03 第三章_粘结剂.pptx

第1页：第3章 粘结剂（本章知识构架）

第3章 粘结剂（本章知识构架）

第3章粘结剂【本章知识构架】

第2页：第3章 粘结剂（章节目录）

第3章 粘结剂（章节目录）

【导入案例】——粘结剂的发展铸造用粘结剂的发展经历了一个漫长的历史过程，已经由最初的粘土粘结剂发展到了其它无机、有机或无机与有机相结合的系列粘结剂。中国古代铸造所用泥型（古代称为陶范）的基本材料是粘结能力很强的粘土。随着技术的发展，泥型中夹有大量砂粒，并逐渐以砂子为主要材料，则粘土就成了粘结剂。粘土至今仍在广泛使用。后来相继出现各种无机和有机粘结剂，如植物油、松香、糊精、水玻璃等。1943年德国J. Croning发明用酚醛树脂作粘结剂制造薄壳砂型。1947年捷克斯洛伐克L. Petrzela用水玻璃作为型砂粘结剂，吹CO2气体使其硬化，制成砂型和型芯。这两种粘结剂的应用开辟了砂型和型芯以化学方式硬化的新途径。自20世纪50年代后期起，各国陆续采用呋喃树脂粘结剂，在加热的芯盒中制芯。有机、无机及粘土粘结剂在各种制芯、造型方法中的应用比例也随着时代的推进而改变。20世纪70年代末，国外有人作了一次调查，在造型方面采用粘土类材料的约占63%；采用其它无机粘结剂材料的占13%；采用有机粘结剂材料的占24%；在制芯方法方面，首先综合了应用无机粘结剂的各种制芯方法，其总和占总重量的21.6%；冷硬合成树脂法占26.3%；而热硬法占51.6%。

第3页：第3章 粘结剂

第3章 粘结剂

• 第3章粘结剂
• 粘结剂的分类
• 无机粘结剂
• 有机粘结剂
• 有机粘结剂的选用原则粘土粘结剂水玻璃粘结剂水泥粘结剂植物油粘结剂合脂粘结剂其它有机粘结剂

第4页：3.1 粘结剂的分类

表3-1：下表列出相关数据。

3.1 粘结剂的分类

3.1粘结剂的分类典型粘结剂粘结剂来源骨胶、蛋白质、干乳酪骨头、血、牛奶动物性的天然的动物性脂肪脂肪植物油类油类种子植物性的面粉、糊精淀粉糖浆的产物树胶、亚硫酸盐、酒精溶液原木木材类树脂、沥青—沥青、焦油、氮化石油有机的矿物质高岭土、膨润土、石膏、水泥、水玻璃无机的人造树脂由有机化合物配合而成人造的硅—有机化合物由无机化合物和有机化合物配合而成表3-1按来源分类的典型粘结剂根据粘结剂的来源可天然的和人造的，具体分类详见表3-1。

说明：本页源表格数据存在粘连，未作切分还原，原文数据如下——3.1粘结剂的分类典型粘结剂粘结剂来源骨胶、蛋白质、干乳酪骨头、血、牛奶动物性的天然的动物性脂肪脂肪植物油类油类种子植物性的面粉、糊精淀粉糖浆的产物树胶、亚硫酸盐、酒精溶液原木木材类树脂、沥青—沥青、焦油、氮化石油有机的矿物质高岭土、膨润土、石膏、水泥、水玻璃无机的人造树脂由有机化合物配合而成人造的硅—有机化合物由无机化合物和有机化合物配合而成表3-1按来源分类的典型粘结剂根据粘结剂的来源可天然的和人造的，具体分类详见表3-1。

第5页：粘结剂的分类

表3-2：下表列出相关数据。

粘结剂的分类

根据对水的亲和力根据化学组成根据硬化特性根据型芯的比强度：憎水粘结剂：亲水粘结剂：桐油、松香、沥青、酚醛树脂等糊精、面粉、脲醛树脂、水玻璃等无机类粘结剂：有机类粘结剂粘土、石膏、水泥、水玻璃等烃类：如渣油、沥青等烃的衍生物类：如植物油、合脂等高分子化合物类：如松香、淀粉、糠醇树脂等物理硬化类：化学硬化类：粘结剂的物理状态改变，而原来的结构并不改变低分子化合物转变成高分子化合物，由链状线型结构转变成网状体型结构分类见表3-2指每1%的粘结剂可使型芯获得的干拉强度值

说明：本页源表格数据存在粘连，未作切分还原，原文数据如下——粘结剂的分类根据对水的亲和力根据化学组成根据硬化特性根据型芯的比强度：憎水粘结剂：亲水粘结剂：桐油、松香、沥青、酚醛树脂等糊精、面粉、脲醛树脂、水玻璃等无机类粘结剂：有机类粘结剂粘土、石膏、水泥、水玻璃等烃类：如渣油、沥青等烃的衍生物类：如植物油、合脂等高分子化合物类：如松香、淀粉、糠醇树脂等物理硬化类：化学硬化类：粘结剂的物理状态改变，而原来的结构并不改变低分子化合物转变成高分子化合物，由链状线型结构转变成网状体型结构分类见表3-2指每1%的粘结剂可使型芯获得的干拉强度值

第6页：粘结剂的分类（无机与有机）

表3-2：下表列出相关数据。

粘结剂的分类（无机与有机）

粘结剂的分类无机物有机物比强度（Pa/%)组别憎水物质亲水物质—桐油、亚麻油、酚醛树脂呋喃I型树脂、聚乙烯醇>51水玻璃合脂、渣油糊精3~52粘土沥青、松香纸浆废液、糖浆<33表3-2粘结剂按型芯比强度分类表

说明：本页源表格数据存在粘连，未作切分还原，原文数据如下——粘结剂的分类无机物有机物比强度（Pa/%)组别憎水物质亲水物质—桐油、亚麻油、酚醛树脂呋喃I型树脂、聚乙烯醇>51水玻璃合脂、渣油糊精3~52粘土沥青、松香纸浆废液、糖浆<33表3-2粘结剂按型芯比强度分类表

第7页：3.2 无机粘结剂——粘土粘结剂

3.2 无机粘结剂——粘土粘结剂

3.2无机粘结剂粘土粘结剂粘土是铸造生产中常用的一种主要粘结剂。粘土被水湿润后具有粘性和塑性，烘干后有一定干强度。它的耐火度较高，复用性好，资源丰富，价格低廉，应用很广泛。1.粘土的组成和分类2.粘土矿物的结构3.粘土的胶体性质4.粘土的选用阅读材料

第8页：粘土的组成和分类粘土主要是由细小结晶

表3-3：下表列出相关数据。

粘土的组成和分类粘土主要是由细小结晶

质的粘土矿物组成，如高岭石和蒙脱石等，都是含水的铝硅酸盐，化学式为mAl2O3∙nSiO2∙xH2O，是岩石化学风化后的产物。根据粘土矿物种类及性能的不同，铸造用粘土分为膨润土、耐火粘土和硅镁铝土三类。膨润土按其吸附阳离子的情况，分为钠基膨润土和钙基膨润土两种，分别用PNa和PCa表示。ZBJ31009-90将膨润土按工艺试样的湿压强度分级见表3-3，按工艺试样的热湿拉强度分级见表3-4。膨润土按pH值不同分为酸性和碱性两种，分别用S和J表示。膨润土的牌号由其酸碱性和强度等级表示。如PCaS-5-20表示钙基酸性膨润土，其工艺试样的湿压强度为5级，即大于50~70kPa，热湿拉强度为20级，即大于2.0~2.5kPa。

说明：本页源表格数据存在粘连，未作切分还原，原文数据如下——1.粘土的组成和分类粘土主要是由细小结晶质的粘土矿物组成，如高岭石和蒙脱石等，都是含水的铝硅酸盐，化学式为mAl2O3∙nSiO2∙xH2O，是岩石化学风化后的产物。根据粘土矿物种类及性能的不同，铸造用粘土分为膨润土、耐火粘土和硅镁铝土三类。膨润土按其吸附阳离子的情况，分为钠基膨润土和钙基膨润土两种，分别用PNa和PCa表示。ZBJ31009-90将膨润土按工艺试样的湿压强度分级见表3-3，按工艺试样的热湿拉强度分级见表3-4。膨润土按pH值不同分为酸性和碱性两种，分别用S和J表示。膨润土的牌号由其酸碱性和强度等级表示。如PCaS-5-20表示钙基酸性膨润土，其工艺试样的湿压强度为5级，即大于50~70kPa，热湿拉强度为20级，即大于2.0~2.5kPa。

