CN105312484B - 一种硅砂表面预处理工艺及其应用 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种硅砂表面预处理工艺及其应用，属于铸造用硅砂预处理技术领域。所述预处理工艺包括水洗处理‑加热烘干‑表面预处理‑干燥‑震动分级，所用预处理剂按重量百分含量组成为：成膜剂1～5％；偶联剂0.3～1.5％；分散剂0.2～0.7％；溶剂为92.8～98.5％。本发明通过在硅砂表面包覆一层有机薄膜，增强硅砂与树脂的粘接力，提高砂芯的强度。经过处理后的硅砂用于冷芯盒法制备的砂芯强度明显提高，并且可以减少树脂的加入量，提高成本。此工艺不仅简单，而且成本低，易控制，显著提高了硅砂的质量。

Description

一种硅砂表面预处理工艺及其应用

技术领域

本发明涉及铸造用硅砂预处理技术领域，具体涉及一种硅砂表面预处理工艺及其应用，可以提高冷芯盒制芯法所得砂芯强度。

背景技术

天然硅砂中二氧化硅含量高，具有耐热性好、粒型规整等特点，是铸造砂型的重要材料。目前，铸造工业上采用冷芯盒法将树脂作为粘接剂与天然硅砂混合，在固化剂作用下使铸造混合料硬化得到坚硬的固态铸造砂(芯)型模。冷芯盒制芯法所用硅砂要求较高，因此在混树脂砂前，通常需要对硅砂进行预处理。现有对原砂预处理的目是改变硅砂的物理状态，减少硅砂表面的杂质，使之更适合壳型铸造。目前工业生产中常见的预处理有水洗、擦洗、烘干，改变原砂的表面状态如酸洗，高温焙烧。这些方法存在一些缺陷，水洗法处理后原砂含泥较高，只能满足普通的铸造需求。酸洗法工艺复杂，且需要耐酸设备，同时酸类亦昂贵和缺乏。高温焙烧能清除硅砂表面的杂质但焙烧会消耗大量的原料，造成空气污染。冷芯盒制芯法广泛使用的树脂粘接剂有酚醛树脂、聚异氰酸酯树脂和环氧树脂等。固化后的砂型模需要有一定的力学强度，以保证搬运或浇铸过程中型模不被损坏。目前砂型模提高强度的方法主要有：1、增加树脂的用量，2、在树脂和天然硅砂混合时添加偶联剂，这些方法存在一些缺陷，增加树脂用量会使型模的发气量增加，影响铸件表面质量且增加生产成本，而在树脂和天然硅砂混合时添加的偶联剂并没有添加在树脂和天然硅砂的界面处，降低了偶联剂的效率，强度增加不显著。

发明内容

针对现有技术存在的不足之处，本发明提供了一种硅砂表面预处理工艺及其应用，该工艺采用硅砂表面预处理剂，将其在天然硅砂和树脂混合前对天然硅砂进行预处理，可以提高砂型模的强度，降低型砂中的树脂加入量，且成本低，能源消耗小，对型砂发气量影响小。

本发明技术方案如下：

一种硅砂表面预处理工艺，该工艺首先对硅砂(原砂)依次进行水洗和加热烘干处理，然后在硅砂表面喷涂硅砂表面预处理剂对其进行预处理，经烘干后再通过震动分组(分级)，震开粘接成团的硅砂，从而获得经表面预处理后的硅砂；其中：按重量百分含量计，所述硅砂表面预处理剂组成如下：

成膜剂 1～5％；

偶联剂 0.3～1.5％；

分散剂 0.2～0.7％；

溶剂 92.8～98.5％。

所述的成膜剂为水溶性高分子，具体可以为聚乙二醇、淀粉和水溶性环氧树脂中的一种或几种；所述偶联剂为硅烷偶联剂，可以为乙氨基三甲氧基硅烷偶联剂(KH-550)、γ-缩水甘油醚氧丙基三甲氧基硅烷(KH-560)或γ-甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷(KH-570)；所述的分散剂为阴离子表面活性剂，可以为十二烷基磺酸钠、十六烷基磺酸钠、阴离子聚丙烯酰胺和烷基硫酸钠中的一种或几种；所述的溶剂为水或极性溶剂，极性溶剂可以为丙酮或乙醇。

