鑄造用水玻璃及其改性機(jī)制

前言

許進(jìn)博士長(zhǎng)期從事鑄造材料研究，對(duì)水玻璃粘結(jié)劑及其型（芯）砂材料，尤其是對(duì)水玻璃的改性及CO：硬化水玻璃砂、應(yīng)用工藝進(jìn)行了系統(tǒng)研究，在理論和實(shí)踐方面均取得了較好的成果。鑄造業(yè)是裝備制造業(yè)的基礎(chǔ)產(chǎn)業(yè)，是國(guó)家建設(shè)不可或缺的行業(yè)，但長(zhǎng)期以來(lái)，鑄造生產(chǎn)效率較低，產(chǎn)品質(zhì)量不高，而且污染環(huán)境。從當(dāng)前廣泛采用的砂型鑄造來(lái)說，不論是粘土砂還是化學(xué)粘結(jié)劑砂，均存在對(duì)人體、對(duì)環(huán)境有害的物質(zhì)。其中，水玻璃砂在生態(tài)環(huán)境、安全衛(wèi)生等方面具有優(yōu)勢(shì)，也深受鑄造工人的歡迎；但其存在的問題也很突出，尤其是其粘結(jié)效率不能得到應(yīng)有發(fā)揮，強(qiáng)度低，加入量高，從而導(dǎo)致型（芯）砂潰散性差，舊砂再生回用困難等。這種狀態(tài)一直困擾著鑄造業(yè)，以致在我國(guó)，甚至在某些工業(yè)發(fā)達(dá)國(guó)家，水玻璃砂一度大量被樹脂砂取代。我國(guó)有些地區(qū)采用的鑄造工藝單純追求經(jīng)濟(jì)發(fā)展，而忽視對(duì)環(huán)境的保護(hù)，已嘗到了苦果。我國(guó)是世界鑄件生產(chǎn)大國(guó)，但還不是鑄造強(qiáng)國(guó)。鑄造業(yè)的發(fā)展，從一個(gè)側(cè)面反映了我國(guó)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展。然而，要推動(dòng)和加快我國(guó)向鑄造強(qiáng)國(guó)轉(zhuǎn)變，必須采取發(fā)展經(jīng)濟(jì)和保護(hù)環(huán)境同步的方針，從主要用行政手段，轉(zhuǎn)變?yōu)橐苑?、?jīng)濟(jì)、技術(shù)為主，以必要行政手段為輔的辦法來(lái)保護(hù)環(huán)境，走可持續(xù)發(fā)展的道路，為子孫后代造福，決不能走發(fā)達(dá)國(guó)家“先污染、后治理”的老路，因?yàn)槟菚?huì)后患無(wú)窮。作為鑄造科技工作者、工程技術(shù)人員來(lái)說，重要的一步是加快技術(shù)創(chuàng)新，淘汰或限制雖然可用，但對(duì)人體、對(duì)環(huán)境危害大的生產(chǎn)技術(shù)。如何對(duì)水玻璃砂粘結(jié)劑及其型（芯）砂進(jìn)行深入開發(fā)和技術(shù)創(chuàng)新，使它既有利于獲取高質(zhì)量的鑄件。

內(nèi)容概要

　　《鑄造用水玻璃及其改性機(jī)制》在分析鑄造用粘結(jié)劑現(xiàn)狀及發(fā)展趨向的基礎(chǔ)上，圍繞無(wú)機(jī)化學(xué)粘結(jié)劑水玻璃開展了深度研究。通過系列實(shí)驗(yàn)和理論研究，闡明了水玻璃吹CO2氣體硬化后凝膠膠粒粗大是導(dǎo)致它強(qiáng)度較低的關(guān)鍵原因；介紹了從組分的科學(xué)設(shè)計(jì)入手，對(duì)普通水玻璃進(jìn)行全新改性的途徑和措施，以及所研制的改性水玻璃優(yōu)良的工藝性能、工作性能，并結(jié)合研究的進(jìn)程對(duì)各階段的成果進(jìn)行了理論分析；介紹了將研究成果和研制的改性水玻璃用于生產(chǎn)實(shí)際的情況；最后通過系列微觀分析，對(duì)水玻璃的改性機(jī)制的科學(xué)性、可靠性進(jìn)行了驗(yàn)證、分析?！　　惰T造用水玻璃及其改性機(jī)制》內(nèi)容豐富，理論新穎，密切結(jié)合鑄造生產(chǎn)實(shí)際，對(duì)推動(dòng)水玻璃粘結(jié)劑的研究和應(yīng)用具有指導(dǎo)意義，可供從事水玻璃及水玻璃砂研究和應(yīng)用及相關(guān)領(lǐng)域的鑄造工作者使用，也可作為高等學(xué)校和中等學(xué)校相關(guān)專業(yè)師生的參考用書。