第9页：膨润土

表3-3：下表列出相关数据。

膨润土

表3-3膨润土按湿压强度的分级表3-4膨润土按热湿拉强度的分级工艺试样的湿压强度（kPa）等级代号序号>100101>70~10072>50~7053≥30~5034工艺试样的热湿拉强度（kPa）等级代号序号>2.5251>2.0~2.5202>1.5~2.01530.5~1.554钠基膨润土的优良性能：膨润值高，配成的型砂抗膨胀缺陷的能力；热稳定性好，铸型浇注后型砂中的膨润土受热失效而成为死粘土的部分较少，即耐用性较好。钙基膨润土的长处：配制砂时所需的混砂时间较短，对于大批量生产的条件，这是重要的优点；配制的型砂湿压强度较好，对于无箱造型的条件，这是值得重视的；配制的型砂流动性较好，浇注后落砂性能也较好，对于高速、高压造型线的型砂，显然也是比较适宜的。

说明：本页源表格数据存在粘连，未作切分还原，原文数据如下——膨润土表3-3膨润土按湿压强度的分级表3-4膨润土按热湿拉强度的分级工艺试样的湿压强度（kPa）等级代号序号>100101>70~10072>50~7053≥30~5034工艺试样的热湿拉强度（kPa）等级代号序号>2.5251>2.0~2.5202>1.5~2.01530.5~1.554钠基膨润土的优良性能：膨润值高，配成的型砂抗膨胀缺陷的能力；热稳定性好，铸型浇注后型砂中的膨润土受热失效而成为死粘土的部分较少，即耐用性较好。钙基膨润土的长处：配制砂时所需的混砂时间较短，对于大批量生产的条件，这是重要的优点；配制的型砂湿压强度较好，对于无箱造型的条件，这是值得重视的；配制的型砂流动性较好，浇注后落砂性能也较好，对于高速、高压造型线的型砂，显然也是比较适宜的。

第10页：耐火粘土ZBJ31009-90

表3-5：下表列出相关数据。

耐火粘土ZBJ31009-90

将耐火粘土按耐火度分为两级，见表3-5。按工艺试样的湿压强度和干压强度各分为三级，分别见表3-6和表3-7。表3-5按耐火度分类表3-6按工艺试样的湿压强度分级表3-7按工艺试样的干压强度分级耐火度（℃）等级代号等级>1580G高耐火度1350~1580D低耐火度工艺试样的湿压强度（kPa）等级代号序号>5051>30~503220~3023工艺试样的干压强度（kPa）等级代号序号>500501>300~500302200~300203耐火粘土的牌号由其耐火度和强度等级表示。如NG-3-50表示耐火度高的耐火粘土，其工艺试样的湿压强度为3级，即30~50kPa，干压强度为50级，即大于500kPa。N表示铸造用耐火粘土。

说明：本页源表格数据存在粘连，未作切分还原，原文数据如下——耐火粘土ZBJ31009-90将耐火粘土按耐火度分为两级，见表3-5。按工艺试样的湿压强度和干压强度各分为三级，分别见表3-6和表3-7。表3-5按耐火度分类表3-6按工艺试样的湿压强度分级表3-7按工艺试样的干压强度分级耐火度（℃）等级代号等级>1580G高耐火度1350~1580D低耐火度工艺试样的湿压强度（kPa）等级代号序号>5051>30~503220~3023工艺试样的干压强度（kPa）等级代号序号>500501>300~500302200~300203耐火粘土的牌号由其耐火度和强度等级表示。如NG-3-50表示耐火度高的耐火粘土，其工艺试样的湿压强度为3级，即30~50kPa，干压强度为50级，即大于500kPa。N表示铸造用耐火粘土。

第11页：粘土矿物的结构膨润土的主要矿物成分

粘土矿物的结构膨润土的主要矿物成分

是蒙脱石；耐火粘土的主要矿物成分是高岭石；而硅铝镁土的主要矿物成分是绿坡缕石。蒙脱石、高岭石和绿坡缕石见图3.1。图3.1蒙脱石、高岭石和绿坡缕石矿物

第12页：硅氧四面体

硅氧四面体

图3.2硅-氧四面体构造蒙脱石和高岭石结构中有两个基本结构单位，即硅氧四面体和铝氧八面体，分别见图3.2和图3.3。它是由一个硅离子与四个氧离子以等距构成的四面体形状，硅居于四面体中心，各硅氧四面体之间互相连接，组成四面体群，而且四面体的尖顶都指向一个方向，底部都在同一个平面上，排列成六角形网格，如此无限重复而连成片。

第13页：铝氧八面体的结构

铝氧八面体的结构

铝氧八面体八面体是由一个铝离子和六个氧离子（或氢氧）以等距堆成的八面体形状，铝居于八面体中心，铝氧八面体是以边与边联接成片的。图3.3铝-氧八面体构造

第14页：蒙脱石的结构蒙脱石是三层结构的片状晶体

蒙脱石的结构蒙脱石是三层结构的片状晶体

，结构简图见图3.4。图3.4蒙脱石的单位晶层结构示意图上层和下层都是Si-O四面体，中间一层为Al-O-OH八面体，四面体的顶端都指向八面体。相邻单元之是氧面与氧面相连接，没有氢键，是分子结合，故蒙脱石单位晶层之间结合力相当弱，容易破碎成极细的颗粒，与水混合时，水分子不但能够浸润晶体表面，而且很容易进入晶体内部各晶体单元之间，从而引起晶格沿C轴方向产生很大膨胀，可以由9.6×10-10m增加到21.46×10-10m。硅原子大致为氧原子的两倍，化学式为：Al2O3∙4SiO2∙H2O∙nH2O，其中nH2O是层间水

第15页：高岭石的结构两层结构的片状晶体

高岭石的结构两层结构的片状晶体

。一层是铝氧八面体，另一层是硅氧四面体，四面体的顶端指向八面体，并和它共用一个氧原子，由带负电荷的氧离子和带正电荷的氢氧离子连接。该单位晶层在垂直方向上层层叠起，单位晶层的厚度7.2×10-10m，在水平方向上无限展开形成高岭石晶体。图3.5高岭石的单位晶层结构示意图高岭石的结构见图3.5。硅原子数大致和铝原子数相等，化学式为Al2O3SiO2∙2H2O∙nH2O

第16页：高岭石的结构

高岭石的结构

由于高岭石的两个单位晶层之间是氧和氢氧离子构成相邻的平面，它们之间可以形成氢键，从而产生较大的结合力。所以高岭石的结晶不易分散，颗粒较粗，比表面积小，表面电荷量低，与水混合时水分子不易进入单位晶层之间，吸水膨胀性和粘结力都较小。

第17页：绿坡缕石的结构

绿坡缕石的结构

图3.6绿坡缕石的单位晶层结构示意图绿坡缕石的晶体结构有两个特点：一是具有三维链结构，而不是膨润土那样的三层结构，故不能吸水膨胀；二是晶体结构中有特有的解理，疏松而多孔，有很强的吸附能力。其结晶化学式为：Mg(Al)5Si8O20(OH)4∙4H2O∙nH2O其中，4H2O为化合水，nH2O为层间水。

第18页：粘土的胶体

粘土的胶体

性质粘土的带电特性卢斯实验已证实：粘土的表面带有负电荷。图3.7卢斯实验装置示意图将两支无底玻璃管插入粘土浆中，管底垫一层洗净的细砂，再注入蒸馏水，保持两管中水面齐平。然后在两管中分别插入两根电极，接通电源后可以发现，接负极的管中水位上升，接正极的水位下降，而且其底部出现混浊状态，而接负极的管中水清如初。这表明粘土带有负电，在电场作用下，穿过细砂向正极移动。产生负电荷的原因：①晶层边缘的破键，即Al-O、Si-O离子键断裂造成不饱和键，从而使晶层边缘有剩余的负电荷；②晶层内部存在离子交换，如蒙脱石晶层中Al3+有一部分被被Mg2+所置换、少量的Si4+被Al3+所置换，从而形成电荷不平衡；③Si-O四面体中，每一个O2-只以一个负电荷与Si4+相联接，在晶层的边缘氧离子有剩余的负电荷。

第19页：粘土的带电特性由于粘土矿物带有负电荷

粘土的带电特性由于粘土矿物带有负电荷

，为达到电荷的平衡，粘土质点就要吸附一些阳离子，如Ca2+、Mg2+、Na+、K+等。蒙脱石吸附阳离子的主要原因是由于晶层内部离子的置换而形成的不平衡电荷，而破键吸附阳离子只占较少的一部分（约20%）。高岭石的结晶比较完善，晶格内很少有离子置换，故带负电荷的原因主要是破键吸附阳离子。粘土所吸附的阳离子是很不牢固的，很容易被溶液中其它离子所置换。如用醋酸铵处理粘土，NH4+可将粘土吸附的Ca2+、Mg2+、Na+、K+等置换出来，所以粘土吸附的阳离子称为可交换基，可交换基的多少称为基交换能力，它用每100g粘土中含有多少毫克当量来表示。各种粘土的基交换能力不同，一般膨润土的基交换能力为100左右。如果一种粘土的基交换能力比这个数字小得多，那就表明该粘土不是膨润土。化学分析表明：高岭石的阳离子量为3~15mg当量/100g土，蒙脱石为80~150mg当量/100g土。

