CN104959526B

CN104959526B - 一种铸造用硅砂的改性方法

Info

Publication number: CN104959526B
Application number: CN201510453867.7A
Authority: CN
Inventors: 冀运东; 叶利; 王继辉
Original assignee: Wuhan University of Technology WUT
Current assignee: Wuhan University of Technology WUT
Priority date: 2015-07-29
Filing date: 2015-07-29
Publication date: 2017-03-08
Anticipated expiration: 2035-07-29
Also published as: CN104959526A

Abstract

本发明公开了一种铸造用硅砂的改性方法，将铸造用硅砂进行去杂烘干，然后预热至70～75℃，置于混砂机中，加入铸造用硅砂表面改性剂，混合均匀，得改性硅砂。所述铸造用硅砂表面改性剂中各组分所占质量百分比为：羧甲基纤维素1～3％、十二烷基磺酸钠0.5～1％、偶联剂0.1～0.5％，其余为水。本发明涉及的改性剂中原料来源广、成本低、安全无毒；能大幅度增强硅砂表面的活性，优化其与有机粘结剂之间的粘结效率；且涉及的改性方法简单，所得改性硅砂能在长时间保持性能稳定，将其应用于冷芯盒法制芯时，可显著降低铸造工艺中所需的砂芯生产成本。

Description

一种铸造用硅砂的改性方法

技术领域

本专利属于铸造用硅砂的表面改性领域，具体涉及一种铸造用硅砂的改性方法。

背景技术

铸造用硅砂的表面状态对整个铸造过程影响很大，因此在和粘结剂混和之前需要对硅砂进行表面处理，一般对硅砂表面处理的方法主要分为物理-机械法和化学法。物理-机械法包括对采集的硅砂进行擦洗、磁选、浮选等，此法主要缺点是提纯效果不佳且耗能大。化学法主要用无机酸和还原剂进行处理，通过此法硅砂性能虽有提升，但是使用的化学试剂较多，易对环境造成污染且成本居高不下。

目前，有人尝试采用聚乙烯醇对硅砂表面进行处理，使硅砂性能有一定程度提升，但经过聚乙烯醇改性后硅砂的性能随时间的变化不稳定，且改性过程中受环境影响较大，易产生副作用，反而使硅砂性能下降。

发明内容

本发明的目的是提供一种铸造用硅砂的改性方法，采用铸造用硅砂改性剂对硅砂进行表面改性，该改性剂原料来源广、成本低且安全环保，能显著强化硅砂表面的活性，改性后硅砂的性能在长时间保持稳定，并可降低铸造工艺中所需砂芯的生产成本。

为实现上述目的，本发明提供的技术方案是：一种铸造用硅砂的改性方法，它包括以下步骤：将铸造用硅砂进行去杂烘干，然后预热至70～75℃，置于混砂机中，加入铸造用硅砂表面改性剂，混合70～90s，得改性硅砂。

上述方案中，所述铸造用硅砂表面改性剂中各组分所占质量百分比为：羧甲基纤维素1～3％、十二烷基磺酸钠0.5～1％、偶联剂0.1～0.5％，其余为水。

上述方案中，所述偶联剂为γ-甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷。

上述方案中，所述羧甲基纤维素其粘度要适宜，将其配制成2％水溶液(质量浓度)的粘度在0.3～0.6Pa·s之间。所述羧甲基纤维素无臭、无味、无毒，且易溶于水形成高粘度的胶体溶液，是一种良好的粘结剂。

上述方案中，所述十二烷基磺酸钠是一种阴离子表面活性剂，具有优异的分散和乳化作用，能使羧甲基纤维素均匀的分散在硅砂表面；偶联剂是一种非离子表面活性剂，可以分别和硅砂表面及羧甲基纤维素之间形成化学键，增强两者的界面强度；将十二烷基磺酸钠和γ-甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷进行配伍，能发挥出改性剂的最大活性作用。

上述方案中，所述铸造用硅砂表面改性剂的制备方法包括以下步骤：

1)原料的称取，各组分所占质量百分比为：羧甲基纤维素1～3％、十二烷基磺酸钠0.5～1％、偶联剂0.1～0.5％，其余为水；

2)在50～60℃水浴条件下，将羧甲基纤维素在搅拌条件下溶于水中，配制羧甲基纤维素水溶液，然后冷却至常温；

3)称重并补充步骤2)所得羧甲基纤维素水溶液蒸发掉的水分，然后再加入偶联剂、十二烷基磺酸钠，混合并搅拌均匀，得所述铸造用硅砂表面改性剂。

上述方案中，所述硅砂与铸造用硅砂表面改性剂的质量比为(50～55):1。

根据上述方案所得改性硅砂在常温晾晒24小时以上便可用于冷芯盒法制芯。

上述方案中，所述改性剂能对硅砂表面进行修饰处理，最大限度活化硅砂表面，使其与有机粘结剂(树脂等)的界面相容性更好。

本发明的有益效果为：

1)本发明所述改性剂涉及的原料来源广、成本低，且安全无毒。

2)本发明所述改性剂对铸造用硅砂改性的方法简单，且处理过程绿色环保无污染。

3)本发明所述改性剂能大幅度增强硅砂表面的活性，优化其与树脂等有机粘结剂之间的粘附力，提高所得砂芯的强度并降低其发气量；且所得改性硅砂能在长时间保持性能稳定，将其应用于冷芯盒法制芯时，可显著降低铸造工艺中所需硅砂成本。