对硅砂(原砂)进行水洗后，硅砂含水量较高，需要进行加热烘干处理，除掉水分。加热烘干处理后硅砂温度控制在80～110℃。

对硅砂表面喷涂硅砂表面预处理剂时，硅砂的喷涂量根据具体要求设定。处理后的硅砂带有较高余温，通过余温烘干处理剂中的溶剂，留下有效成分。

将经上述硅砂表面预处理工艺获得的硅砂应用于冷芯盒制芯法制备砂芯。

本发明的原理是：使用表面处理剂在硅砂表面包覆一层有机薄膜，改变硅砂的表面化学性质，提高硅砂与树脂的粘接力，使砂芯的强度提高。在溶剂中溶解后的成膜剂能很好的在硅砂表面铺展。成膜剂需要在加热条件下溶解，加热温度最好在98℃左右。成膜剂在硅砂表面直接与树脂接触，成膜剂对硅砂的结合力将影响到砂型的力学性能。由于树脂与成膜剂的结合力比树脂与硅砂的结合力强，所以处理后的砂型(芯)模强度能提高。成膜剂还可以封堵住硅砂表面的孔隙，减少树脂吸入量。偶联剂在硅砂与树脂之间形成化学键，提高砂型的强度。分散剂可以增强成膜剂与硅砂的分散性与结合力。

本发明的优点如下：

1、经过本发明处理后的硅砂，表面包覆一层有机薄膜，改变了硅砂表面的化学性质。增强树脂与硅砂的粘接力，提高砂芯的强度。同时有机薄膜可以封堵住硅砂表面的孔隙，可以减少树脂的吸入量，节约生产成本。

2、处理后原砂强度明显提高，可以减少砂芯中树脂的加入量，降低生产成本，节约能源。

附图说明：

图1为硅砂表面预处理工艺流程图。

具体实施方式

以下结合附图及实施例详述本发明。以下实施例中，所述冷芯盒树脂组分一为酚醛树脂，所述冷芯盒树脂组分二为聚异氰酸酯。

如图1所示，本发明硅砂表面预处理工艺流程为：对天然硅砂水洗处理-加热烘干-处理剂配置-表面预处理-干燥-震动分级，即原砂加热烘干后，在硅砂出口处增喷涂设备，对原砂进行表面处理，然后利用原砂加热后的余温烘干原砂上的溶剂。再经过震动分级，震松粘接成团的原砂。处理后的原砂表面包覆有机薄膜，使树脂与原砂的粘接力增加。从而提高砂芯的强度。具体工艺如下：

(1)原砂水洗处理：首先对开采出来的硅砂放入的冲洗设备中进行冲洗，除掉硅砂表面大部分杂质。

(2)加热烘干：水洗后的硅砂含水量较高，需要进行加热干燥，除掉水分。出口处硅砂温度控制在100-120℃。

(3)配置处理剂：处理剂的组分及重量百分数为：成膜剂：1％-5％；偶联剂：0.3％-1.5％；分散剂：0.2％-0.7％；溶剂为92.8％-98.5％。所述的成膜剂为水溶性高分子，所述偶联剂为硅烷偶联剂，所述的分散剂为阴离子表面活性剂，所述的溶剂为水或极性溶剂。按重量分数准确称取各组分并投入到反应釜中，加热搅拌混匀，加热温度控制在90-98℃。待固体完全溶解后，搅拌冷却至室温，得到硅砂表面预处理剂，备用。

(4)增设有机表面预处理：在加热设备出口处增设喷涂设备，将硅砂表面预处理剂倒入喷涂设备中，对原砂进行有机表面预处理。原砂的喷涂量根据具体要求设定。

(5)干燥：处理后的硅砂带有较高余温，通过余温烘干处理剂中的溶剂，留下有效成分。

实施例1

硅砂规格：50-100目；硅砂表面预处理剂组成如下(wt.％):

将各组分加入到反应釜中，打开搅拌器加热到98℃溶解。待完全溶解后，停止加热，继续拌冷却至室温。过滤掉未溶解的聚乙烯醇即可得到预处理剂。

取经上述预处理剂处理后的硅砂2kg，放入混砂机中，加入冷芯盒树脂组分一14g，组分二14g，启动混砂机混制3min得到树脂砂。用该树脂砂在射芯机上制备“8”字块抗拉砂芯。测试强度。