第20页：粘土的带电特性

粘土的带电特性

• 根据膨润土所吸附的阳离子种类不同，可以分为两大类。以吸附Ca2+、Mg2+为主称为钙基膨润土，吸附Na+为主称为钠基膨润土。
• 粘土由于吸附着可交换阳离子，因而具有吸附色素的能力。
• 将膨润土倒入蓝色的亚甲基蓝溶液中，经过摇晃、静止一段时间，膨润土中的蒙脱石就吸附蓝色的阳离子，使亚甲基蓝溶液变清。
• 不同粘土吸附亚甲基蓝能力差别很大，如100g蒙脱石可吸附亚甲基蓝44g，而高岭石只能吸附不到5g，故可用吸蓝量鉴别粘土的种类。

第21页：粘土的胶体特性

粘土的胶体特性

带负电的粘土颗粒吸附极性水分子，使水分子定向排列在粘土胶核周围。随着与粘土颗粒表面距离的增大，水分子的分布也由多到少，直到电力线所不能及处，即胶团扩散层的界面。由胶核表面到均匀液相内所产生的电位称为总电位。而由胶粒表面到均匀液相内的电位称为电动电位。电动电位的存在，使胶粒间产生斥力，从而阻止了粘土胶粒间的接近，使粘土胶体具有稳定性。当粘土和水混合时，形成粘土胶团结构见图3.8。图3.8粘土胶团结构示意图

第22页：粘土的胶体特性（续1）

粘土的胶体特性（续1）

粘土的胶体特性被粘土吸附的水分子可分为内外两层。靠近粘土质点的内层，水分子牢固地结合在粘土表面，这些水分子称为强结合水，该层称为吸附层，它与胶核构成胶粒。吸附层外面水分子被吸附的程度随着离距离的增大而减弱，直到电力线所不及处。该层水为弱结合水，该层称为扩散层。胶核、吸附层和扩散层构成胶团。扩散层之外的水分子是自由水分子。图3.8粘土胶团结构示意图

第23页：粘土的胶体特性（续2）

粘土的胶体特性（续2）

• 粘土的胶体特性
• 结合水与自由水的物理性质不同。结合水的密度大、热容小，冰点较低。强结合水不能流动，不导电，没有溶解盐的能力，平均密度为2.0g/cm3，具有极大的粘滞性、弹性和抗剪强度，在力学性质上与固体物质相近；弱结合水可发生非常缓慢的流动，但不受重力影响，不能传递静水压力，密度在1.30~1.74g/cm3，具有较高的粘滞性和抗剪强度。
• 表征粘土和水形成胶体能力的参数是胶质价。胶质价是指粘土质点在水中沉淀后的泥浆容量值。胶质价除了与粘土质量有关外，还与粘土加工情况有关，所以胶质价并不能一定说明粘土的质量。

第24页：粘土的湿粘结性带电的粘土胶核

粘土的湿粘结性带电的粘土胶核

，把水吸附到自己周围形成水化膜，依靠粘土颗粒之间的公共水化膜，通过其中的水化阳离子，起着“桥”或“链”的作用，使颗粒互相连接起来。公共水化膜就是公共扩散层。只有当粘土与水比例适宜时，才能获得最佳湿粘结力，即当形成完整的水化膜，而又没有自由水时，粘结力最大。粘土湿粘结特性的形成过程如下：粘土必须被水润湿后才表现出湿粘结性

第25页：钙基膨润土的活化处理

钙基膨润土的活化处理

Na2CO3的加入量一般为膨润土量的3%～7%。碱量过少时，起不到活化作用，但加入量过多时，Na+的浓度过大，进入吸附层的Na+数量增多，使胶粒表面负电荷减少，扩散层变薄，膨润土的水化能力反而降低，型砂的质量变坏。钠基膨润土吸水膨胀能力比钙基膨润土大，这是因为：当粘土胶核负电量相同，吸附Na+离子时，在胶核表面吸附层平衡掉的电荷少，故可吸引更多的水分子，扩散层可以较厚。若吸附Ca2+离子，吸附层平衡掉的电荷多，扩散层就较薄。钙基膨润土的许多性能不及钠基膨润土，但可以利用粘土的阳离子交换性质，进行适当处理，使之转化为钠基膨润土。用适当的弱酸钠盐对钙基膨润土进行处理，可使原吸附的钙离子被钠离子所代替，这种离子交换过程称为膨润土的活化处理。

第26页：粘土的选用

粘土的选用

合理的选用粘土不仅可以节约粘土的用量，同时可以改善型砂的强度。为了合理的选用粘土，一般要考虑以下几方面：(1)粘结力。膨润土的湿态粘结力比耐火粘土高一倍左右。同样的原砂用较少的膨润土就可获得较大的型砂湿强度，这还有利于降低型砂含水量和提高透气性，故湿型和表干型多选用膨润土作粘结剂。钠基膨润土型砂的热湿拉强度大，有利于防止铸件夹砂。一般认为膨润土烘干时收缩大，用于干型易开裂，故干型多用耐火粘土。由于膨润土砂的退让性和出砂性较好，因此，也有人采用多加膨润土量、限制含水量的方法来提高型砂湿压强度，将膨润土用于干型。(2)耐火度。耐火粘土的耐火度较膨润土高，但型砂的耐火度不仅与粘土的耐火度有关，而且与粘土的加入量有关。同样的原砂，选用膨润土为粘结剂时，虽然膨润土耐火度低，但加入量少。

第27页：粘土的选用（续1）

粘土的选用（续1）

2009年11月6日粘土的选用(3)耐用性。粘土矿物失去结构水就失去粘结性而成为死粘土。蒙脱石失去结构水的温度为600~800℃，高岭石为400~600℃，故膨润土失去结构水的温度高，耐用性较耐火粘土好。死粘土已失去吸附亚甲基蓝的能力，故在生产条件下，粘土的耐用性，可用粘土在不同温度焙烧后吸蓝量的减少来测定。(4)抗夹砂能力。粘土砂的抗夹砂能力与型砂的热湿拉强度成正比，与薄壳试样的热压应力成反比。钠基膨润土砂的热湿拉强度较钙基膨润土砂高得多，但是钠基膨润土膨胀能力大，与水形成胶体能力强，这样就降低了型砂流动性，落砂较难。钙基膨润土混砂较易，而且流动性好，有较好的落砂性，但型砂脆性较大。

第28页：膨润土矿业简史

膨润土矿业简史

膨润土也叫斑脱岩或膨土岩，1898年美国地质学者Knighl在美国怀俄明州落基山河附近发现了一种绿黄色吸水膨胀的粘土物质，由于产地为“Fort Beton”，因而取名膨润土（Betonite）。世界膨润土工业以美国发展最早，1921年建立起首家膨润土加工厂，至今已有70多年的历史，以生产铸造型砂粘结剂和油脂脱色剂而奠定了膨润土工业基础。20世纪40年代开采出100万吨，60年代大规模作为铁精矿球团粘结剂，年产量猛增至260万吨，80年代膨润土产量达到418万吨。中国膨润土工业的发展可为两个大阶段。第一阶段：从中华人民共和国成立起至20世纪70年代末，为奠基和找矿阶段，在辽宁、吉林、河南、河北、浙江、山东、福建、四川、湖北等省10余个矿区进行了矿床评价，探明了数千万吨储量。不但有钙基膨润土矿，也发现了钠基膨润土矿，此外还有氢基、铝基和未分类的膨润土矿。1974年全国估算膨润土产量达35~40万吨。

第29页：膨润土矿业简史第二阶段

膨润土矿业简史第二阶段

：从70年代末至今，为大发展阶段。全国已有24个省、区相继发现了膨润土矿床，各大区皆有钠基膨润土资源，证明中国是膨润土资源丰富、品种齐全的国家。据1996年统计，中国膨润土储量达24.6亿吨。最多的为广西壮族自治区，占全国总储量的26%；其次是新疆维吾尔族自治区，占总储量的14%；依次有内蒙古自治区占9%，江苏省占7%，河北省占6%，山东省、湖北省、安徽省各占5%。这一阶段膨润土的应用领域显著扩大，并不断出现新用途和新产品，如有机膨润土产品的兴起等。阅读材料3-2《膨润土的生产与贸易市场》参见教材

