并不仅限于此：
实施例1、一种用于生产金属铸造用耐高温纸质浇注管的制备方法，依次进行以下步骤：
a.制备废纸纸浆：
将收集的废旧印刷品或/和废箱板纸等废纸材料，在常温下与水按1:15的重量比加入到碎浆机中制备成纸浆，然后将纸浆直接装入脱水容器或脱水设备脱水，使含水量≤55％，备用；
b.填充材料和纸纤维改性材料准备：
填充材料为：200目的刚玉细粉、200目的莫来石细粉、200目的蒙脱石细粉、200目的红柱石细粉；
纸纤维改性材料由硼改性酚醛树脂(FB树脂)：环氧树脂(E-44)＝1：1的质量比混合而得。
c.将上述制备好的废纸纸浆，填充材料、纸纤维改性材料按下述比例称量，依次加入浆池搅拌均匀，获得可用于生产金属铸造用耐高温纸质浇注管的纸浆料团。
废纸纸浆60％，
200目刚玉细粉5％
200目莫来石细粉19％
200目蒙脱石细粉5％
200目红柱石细粉10％
纸纤维改性材料(硼改性酚醛树脂(FB树脂)：环氧树脂(E-44)＝1：1)1％；
上述配比均是指减去载体水(主要是针对纸浆而言，其他材料几乎不含水)后的干物质重量百分比。
d.用真空混炼机将拌好的纸浆料团混炼成坯料(真空混炼机混炼的工艺参数为：常温，拌桨转速45r/min，拌缸内真空度0.10MPa，混炼时间30min)，坯料直接送入挤压机挤入不同管径模具制成不同管径的毛坯管(挤压机挤压的工艺参数为：双螺杆挤压机，常温，螺杆转速50r/min)；
e.毛坯管于60℃下干燥至衡重；
f.于150℃下进行纸纤维改性，从而激发干燥后的毛坯管中的改性材料与竹纤维表面的羟基进行反应，反应2小时，之后冷却切头，检验、包装、入库。
实施例2、一种用于生产金属铸造用耐高温纸质浇注管的制备方法，
其配方为由以下重量含量的成分组成，以干物质计：
纸纤维改性材料(硼改性酚醛树脂(FB树脂)：环氧树脂(E-44)＝1：1)1.5％；
步骤f)为于140℃改性反应3小时；
其余等同于实施例1。
实施例3、一种用于生产金属铸造用耐高温纸质浇注管的制备方法，
步骤a)中废纸材料与水的重量比1:10；
其配方为由以下重量含量的成分组成，以干物质计：
纸纤维改性材料(硼改性酚醛树脂(FB树脂)：环氧树脂(E-44)＝1：1)2％；
步骤f)为于130℃改性反应4小时；
其余等同于实施例1。
实施例4、一种用于生产金属铸造用耐高温纸质浇注管的制备方法，
步骤a)中废纸材料与水的重量比1:12；
其配方为由以下重量含量的成分组成，以干物质计：
纸纤维改性材料(硼改性酚醛树脂(FB树脂)：环氧树脂(E-44)＝1：1)1.5％；
步骤e)为毛坯管于50℃下干燥至衡重；
步骤f)为于130℃改性反应4小时；
其余等同于实施例1。
实施例5、一种用于生产金属铸造用耐高温纸质浇注管的制备方法，
步骤a)中废纸材料与水的重量比1:12；
其配方为由以下重量含量的成分组成，以干物质计：
纸纤维改性材料(硼改性酚醛树脂(FB树脂)：环氧树脂(E-44)＝1：1)1.5％；
步骤e)为毛坯管于50℃下干燥至衡重；
步骤f)为于150℃改性反应2小时(即，同实施例1)；
其余等同于实施例1。
按照上述实施例1～实施例5所述方法制备所得的纸质浇注管，按照上述性能实验进行检测，所得结果如下表1：
表1
对比例1、取消实施例1中“纸纤维改性材料1％”的使用，相应的增加废纸纸浆的含量，即，使配方以干物质计的重量含量仍为100％；其余等同于实施例1。
对比例2-1、取消实施例1步骤f)中的改性；其余等同于实施例1。
对比例2-2、将实施例1步骤f)中的“150℃改性反应2小时”改成“100℃改性反应6小时”；其余等同于实施例1。
对比例2-3、将实施例1步骤f)中的“150℃改性反应2小时”改成“200℃改性反应2小时”；其余等同于实施例1。
对比例3-1、将实施例1的纸纤维改性材料由“硼改性酚醛树脂(FB树脂)：环氧树脂(E-44)＝1：1的重量比混合而得”改成全部为硼改性酚醛树脂(FB树脂)；其余等同于实施例1。
对比例3-1、将实施例1的纸纤维改性材料由“硼改性酚醛树脂(FB树脂)：环氧树脂(E-44)＝1：1的重量比混合而得”改成全部为环氧树脂(E-44)；其余等同于实施例1。
对比例3-3、将实施例1的纸纤维改性材料中硼改性酚醛树脂(FB树脂)：环氧树脂(E-44)的重量比由1：1改成2:1；其余等同于实施例1。
对比例3-4、将实施例1的纸纤维改性材料中硼改性酚醛树脂(FB树脂)：环氧树脂(E-44)的重量比由1：1改成1:2；其余等同于实施例1。
对比例4、取消实施例1配方中“蒙脱石细粉5％”的使用，即，将配方改成如下所述：
废纸纸浆60％，
200目刚玉细粉5.7％
200目莫来石细粉21.9％
200目红柱石细粉11.4％
纸纤维改性材料1％；
其余等同于实施例1。
按照上述所有对比例所述方法制备所得的纸质浇注管，按照上述性能实验进行检测，所得结果如下表2：
表2
最后，还需要注意的是，以上列举的仅是本发明的若干个具体实施例。显然，本发明不限于以上实施例，还可以有许多变形。本领域的普通技术人员能从本发明公开的内容直接导出或联想到的所有变形，均应认为是本发明的保护范围。