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铸造用气硬环保型水溶性高分子粘结剂及其硬化机理的研究

作　者: 刘洪俊
导　师: 李英民；刘伟华
学　校: 沈阳工业大学
专　业: 材料加工工程
关键词: 聚乙烯醇铸造粘结剂抗压强度气体硬化改性
分类号: TG221.1
类　型: 硕士论文
年　份: 2012年
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内容摘要

随着人们对环保要求的提高,开发无污染、高效率的铸造粘结剂成为迫切要求。聚乙烯醇（Polyvinyl Alcohol,简称PVA）是一种水溶性的有机高分子化合物,其无毒无味,对环境无污染,利用聚乙烯醇作为主体,研发气硬节能环保型的铸造粘结剂意义重大。本文研究以聚乙烯醇水溶液为主体材料,通过加入促硬剂与固化剂、对聚乙烯醇进行改性、加入交联剂与偶联剂、采用CO₂气体硬化等工艺方法,建立了一种以CO₂气硬的聚乙烯醇粘结剂系统,实现了快速造型、制芯,从而满足铸造生产要求。首先,根据聚乙烯醇的物理性质,选择合适的溶剂进行溶解,配制不同浓度的粘结剂。采用Ca（OH）2为促硬剂、水泥等为固化剂,通过吹入CO₂气体对聚乙烯醇砂进行硬化。通过大量试验得出最佳工艺为:m（PVA）:m（Ca（OH）2）:m（水泥）:m（B剂）:m（原砂）=50:30:30:3:1000,PVA溶液的浓度为18%。其次,根据聚乙烯醇的分子结构和化学性质,选择合适的改性剂和改性工艺。通过正交试验,得出最佳的改性工艺:在100g浓度为18%的PVA水溶液中,加入甲醛6g,加入催化剂H2SO4为0.4ml,改性温度80～85℃,改性时间120min,并明确了改性对聚乙烯醇砂的影响。选取合适的交联剂与偶联剂,通过试验得出两者对聚乙烯醇砂性能的影响,并确定最佳的用量:m（PVA）:m（硼酸）:m（硅烷）=100:0.6:8.3。通过扫描电镜和红外光谱对聚乙烯醇粘结剂的粘结固化机理进行研究,揭示聚乙烯醇砂强度产生及提高的原因。最后,测试了聚乙烯醇砂的抗压强度、可使用时间、发气量、溃散性等性能,并对其进行了生产验证及经济性分析,结果表明:聚乙烯醇砂具有良好的工艺性能,能够很好地满足铸造生产要求,能够有效降低生产成本,具有明显的经济效益,有利于广泛的推广和应用。

全文目录

摘要  5-6
Abstract  6-11
第一章绪论  11-26
  1.1 铸造粘结剂的发展与应用概况及未来发展趋势  11-17
    1.1.1 国内外铸造粘结剂的发展与应用概况  11-16
    1.1.2 铸造粘结剂的要求及未来发展的方向  16-17
  1.2 聚乙烯醇粘结剂的研究进展  17-21
    1.2.1 聚乙烯醇自硬与热硬法  18-19
    1.2.2 聚乙烯醇气硬法  19-20
    1.2.3 聚乙烯醇的改性  20-21
  1.3 本课题的目的和意义  21-24
  1.4 本课题研究的内容和拟解决的关键问题  24-25
  1.5 本课题的创新点与特色  25-26
第二章试验材料、设备及试验方法  26-31
  2.1 试验材料和化学试剂  26-27
    2.1.1 原砂  26
    2.1.2 主要化学试剂  26-27
  2.2 试验仪器与设备  27-29
    2.2.1 试验仪器  27-28
    2.2.2 试验设备  28-29
  2.3 实验方法  29-31
    2.3.1 PVA 砂试样的制备  29
    2.3.2 抗压强度的测定  29
    2.3.3 聚乙烯醇树脂粘度的测定  29
    2.3.4 型砂可使用时间的测定  29
    2.3.5 型砂溃散性的测定  29-30
    2.3.6 型砂发气性的测定  30
    2.3.7 SEM 分析用试样的制备  30-31
第三章聚乙烯醇树脂砂的硬化工艺  31-44
  3.1 聚乙烯醇粘结剂的制备  31-32
    3.1.1 聚乙烯醇粘结剂溶剂的选择  31
    3.1.2 聚乙烯醇粘结剂浓度的确定  31-32
  3.2 聚乙烯醇粘结剂的加入量  32-33
  3.3 促硬剂的选择与用量  33-37
    3.3.1 Ca(OH)2的加入量  33-35
    3.3.2 水泥的加入量  35-36
    3.3.3 促硬剂B 剂的加入量  36-37
  3.4 CO_2 吹气工艺  37-39
    3.4.1 CO_2 吹气流量与时间的确定  37-38
    3.4.2 CO_2 气体温度的影响  38-39
  3.5 聚乙烯醇砂硬化工艺的优化  39-44
    3.5.1 以试样σ0作为考察指标的正交试验分析  39-41
    3.5.2 以试样σ24h作为考察指标的正交试验分析  41-44
第四章聚乙烯醇的改性与交联剂、偶联剂的研究  44-54
  4.1 催化剂的选择  44-45
  4.2 甲醛的加入量  45-46
  4.3 甲醛的加料方式  46
  4.4 反应温度的优化  46-47
  4.5 反应时间的优化  47-48
  4.6 改性工艺的优化  48-51
    4.6.1 以试样σ0作为考察指标的正交试验分析  48-50
    4.6.2 以试样σ24h作为考察指标的正交试验分析  50-51
  4.7 交联剂、偶联剂的选择  51-54
    4.7.1 交联剂的选择与用量  51-52
    4.7.2 偶联剂的选择与用量  52
    4.7.3 交联剂、偶联剂的影响  52-54
第五章聚乙烯醇粘结剂硬化机理研究  54-61
  5.1 Ca(OH)2对硬化机理的影响  54-56
  5.2 425#水泥与B 剂对硬化机理的影响  56-58
  5.3 聚乙烯醇改性对硬化机理的影响  58-59
  5.4 交联剂对硬化机理的影响  59
  5.5 偶联剂对硬化机理的影响  59-61
第六章工艺性能的测试  61-64
  6.1 CO_2 硬化聚乙烯醇砂的发气量  61
  6.2 CO_2 硬化聚乙烯醇砂的溃散性  61-62
  6.3 CO_2 硬化聚乙烯醇砂的可使用时间  62-63
  6.4 砂芯放置时间对强度的影响  63-64
第七章试验验证及经济性分析  64-67
  7.1 聚乙烯醇粘结剂的试验验证  64-65
  7.2 聚乙烯醇粘结剂的经济性分析  65-67
第八章结论  67-69
参考文献  69-71
在学研究成果  71-72
致谢  72

铸造用气硬环保型水溶性高分子粘结剂及其硬化机理的研究

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