具体实施方式

为了更好的理解本发明，下面结合具体实施例进一步阐明本发明的内容，但本发明的内容不仅仅局限于下面的实施例。

以下实施例中，如无具体说明，采用的试剂均为市售化学试剂。

所述羧甲基纤维素由河北燕兴化工有限公司提供，型号为IM6，其2％水溶液(质量浓度)的粘度在0.3～0.6Pa·s之间。

以下实施例中，所用树脂由酚醛树脂和异氰酸酯以1:1的质量比混合而成。

实施例1

一种铸造用硅砂的改性方法，包括以下步骤：将铸造用硅砂进行去杂烘干，然后预热至71℃，置于混砂机中，加入铸造用硅砂表面改性剂(硅砂与铸造用硅砂表面改性剂的质量比为50:1)，混合75s，得改性硅砂。

以上改性方法中，所述硅砂表面改性剂各组分所占质量百分比为：羧甲基纤维素1％，十二烷基磺酸钠0.5％，γ-甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷0.2％，其余为去离子水，其制备方法包括以下步骤：1)按配比称取各原料，在50℃水浴条件下，将羧甲基纤维素在搅拌条件下溶于去离子水中，配制羧甲基纤维素水溶液，然后冷却至常温；2)称重并补充步骤2)所得羧甲基纤维素水溶液蒸发的水分，然后再加入偶联剂、十二烷基磺酸钠，混合并搅拌均匀。

应用例

将本实施例所得改性硅砂与烘干原砂应用于冷芯制芯并进行对比实验，其中树脂的添加量为硅砂质量的1.4％(以下树脂添加量均为占硅砂质量的百分数)，用同一台冷芯制样机制备标准“8”字试样块，然后将砂芯放在干燥皿中分别测其在0h(出模时)和24h时的抗拉强度，结果见表1。

表1实施例1所得改性硅砂和烘干原砂试样的抗拉强度测试结果

上述结果表明，本发明所述改性剂能大幅度增强硅砂表面的活性，提高硅砂与树脂之间的粘结强度。

将本实施例所得改性硅砂制成“8”字试样块时树脂加入量减到1.2％时与烘干原砂中添加1.4％树脂制备的“8”字试样块进行对比，结果见表2。

表2减少改性硅砂中树脂加入量后所得试样块的抗拉强度对比结果

由表2可以看出，将改性硅砂试样中的树脂减到1.2％，其强度仍优于用烘干砂其树脂加入量为1.4％制备的试样；成本核算结果表明，可降低约13％的铸造工艺砂芯成本(冷芯盒法制芯)。

实施例2

一种铸造用硅砂的改性方法，包括以下步骤：将铸造用硅砂进行去杂烘干，然后预热至73℃，置于混砂机中，加入铸造用硅砂表面改性剂(硅砂与铸造用硅砂表面改性剂的质量比为52:1)，混合80s，得改性硅砂。

以上改性方法中，所述硅砂表面改性剂各组分所占质量百分比为：羧甲基纤维素2％，十二烷基磺酸钠0.8％，γ-甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷0.4％，其余为去离子水，其制备方法包括以下步骤：1)按上述配比称取各原料，在55℃水浴条件下，将羧甲基纤维素在搅拌条件下溶于去离子水中，配制羧甲基纤维素水溶液，然后冷却至常温；2)称重并补充步骤2)所得羧甲基纤维素水溶液蒸发掉的水分，然后再加入偶联剂、十二烷基磺酸钠，混合并搅拌均匀。

应用例

将本实施例所得改性硅砂与烘干原砂用于冷芯制芯并进行对比实验，其中树脂的添加量为硅砂质量的1.4％(以下树脂添加量均为占硅砂质量的百分数)，用同一台冷芯制样机制备标准“8”字试样块，然后将砂芯放在干燥皿中分别测其在0h(出模时)和24h时的抗拉强度，结果见表3。

表3实施例2所得改性硅砂和烘干原砂试样的抗拉强度测试结果

将本实施例所得改性硅砂制成“8”字试样块时采用的树脂加入量减到1.0％时与烘干原砂中添加1.4％树脂制备的“8”字试样块进行对比，结果见表4。

表4减少改性硅砂中树脂添加量后所得试样块的抗拉强度对比结果

由表4可以看出，将改性硅砂试样中的树脂减到1.0％，其强度仍比用烘干砂中树脂加入量为1.4％制备的试样要高；同时通过检测此两种试样的发气量发现，加1.0％树脂的改性硅砂试样的发气量平均值为8.1ml/g，而加1.4％树脂的烘干砂试样的发气量平均值为10.3ml/g，说明改性硅砂可有效降低所得砂芯的发气量。另外，由于加入的树脂量降低，成本核算结果表明，可降低约26％的铸造工艺所需砂芯成本(冷芯盒法制芯)。