第30页：3.2.2水玻璃粘结剂水玻璃俗称泡花碱

3.2.2水玻璃粘结剂水玻璃俗称泡花碱

，又称硅酸盐，硅酸盐的种类很多，能溶于水的有钠系硅酸盐、钾系硅酸盐、锂系硅酸盐、铷系硅酸盐等，后两者价格昂贵，目前尚不可能作为粘结剂，锂系硅酸盐在一定程度上有实用价值，但比钠系贵得多，所以，铸造中用作粘结剂的水玻璃都是钠系硅酸盐的水溶液。

第31页：水玻璃的制取方法水玻璃的制取方法有干

水玻璃的制取方法水玻璃的制取方法有干

法和湿法两种。干法：用石英砂与碳酸钠按一定比例混合，置于反射炉中。温度高于850℃以后，碳酸钠逐渐分解，得到Na2O，并逸出CO2；然后再在1300~1400℃的高温下与SiO2反应，得到熔融的硅酸钠。熔融的硅酸钠由反射炉中放出来，流到水冷糟中，成为玻璃状的固态硅酸钠，然后将固态硅酸钠置于有水的高压釜中，通入4~6×105Pa的水蒸气使其溶解，即为水玻璃。湿法：用石英砂和烧碱为原料，在4~6×105Pa的热压釜内加热到160℃左右，经真空吸滤和蒸发浓缩，即可制得成品，其反应应为：纯水玻璃为无色透明有粘性的液体，制造时由于原料不纯，或燃料和炉衬的作用而带入不同杂质，如Fe2O3、CaO、SiO2、Al2O3等，使水玻璃带有青灰、微绿或微黄等颜色。

第32页：水玻璃的组成

水玻璃的组成

图3.9 Na2O-SiO2二元相图由Na2O和SiO2为主组成的多种化合物的水溶液，是非常复杂的混合物。通式可写成Na2O∙mSiO2。当硅酸钠溶于水后，将发生水合和水解作用，所以水玻璃实际上是复杂的Na2O-SiO2-H2O三元系。常用的水玻璃固体含量在30%~60%之间，其余为水。

第33页：水玻璃的特性水玻璃有两个重要参数

水玻璃的特性水玻璃有两个重要参数

——模数和密度，直接影响它的化学和物理性质，也直接影响水玻璃砂的工艺性能。模数代表了SiO2在硅酸钠中所占的比例。硅酸钠中SiO2和Na2O的摩尔分子数的比称为模数，用M来表示，即：(1)模数和硅碱比有些国家直接采用水玻璃中SiO2的质量分数和Na2O的质量分数的比来描述其特性，称之为硅碱比，采用硅碱比，不必求摩尔数，比较方便。

第34页：模数和硅碱比

模数和硅碱比

• 铸造生产中用的水玻璃模数在2.0~3.5，普遍砂型铸造在2.2~2.6。实际生产中，根据环境的变化，可适当调整水玻璃的模数。调整水玻璃的模数就是调整水玻璃溶液中SiO2和Na2O的摩尔比值，可以通过数学计算，调整水玻璃中Na2O的质量分数来调整。
• 要求降低水玻璃模数时，向水玻璃中加入NaOH水溶液（质量分数为10%~20%），以提高其中Na2O的含量，反应式为：【例3-1】NaOH加入量的计算若原水玻璃中SiO2的含量为a%，Na2O含量为b%，设每100g原水玻璃中加入的NaOH量为x克，且处理后的水玻璃模数为M。则的求解x过程如下。

第35页：模数和硅碱比（换算）

模数和硅碱比（换算）

• 模数和硅碱比解：由于每加入2摩尔分子NaOH相当于1摩尔分子Na2O，则：
• 要求提高水玻璃模数时，向水玻璃中加入HCl或NH4Cl水溶液（质量分数为10%），以中和部分Na2O，其反应式为：【例3-2】HCl加入量的计算。在确定HCl的加入量时，先根据原水玻璃模数和要达到的模数，算出需要中和的Na2O的量，再按以上反应式进行计算。

第36页：模数和硅碱比如原水玻璃的模数

模数和硅碱比如原水玻璃的模数

为，其中SiO2相Na2O含量分别为a%和b%，处理后的模数为M，假设处理水玻璃量为100g，设需要中和的Na2O的百分数为x%，则：由于中和1gNa2O需HCl为1.17g。故处理100g水玻璃时，纯HCl加入量y为：

第37页：水分和密度水分是水玻璃的另一要素

水分和密度水分是水玻璃的另一要素

，但是，测定水玻璃中的水分是不太容易的。水玻璃中的水并不都是在100℃就能气化的自由水，其中一部分与硅酸钠形成水合物，还有一部分则束缚在硅胶的网架之间。在125℃烘干，大约还有5%~11%的水不能脱除，这部分水要加热到650℃左右才能脱除。测定密度是简单易行的，由密度也可判定水分，所以通常将密度作为水玻璃的指标之一。图3.10是水玻璃中水分和密度的关系。密度代表了水玻璃中硅酸钠固体物与水的比例。水玻璃密度小，说明其中含硅酸钠量少，而含水量多，故粘度小，粘结力也小。反之，水玻璃密度大，说明水玻璃中硅酸钠固体物多，含水量小，则水玻璃的粘度较大，粘结力好，铸造用的水玻璃密度通常在1.45~1.6之间。

第38页：水分和密度

水分和密度

图3.10水玻璃水分和密度的关系

第39页：模数和密度对水玻璃的影响

模数和密度对水玻璃的影响

图3.11水玻璃模数和固体含量对粘度的影响水玻璃中，SiO2和Na2O的摩尔数比(即模数)不同，固体物含量(即密度)不同，对水玻璃的粘度和状态影响很大。由图3.11可知：在同样固体物含量时，高模数水玻璃粘度大，甚至呈膏状或固态，而低模数水玻璃则粘度小，呈液态。

第40页：模数和密度对水玻璃的影响（续1）

模数和密度对水玻璃的影响（续1）

模数和密度对水玻璃的影响图3.12是水玻璃的模数及浓度对粘度的影响。可看出：浓度一定时，模数越高，粘度越大，而且高模数水玻璃的粘度随浓度增加较低模数水玻璃增加得更快。图上的曲线在模数为4时终止，因为模数大于4时，在各种浓度下溶液都将出现不稳定液体或凝胶。模数过低的水玻璃中将有晶体出现，也不利于铸造应用。图3.12水玻璃模数和浓度对粘度的影响

第41页：水玻璃的结构硅酸钠在水中要发生水解

水玻璃的结构硅酸钠在水中要发生水解

：由于水玻璃中的硅酸钠是多种化合物组成的混合物，并不是单一的Na2O∙SiO2，所以水解的产物可用下式来表示：由于水解平衡强烈地偏向左方，硅酸钠的水解度（即当盐的水解达到平衡时，被水解的盐的分子数与溶解在水中盐的分子总数之比）一般只有1.58%~9.29%。

第42页：水玻璃的结构水解产生的硅酸

水玻璃的结构水解产生的硅酸

，在水玻璃中并不产生沉淀，而是可以在硅酸分子之间发生脱水聚合，在长链和支链上都可聚合，成为双分子，三分子或多分子的聚合体。这个聚合表示如下：

第43页：水玻璃的结构多分子的Si-O键聚合体

水玻璃的结构多分子的Si-O键聚合体

，形成硅酸溶胶，胶粒直径约为1~100×10-6mm。胶粒的中心部分称为胶核，是由硅酸聚合而成的硅酸大分子构成，在它的周围吸附了一层水化的离子，由于静电作用，外面还吸附了一层水化Na+。分布在胶核外面的水化和Na+层构成了吸附层，见图3.13，胶核和吸附层构成了胶粒。在胶粒的外面又松散地吸附着Na+离子，构成扩散层，由胶粒和扩散层构成胶团。由于硅酸溶液的胶粒都带负电，其周围是水化膜，这就阻止了胶粒的聚集结合，故水玻璃中硅酸胶体是十分稳定的。图3.13硅酸胶团示意图

第44页：3.2.3水泥粘结剂

表3-8：下表列出相关数据。

3.2.3水泥粘结剂

其它SO3MgOFe2O3Al2O3SiO2CaO成分微量1~30.1~5.50.5~63~817~2560~70含量表3-8硅酸盐水泥的化学成分（%）水泥由能够凝结、硬化的特性，因而可作为自硬砂的粘结剂。1.水泥的组成硅酸盐水泥（又称波特兰水泥）是水泥中最普通的一种，它是由粘土和石灰石煅烧成熟料，再和其他硅酸盐料及石膏等磨细而成，水泥的化学成分通常以氧化物的百分含量表示，其主要成分见表3-8。硅酸盐水泥的矿物组成：硅酸三钙3CaO∙SiO2(简写为C3S)占37%~60%、硅酸二钙2CaO∙SiO2(简写为C2S)占15%~37%、铝酸三钙3CaO∙Al2O3(简写为C3A)占7%~15%、铁铝酸四钙4CaO∙Al2O3∙Fe2O3(简写为C4AF)占10%~18%。此外，在水泥熟料中一般还含有少量的游离CaO、MgO和其它物质。

