聚丙烯腈纤维水解液对水玻璃砂性能的影响

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1、聚丙烯腈纤维水解液对水玻璃砂性能的影响第1章绪论1.1课题研究的背景及意义绿色环保生产是21世纪机械制造工业尤其是铸造工业技术发展的必然趋势[1]。铸造可按其生产方式的不同分为两大类，即砂型铸造和特种铸造。在我国普遍应用砂型铸造，其生产量可占总产量的80-90%左右，因此要使铸造行业达到绿色环保生产，主要面临的问题就是如何能够使砂型铸造达到绿色环保生产[2-6]。砂型铸造目前主要包括：粘土砂铸造、树脂砂铸造、水玻璃砂铸造。铸造用水玻璃砂型与另两种砂型相比，具有污染小、工作条件安全等优点，因此被认为是最有可能实现绿色环保的铸造工艺[7-8]。铸造用粘土砂型中由于含有膨润土、煤粉等粉态物质

2、，容易产生粉尘污染，且劳动条件危险，而铸造用水玻璃砂型却不存在这类问题，同时铸造用水玻璃砂型拥有很好的流动性、操作简便、劳动环境好、劳动强度低、铸件尺寸精度高等许多优点；铸造用树脂砂型中由于含有酚、醛等易挥发物质，容易产生化学污染，而铸造用水玻璃砂型与其比较，具有价格低廉、无毒性气体挥发、生产条件优越等优点[9]。虽然水玻璃砂有许多的优点，但在实际应用中发现其本身也存在着许多问题，如残留强度过高导致砂型溃散性较差、旧砂难以回收再利用、吸湿性强导致铸件出现气孔等缺陷、存放性较差等[10-12]。目前已经存在许多新工艺、新方法可以有效的改善水玻璃砂的综合性能，如有机脂硬化水玻璃砂、真空吹C

3、O2(VRH)法硬化水玻璃砂、微波硬化水玻璃砂等。但由于这些新工艺、新方法成本过高，在我国应用较少。水玻璃砂改性技术在我国铸造行业应用较为广泛，其中化学改性技术占主导地位。水玻璃化学改性就是在水玻璃砂中加入某种改性剂，改善水玻璃砂的某一种性能，但目前所研制的改性剂改性效果往往只是某一方面的加强，其他方面不尽人意。因而新型改性水玻璃砂的研制，以期望能够同时改善其综合性能，对我国铸造行业的发展有着极其重要的实际意义。........1.2水玻璃砂发展概况水玻璃(sodiumsilicate)也称泡花碱，从外观来看，多呈无色透明状粘稠液体，少数略带黄色呈半透明状[13]。水玻璃是硅酸盐的一种

4、，由碱性金属与二氧化硅共同组成，可溶于水。最常用的是钠水玻璃(Na2O?mSiO2?nH2O，m表示模数，即钠水玻璃中二氧化硅与氧化钠的摩尔比值)，还有钾、锂、铷、等碱性金属水玻璃[14]。水玻璃具有非常好的粘结能力，流动性好，不燃烧，耐腐蚀。所以水玻璃一经投产就被广大铸造厂欢迎，用做砂型粘结剂。我国水玻璃砂铸造工艺起步较晚，该技术在上世纪五十年代才开始投入使用。自铸造业开始使用水玻璃作为粘结剂以来，该工艺的发展大致分为：吹CO2硬化水玻璃砂工艺，粉末硬化水玻璃砂工艺，有机脂硬化水玻璃砂工艺，微波硬化水玻璃砂工艺[15]。1898年，Hargreause和Paulson发明了水玻璃砂C

5、O2硬化工艺并成功获得英国政府专利授权，但当时该技术主要应用于土壤固化等方面[16]。水玻璃砂CO2硬化工艺真正应用在铸造行业中是由捷克的L.Petrzela开始的，该技术同样获得英国政府专利授权[17]。中国开始应用该技术是由苏联专家引进的，因其具有工艺简单、尺寸精度高、环境友好等优点，所以该技术在我国铸造行业应用广泛。CO2硬化方式主要有插管法、盖罩法和真空吹CO2(VRH)法。插管法是将CO2吹气管道直接插入砂型中，吹CO2气体，待硬化后将吹气管道拔出，该方法适用于大型铸件；盖罩法是将砂型置于一个大于砂型的罩下面，罩上应设置一个大小适中的孔，通过该孔吹入CO2而硬化，该方法适用于

6、小型铸件[18]。但以上这两种吹气工艺在实际应用中发现存在许多问题，由于砂型硬化过程中消耗的水玻璃量通常在6-8%左右，所以会造成砂型残留强度高、溃散性差、回用难等问题[19-21]。..........第2章试验材料和方法2.1试验材料及设备2.1.1试验材料水解材料：聚丙烯腈纤维(PAN，纯度95%以上)、X催化剂颗粒。造型材料：铸造用硅砂(产地：海城，目数：45-75)、A种水玻璃(未经过改性处理的原水玻璃)、B种水玻璃(测得成分中含有磷酸盐)。2.1.2试验设备水解设备：z的大小，此时的水解液多分散性为1.2，稳定性好，通过红外光谱图分析可以看出，该条件下所获得的水解液水解较为

7、完全，得到了含有酰胺基团、羧酸基团等亲水基团的共聚物；若加入催化剂X，反应时间可缩短至3h，最佳的加入量为0.7%。2.一号改性水玻璃砂的流动性在改性剂含量为40%的时候达到了最大值48.51%；溃散性在改性剂含量为10%时达到了最小值0.09MPa；即时抗拉强度在不含有改性剂时达到最大值0.093MPa；24h抗拉强度在改性剂含量为40%时达到最大值0.184MPa。二号改性水玻璃砂的流动性在改性剂含量为10%时达到最大值51.8%；璃溃散性