作者簡(jiǎn)介

許進(jìn)，女，1961年10月生，1982年華南理工大學(xué)鑄造專業(yè)本科畢業(yè)，分別于1988年和1994年獲華中科技大學(xué)（鑄造專業(yè)）工學(xué)碩士和工學(xué)博士學(xué)位；先后主持完成國(guó)家、省部級(jí)科研項(xiàng)目8項(xiàng)，發(fā)表學(xué)術(shù)論文50余篇，曾獲湛江市科技進(jìn)步獎(jiǎng)，被科技部評(píng)為全國(guó)科技先進(jìn)工作者、火炬計(jì)劃實(shí)施十五周年先進(jìn)個(gè)人；曾任湛江市科技局副局長(zhǎng)，現(xiàn)任湛江市廣播電視大學(xué)黨委書記、校長(zhǎng)、副教授。

書籍目錄

1 概述1.1 我國(guó)鑄造業(yè)面臨新機(jī)遇和新挑戰(zhàn)1.1.1 我國(guó)鑄造業(yè)的前景喜人1.1.2 我國(guó)鑄造業(yè)面臨新的挑戰(zhàn)1.2 化學(xué)粘結(jié)劑砂在我國(guó)鑄造生產(chǎn)中的地位1.2.1 濕型砂在我國(guó)鑄件生產(chǎn)中占半壁江山1.2.2 化學(xué)粘結(jié)劑砂1.3 冷芯盒法1.3.1 硬化氣體或氣霧的性能1.3.2 硬化氣體或氣霧在砂芯（型）硬化中的作用1.3.3 冷芯盒法的發(fā)展方向1.4 自硬法1.4.1 自硬法硬化劑的性能及作用1.4.2 自硬法的發(fā)展方向2 水玻璃-CO2砂強(qiáng)度低的關(guān)鍵原因及改性途徑2.1 水玻璃砂存在的主要問題2.1.1 潰散性差2.1.2 舊砂再生、回用困難2.1.3 砂型（芯）表面粉化2.1.4 抗吸濕性差2.1.5 粘砂2.1.6 粘結(jié)強(qiáng)度偏低，水玻璃加入量大2.2 水玻璃-CO2砂強(qiáng)度低的關(guān)鍵原因及解決措施2.2.1 直接吹CO2導(dǎo)致硬化反應(yīng)不均勻2.2.2 水玻璃存放過程中出現(xiàn)老化現(xiàn)象2.2.3 不同硬化方法的水玻璃砂強(qiáng)度差異明顯的關(guān)鍵原因2.2.4 結(jié)論2.3 水玻璃的膠凝2.3.1 水玻璃的基本成分和聚合方式2.3.2 不同硬化方法水玻璃膠粒差異明顯的原因3 水玻璃改性劑的選擇及改性水玻璃的合成3.1 細(xì)化凝膠膠粒改性劑的選擇3.1.1 鑄造用粘結(jié)劑的特點(diǎn)3.1.2 改性水玻璃分子結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的主要要求3.1.3 水玻璃改性劑的選擇3.1.4 改性水玻璃分子主體結(jié)構(gòu)的設(shè)想和目標(biāo)3.2 改性水玻璃的合成3.2.1 合成裝置、工藝及試樣制備3.2.2 合成用原材料及其加入量的選定3.2.3 1#樹脂改性水玻璃合成工藝的優(yōu)化3.2.4 2#、3#樹脂改性水玻璃的合成3.2.5 選用固體硅酸鈉的必要性4 改性水玻璃及改性水玻璃砂適用性的研究4.1 改性水玻璃砂的主要工藝性能4.1.1 即時(shí)強(qiáng)度和終強(qiáng)度4.1.2 表安性4.1.3 抗吸濕性和存放性4.1.4 可使用時(shí)間和流動(dòng)性4.2 改性水玻璃砂的主要工作性能4.2.1 熱強(qiáng)度和高溫強(qiáng)度4.2.2 潰散性4.2.3 水玻璃砂型溫度場(chǎng)的計(jì)算機(jī)模擬4.2.4 發(fā)氣性5 改性水玻璃用于其他硬化工藝的可行性及生產(chǎn)應(yīng)用5.1 改性水玻璃用于其他硬化工藝的探求5.1.1 真空置換硬化法5.1.2 CO2-酯法5.1.3 熱空氣法和熱空氣-CO2法5.1.4 CO2-烘干法5.2 改性水玻璃在鑄造生產(chǎn)中的應(yīng)用6 改性水玻璃改性機(jī)制的驗(yàn)證6.1 用透射電鏡觀察水玻璃硬化后的凝膠膠粒6.1.1 實(shí)驗(yàn)方法6.1.2 實(shí)驗(yàn)結(jié)果與分析6.2 用核磁共振譜檢驗(yàn)改性水玻璃聚硅酸表面硅羥基是否有氫鍵形成6.2.1 自旋晶格弛豫時(shí)間6.2.2 1#、3#樹脂及其相應(yīng)的改性水玻璃18#、A1的13CNMR譜6.2.3 核磁共振譜檢測(cè)結(jié)果的結(jié)論6.3 用紅外光譜查明水玻璃硬化前后分子結(jié)構(gòu)的差異6.3.1 水玻璃硬化前的紅外光譜分析6.3.2 水玻璃硬化后的紅外光譜分析6.3.3 紅外光譜分析結(jié)論6.4 用X射線分析查明硬化及焙燒后的不同水玻璃物相6.4.1 實(shí)驗(yàn)設(shè)備及材料6.4.2 實(shí)驗(yàn)結(jié)果及分析6.4.3 X射線分析結(jié)論6.5 用差熱分析查明水玻璃在加熱過程中的物相變化及其差異6.5.1 實(shí)驗(yàn)儀器及實(shí)驗(yàn)材料6.5.2 實(shí)驗(yàn)結(jié)果及分析6.5.3 差熱分析的結(jié)論參考文獻(xiàn)