说明：本页源表格数据存在粘连，未作切分还原，原文数据如下——3.2.3水泥粘结剂其它SO3MgOFe2O3Al2O3SiO2CaO成分微量1~30.1~5.50.5~63~817~2560~70含量表3-8硅酸盐水泥的化学成分（%）水泥由能够凝结、硬化的特性，因而可作为自硬砂的粘结剂。1.水泥的组成硅酸盐水泥（又称波特兰水泥）是水泥中最普通的一种，它是由粘土和石灰石煅烧成熟料，再和其他硅酸盐料及石膏等磨细而成，水泥的化学成分通常以氧化物的百分含量表示，其主要成分见表3-8。硅酸盐水泥的矿物组成：硅酸三钙3CaO∙SiO2(简写为C3S)占37%~60%、硅酸二钙2CaO∙SiO2(简写为C2S)占15%~37%、铝酸三钙3CaO∙Al2O3(简写为C3A)占7%~15%、铁铝酸四钙4CaO∙Al2O3∙Fe2O3(简写为C4AF)占10%~18%。此外，在水泥熟料中一般还含有少量的游离CaO、MgO和其它物质。

第45页：水泥的组成

水泥的组成

• 硅酸盐水泥分为200、250、300、400、500、600几个标号。
• 根据国家标准，每种标号的水泥都规定有一定的抗压、抗拉强度性能指标（号数愈高，性能指标也愈高）。
• 水泥的标号表示此种水泥按标准规定制成混凝土试样后，经过28天所达到的抗压强度数值。

第46页：水泥的硬化原理

水泥的硬化原理

水泥加水调匀后，即具有可塑性，经过一定时间，由于本身的物理化学变化而逐渐变稠并失去塑性，称为“初凝”。之后，当开始具有强度时称为“终凝”。“终凝”后，强度继续增长，称为硬化。水泥的硬化过程大致分为溶解期、胶化期和结晶期三个阶段。水泥颗粒的表面层和水进行反应生成硅酸盐和铝酸盐的水化物及氢氧化钙等，所生成的硅酸钙水化物是溶于水的，成为凝胶状态。水化反应生成的氢氧化钙最初是溶于水的，但由于熔解度不大，随着Ca(OH)2不断增加而形成Ca(OH)2的饱和溶液。(1)溶解期当溶液饱和后，水泥与水继续作用的水化产物，直接以极细的分散状固体颗粒析出，成为凝胶体。随着反应不断进行，凝胶体逐渐变稠，水泥浆逐渐失去塑性，表现为水泥的凝结，但这时水泥还不具有强度。(2)胶化期

第47页：水泥的硬化原理水泥浆凝结之后

水泥的硬化原理水泥浆凝结之后

，凝胶体中的水泥颗粒未水化部分将继续吸收水分进行水化反应。因此，凝胶体逐渐脱水而紧密；同时氢氧化钙和水化铝酸钙也由胶体状态转变为稳定的结晶状态，析出晶体，并相互交织在一起，填充在凝胶体内，使水泥产生强度。(3)结晶期必须指出：这些反应是相互交错地进行的，不能截然分开。水化反应首先在颗粒表面开始，表面被胶体包围以后，阻碍颗粒继续水化，因而水泥具有初期强度增长较快后期增长缓慢的现象，但只要水泥继续保持在适当的温度和湿度中，仍能继续提高其强度。由于水泥形成凝胶及结晶都比较缓慢，因而整个硬化过程需要持续很长时间，一般发在28天左右整个硬化过程才能完成。如果采用此种水泥作型（芯）砂的粘结剂。铸型、型芯硬化缓慢，不符合生产的需求。

第48页：影响水泥硬化的因素

影响水泥硬化的因素

影响因素包括水泥本身的组成、温度、湿度及附加物等。(1)水泥的矿物组成水泥是由多种不同的矿物组成构成的，合理选择水泥的矿物组成，调整其配比，是控制水泥硬化和强度的灵活方法之一。(2)水泥的粒度水泥的粒度通常以比表面积来表示，即指每克重量的水泥的总面积。面积愈大，与水接触的机会愈多，化学反应愈快，凝结硬化过程快。(3)温度和湿度温度高、湿度大则水化凝结快，反之则慢。低于0℃时，凝结硬化反应基本停止。(4)水泥和水的比又称水灰比，指水泥浆中水泥与水的重量比。加水太多，水灰比偏高，由于水泥不能很快的将水吸收完，胶体不能变稠，因而硬化过程变慢，强度也低。(5)添加剂加入添加剂可改变水泥的凝结硬化过程，该方法便于铸造生产中使用和控制。

第49页：水泥的化学添加剂水泥中常用的添加剂种

水泥的化学添加剂水泥中常用的添加剂种

类很多，但在铸造生产中可分为速凝剂（促硬剂）、缓凝剂和减水剂三类。速凝剂普通水泥水化时，生成难溶的CaSO4，能阻碍反应较迟的硅酸钙进入溶液形成各种硅酸盐水化物。加入速凝剂后，原来水泥中起缓凝作用的CaSO4与速凝剂起化学反应，使溶液中CaSO4浓度下降，于是C3S、C3A等可以迅速地进入溶液，形成水化物而促使水泥快凝。常用的促凝剂如下：①氯化钙：普通水泥中外加0.4%的CaCl2时就能促进水泥凝结，增加加入量，凝结速度也相应加快；加入量提高到12%时，能使普通水泥在4min内凝结，故可作为水泥自硬砂的速凝剂。

第50页：速凝剂——铝酸钠

速凝剂——铝酸钠

速凝剂②铝酸钠：铝酸钠对水泥凝结的影响存在一个最优加入量。试验表明：当加入量介于1.4%~1.6%时，水泥凝结最快，3min内可以凝结。③铝氧熟料为主的复合速凝剂：此种速凝剂作用强烈，加入后，水泥在2min内就可初凝，10min以内达到终凝。加入量为水泥的1.0%~1.5%。④有机盐三乙醇胺：这是一种新型的高效率水泥添加剂。当水泥中加入微量三乙醇胺，就能加速水泥的水化，而且改变水泥的水化生成物。实际生产中，三乙醇胺的使用量为水泥重量的0.01%~0.02%。因这种添加剂的速凝机理和无机盐的速凝机理不同，详细情况还需进一步研究。

第51页：缓凝剂

缓凝剂

缓凝剂当水泥中的快凝组分，如铝酸三钙的快凝作用被抑止时，水泥就不能快凝。缓凝剂品种很多，属无机盐类通常可分为以下列四类。①CaSO4∙H2O、Ca(CrO3)2、CaI2：这一类缓凝剂的作用是能把氧化铝的溶解度降低，引起缓凝作用。②CaCl2，Ca(NO3)2、CaBr2、CaSO4∙(1/2H2O)：这类缓凝剂情况比较特殊，在少量使用时，可以起缓凝作用，使用量大时，则变为速凝剂。③Na2CO3和Na2SiO3：这类添加剂使用量较大，效果非常显著，其特点和第二类相似。④Na2PO4、Na2B4O7、Na3AsO4、Ca(CHCOO)2：这类缓凝剂对水泥的凝结期起很大危害作用，使用过量时，可以无限期推迟水泥的凝结，其作用可能是生成了极不易渗透的表面沉淀物，以致水化不能在任何速度下进行。因此使用这些添加剂的时候，在使用量方面应特别注意。

第52页：缓凝剂

缓凝剂

图3.14各类缓凝剂的缓凝作用以上各种速凝剂和缓凝剂的作用主要是对水泥的凝结期的影响而言的，在选用时，还应注意各种添加剂对水泥强度等方面的影响。此外，有人将不同作用的缓凝剂分为三种类型，其作用见图3.14。第一种（曲线1）的加入量需达到一定值才起缓凝作用，且其作用达一定限度后就不再明显；第二种（曲线2、3）的加入量达一定值后起缓凝作用，但当其作用随加入量增加到一定限度后即趋于下降；第三种（曲线4）的缓凝作用随加入量迅速增加。

第53页：减水剂

减水剂

• 减水剂即属于起分散作用的水泥添加剂。
• 降低水灰比是提高水泥凝结速度和强度的有效方法。但是水灰比降低以后，在工艺上会造成许多不便之处。
• 水泥的颗粒在拌和水中，缺乏粒子静电荷，容易凝聚在一起，形成许多个不易分散的凝聚团。因而水泥水化时，必需具备足够的水量和充分的时间才能把这些成团的凝聚体完全水化。如果在混合时使水泥颗粒分散，使之不结团，从而增加水泥颗粒和水的接触面积，则可减少水化反应所需时间，使水泥浆性能得到改善，有利于提高水泥强度并使水灰比降低。

