2009年12月沈陽理工大學(xué)學(xué)報Vol. 28 No. 6第28卷第6期TRANSACTIONS OF SHENYANG LIGONG UNIVERSITYDec.2009文章編號;1003 - 1251 (2009)06 -0024 -04添加劑對石膏型強度的影響王蘭馨,趙忠興,耿德軍(沈陽理工大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院,遼寧沈陽110159)摘要:在石膏型中 分別添加氧化鈣、聚丙烯酰胺、甲基纖維素、玻璃纖維四種添加劑,研究加入添加劑后石膏型在室溫下抗拉強度及烘干過程中的抗拉強度變化.分析了烘干過程中石膏型抗拉強度隨烘干時間、失水率的變化規(guī)律,并與石膏型在微波烘干過程的抗拉強度進行了對比分析.關(guān)鍵詞:添加劑;石膏型;強度;烘干中圖分類號:TG249文獻標識碼:AThe Influence of Additive on the Plaster Mold StrengthWANG Lan-xin ,ZHAO Zhong xing ,GENG De-jun(Shengyang Ligong Universit, Shengyang 110159, China)Abstract: The tensile strength of the plaster mold at room temperature and drying processwere studied, with the additiv of calcium oxide , polyacrylamide ,methyl cellulose，glass fiber.Compared with the tensile strength in microwave drying process , the regularity of the tensilestrength changing with drying time and dehydrate ratio varying was analyzed.Key words: aditive; plaster mold; strengh;drying石膏型精密鑄造技術(shù)以其鑄件尺寸精度高、點,石膏型 在烘干過程中隨著溫度升高,收縮急表面粗糙度低和復(fù)印性好等優(yōu)點,在航空航天、汽劇增加， 增大的收縮必然引起石膏型較大的尺寸車、船舶、兵器、藝術(shù)等行業(yè)得到了廣泛的應(yīng)變化和增 加裂紋傾向[74).因此，在石膏粉料中加用3).石膏型鑄造中,石膏型的強度對鑄件質(zhì)量人適當(dāng)?shù)奶盍希?使其具有良好的室溫及高溫強的影響是不可忽視的因素,而且是影響石膏型鑄度, 以堿少石膏型產(chǎn)生裂紋的傾向.本文研究了幾造生產(chǎn)效率的關(guān)鍵環(huán)節(jié)[46].種不同添加劑對石膏型室溫抗拉強度及加人添加國內(nèi)外陶瓷行業(yè)技術(shù)人員通過添加有機物和劑后的石膏 型在烘干過程中的抗拉強度變化,并無機物的方法,不僅提高了石膏模型的強度和耐對不同烘干 方式的強度變化進行對比分析.熱性能,更主要的是提高了石膏模型的吸水性能.而鑄造用石膏型在凝結(jié)過程中具有體積膨脹的特1試驗 條件及試驗方法中國煤化工收稿日期:209 -07 -07作者簡介:王蘭馨( 1982-),女，碩士研究生;通訊作者:趙忠興1.1MYHCNMHG(1963-) ,男,博士,教授,研究方向:鋁合金凈化,特種試驗設(shè)備采用電阻干燥箱微波爐,托盤天平鑄造工藝(用于稱取石膏粉),電子秤(用于稱量添加劑)，第6期王蘭馨等:添加劑對石膏型強度的影響.25.