章節(jié)摘錄

插圖：2水玻璃-C02硒強(qiáng)度低的關(guān)鍵原因及改性途徑2.1水玻璃砂存在的主要問題水玻璃砂是一種有發(fā)展前途的粘結(jié)劑，但還存在一系列問題，因而其應(yīng)用受到一定的限制，甚至一度處于欲被自硬樹脂砂取代的境地。它存在的主要問題有潰散性（在生產(chǎn)中也稱為出砂性）差、抗吸濕性差、舊砂再生和回用困難、表面粉化、粘砂、強(qiáng)度偏低等，現(xiàn)就其部分問題闡釋如下。2.1.1潰散性差水玻璃砂潰散性差主要體現(xiàn)在水玻璃砂的殘留強(qiáng)度高，使得鑄件的落砂、清理困難。殘留強(qiáng)度（retainedstrength）是指將水玻璃砂加熱到一定溫度后，再隨爐冷卻到室溫所測(cè)出的強(qiáng)度。圖2.1.1所示為水玻璃-CO2砂在不同溫度下的殘留強(qiáng)度變化曲線。其殘留強(qiáng)度隨溫度的變化曲線大都呈雙峰特性。這兩個(gè)峰值的高低決定了水玻璃砂潰散性的好壞，鑄件出砂的難易。第一個(gè)峰值在200℃左右出現(xiàn)，是由于硅酸凝膠和未反應(yīng)的硅酸鈉脫水強(qiáng)化的結(jié)果。

編輯推薦

《鑄造用水玻璃及其改性機(jī)制》在全面分析、評(píng)價(jià)不同砂型鑄造工藝優(yōu)缺點(diǎn)及發(fā)展前途的基礎(chǔ)上，對(duì)水玻璃砂，尤其CO2硬化水玻璃砂存在的問題進(jìn)行了全面剖析，對(duì)其強(qiáng)度低、粘結(jié)效率得不到應(yīng)有發(fā)揮的關(guān)鍵原因及改性途徑進(jìn)行了深刻的分析，從粘結(jié)劑的科學(xué)配方、可采用的改性劑、合成工藝等方面進(jìn)行了深入的探索，通過優(yōu)選得到有很好使用性能的改性水玻璃，為水玻璃改性開辟了一條具有廣闊應(yīng)用前景的道路。 該書理論聯(lián)系實(shí)際，其研發(fā)思路、研究步驟、實(shí)驗(yàn)研究方法均發(fā)人深省，對(duì)從事水玻璃砂研究和應(yīng)用的廣大鑄造工作者有很好的參考價(jià)值。

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