CN108097866A - 一种提高无机粘结剂砂强度的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明的目的在于提供一种提高无机粘结剂砂强度的方法，其特征在于：在无机粘结剂混砂过程中添加微硅粉，其中微硅粉粒径为0.2μm，比表面积为23.2m2/g，表面通过硅烷偶联剂HD‑560改性，大大提高了无机粘结剂砂的强度，解决了无机粘结剂型砂的溃散性难题，对于热空气硬化无机粘结剂砂在型砂制芯工艺上的应用是非常有益的。
Description
技术领域
本发明属于铸造领域，涉及一种铸造生产造型、制芯过程中使用的无机粘结剂，本发明提供了一种提高其强度的方法。
背景技术
无机粘结剂，粘结强度高，可用于无机粘结剂砂芯的组合粘结、吊芯、封箱等；高温性能好，可用于陶质浇注系统，浇口及其它耐高温部位的粘结或修补；使用方便、经济。现有铸造技术主要采用无机粘结剂制芯工艺替代具有高污染、高毒害的冷芯盒制芯工艺，所制造的铸造用型芯具有环保性能好、生产成本低等性能。
从20世纪50年代，无机粘结剂砂开始在我国得到应用，主要集中于CO2硬化水玻璃砂、有机酯硬化水玻璃砂和加热硬化无机粘结剂砂的制备工艺、型砂性能、工艺性能和固化机理的研究，所用水玻璃模数通常为2.2-2.6，而对于模数M＜2.0的超低模数无机粘结剂的应用性能和固化机理的研究，基本空白。如果通过微硅粉对模数M＜2.0的超低模数水玻璃的作用，提高其型砂的粘结强度，将无机粘结剂的加入量降低到3.0％以下，有利于改善无机粘结剂型砂的溃散性，对于无机粘结剂砂的推广应用是非常有益的。
微硅粉又叫硅灰，是冶炼硅铁和金属硅时被烟气带出的超细颗粒，是一种非金属矿物，主要成分为SiO2，其表面含有丰富的羟基结构，而具有高反应活性，在建筑、涂料和铸造等领域得到广泛应用。但微硅粉的强亲水性导致了其难以润湿和分散，限制了其性能的发挥，因此必须对其进行表面改性，改变微硅粉的表面的物化性质，提高其与无机分子间的相容性和结合力，改善加工工艺。
发明内容
针对微硅粉的特性及在无机粘结剂砂中的特点，本发明在无机粘结剂混砂过程中加入改性微硅粉，提高其型砂的粘结强度，将无机粘结剂的加入量降低到3.0％以下，有利于改善无机粘结剂型砂的溃散性，对于无机粘结剂砂的推广应用是非常有益的。
本发明具体提供了一种提高无机粘结剂砂强度的方法，其特征在于：在无机粘结剂混砂过程中加入改性微硅粉，微硅粉表面通过硅烷偶联剂HD-560改性，使无机粘结剂—硅烷偶联剂—无机材料之间产生一种良好的界面结合，将两种性质差异较大的材料牢固的结合在一起，从而实现提高无机粘结剂砂强度的目的。
经偶联剂处理后，微硅粉表面可与无机粘结剂产生相容性，分散性也可以得到改善，本发明选择硅烷偶联剂HD-560进行改性，它对表面具有羟基的无机粒子最有效，非常适合微硅粉的表面改性。
本发明所述提高无机粘结剂砂强度的方法，其特征在于：所述无机粘结剂为模数M＜2.0的超低模数无机粘结剂，特别针对910无机粘结剂(沈阳铸造研究所)，微硅粉粒径为0.2μm，比表面积为23.2m2/g，微硅粉粒径小，比表面积大，其颗粒表面含有的羟基多、活性高、偶联剂改性效果明显，大大提高了无机粘结剂砂强度。
本发明所述提高无机粘结剂砂强度的方法，其特征在于：无机粘结剂与其改性剂的质量比为1-3:1。
本发明所述提高无机粘结剂砂强度的方法，其特征在于，具体步骤如下：
1)微硅粉改性：采用硅烷偶联剂HD-560为改性剂，对微硅粉进行表面改性，改性过程为：将一定量微硅粉加入到三孔瓶中，加入1:1的氨水，调节pH＝8.5-10，加热到120℃，保温2小时，脱水，90℃温度下加入微硅粉不同质量分数的硅烷偶联剂进行表面改性，搅拌60min后，110℃干燥。
2)无机粘结剂砂混砂工艺：取1000g大林标准砂，加入0-2.5％的改性微硅粉(占砂重，且加入量不为0)，混砂1min，加入2.5％无机粘结剂(占砂重)，混砂1min。
3)将混制好的型砂放入MLWA1冷芯无机通用试样机的储料斗中，射芯工艺参数为：热空气温度200℃，模具温度200℃，吹气压力0.5MPa，吹气时间25s，制得“8”字试样，起模后15秒内测量即时抗拉强度，测量24h抗拉强度。
表1为改性微硅粉中硅烷偶联剂加入量对无机粘结剂砂强度的影响，表2为改性微硅粉加入量对无机粘结剂砂强度的影响。
表1硅烷偶联剂加入量对无机粘结剂砂强度的影响
由试验得出：添加经硅烷偶联剂HD-560改性的微硅粉，能够提高无机粘结剂砂强度，且随着偶联剂用量的增加，强度逐渐增高，当加入量达到1.5％时，强度达到最高，满足型砂制芯的要求。
表2改性微硅粉加入量对无机粘结剂砂强度的影响
由试验得出：随着微硅粉加入量的加，无机粘结剂砂强度逐渐提高，当加入量达到1.5％时，可使用时间＞24h、即时抗拉强度0.71MPa、24h抗拉强度1.73MPa达到最高，满足型砂制芯要求。
具体实施方式
实施例1
混砂：无机粘结剂砂混砂工艺：取1000g大林标准砂，加入1.0％未改性微硅粉(占砂重)，混砂1min，加入2.5％无机粘结剂(占砂重)，混砂1min。