第54页：减水剂——木质磺酸钙

减水剂——木质磺酸钙

减水剂①木质磺酸钙：它具有强烈的分散作用。当它加入水泥中时，立即电离成木质磺酸阴离子和钙的阳离子，并呈现强烈的离子活性，水泥表面很快的吸附了这些离子，成为带电相，在静电的相斥作用下，使水泥粒子互相分散。②亚甲基双萘磺(NNO)和甲基萘磺酸甲醛缩合物（MF）：它们具有比木质磺酸钙更强的分散作用，能在水泥颗粒表面形成双电层，而使产生分散作用。这类添加剂已普遍使用于普通水泥或特种水泥中，这类减水剂还可和木质磺酸钙复合使用，其效果更为显著。

第55页：3.3有机粘结剂

3.3有机粘结剂

• 粘土、水玻璃和水泥都是无机粘结剂，来源丰富，成本低廉，能满足铸造生产的一般要求
• 但是这些粘结剂也存在一些缺点，如干强度不够高，容让型、出砂性比较差等。因此在制造形状复杂、断面较薄的型芯时很难满足要求，此时就需要采用性能更好的其它粘结剂，而这些粘结剂都是有机粘结剂。植物油粘结剂合脂粘结剂其它憎水有机粘结剂其它亲水有机粘结剂

第56页：3.3.1植物油粘结剂一般不需要加工

3.3.1植物油粘结剂一般不需要加工

，干强度高。它可使型（芯）砂的透气性高、流动性和出砂性好，发气能力低、不沾芯盒、不吸湿等优点，因此长期以来一直是高质量型（芯）砂的主要粘结剂。植物油粘结剂的特点1.植物油粘结剂的组成及种类植物油是油脂的一种，凡是油脂都由三个脂肪酸（R1COOH）分子和一个甘油（C3H5(OH)3）分子构成，它的分子结构和反应式如下：R1、R2、R3代表三个脂肪酸的烃基，它们可以是相同的某一种脂肪酸甘油脂，也可以不同。因为甘油的成分是固定的，所以各种植物油的特性主要决定于脂肪酸的特性。

第57页：植物油粘结剂

植物油粘结剂

• 脂肪酸分为饱和脂肪酸和不饱和脂肪酸两种。
• 饱和脂肪酸中含有饱和的烃基，即烃基之间碳原子都是以单键相连，结构比较稳定，熔点也较高，不易与其它元素发生化学反应；
• 不饱和脂肪酸中含有不饱和烃基，即烃基之间有一个或几个碳原子以双键相连，在一定的条件下，双键很容易被打开，所以化学活泼性较强，容易发生氧化聚合反应。
• 铸造中的植物油主要是由几种不饱和脂肪酸构成的混合甘油脂。我国使用最大的植物油粘结剂是桐油、亚麻油和改性米糠油。亚麻油酸和桐油酸化学式同为C17H29COOH，分子中同样有三个双键，但双键分布位置不同。桐油酸分子中每两个双键之间都隔一个单键呈共轭排列，称为共轭双键；而亚麻油酸中两个双键之间是被两个或两个以上的单键相隔离，称为隔离双键，两者双键分布不同，结构也不同，对硬化特性也有影响。改性米糠油改性处理去处了毛糠蜡、游离脂肪酸和部分饱和脂肪酸，并转变为共轭结构，使之具有与桐油等相似的特性。。

第58页：植物油粘结剂的硬化机理

植物油粘结剂的硬化机理

植物油加热硬化反应的实质一般认为是：通过氧化聚合反应使油类分子从低分子转变为高分子的过程，其硬化过程大致经历以下三个阶段：(1)预热阶段：油中的水分和易挥发物质在加热初期开始挥发；(2)氧化阶段：在加热时，不饱和烃基中的碳原子之间的双键被打开，空气中的氧进入双键部分与碳原子结合成过氧化物；(3)聚合阶段：过氧化物很不稳定，易与含有双键的其它的分子发生聚合。如果生成物中还有双键，则在氧化作用下又转变为过氧化物，然后又与其它含有双键的分子继续进行聚合变成更长的链状结构：

第59页：植物油粘结剂的硬化机理（续1）

植物油粘结剂的硬化机理（续1）

植物油粘结剂的硬化机理经过不断重复地进行氧化和聚合，就使油从低分子化合物逐渐转变成网状的高分子化合物，即由液态逐步变稠，最后变成坚韧的固体。可以得出：植物油硬化反应需具备以下3个条件：①加热是使反应迅速进行的必要条件。但加热的温度不易过高，否则植物油将燃烧和分解；②硬化过程中必须充足地供应氧气。由于在硬化过程中，氧起到“架桥”的作用，所以供氧越充分，硬化反应的速度越大，硬化后强度也越高；③分子中必须含有双键，且双键越多，氧化聚合反应越迅速、越完全。

第60页：植物油粘结剂的硬化机理

植物油粘结剂的硬化机理

此外，植物油中双键的位置对硬化过程也有很大影响，如桐油和亚麻油分子中同样含有三个双键，但桐油分子中的双键属于共轭双键，而亚麻油分子则是隔离双键。共轭双键结构比隔离双键结构更容易进行氧化聚合反应，所以桐油砂烘干时更容易发生硬化。上述硬化反应是植物油粘结剂的典型硬化过程，而改性米糠油粘结剂硬化时，既有聚合反应，又有脱水缩聚反应。

第61页：评价植物油粘结剂的指标

评价植物油粘结剂的指标

• 碘阶是指100g植物油所能吸收的碘的数量（g）。碘价的大小可以衡量植物油不饱和程度的大小，碘价越大表示植物油中不饱和程度越大，含双键越多，硬化特性也越好。
• 根据碘价大小可以将植物油分为干性油（不饱和程度大）、半干性油（不饱和程差）和不干性油（已近饱和）三类。干性油在常温时就可以干结硬化，最适宜作铸造粘结剂；半干性油次之；对于不干性油由于双键数量较少，硬化过程较慢，一般不适于铸造用。
• 一般而言，干性油的碘价大于150，如桐油、亚麻油和苏子油等；半干性油的碘价在100~150之间，如向日葵油、豆油和棉籽油等；不干性油的碘价小于100，如菜籽油、蓖麻油和花生油等。植物油粘结剂的质量通常采用碘价、酸值和皂化值来评价。(1)碘价

第62页：评价植物油粘结剂的指标（续1）

评价植物油粘结剂的指标（续1）

• 评价植物油粘结剂的指标(2)酸值
• 酸值指中和1g植物油中游离脂肪酸所需的氢氧化钾的毫克数，它表征油脂中所含有的游离脂肪酸的数量。
• 酸值越低表示植物油中游离脂肪酸含量越小，油的质量越好，硬结后油膜强度越高。
• 如果植物油长期贮存，受日光、空气和微生物的作用使油氧化和分解，生成难闻气味的酸类混合物，通常叫酸败。酸败后，油的游离脂肪酸含量增加，酸值增大，油的品质变差。(3)皂化值
• 皂化值是指中和1g试料所含全部游离酸和化合酸需用的氢氧化钾毫克数，它表征植物油中游离的脂肪酸和与甘油结合的化合态脂肪酸总量的多少。
• 皂化值表示油的纯度，皂化值越大，说明油中的杂质越少。此外，皂化值还可以表示油的分子量大小，皂化值低表示油的分子量大。

第63页：评价植物油粘结剂的指标（续2）

表3-9：下表列出相关数据。

评价植物油粘结剂的指标（续2）

评价植物油粘结剂的指标表3-9常见植物油的碘价、酸值和皂化值皂化值酸值碘价植物油名称188~1970.5~2.0159~183桐油184~1955.0182~204亚麻油170~1808~1865~85改性米糠油185~1982.25119~144向日葵油186~1952.0114~157豆油191~1981.0100~115棉籽油167~1863.1296~106菜籽油

说明：本页源表格数据存在粘连，未作切分还原，原文数据如下——评价植物油粘结剂的指标表3-9常见植物油的碘价、酸值和皂化值皂化值酸值碘价植物油名称188~1970.5~2.0159~183桐油184~1955.0182~204亚麻油170~1808~1865~85改性米糠油185~1982.25119~144向日葵油186~1952.0114~157豆油191~1981.0100~115棉籽油167~1863.1296~106菜籽油

