一種鑄造用硅砂的改性方法
【技術領域】
[0001] 本專利屬于鑄造用硅砂的表面改性領域，具體涉及一種鑄造用硅砂的改性方法。
【背景技術】
[0002] 鑄造用硅砂的表面狀態對整個鑄造過程影響很大，因此在和粘結劑混和之前需要 對硅砂進行表面處理，一般對硅砂表面處理的方法主要分為物理-機械法和化學法。物 理-機械法包括對采集的硅砂進行擦洗、磁選、浮選等，此法主要缺點是提純效果不佳且耗 能大。化學法主要用無機酸和還原劑進行處理，通過此法硅砂性能雖有提升，但是使用的化 學試劑較多，易對環境造成污染且成本居高不下。
[0003] 目前，有人嘗試采用聚乙烯醇對硅砂表面進行處理，使硅砂性能有一定程度提升， 但經過聚乙烯醇改性后硅砂的性能隨時間的變化不穩定，且改性過程中受環境影響較大， 易產生副作用，反而使硅砂性能下降。

【發明內容】

[0004] 本發明的目的是提供一種鑄造用硅砂的改性方法，采用鑄造用硅砂改性劑對硅砂 進行表面改性，該改性劑原料來源廣、成本低且安全環保，能顯著強化硅砂表面的活性，改 性后硅砂的性能在長時間保持穩定，并可降低鑄造工藝中所需砂芯的生產成本。
[0005] 為實現上述目的，本發明提供的技術方案是：一種鑄造用硅砂的改性方法，它包括 以下步驟：將鑄造用硅砂進行去雜烘干，然后預熱至70~75°C，置于混砂機中，加入鑄造用 硅砂表面改性劑，混合70~90s，得改性硅砂。
[0006] 上述方案中，所述鑄造用硅砂表面改性劑中各組分所占質量百分比為：羧甲基纖 維素1~3%、十二烷基磺酸鈉0.5~1%、偶聯劑0. 1~0.5%，其余為水。
[0007] 上述方案中，所述偶聯劑為γ-甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷。
[0008] 上述方案中，所述羧甲基纖維素其粘度要適宜，將其配制成2%水溶液（質量濃 度）的粘度在0.3~0.6Pa*s之間。所述羧甲基纖維素無臭、無味、無毒，且易溶于水形成 高粘度的膠體溶液，是一種良好的粘結劑。
[0009] 上述方案中，所述十二烷基磺酸鈉是一種陰離子表面活性劑，具有優異的分散和 乳化作用，能使羧甲基纖維素均勻的分散在硅砂表面；偶聯劑是一種非離子表面活性劑， 可以分別和硅砂表面及羧甲基纖維素之間形成化學鍵，增強兩者的界面強度；將十二烷基 磺酸鈉和γ-甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷進行配伍，能發揮出改性劑的最大活性作 用。
[0010] 上述方案中，所述鑄造用硅砂表面改性劑的制備方法包括以下步驟：
[0011] 1)原料的稱取，各組分所占質量百分比為：羧甲基纖維素1~3%、十二烷基磺酸 鈉0. 5~1%、偶聯劑0. 1~0. 5%，其余為水；
[0012] 2)在50~60°C水浴條件下，將羧甲基纖維素在攪拌條件下溶于水中，配制羧甲基 纖維素水溶液，然后冷卻至常溫；
[0013] 3)稱重并補充步驟2)所得羧甲基纖維素水溶液蒸發掉的水分，然后再加入偶聯 劑、十二烷基磺酸鈉，混合并攪拌均勻，得所述鑄造用硅砂表面改性劑。
[0014] 上述方案中，所述硅砂與鑄造用硅砂表面改性劑的質量比為（50~55) : 1。
[0015] 根據上述方案所得改性硅砂在常溫晾曬24小時以上便可用于冷芯盒法制芯。
[0016] 上述方案中，所述改性劑能對硅砂表面進行修飾處理，最大限度活化硅砂表面，使 其與有機粘結劑（樹脂等）的界面相容性更好。
[0017] 本發明的有益效果為：
[0018] 1)本發明所述改性劑涉及的原料來源廣、成本低，且安全無毒。
