發(fā)布時間：2020-11-06 16:17

　　 隨著我國鑄造行業(yè)的快速發(fā)展,鑄造粘結(jié)劑的消耗量巨大,環(huán)保壓力巨增,開發(fā)綠色環(huán)�？山到獾恼辰Y(jié)劑具有重要的意義。動物膠具有無毒無害、可生物降解、水溶性等特點,是環(huán)境友好型粘結(jié)劑之一。本文以動物骨膠為原料,通過水解改性增強(qiáng)其反應(yīng)活性,提高粘結(jié)強(qiáng)度,并對粘結(jié)劑的合成機(jī)制、粘結(jié)劑與硅砂間的粘結(jié)性能以及硬化機(jī)理做了系統(tǒng)理論分析,成功地制備出了一種熱硬動物膠鑄造粘結(jié)劑;另外還對動物膠舊砂的再生工藝進(jìn)行了試驗研究。首先,對動物骨膠的組成成份及分子構(gòu)成進(jìn)行了系統(tǒng)的分析。結(jié)果表明,動物膠主要有C、H、N、O四種元素組成,且其分子結(jié)構(gòu)主要有肽鏈構(gòu)成,并含有氨基(-NH_2)和羧基(-COOH)基團(tuán)。動物膠的相對分子量分布較寬,主要集中在20000Da-100000Da區(qū)間。主要含有甘氨酸、脯氨酸等20種氨基酸,總氨基酸含量為8633.10nmol/mg。由于普通的動物骨膠的粘度大,流動性差,型砂強(qiáng)度低,需要對動物膠進(jìn)行改性處理提高其粘結(jié)強(qiáng)度和流動性能,并使之常溫呈液態(tài)。對動物骨膠水解原理進(jìn)行了分析和探討,并對水解工藝進(jìn)行了優(yōu)化。選擇無水碳酸鈉作為水解催化劑及確定了其最佳加入量為動物膠質(zhì)量的3%、水與動物膠的質(zhì)量比為140:100、60℃水解溫度和50min水解時間,水解后動物膠粘結(jié)劑的粘度為580mPa·s。由水解機(jī)理分析可知,水解后動物膠的分子量和粘度降低,活性基團(tuán)數(shù)量增加。為了進(jìn)一步提高動物膠粘結(jié)劑強(qiáng)度,降低粘結(jié)劑用量,選擇丙烯酸和糠醇作為改性劑,過硫酸銨作為引發(fā)劑進(jìn)行改性,以型砂的抗拉強(qiáng)度為指標(biāo),通過正交試驗對改性劑的配比進(jìn)行優(yōu)化,得到接枝-交聯(lián)改性的最優(yōu)配比(質(zhì)量比)為:動物膠粘結(jié)劑:丙烯酸:過硫酸銨:糠醇=100:14:3:10。在80℃改性溫度和改性時間100min下,改性動物膠粘結(jié)劑粘度為1000mPa·s,通過加熱硬化其型砂的初抗拉強(qiáng)度為2.69MPa(180℃×15min),終抗拉強(qiáng)度為2.55MPa。通過紅外光譜、核磁共振、拉曼光譜等對改性粘結(jié)劑的進(jìn)行表征,并分析了改性機(jī)理。結(jié)果表明,丙烯酸、糠醇分別與動物膠分子發(fā)生接枝共聚反應(yīng)和酯化交聯(lián)反應(yīng),使動物膠分子結(jié)構(gòu)發(fā)生變化,提高了粘結(jié)劑體系的粘結(jié)強(qiáng)度、親水性和熱穩(wěn)定性能。對動物膠型砂硬化機(jī)理及粘結(jié)機(jī)理進(jìn)行了理論分析。其中,動物膠型砂的加熱硬化主要是粘結(jié)劑分子脫水縮聚過程。粘結(jié)劑分子中的氨基、羧基、羥基等活性基團(tuán)之間發(fā)生化學(xué)反應(yīng)脫去水分子而緊密接觸,粘結(jié)劑分子間相互縮聚建立強(qiáng)度。動物膠型砂微波硬化主要是粘結(jié)劑分子在微波作用下,分子中的水分子迅速脫去建立強(qiáng)度的過程。而動物膠型砂吹入CO_2氣體硬化是利用促硬劑氫氧化鈣與CO_2反應(yīng)放熱使粘結(jié)劑分子中水脫去,而且Ca~(2+)還可以與粘結(jié)劑發(fā)生配位反應(yīng)起到“搭橋”的作用,建立型砂粘結(jié)強(qiáng)度。為了揭示粘結(jié)劑與砂粒表面之間的物理化學(xué)反應(yīng),對其改性動物膠粘結(jié)劑與原砂之間的粘結(jié)特點進(jìn)行了剖析。通過對粘結(jié)劑的接觸角、粘度、表面張力等測定和分析,得出改性動物膠粘結(jié)劑與原砂的接觸角θ=40.158?,降低了55.08%,改性后粘結(jié)劑的表面張力值為36.000mN/m,降低了54.34%,改性后粘結(jié)劑對砂粒的潤濕性能越好,更易浸潤表面張力大的砂粒。通過掃描電鏡宏觀觀察可知,改性動物膠粘結(jié)劑與硅砂間的粘結(jié)橋數(shù)量更多,從而粘結(jié)力更高。為了降低鑄造舊砂對環(huán)境的污染,選擇三種再生方法對動物膠舊砂進(jìn)行再生并對其再生機(jī)理深入研究。通過對動物膠舊砂的機(jī)械法再生、熱法再生、濕法擦洗再生的探討分析,得出三種再生方法都能有效的去除舊砂表面殘留的粘結(jié)劑膜,機(jī)械法設(shè)備簡單已能夠滿足動物膠舊砂再生的要求。最后,對改性動物膠粘結(jié)劑砂的可使用時間、發(fā)氣量、潰散性等工藝性能進(jìn)行了分析檢測,并現(xiàn)場澆注了出鋁合金鑄件,鑄件表面光潔、無氣孔、無缺陷。對改性動物膠粘結(jié)劑經(jīng)濟(jì)性進(jìn)行了分析,其制芯成本較低。改性動物膠粘結(jié)劑具有無毒無害、可降解、型砂強(qiáng)度高、成本低、易再生的優(yōu)點,能滿足鑄造實際生產(chǎn)的要求,有推廣應(yīng)用的空間。
【學(xué)位單位】：沈陽工業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位年份】：2018
【中圖分類】：TG221
【部分圖文】：