∞字試樣拉伸機(用于測定石膏型抗拉強度);試驗材料為β石膏粉(山西平陸縣玉峰石膏粉廠)，多1.0添加劑為化學(xué)純氧化鈣.聚丙烯酰胺、甲基纖維x 0.9{素、玻璃纖維;普通自來水(15C).試驗條件為室E 0.8溫(25C).0.71.2試驗方法0.60.00.10.20.30.40.5氧化鈣含量/%1)改變添加劑的種類及含量,用∞字試樣拉伸機測定石膏型在自然干燥24h后的抗拉強度.圖1 Ca0 添加量與抗拉強度的關(guān)系2)選取最佳含量添加劑加入石膏型中,對石1.2膏型進行階梯加熱烘干,研究石膏型在烘干過程1.1中失水情況及抗拉強度的變化.S 1.03)將石膏型電阻烘箱烘干與微波烘干后的強0.9然0.8度進行對比分析.2試驗結(jié)果及 分析0.0.0. 0.10.2 0.3 0.4 0.5聚丙烯酰胺含量/%圖2聚丙烯酰胺添加量 與抗拉強度的關(guān)系2.1添加劑對石膏鑄型強 度的影響1.00 ]0.95不同添加劑的加入量對抗拉強度的影響如圖0.90 t0.85 11~圖4所示.由圖1可以看出,加人0.3%的氧化0.80-鈣后石膏型的抗拉強度最大，而繼續(xù)添加反而使館0.751抗拉強度降低.這是因為普通石膏型主要由硫酸摒0.70鈣組成[41 ,半水硫酸鈣與水反應(yīng)生成二水硫酸鈣,0.650.60 1而氧化鈣與水反應(yīng)生成氫氧化鈣后,增加了水溶0.0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5液中Ca2*+離子濃度,阻止了半水硫酸鈣的溶解,也甲基纖維素含量/%降低了凝固反應(yīng)速度,二水硫酸鈣晶體排列緊密，圖3甲基纖維素添加量與抗拉強度的關(guān)系導(dǎo)致石膏混水率降低,半水硫酸鈣晶體密度增加，21多孔性降低,晶體間凝聚力增加，因而石膏的抗拉雖1.1強度得以提高.而繼續(xù)加入氧化鈣后,石膏型中的水分不能再與氧化鈣生成氫氧化鈣,不再增加水溶液中Ca2+離子濃度,加速了硫酸鈣的溶解，因s0.81.7 1此,石膏型在加入氧化鈣后,抗拉強度達到-一個最.6 1大值后反而降低.0.00 0.01 0.02 0.03 0.04 0.05從圖2、圖3中可以看出,加人聚丙烯酰胺和玻璃纖維含量%甲基纖維素高分子聚合物后,石膏型的抗拉強度圖4玻璃纖維添加量與抗拉強度的關(guān)系隨添加劑的增加而急劇上升.這是由于添加劑是不穩(wěn)定的過飽 和溶液,溶液中的半水石膏水化而-種大分子的有機聚合物,溶解于水后產(chǎn)生護膠生容解度只有半中國煤化工作用,覆蓋在半水石膏晶粒表面,降低了半水石膏水石奮膏而言是高在水中的溶解速度.根據(jù)半水石膏水化硬化的結(jié)度過飽MHCNMHG的結(jié)晶沉淀;晶理論[3],半水石膏水化后形成二水石膏的凝固二水石膏晶體的沉淀破壞了溶液的平衡,促使半過程主要包括:水化的開始,半水石膏溶解并形成水石膏的繼 續(xù)溶解和水化,最終沉淀的二水石膏,26●沈陽理工大學(xué)學(xué)報2009年.晶體生長成緊密聚集交錯的連生的針狀晶體,形成具有較大內(nèi)聚力和粘附力的硬固體.由此可見，80高分子聚合物聚丙烯酰胺和甲基纖維素對二水石膏晶體的生長發(fā)育以及形成更為致密聚集的結(jié)構(gòu)60十CaO十聚丙烯酰胺和發(fā)展有很大作用,并且在石膏型凝固后提高石水40-甲基纖維素一玻璃纖維膏型的抗拉強度.20從圖4可以看出,在石膏型中加人玻璃纖維量為0.03%之前,試樣的抗拉強度隨玻璃纖維摻10121416烘干時間/h人量的增加而增大，當(dāng)玻璃纖維含量為0. 