第64页：植物油砂的烘干工艺

植物油砂的烘干工艺

图3.15烘干温度和时间对植物油粘结砂强度的影响由图3.15可知：烘干温度太低，油的氧化聚合反应进行得不完全，烘干所需的时间较长，油膜不能达到最大强度。提高温度可以加速油的氧化聚合反应而缩短油砂的烘干时间，但烘干温度过高，油膜被分解破坏，使植物油粘结砂的干强度很快下降。根据试验，植物油砂的最佳烘干温度为200~220℃，最高不能超过250℃，烘干时间应根据砂芯的厚度决定。烘干后的冷却速度很重要。若冷却过快，油膜会产生应力而开裂，破坏油膜的完整性而使干强度降低。此外，还放出一氧化碳、丙烯醛等有害气体，低于50~75℃时有害气体才停止放出。因此，植物油砂应随炉冷却，等炉冷到50~75℃时，方可取出。

第65页：粘结剂及附加物对植物油砂性能的影响

粘结剂及附加物对植物油砂性能的影响

图3.16亚麻油加入量对试样干拉强度和比强度的影响(1)粘结剂加入量的影响当加入量较少时，油膜在加热过程中要收缩，有可能产生裂纹，破坏其连续性，使型芯强度降低。当加入量较多时，油膜厚度增加，可防止缩裂，从而增加强度。若继续增加，则在规定的烘干规范内得不到充分地硬化，因而强度增长缓慢，而比强度下降，因此，粘结剂的加入量应有一个最佳值。

第66页：植物油砂性能影响因素（续1）

植物油砂性能影响因素（续1）

粘结剂及附加物对植物油砂性能的影响图3.17亚麻油的粘度对试样抗拉强度的影响(2)粘结剂粘度的影响油类粘结剂的粘度过大和过小均不能保证构成最佳厚度的油膜，而不能得到最好的强度效果。从图3.17中可看出：粘结剂粘度适宜，可得到比加入量多时还要高的强度。由于在生产中测定粘度不便，常改为控制密度。

第67页：植物油砂性能影响因素（续2）

植物油砂性能影响因素（续2）

粘结剂及附加物对植物油砂性能的影响图3.18密度对试样抗拉强度的影响在最佳密度值处，试样的抗拉强度最大。

第68页：植物油砂性能影响因素（续3）

植物油砂性能影响因素（续3）

• 粘结剂及附加物对植物油砂性能的影响(3)附加粘结剂和水的影响用植物油粘结剂配制的型（芯）砂湿强度很小，因此，一般加入某些附加物，如水、粘土、糊精等来提高其湿强度。
• 植物油砂中加水，可以改善湿强度。据测定，每加入l%的水，就相当于损失0.25%的油。这是因为油和水同时存在的情况下，石英砂首先选择被水润湿，并在砂粒表面形成一层水膜，而油浮在水膜外。烘干时水分蒸发，冲破油膜，破坏了油膜的连续性，使强度降低。加水还使油砂易粘芯盒，故生产上不用单独加水来提高湿强度。
• 植物油砂中加入少量的糊精和适量的水，不仅明显提高湿强度，还可提高干强度，增加表面强度，改善容让性和出砂性。
• 植物油砂中加入粘上，同时加入少量水分，能明显地提高湿强度，如图3.19。砂中加入粘土，使颗粒之间接触面积增大，增加了颗粒间的附着力，同时粘土被水润湿后，能发挥出湿态粘结力。但粘土颗粒细

第69页：植物油砂性能影响因素（续4）

植物油砂性能影响因素（续4）

粘结剂及附加物对植物油砂性能的影响图3.19粘土加入量对油类粘结砂性能的影响小，表面积大，要消耗掉一部分油。另外，粘土中含有碱性金属氧化物，能与粘土起皂化作用，也要消耗掉一部分油。大约每加入1%粘土相当于损失0.15%~0.25%的油。砂中加粘土虽可提高湿强度，但降低干强度，同时也使透气性、流动性和出砂性相应降低。

第70页：3.3.2合脂粘结剂

3.3.2合脂粘结剂

合脂也是一种干强度比较高的有机粘结剂，许多工艺性能与植物油相近，来源丰富，成本低廉，因而在许多工厂的型芯车间被广泛使用。合脂是“合成脂肪酸蒸馏残渣”的简称。合脂的制取过程也就是合成脂肪酸的生产过程，即以石蜡（主要成分为C20—C30的烷烃）为原料，经过氧化和皂化分离，真空蒸馏出中碳（C10—C20）的脂肪酸产品后，即得到所需的残渣。

第71页：合脂粘结剂的组成及稀释溶剂

合脂粘结剂的组成及稀释溶剂

①不溶物：常温下是一种黑色粘度很大的粘稠物质，主要含有羟基酸（即分子中既含有羧基—COOH，又含有羟基OH的有机化合物，也叫醇酸）及其它分子量较大的缩聚物（羟基酸与羟基酸或羟基酸与脂肪酸形成的酸类）。不溶物加热时很快硬化，具有相当高的强度，是合脂中起粘结硬化作用的主要组成部分；②脂肪酸混合物：主要含有高碳脂肪酸和某些脂类；③不皂化物：主要是中性氧化物和少量的未氧化石蜡等。脂肪酸和不皂化物在常温时都是膏状物，加热也能硬化，但硬化温度比不溶物高，硬化时间长且强度低，特别是不皂化物强度最低。合脂的组成比较复杂，很难精确分离，根据合脂各组分在不同溶液中的溶解和皂化特性可以粗略地认为合脂是由下列三种物质组成。

第72页：合脂粘结剂的组成

表3-10：下表列出相关数据。

合脂粘结剂的组成

合脂中各组成的含量与所用石蜡原料有很大关系。我国生产合脂所用的石蜡有两种，一种是熔点较低（30~44℃）的石蜡，也叫软蜡；另一种是熔点较高（52℃以上）的石蜡，也叫硬蜡。用两种原料制取的合脂的组成和特性有很大不同，见表3-10。从表中可以看出，低熔点蜡合脂比高熔点蜡合脂羟基含量多，强度高，因此作为铸造用应尽量选用低熔点蜡合脂。表3-10不同熔点石蜡制取的合脂的组成和特性物理性能主要组成（%）名称干拉强度(×105Pa)粘度(30℃)(s)不皂化物脂肪酸羟基酸17.950~8025.9549.9325.23低熔点蜡合脂11.615~3058.132.289.0高熔点蜡合脂

说明：本页源表格数据存在粘连，未作切分还原，原文数据如下——合脂粘结剂的组成合脂中各组成的含量与所用石蜡原料有很大关系。我国生产合脂所用的石蜡有两种，一种是熔点较低（30~44℃）的石蜡，也叫软蜡；另一种是熔点较高（52℃以上）的石蜡，也叫硬蜡。用两种原料制取的合脂的组成和特性有很大不同，见表3-10。从表中可以看出，低熔点蜡合脂比高熔点蜡合脂羟基含量多，强度高，因此作为铸造用应尽量选用低熔点蜡合脂。表3-10不同熔点石蜡制取的合脂的组成和特性物理性能主要组成（%）名称干拉强度(×105Pa)粘度(30℃)(s)不皂化物脂肪酸羟基酸17.950~8025.9549.9325.23低熔点蜡合脂11.615~3058.132.289.0高熔点蜡合脂

第73页：合脂粘结剂的稀释溶剂

合脂粘结剂的稀释溶剂

第74页：合脂粘结剂的硬化机理

合脂粘结剂的硬化机理

合脂的硬化也是属于化学硬化，本质上也是由低分子化合物转变成高分子化合物的过程。但合脂组成复杂，其加热硬化反应也很复杂，至今尚未完全弄清。一般认为：合脂的硬化过程中不仅有脂肪酸氧化聚合反应，而且还有不溶物中的羟基酸进行的缩聚反应。根据有机化学的原理，一个羟基酸分子中的羟基和羧基可以分别与另一分子的羧基和羟基互相进行缩聚反应，其生成物在化学上称为交脂，其反应可举例如下：

第75页：合脂粘结剂的硬化机理（续1）

合脂粘结剂的硬化机理（续1）

• 合脂粘结剂的硬化机理
• 反应式中两个羟基酸中的羟基和羧基还可以与其它羟基酸中的羧基和羟基继续进行脱水聚合反应，结果生成长链状的聚合物。
• 合脂在加热中还会发生羟基酸和脂肪酸分子的脱水缩聚反应。

第76页：合脂粘结剂的硬化机理（续2）

合脂粘结剂的硬化机理（续2）

• 合脂粘结剂的硬化机理
• 此外，由于羟基酸在加热过程中还会因脱水形成不饱和酸，继续加热时不饱和脂肪酸又发生氧化聚合反应。
• 总之，通过上述几种缩聚反应和氧化聚合反应的连续进行，使合脂的分子量逐步增大，生成复杂的网状结构的聚合物，并且在加热过程中，合脂粘结剂中的溶剂和分子量较低的产物不断挥发，使合脂逐步变稠，最后形成坚韧的固体。虽然合脂的硬化过程中，有不饱和脂肪酸的氧化聚合反应，但在硬化过程中，特别是加热烘干的后期，主要是羟基酸的缩聚反应。所以，尽管合脂的碘值并不高（40~50），但可以和植物油一样硬化并达到相当高的强度，这是合脂与植物油硬化过程的不同之处。

