本發(fā)明屬于鑄造材料，具體涉及一種基于硅砂的透氣復(fù)合材料及其制備方法。
背景技術(shù)：
1、在鑄造行業(yè)，硅砂基復(fù)合材料因成本低廉、耐高溫等特性被廣泛應(yīng)用于鑄造型砂制備，傳統(tǒng)覆膜砂技術(shù)通常采用酚醛樹(shù)脂包覆硅砂以提升強(qiáng)度，但樹(shù)脂固化后形成的致密結(jié)構(gòu)嚴(yán)重限制了材料透氣性，導(dǎo)致鑄件氣孔缺陷率居高不下?，F(xiàn)有技術(shù)雖嘗試通過(guò)添加碳酸鹽發(fā)氣劑或引入多孔陶瓷顆粒改善透氣性，但此類(lèi)方法往往導(dǎo)致材料強(qiáng)度顯著下降，且發(fā)氣劑分解產(chǎn)物易污染鑄件表面。有研究提出采用梯度孔隙結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)平衡透氣性與力學(xué)性能，然而傳統(tǒng)造孔工藝難以實(shí)現(xiàn)孔隙的跨尺度精確調(diào)控，尤其在高溫澆注過(guò)程中孔隙結(jié)構(gòu)易發(fā)生坍塌失效，無(wú)法滿(mǎn)足精密鑄造對(duì)透氣穩(wěn)定性的嚴(yán)苛要求。在生態(tài)環(huán)保領(lǐng)域，透水材料的設(shè)計(jì)多聚焦于單一滲水功能實(shí)現(xiàn)，如利用大孔結(jié)構(gòu)提升透水速率，但此類(lèi)材料在復(fù)雜工況下易因顆粒堵塞或結(jié)構(gòu)破壞導(dǎo)致性能劣化?，F(xiàn)有跨領(lǐng)域應(yīng)用嘗試將鑄造廢砂再生為透水磚等產(chǎn)品，然而未改性硅砂固有的低孔隙率與表面惰性嚴(yán)重制約其透水效率，而機(jī)械破碎造孔等后處理手段又顯著增加生產(chǎn)成本。更為關(guān)鍵的是，當(dāng)前透氣性調(diào)控技術(shù)普遍缺乏環(huán)境響應(yīng)性，無(wú)法根據(jù)應(yīng)用場(chǎng)景需求實(shí)現(xiàn)透氣性能的動(dòng)態(tài)適配，導(dǎo)致材料在多場(chǎng)景應(yīng)用中出現(xiàn)功能割裂。
2、因此，開(kāi)發(fā)一種兼具孔隙穩(wěn)定性、環(huán)境自適應(yīng)透氣調(diào)節(jié)能力及跨場(chǎng)景兼容性的硅砂基復(fù)合材料，需從根本上突破傳統(tǒng)透氣性設(shè)計(jì)依賴(lài)物理混合造孔的局限性，通過(guò)材料本征結(jié)構(gòu)與功能組分的協(xié)同作用，實(shí)現(xiàn)透氣通道的智能構(gòu)筑與性能維持，從而解決鑄造精密成型與生態(tài)透水功能難以兼容的核心技術(shù)瓶頸。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路
1、針對(duì)上述情況，本發(fā)明提供了一種基于硅砂的透氣復(fù)合材料及其制備方法，以活性硅砂為核心，通過(guò)梯度蝕刻技術(shù)構(gòu)建多級(jí)動(dòng)態(tài)孔隙結(jié)構(gòu)，在高溫鑄造場(chǎng)景中介孔自適應(yīng)膨脹，實(shí)現(xiàn)高效排氣與雜質(zhì)吸附，膠黏劑體系的可逆交聯(lián)，能夠在鑄造高溫下形成高強(qiáng)度粘結(jié)網(wǎng)絡(luò)，還能夠應(yīng)用于農(nóng)業(yè)或園藝種植領(lǐng)域，實(shí)現(xiàn)跨領(lǐng)域性能的突破。
2、為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采取的技術(shù)方案如下：
3、本發(fā)明提供了一種基于硅砂的透氣復(fù)合材料，所述透氣復(fù)合材料包括以下重量份原料：活性硅砂55-72份、zno（氧化鋅）懸浮液80份、agno3（硝酸銀）溶液10-30份、wbpu（水性聚氨酯）12-20份和透氣調(diào)節(jié)劑8-12份。
4、進(jìn)一步地，所述活性硅砂由以下重量份原料制備而成：硅砂59-76份和kh-550（硅烷偶聯(lián)劑）1份，所述活性硅砂制備方法如下：稱(chēng)取硅砂59-76份浸于純化水中超聲清洗15min、烘干后，轉(zhuǎn)移至高速混料機(jī)中，稱(chēng)取kh-550?1份加入其中，800?rpm混合10?min，靜置得到活性硅砂。
5、進(jìn)一步地，所述zno懸浮液由以下重量份原料制備而成：納米二氧化硅1份、zno1-4份和去離子水95-98份，所述zno懸浮液制備方法如下：稱(chēng)取納米二氧化硅1份和zno1-4份加入95-98份去離子水中，500?w超聲破碎30?min分散，配制得到zno懸浮液。
6、進(jìn)一步地，所述硅砂為鑄造用圓形硅砂顆粒，sio2含量＞96%，含泥量＜0.30%，粒度范圍為0.21-0.42?mm。
7、進(jìn)一步地，所述wbpu固含量為40%。
8、進(jìn)一步地，所述agno3溶液摩爾濃度為0.1?mol/l。
9、進(jìn)一步地，所述透氣調(diào)節(jié)劑選擇膨脹珍珠巖、生物炭和沸石粉中的一種或多種。
10、本發(fā)明還提供了一種基于硅砂的透氣復(fù)合材料的制備方法，具體包括如下步驟：