器及設(shè)備生工藝性能的研究所用的主要試驗儀等，具體各項參數(shù)見表 2.7。表 2.7 舊砂再生試驗用儀器及設(shè)備e instrument and equipment of test for reclaDYY-6C 上Viscotek TDA305max TGA-Q500 Invia 英型號 S1105 青KSY-12-16A 天津市SSZ 湘潭SXW-A 湘潭

圖 2.2 擦洗再生機(jī)結(jié)構(gòu)圖Fig. 2.2 Structure of swaging machine方法及表征改性動物膠粘結(jié)劑的合成驟：向 1000ml 的三口燒瓶中，分別加入一定質(zhì)量比的水與動物分鐘后，加入催化劑進(jìn)行水解，并升溫至設(shè)定的水解溫度，中速水解動物膠溶液；隨后加入一定配比的改性劑，調(diào)溫至改性反拌一定時間，形成黃褐色流動性較好的液體，自然冷卻至室溫。 為改性粘結(jié)劑的合成裝置圖。

圖 2.2 擦洗再生機(jī)結(jié)構(gòu)圖Fig. 2.2 Structure of swaging machine征粘結(jié)劑的合成000ml 的三口燒瓶中，分別加入一定質(zhì)量比的入催化劑進(jìn)行水解，并升溫至設(shè)定的水解溫膠溶液；隨后加入一定配比的改性劑，調(diào)溫間，形成黃褐色流動性較好的液體，自然冷結(jié)劑的合成裝置圖。
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本文編號：2873361