经上述预处理剂预处理后的硅砂在树脂加入量为1.4％时抗拉强度为2.54MPa。树脂加入量为0.9％时抗拉强度为2.05MPa。

对比例1

取与实施例1相同粒度但未经实施例1预处理过程的烘干砂2kg，放入混砂机中，加入冷芯盒树脂组分一14g，组分二14g，启动混砂机混制3min得到树脂砂。用该树脂砂在射芯机上制备“8”字块抗拉砂芯。测试强度。

未处理的烘干砂在树脂加入量为1.4％时抗拉强度为2.02MPa。树脂加入量为1.7％的抗拉强度是2.50MPa。

对比实施例1与对比例1：本发明处理后提高了硅砂与树脂的界面粘接强度，进而提高砂芯的抗拉强度。与烘干砂对比在相同树脂加入量的情况下，砂芯强度提高了25.98％。在达到相同强度的情况下，处理后的硅砂可以减少35％的树脂加入量，降低了铸造成本，减少砂芯的发气量35％，减少浇铸时产生的有害气体，既减少了铸造车间的环境污染，也提高了铸件的质量。

实施例2

硅砂规格：50-100目；硅砂表面预处理剂组成如下(wt.％):

将各组分加入到反应釜中，打开搅拌器加热到98℃搅拌溶解。待溶解后，过滤掉未完全溶解的固体，即可得到预处理剂。

取经上述处理剂处理后的硅砂2kg，放入混砂机中，加入冷芯盒树脂组分一14g，组分二14g，启动混砂机混制3min得到树脂砂。用该树脂砂在射芯机上制备“8”字块抗拉砂芯。测试强度。

经上述预处理剂预处理后的硅砂在树脂加入量为1.4％时抗拉强度为2.63MPa。树脂加入量为0.9％时抗拉强度为2.07MPa。

对比例2

取与实施例1相同粒度但未经实施例1预处理过程的烘干砂2kg，放入混砂机中，加入冷芯盒树脂组分一14g，组分二14g，启动混砂机混制3min得到树脂砂。用该树脂砂在射芯机上制备“8”字块抗拉砂芯。测试强度。

未处理的烘干砂在树脂加入量为1.4％时抗拉强度为2.05MPa。树脂加入量为1.8％时的抗拉强度为2.66MPa。

对比实施例2与对比例2：本发明处理后的硅砂与树脂的界面粘接强度提高，制成树脂砂芯后，与烘干砂相同树脂加入量时的强度对比，提高了28.29％。在达到相同的强度情况下可以减少30％左右的树脂加入量，降低了铸造成本，减少砂芯的发气量，减少浇铸时产生的有害气体，提高了铸件的质量。

Claims (7)

1.一种硅砂表面预处理工艺，其特征在于：该工艺首先对硅砂依次进行水洗和加热烘干处理，然后在硅砂表面喷涂硅砂表面预处理剂对其进行预处理，经烘干后再通过震动分级，震开粘接成团的硅砂，从而获得经表面预处理后的硅砂；其中：按重量百分含量计，所述硅砂表面预处理剂组成如下：

成膜剂 1～5％；

偶联剂 0.3～1.5％；

分散剂 0.2～0.7％；

溶剂 92.8～98.5％。

2.根据权利要求1所述的硅砂表面预处理工艺，其特征在于：所述的成膜剂为水溶性高分子；所述偶联剂为硅烷偶联剂；所述的分散剂为阴离子表面活性剂；所述的溶剂为极性溶剂，所述极性溶剂为水、丙酮或乙醇。

3.根据权利要求2所述的硅砂表面预处理工艺，其特征在于：所述水溶性高分子为聚乙二醇、淀粉和水溶性环氧树脂中的一种或几种；所述偶联剂为KH-550、KH-560或KH-570；所述分散剂为十二烷基磺酸钠、十六烷基磺酸钠、阴离子聚丙烯酰胺和烷基硫酸钠中的一种或几种。

4.根据权利要求1所述的硅砂表面预处理工艺，其特征在于：所述加热烘干处理过程中，温度控制在80～110℃。

5.根据权利要求1所述的硅砂表面预处理工艺，其特征在于：对硅砂表面喷涂硅砂表面预处理剂时，喷涂量根据具体要求设定。

6.根据权利要求1所述的硅砂表面预处理工艺，其特征在于：硅砂表面喷涂硅砂表面预处理剂后的硅砂带有余温，通过余温烘干处理剂中的溶剂，留下有效成分。

7.根据权利要求1所述的硅砂表面预处理工艺的应用，其特征在于：将经硅砂表面预处理工艺处理后的硅砂应用于冷芯盒制芯法制备砂芯。