11、步驟1：稱(chēng)取agno3溶液10-30份和zno懸浮液80份，將agno3溶液滴加至zno懸浮液中，邊滴加邊攪拌，滴加完成后在365?nm紫外光照射下80?rpm持續(xù)攪拌2?h反應(yīng)，反應(yīng)完成后8000?rpm離心10?min，棄上清、收集沉淀，得到ag@zno；
12、步驟2：稱(chēng)取wbpu12-20份，將ag@zno用無(wú)水乙醇洗滌后分散于wbpu中，50?rpm攪拌1?h，得到粘結(jié)相；
13、步驟3：稱(chēng)取透氣調(diào)節(jié)劑8-12份和活性硅砂55-72份，將透氣調(diào)節(jié)劑活化后與活性硅砂混勻，得到初混料；
14、步驟4：將初混料與粘結(jié)相轉(zhuǎn)移至攪拌器中，真空條件下200?rpm攪拌20?min，0.5mpa壓力下預(yù)壓成型，得到預(yù)壓坯體，將預(yù)壓坯體置于熱壓機(jī)中200℃、2?mpa下保持1?h，冷卻后得到基于硅砂的透氣復(fù)合材料。
15、進(jìn)一步地，所述透氣調(diào)節(jié)劑為膨脹珍珠巖時(shí)，活化過(guò)程為400℃下將膨脹珍珠巖預(yù)膨脹處理10?min。
16、進(jìn)一步地，所述透氣調(diào)節(jié)劑為生物炭時(shí)，活化過(guò)程為將生物炭置于管式爐中，在氮?dú)獗Ｗo(hù)下以5℃/min升溫至600℃保溫2?h。
17、進(jìn)一步地，所述透氣調(diào)節(jié)劑為沸石粉時(shí)，活化過(guò)程為將沸石粉用0.1?mol/l鹽酸浸泡1?h后洗滌至中性并烘干。
18、本發(fā)明取得的有益效果如下：
19、本發(fā)明所提供的一種基于硅砂的透氣復(fù)合材料，以?xún)捎H性硅砂為核心載體，通過(guò)梯度蝕刻技術(shù)構(gòu)建多級(jí)動(dòng)態(tài)孔隙網(wǎng)絡(luò)，突破傳統(tǒng)硅砂材料透氣性不足的技術(shù)瓶頸；硅砂基體的介孔結(jié)構(gòu)在高溫鑄造場(chǎng)景中自適應(yīng)膨脹，實(shí)現(xiàn)氣體高效排出與熔渣原位吸附的雙重調(diào)控，而wbpu的可逆交聯(lián)網(wǎng)絡(luò)賦予材料高強(qiáng)度粘結(jié)與廢棄后環(huán)境降解的雙重特性；納米二氧化硅與ag@zno的協(xié)同設(shè)計(jì)，不僅通過(guò)光催化效應(yīng)增強(qiáng)材料自清潔能力，還利用銀鋅協(xié)同抗菌機(jī)制實(shí)現(xiàn)跨場(chǎng)景長(zhǎng)效抑菌，結(jié)合透氣調(diào)節(jié)劑的定向吸附與緩釋功能，形成結(jié)構(gòu)穩(wěn)定-環(huán)境響應(yīng)-功能再生的一體化解決方案。制備的復(fù)合材料在高溫下形成致密透氣層，避免鑄件氣孔缺陷；也可作為園藝透水基材，透水通道與養(yǎng)分緩釋網(wǎng)絡(luò)耦合，促進(jìn)植物根系健康生長(zhǎng)。光還原法原位合成的ag@zno能夠有效避免化學(xué)還原劑殘留，而硅砂與透氣調(diào)節(jié)劑等天然原料的循環(huán)利用，顯著降低環(huán)境負(fù)荷，為綠色材料開(kāi)發(fā)提供新的方向。
1.一種基于硅砂的透氣復(fù)合材料，其特征在于，所述透氣復(fù)合材料包括以下重量份原料：活性硅砂55-72份、zno懸浮液80份、agno3溶液10-30份、wbpu12-20份和透氣調(diào)節(jié)劑8-12份；
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于硅砂的透氣復(fù)合材料，其特征在于，所述硅砂為鑄造用圓形硅砂顆粒；
3.一種根據(jù)權(quán)利要求1-2任一項(xiàng)所述的一種基于硅砂的透氣復(fù)合材料的制備方法，其特征在于，具體包括如下步驟：
4.?根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種基于硅砂的透氣復(fù)合材料的制備方法，其特征在于，步驟1中，所述光照過(guò)程采用365?nm紫外光照射；
5.?根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種基于硅砂的透氣復(fù)合材料的制備方法，其特征在于，所述透氣調(diào)節(jié)劑為膨脹珍珠巖時(shí)，步驟4中所述活化過(guò)程為400℃下將膨脹珍珠巖預(yù)膨脹處理10?min。
6.?根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種基于硅砂的透氣復(fù)合材料的制備方法，其特征在于，所述透氣調(diào)節(jié)劑為生物炭時(shí)，步驟4中所述活化過(guò)程為將生物炭置于管式爐中，在氮?dú)獗Ｗo(hù)下升溫至600℃保溫2?h。
7.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種基于硅砂的透氣復(fù)合材料的制備方法，其特征在于，所述透氣調(diào)節(jié)劑為沸石粉時(shí)，步驟4中所述活化過(guò)程為將沸石粉用鹽酸浸泡后洗滌至中性并烘干。