将混制好的型砂放入LWA1冷芯无机通用试样机的储料斗中，射芯工艺参数为：热空气温度200℃，模具温度200℃，吹气压力0.5MPa，吹气时间25s，制得“8”字试样，起模后15秒内测量即时抗拉强度，测量24h抗拉强度。
性能测试：
试样即时抗拉强度：0.3MPa，24h抗拉强度：0.5MPa。
实施例2
微硅粉改性：将100g微硅粉加入到三孔瓶中，加入200毫升1:1的氨水，调节PH＝8.5左右，加热到120℃，保温2小时，脱水，90℃加入1.5g的硅烷偶联剂HD-560，搅拌60min后，110℃干燥。
混砂：无机粘结剂砂混砂工艺：取1000g大林标准砂，加入1.5％改性微硅粉(占砂重)，混砂1min，加入2.5％无机粘结剂(占砂重)，混砂1min。
将混制好的型砂放入MLWA1冷芯无机通用试样机的储料斗中，射芯工艺参数为：热空气温度200℃，模具温度200℃，吹气压力0.5MPa，吹气时间25s，制得“8”字试样，起模后15秒内测量即时抗拉强度，测量24h抗拉强度。
性能测试：
试样即时抗拉强度：0.7MPa，24h抗拉强度：1.7MPa。
实施例3
混砂：无机粘结剂砂混砂工艺：取1000g大林标准砂，加入2.5％无机粘结剂(占砂重)，混砂1min。
将混制好的型砂放入MLWA1冷芯无机通用试样机的储料斗中，射芯工艺参数为：热空气温度200℃，模具温度200℃，吹气压力0.5MPa，吹气时间25s，制得“8”字试样，起模后15秒内测量即时抗拉强度，测量24h抗拉强度。
性能测试：
试样即时抗拉强度：0.1MPa，24h抗拉强度0.4MPa。
实施例4
微硅粉改性：将100g微硅粉加入到三孔瓶中，加入200毫升1:1的氨水，调节PH＝8.5左右，加热到120℃，保温2小时，脱水，90℃加入2.0g的硅烷偶联剂HD-560，搅拌60min后，110℃干燥。
混砂：无机粘结剂砂混砂工艺：取1000g大林标准砂，加入2.0％改性微硅粉(占砂重)，混砂1min，加入2.5％无机粘结剂(占砂重)，混砂1min。
将混制好的型砂放入MLWA1冷芯无机通用试样机的储料斗中，射芯工艺参数为：热空气温度200℃，模具温度200℃，吹气压力0.5MPa，吹气时间25s，制得“8”字试样，起模后15秒内测量即时抗拉强度，测量24h抗拉强度。
性能测试：
试样即时抗拉强度：0.9MPa，24h抗拉强度：1.5MPa。
上述实施例只为说明本发明的技术构思及特点，其目的在于让熟悉此项技术的人士能够了解本发明的内容并据以实施，并不能以此限制本发明的保护范围。凡根据本发明精神实质所作的等效变化或修饰，都应涵盖在本发明的保护范围之内。
Claims (6)
1.一种提高无机粘结剂砂强度的方法，其特征在于：在无机粘结剂混砂过程中加入改性微硅粉。
2.按照权利要求1所述提高无机粘结剂砂强度的方法，其特征在于：微硅粉表面通过硅烷偶联剂HD-560改性。
3.按照权利要求1或2所述提高无机粘结剂砂强度的方法，其特征在于：无机粘结剂为模数M＜2.0的超低模数无机粘结剂。
4.按照权利要求1或2所述提高无机粘结剂砂强度的方法，其特征在于：所述无机粘结剂为沈阳铸造研究所生产的无机粘结剂910，微硅粉粒径为0.2μm，比表面积为23.2m2/g。
5.按照权利要求4所述提高无机粘结剂砂强度的方法，其特征在于：无机粘结剂与其改性剂的质量比为1-3:1。
6.按照权利要求1所述提高无机粘结剂砂强度的方法，其特征在于，具体步骤如下：
1)微硅粉改性：采用硅烷偶联剂HD-560对微硅粉表面进行改性，改性过程为：将微硅粉加入到三孔瓶中，加入1:1的氨水，调节pH＝8.5-10，加热到120℃，保温2小时，脱水，90℃温度下加入硅烷偶联剂进行表面改性，搅拌60min后，110℃干燥；
2)无机粘结剂砂混砂工艺：取1000g大林标准砂，加入占砂重0-2.5％的改性微硅粉，其加入量不为0，混砂1min，加入占砂重2.5％的无机粘结剂，混砂1min；
3)将混制好的型砂放入MLWA1冷芯无机通用试样机的储料斗中，射芯工艺参数为：热空气温度200℃，模具温度200℃，吹气压力0.5MPa，吹气时间25s，制得“8”字试样。
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Denomination of invention: A method to improve the strength of inorganic binder sand Effective date of registration: 20231129 Granted publication date: 20200218 Pledgee: China Construction Bank Corporation Shenyang Tiexi Branch Pledgor: Shenyang Foundry Research Institute Co., Ltd. of China National Machinery Research Institute Group Registration number: Y2023210000304 |
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