RF氣凝膠制備及在樹脂砂鑄造中的應用研究.pdf

1、間苯二酚-甲醛(RF)氣凝膠是一種由間苯二酚-甲醛樹脂納米團簇構(gòu)成的多孔、無序、具有三維連續(xù)網(wǎng)絡結(jié)構(gòu)的典型納米固態(tài)材料。在保持樹脂砂鑄型強度高，尺寸偏差小等特點的同時，針對現(xiàn)代鑄造業(yè)高效、低耗、綠色環(huán)保的發(fā)展要求，本文以RF有機氣凝膠作為新型樹脂粘結(jié)劑，混合鑄造標準砂制備RF氣凝膠粘結(jié)砂。通過測試RF氣凝膠的密度、收縮率及力學性能，分析其孔結(jié)構(gòu)、熱物理性能及微觀形貌等，研究了反應物濃度和催化劑濃度對RF氣凝膠結(jié)構(gòu)和性能的影響規(guī)律；通過測

2、試RF氣凝膠粘結(jié)砂的力學性能、透氣性、發(fā)氣性及熱分解性等，研究了RF溶液含量和RF溶液原料配比對RF氣凝膠粘結(jié)砂性能的影響。制備出了強度高、發(fā)氣量小、透氣性好且對環(huán)境污染小的RF氣凝膠粘結(jié)砂，并初步探討了其在鋁合金鑄造方面的應用。本文的主要研究內(nèi)容和結(jié)論如下：
　　(1)隨著RF氣凝膠反應物濃度的增大，氣凝膠密度增大，強度也增大，同時比表面積和孔體積增大，但氣凝膠平均粒徑和平均孔徑減小，熱導率也呈減小趨勢；
　　(2)RF氣

3、凝膠的干燥收縮率和密度隨著催化劑濃度的減小而減小，同時強度降低；催化劑濃度減小使氣凝膠平均粒徑和平均孔徑大幅增大，比表面積和孔體積大幅減小，當問苯二酚與碳酸鈉摩爾比為1500時，可以獲得以介孔為主同時具有大孔特征的多孔網(wǎng)絡材料，其平均孔徑大于200nm；
　　(3)增加粘結(jié)劑量使RF氣凝膠粘結(jié)砂強度增大，但透氣性降低，發(fā)氣量增大。因此在保證砂型力學性能達到鑄造要求的同時，應盡量降低RF溶液的加入量(不超過砂重量的8％)；
　

4、　(4)RF氣凝膠粘結(jié)砂中，氣凝膠在砂粒間構(gòu)成粘結(jié)橋。隨著RF溶液中水用量及甲醛用量的減小，RF氣凝膠粘結(jié)砂的強度增大，但同時發(fā)氣量和發(fā)氣速度也小幅增大。增大水用量時，氣凝膠結(jié)構(gòu)變得更疏松，孔徑增大。最優(yōu)的RF溶液原料配比是：甲醛與間苯二酚的摩爾比為1.4，間苯二酚與碳酸鈉的摩爾比為1500，去離子水與問苯二酚的摩爾比為16；
　　(5)對RF氣凝膠及RF氣凝膠粘結(jié)砂的熱分解特性研究表明，低于180℃時，RF氣凝膠及RF氣凝膠粘結(jié)

5、砂脫去的主要是氣凝膠孔中吸附的水分和未完全干燥的溶劑；繼續(xù)升溫，失重區(qū)間分為180-400℃和400-850℃兩個階段，此時凝膠結(jié)構(gòu)被破壞，主要是化學吸附的小分子和有機物的去除，以及苯環(huán)的分解和碳的氧化。純RF氣凝膠失重率為50％左右，分解產(chǎn)物包括二氧化碳，甲烷，一氧化碳和水。RF氣凝膠及RF氣凝膠粘結(jié)砂的熱分解產(chǎn)物均對環(huán)境無污染；
　　(6)RF氣凝膠粘結(jié)砂強度較高，透氣性較好且型芯易移除；鑄件形狀完整，表面光潔度較好，無夾砂、