[0019] 2)本發明所述改性劑對鑄造用硅砂改性的方法簡單，且處理過程綠色環保無污 染。
[0020] 3)本發明所述改性劑能大幅度增強硅砂表面的活性，優化其與樹脂等有機粘結劑 之間的粘附力，提高所得砂芯的強度并降低其發氣量；且所得改性硅砂能在長時間保持性 能穩定，將其應用于冷芯盒法制芯時，可顯著降低鑄造工藝中所需硅砂成本。
【具體實施方式】
[0021] 為了更好的理解本發明，下面結合具體實施例進一步闡明本發明的內容，但本發 明的內容不僅僅局限于下面的實施例。
[0022] 以下實施例中，如無具體說明，采用的試劑均為市售化學試劑。
[0023] 所述羧甲基纖維素由河北燕興化工有限公司提供，型號為頂6,其2%水溶液（質 量濃度）的粘度在〇· 3~0· 6Pa · s之間。
[0024] 以下實施例中，所用樹脂由酚醛樹脂和異氰酸酯以1:1的質量比混合而成。
[0025] 實施例1
[0026] 一種鑄造用硅砂的改性方法，包括以下步驟：將鑄造用硅砂進行去雜烘干，然后預 熱至71°C，置于混砂機中，加入鑄造用娃砂表面改性劑（娃砂與鑄造用娃砂表面改性劑的 質量比為50:1)，混合75s，得改性硅砂。
[0027] 以上改性方法中，所述硅砂表面改性劑各組分所占質量百分比為：羧甲基纖維素 1 %，十二烷基磺酸鈉0. 5 %，γ -甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷0. 2 %，其余為去離子 水，其制備方法包括以下步驟：1)按配比稱取各原料，在50°C水浴條件下，將羧甲基纖維素 在攪拌條件下溶于去離子水中，配制羧甲基纖維素水溶液，然后冷卻至常溫；2)稱重并補 充步驟2)所得羧甲基纖維素水溶液蒸發的水分，然后再加入偶聯劑、十二烷基磺酸鈉，混 合并攪拌均勻。
[0028] 應用例
[0029] 將本實施例所得改性硅砂與烘干原砂應用于冷芯制芯并進行對比實驗，其中樹脂 的添加量為硅砂質量的1. 4% (以下樹脂添加量均為占硅砂質量的百分數），用同一臺冷芯 制樣機制備標準"8"字試樣塊，然后將砂芯放在干燥皿中分別測其在Oh (出模時）和24h 時的抗拉強度，結果見表1。
[0030] 表1實施例1所得改性硅砂和烘干原砂試樣的抗拉強度測試結果
[0031]
[0032] 上述結果表明，本發明所述改性劑能大幅度增強硅砂表面的活性，提高硅砂與樹 脂之間的粘結強度。
[0033] 將本實施例所得改性硅砂制成"8"字試樣塊時樹脂加入量減到1. 2%時與烘干原 砂中添加1.4%樹脂制備的"8"字試樣塊進行對比，結果見表2。
[0034] 表2減少改性硅砂中樹脂加入量后所得試樣塊的抗拉強度對比結果
[0036] 由表2可以看出，將改性硅砂試樣中的樹脂減到1. 2%，其強度仍優于用烘干砂其 樹脂加入量為1. 4%制備的試樣；成本核算結果表明，可降低約13%的鑄造工藝砂芯成本 (冷芯盒法制芯）。
[0037] 實施例2
[0038] 一種鑄造用硅砂的改性方法，包括以下步驟：將鑄造用硅砂進行去雜烘干，然后預 熱至73 °C，置于混砂機中，加入鑄造用娃砂表面改性劑（娃砂與鑄造用娃砂表面改性劑的 質量比為52:1)，混合80s，得改性硅砂。
[0039] 以上改性方法中，所述硅砂表面改性劑各組分所占質量百分比為：羧甲基纖維素 2%，十二烷基磺酸鈉0. 8%，γ -甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷0. 4%，其余為去離子 水，其制備方法包括以下步驟：1)按上述配比稱取各原料，在55°C水浴條件下，將羧甲基纖 維素在攪拌條件下溶于去離子水中，配制羧甲