03%時,(a抗拉強度最大,而繼續(xù)加人玻璃纖維后,石膏型的抗拉強度隨著玻璃纖維摻人量的繼續(xù)增加而減+ CaO小，這些現(xiàn)象與以下因素有關(guān):(1)當(dāng)玻璃纖維的十聚丙蝠酰胺- +甲基纖維素摻人量逐漸增加到超過最佳摻人量時，纖維容易十玻璃纖維產(chǎn)生纏結(jié),石膏不能很好地浸潤玻璃纖維,致使復(fù)合材料內(nèi)部出現(xiàn)許多缺陷,其力學(xué)性能下降;(2)當(dāng)玻璃纖維摻人量逐漸增加,使表面吸附了一部分水,石膏的實際反應(yīng)水量不足,部分石膏沒有固2401214化,導(dǎo)致復(fù)合材料強度降低.(b2.2含 水量對石膏型強度的影響圖5失水率和失水速度隨烘干時間的變化因為失水后的石膏型強度會減小，因此添加添加劑為氧化鈣、聚丙烯酰胺、甲基纖維素、劑的添加量選自然干燥24h后強度最大的添加玻璃纖維,石膏型抗拉強度與烘干時間的關(guān)系如圖6所示.量.2.2.1失水 率和失水速度與烘千時間的關(guān)系從圖6中可以看出,隨著烘干時間的延長,石添加劑為氧化鈣聚丙烯酰胺甲基纖維素、膏型的抗拉強度逐漸降低. 這是因為持續(xù)加熱烘玻璃纖維,石膏型失水率、失水速度與烘千時間的干,石膏型中的水分逐漸臧少,增加了水溶液中.Ca2+離子濃度,因此石膏型的抗拉強度也越來越關(guān)系如圖5所示.從圖5a中可以看出,加人不同添加劑的石膏小型失水率達到100%的時間都在10h左右;從圖r - Ca0(0.3%)5b中可以看出,在前5h內(nèi),由于石膏型的含水量61.0.聚丙烯酰肢04%).較大,烘干速度很快,失水速度大于5g/h,隨著烘-甲基纖維素0.4%)0.8十玻璃纖維(0.03%)千時間的延長,失水速度急劇下降.對應(yīng)于失水速度較快的前5h,是由于石膏型在二水石膏( CaSO4相0.4*●2H20)加熱到130C左右脫水形成半水石膏0.21(CaSO元●1/2H20) ,而采用電阻干燥箱烘干到5h0.左右時,烘箱內(nèi)的溫度正好達到130C,滿足石膏-2020121416型脫水反應(yīng)的條件要求,因此石膏型脫去了大部分水份.在隨后的加熱過程中,石膏型主要是脫去圖6抗拉強度隨烘干時間的變化半水石膏中的少量結(jié)晶水及殘余的水份,因此在中國煤化工抗拉強度下降此過程中石膏型失水率增長緩慢,失水速度也緩很快,:MHCN M H G&,石膏型的水慢降低.在10h左右失水率接近于100%.分(包括石膏型中的自由水和結(jié)晶水)散失了大部2.2.2失水后石 膏型的抗拉強度分,導(dǎo)致石膏型的強度急劇下降,而石膏型加熱到第6期王蘭馨等:添加劑對石膏型強度的影響.●27.5h后的抗拉強度變化很小長,石膏型的強度逐漸降低.3)電阻千燥箱烘干的石膏型與微波高頻烘2.3 烘干方式對石膏型強度的影響干的石膏型在抗拉強度方面存在差異,微波烘干如表1所示，微波烘干石膏型可大大縮短烘石膏 型強度下降較大.干時間[9] ,提高生產(chǎn)效率,降低成本和能耗,但對石膏型的強度損失較大.參考文獻:表1不同烘干狀態(tài)下石膏型的抗拉強度石膏型狀態(tài)σ:/MPa[1]張玉海硅橡膠模-發(fā)泡石膏型低壓鑄造鋁合金工藝[J].特自然干燥24h0.65種鑄造及有色合金200,(3):57.[2]孫小波,趙國琪鋁合金石膏型精密鑄件凝固過程數(shù)值模擬電阻干燥箱烘干大于10h0.15與實驗驗證[J].中國有色金屬學(xué)報,1998,18(4) :631-636.高頻微波烘千0.08從表1可以看出，石膏型在自然千燥24h后[3] YaF,Yu Borodai, Liporsev v, a al. 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