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气硬改性动物胶型芯砂粘结剂的制备及硬化机理的研究

作　者: 张祎林
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: 铸造粘结剂动物胶碱解工艺改性吹CO2硬化
分类号: TG221.1
类　型: 硕士论文
年　份: 2012年
下　载: 26次
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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。动物胶是一种无污染、可生物降解的水溶性粘结剂,具有来源广泛,成本低廉,无污染等优点,有很广的应用前景。动物胶直接用作铸造粘结剂的效果很差,需要对动物胶进行改性。本文通过将普通的动物骨胶进行改性处理,制备成一种铸造型芯粘结剂,其室温下呈液态,并可通过吹入CO₂气体进行硬化,建立起较高的工艺强度。首先通过试验,确定合适的分解工艺。碱性催化剂具有分解动物胶高分子化合物速度快的特点,选择NaOH为催化剂,最佳加入量为动物胶质量的4%,碱解温度为50℃,碱解时间为30min,水胶比为4:5。接下来采用接枝共聚和酯化交联等方法,进行动物胶的改性,使其具备更高的吹气硬化强度。通过试验,选择了丙三醇和糊精、无水乙醇作为改性剂,并采用正交试验方法,确定了动物胶粘结剂的最佳配比和工艺参数。新型改性动物胶粘结剂的最佳工艺为:m（丙三醇）:m（糊精）:m（无水乙醇）:m（动物胶）=9:10:9:100,改性温度75℃,改性时间90min。通过红外光谱对新型改性动物胶粘结剂进行分析,表明改性动物胶已经发生了接枝共聚和酯化反应。新型改性动物胶粘结剂可通过吹CO₂气体硬化,粉状Ca（OH）₂作为硬化促进剂。新型动物胶粘结剂加入量3.5%,促硬剂Ca（OH）2粉末加入量1.25%,吹气量0.7m3·h-1,吹气时间60s,混砂时间为150s,试样初强度可达0.8 MPa,终强度可达6.0 MPa。通过扫描电镜对粘结桥断面形貌进行了分析,并对吹气硬化机理进行了理论分析。最后通过试验测定了新型改性动物胶型砂的可使用时间、发气量、存放性和溃散性等工艺性能。该型砂具有较低的发气量,良好的存放能力和高温残留强度。通过经济性分析,新型动物胶粘结剂相对于三乙胺冷芯盒粘结剂有较大的经济优势,为开发新型动物胶铸造粘结剂提供了一条新的途径。

全文目录

摘要  5-6
Abstract  6-10
第一章绪论  10-19
  1.1 引言  10
  1.2 天然绿色铸造粘结剂  10-12
    1.2.1 粘土  11
    1.2.2 淀粉  11-12
    1.2.3 动物蛋白质  12
  1.3 动物胶铸造粘结剂的研究现状  12-15
  1.4 国内外冷芯盒法的应用  15-16
  1.5 本文研究内容和创新点特色  16-17
    1.5.1 本文研究内容  16-17
    1.5.2 本文的创新点和特色  17
  1.6 本文研究的目的和意义  17-19
第二章实验材料、设备及方法  19-24
  2.1 实验材料  19-20
  2.2 实验仪器及设备  20-21
  2.3 实验方法  21-24
第三章动物胶改性工艺的研究  24-40
  3.1 动物胶碱解工艺的研究  24-29
    3.1.1 酸解和碱解方法的选择  24-25
    3.1.2 不同碱性催化剂对改性动物胶粘结剂砂的抗压强度的影响  25
    3.1.3 NaOH 的加入量对改性动物胶粘结剂的抗压强度的影响  25-26
    3.1.4 水胶比对改性动物胶粘结剂的抗压强度的影响  26-27
    3.1.5 碱解温度对改性动物胶粘结剂的抗压强度的影响  27-28
    3.1.6 碱解时间对改性动物胶粘结剂的抗压强度的影响  28-29
    3.1.7 碱解工艺小结  29
  3.2 动物胶粘结剂的改性工艺的研究  29-38
    3.2.1 改性剂的选择  29-34
    3.2.2 正交试验  34-36
    3.2.3 水胶比对型砂抗压强度的影响  36
    3.2.4 改性温度对型砂抗压强度的影响  36-37
    3.2.5 改性时间对型砂抗压强度的影响  37
    3.2.6 改性工艺小结  37-38
  3.3 改性机理的分析与探讨  38-39
  3.4 本章小结  39-40
第四章动物胶硬化工艺以及机理的研究  40-47
  4.1 硬化工艺的选择  40
  4.2 促硬剂的选择  40-41
  4.3 吹气流量对型砂的抗压强度的影响  41-42
  4.4 吹气时间对型砂的抗压强度的影响  42-44
  4.5 吹CO_2硬化机理的分析与讨论  44-46
  4.6 本章小结  46-47
第五章改性动物胶粘结剂的工艺性能研究  47-55
  5.1 粘结剂加入量对型砂抗压强度的影响  47-48
  5.2 促硬剂加入量对型砂抗压强度的影响  48-49
  5.3 混砂顺序对型砂抗压强度的影响  49
  5.4 混砂时间对型砂抗压强度的影响  49-50
  5.5 改性动物胶粘结剂砂的可使用时间  50-51
  5.6 改性动物胶粘结剂砂的发气量  51-52
  5.7 采用改性动物胶粘结剂制备的型芯的存放性  52-53
  5.8 采用改性动物胶粘结剂制备的型芯的溃散性  53-54
  5.9 本章小结  54-55
第六章实验验证及经济性分析  55-58
  6.1 改性动物胶粘结剂的实验验证  55-56
  6.2 改性动物胶粘结剂的经济性分析  56-58
第七章结论  58-59
参考文献  59-61
在学研究成果  61-62
致谢  62

气硬改性动物胶型芯砂粘结剂的制备及硬化机理的研究

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