实施例3

一种铸造用硅砂的改性方法，包括以下步骤：将铸造用硅砂进行去杂烘干，然后预热至75℃，置于混砂机中，加入铸造用硅砂表面改性剂(硅砂与铸造用硅砂表面改性剂的质量比为55:1)，混合85s，得改性硅砂。

以上改性方法中，所述硅砂表面改性剂各组分所占质量百分比为：羧甲基纤维素2.5％，十二烷基磺酸钠1％，γ-甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷0.5％，其余为去离子水，其制备方法包括以下步骤：

1)根据上述配比称取各原料，在60℃水浴条件下，将羧甲基纤维素在搅拌条件下溶于去离子水中，配制羧甲基纤维素水溶液，然后冷却至常温；

2)称重并补充步骤2)所得羧甲基纤维素水溶液蒸发掉的水分，然后再加入偶联剂、十二烷基磺酸钠，混合并搅拌均匀。

应用例

将本实施例所得改性硅砂与烘干原砂用于冷芯制样进行对比实验，其中树脂的添加量为硅砂质量的1.4％，用同一台冷芯制样机制备标准“8”字试样块，然后将砂芯放在干燥皿分别测其在0h(出模时)和24h时的抗拉强度，结果见表5。

表5实施例3所得改性硅砂和烘干原砂试样的抗拉强度测试结果

上述结果表明，本发明所述改性剂能大幅度增强硅砂表面的活性，提高所得树脂砂的强度。

将本实施例所得改性硅砂制成“8”字试样块时采用的树脂加入量减到0.9％时与烘干原砂中添加1.4％树脂制备的“8”字试样块进行对比，结果见表6。

表6减少改性硅砂中树脂添加量后所得试样块的抗拉强度对比结果

由表6可以看出，将改性硅砂试样中的树脂减到0.9％，其强度仍比加有1.4％树脂的烘干砂试样要高；成本核算结果表明，可降低约32.7％的铸造工艺所需砂芯成本(冷芯盒法制芯)。

将本实施例制备的改性硅砂分别在密封且干燥的条件下储存30、60、90天之后，然后取样加入0.9％的树脂进行冷芯制样，然后将砂芯放在干燥皿中分别测其在0h(出模时)和24h时的抗拉强度，结果见表7。

表7不同时期改性硅砂试样的抗拉强度测试结果

由表7可以看出，改性硅砂在放置过程中性能变化稳定，比用聚乙烯醇对硅砂进行表面处理的改性硅砂保存时间更长(用聚乙醇对硅砂表面预处理时易结块，引起砂粒团聚，储存过程中强度变化幅度大)，受环境影响更小。

上述结果表明：采用本发明所述改性剂对硅砂表面进行改性后，极大地增强了硅砂表面与树脂间的粘附力，从而提高了砂芯的强度，并可降低砂芯的发气量；将改性硅砂应用于冷芯盒法制芯，可有效降低树脂的添加量，降低铸造工艺所需硅砂成本；且改性硅砂的性能可在长时间保持稳定，适合推广应用。

以上所述仅为本发明的优选实施方式，应当指出，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明创造构思的前提下，做出若干改进和变换，这些都属于本发明的保护范围。

Claims

1.一种铸造用硅砂的改性方法，其特征在于，包括以下步骤：将铸造用硅砂进行去杂烘干，然后预热至70～75℃，置于混砂机中，加入铸造用硅砂表面改性剂，混合70～90s，得改性硅砂；

所述铸造用硅砂表面改性剂中各组分所占质量百分比为：羧甲基纤维素1～3％、十二烷基磺酸钠0.5～1％、偶联剂0.1～0.5％，其余为水。

2.根据权利要求1所述的改性方法，其特征在于，所述纤维素的粘度要求为其质量浓度为2％的水溶液的粘度在0.3～0.6Pa·s之间。

3.根据权利要求1所述的改性方法，其特征在于，所述偶联剂为γ-甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷。

4.根据权利要求1所述的改性方法，其特征在于，所述铸造用硅砂表面改性剂的制备方法包括以下步骤：

2)在50～60℃的水浴条件下，将羧甲基纤维素在搅拌条件下溶于水中，配制羧甲基纤维素水溶液，然后冷却至常温；

3)称重并补充步骤2)所得羧甲基纤维素水溶液蒸发掉的水分，然后加入偶联剂、十二烷基磺酸钠，混合并搅拌均匀，得所述铸造用硅砂表面改性剂。

5.根据权利要求1所述的改性方法，其特征在于，所述铸造用硅砂与铸造用硅砂表面改性剂的质量比为(50～55):1。