第77页：评价合脂粘结剂的指标

评价合脂粘结剂的指标

• 由于合脂的硬化作用主要是依靠羟基酸，因此羟基酸含量的多少是合脂的一项重要指标。但是，目前尚没有测定羟基酸的简便方法，因此，生产上采用酸值间接地表示。合脂的酸值不宜过高，否则合脂中脂肪酸含量多，相对地羟基酸就减少。
• 粘度是合脂粘结剂的又一个重要指标，测定合脂的粘度是采用锥体形漏斗粘度计，漏斗容量100mL，漏嘴直径6mm。粘度值是用100mL粘结剂通过漏嘴的时间（s）来表示。
• 有时对合脂也测定皂化值和碘价，但都不作为质量指标。

第78页：合脂砂的烘干工艺

合脂砂的烘干工艺

图3.21合脂砂烘干温度和烘干时间对干强度的影响合脂砂的烘干温范围比油砂宽些，可以在180~240℃之间，但最适宜的烘干温度仍然是在200~240℃之间，温度太低烘干时间要延长；温度过高也易过烧，这与油砂相似，图3.21给出了合脂砂烘干温度和烘干时间对干强度的影响。烘干时间主要与型芯大小、厚薄、合脂加入量和选择的烘干温度有关，一般为2~3h。但如果采用溶剂油稀释的合脂，则烘干时间可缩短些。

第79页：烘干的合脂砂型

烘干的合脂砂型

（芯）在热态时强度不高。因此，要对合脂芯充分冷却后才能使干强度达到最高值。此外，如果采用电炉烘干合脂砂型（芯），要注意加强排烟设施，使烘干过程中挥发出来的大量轻油及时散失，否则有燃烧爆炸的危险。用煤油稀释的合脂，因煤油中含有温度较高的馏分，故较大的型芯出炉后冷却比较缓慢，温度较高，仍有冒烟现象，应注意通风和排烟。采用房间式电阻烘干炉，炉内温度分布均匀，便于控制，效率高，型芯烘干质量比较好，且铸铁电热元件成本低而耐用。合脂砂的烘干工艺

第80页：图3.22合脂加入量对干拉强度的影响

图3.22合脂加入量对干拉强度的影响

(1)合脂加入量的影响合脂加入量对合脂砂干强度影响与油砂相似，见图3.22。合脂加入量超过一定限度后，干强度即增加甚微。所以，合脂加入量也不宜过多，否则，不仅使芯砂发气量增加，而且还会使合脂砂许多性能恶化，如粘膜严重、蠕变增加、出砂性变差等。但因合脂粘度比桐油大，分布在砂粒表面的粘结剂膜比较厚，所以合脂加入量应比油砂稍多。实际上确定合脂加入量时，还要根据原砂含泥量，颗粒特性以及是否加入其它附加物而定。5.粘结剂及附加物对合脂砂性能的影响

第81页：粘结剂及附加物对合脂砂性能的影响

粘结剂及附加物对合脂砂性能的影响

(2)合脂粘度的影响合脂粘度对合脂砂的性能有很大影响，其粘度主要决定于溶剂加入量，生产上常用合脂和溶剂的重量比——稀释比表示。为了方便，通常将合脂量固定为10，如稀释比为10:5，即表示10g合脂中加入5g溶剂。保持合脂粘结剂总量不变，改变稀释比时，合脂和合脂砂的性能变化分别见图3.23和图3.24。

第82页：粘结剂及附加物对合脂砂性能的影响（续1）

粘结剂及附加物对合脂砂性能的影响（续1）

粘结剂及附加物对合脂砂性能的影响图3.23稀释比对合脂物理性能的影响图3.24稀释比对合脂砂性能的影响

第83页：粘结剂及附加物对合脂砂性能的影响（续2）

粘结剂及附加物对合脂砂性能的影响（续2）

粘结剂及附加物对合脂砂性能的影响由图3.23和图3.24可以看出：合脂稀释比越大，合脂粘度越低，表面张力也越小，合脂砂湿压强度也越低，而干拉强度则开始有些增加，当稀释比超过10:8以后又降抵。这是因为适当降低粘度有助于合脂粘结剂在砂粒表面分布更均匀，并有利于羟基酸的缩聚，充分发挥粘结作用。但当粘度过低，稀释比超过10:8以后，由于溶剂过量，合脂量相对减少，大量溶剂在烘干过程中挥发，会影响粘结剂薄膜的连续性，所以干拉强度下降。合脂稀释比增加，粘度降低，可改善合脂砂的流动性，但因溶剂量较多，更容易粘附芯盒。一般合脂的稀释比控制在10:8~10:10比较适宜。但选择稀释比和合脂原来的粘度是与温度有关的，所以生产上最终以控制合脂粘度为标准，一般控制在40~60s（N-6粘度计）。

第84页：粘结剂及附加物对合脂砂性能的影响（续2）

粘结剂及附加物对合脂砂性能的影响（续2）

粘结剂及附加物对合脂砂性能的影响(3)附加粘结剂和水的影响由于合脂砂的湿强度很低，蠕变性又很大，所以实际应用时，大多加入粘土、糊精、纸浆废液等水溶性粘结剂及适量的水，以提高湿强度。粘土对合脂砂性能的影响与粘土的种类有关。粘土粘结力愈强，湿强度提高愈显著，干强度降低也愈多，但每加1%的粘土，干强度要降低10~15%，右图是单纯加粘土时对合脂砂湿压强度和干拉强度的影响。

第85页：粘结剂及附加物对合脂砂性能的影响（续3）

粘结剂及附加物对合脂砂性能的影响（续3）

粘结剂及附加物对合脂砂性能的影响实践表明：糊精和纸浆废液对合脂砂湿压强度和干拉强度的影响基本相似，见图3.26。若单独使用粘土、糊精或纸浆废液，效果都不佳，但如果把粘土、糊精和纸浆废液等配合使用，不仅可以改善湿强度，还可以提高干强度。图3.26糊精（纸浆废液）加入量对合脂砂性能的影响

第86页：粘结剂及附加物对合脂砂性能的影响（续4）

粘结剂及附加物对合脂砂性能的影响（续4）

粘结剂及附加物对合脂砂性能的影响图3.27水分对加各种附加粘结剂的合脂砂性能的影响合脂砂中加水对性能的影响与油砂中加水的情况基本类似，其影响与是否加其它粘结剂有关。当不加其它粘结剂材料时，在合脂砂中单加水会使干强度急剧降低。大约每加1%水，干强度下降约15%，但对湿强度的影响并不显著；当加粘土和糊精时，加入适量水能提高干强度，但水分过多又会使干强度降低；当加入粘土和纸浆废液时，随水分增加干强度一直下降，见图3.27。此外，合脂砂中增加水分会严重粘芯盒。因为水能润湿芯盒及砂粒，使它们之间的附着力增加，因此，合脂砂中加水量必须严加控制。

第87页：乳化合脂合脂粘结剂多用煤油稀释

乳化合脂合脂粘结剂多用煤油稀释

，要消耗大量煤油，而且煤油只作为溶剂以降低合脂的粘度，并不能起粘结作用，此外，煤油对人的皮肤有害，因此生产上常将合脂制成乳浊液使用。配比为：原合脂:水:荷性钠=1:(1~1.3):(0.26~0.35)。配制时，先将固体荷性钠溶解到一部分水中，再按配方加入原合脂和其余的水，然后一起加热，搅拌（也可按配方先将荷性钠溶于水，再把碱水和原合脂分别加热到90~100℃，再将碱水慢慢倒入合脂中，并不断搅拌），直到合脂变成不能拉丝，没有黑点的稀糊状，表面有气泡和冒出白烟，这时表明合脂已经完全乳化。

第88页：3.3.3其它有机粘结剂在铸造生产中

3.3.3其它有机粘结剂在铸造生产中

，还有一些有机粘结剂常被使用，这些有机粘结剂有的难溶于水，称为憎水粘结剂；有的易溶于水，称为亲水粘结剂。

第89页：憎水有机粘结剂——渣油

憎水有机粘结剂——渣油

• 渣油主要由各种碳氢化合物及氧、硫、氮等衍生物的混合物组成。根据碳氢比值和分子量的不同，一般分为：油质、胶质和沥青质。
• 油质是渣油中最低分子化合物，分子量为300~500，加热会部分挥发。
• 胶质为深褐色的半固体物质，分子量为600~800，带有光泽，富有延性和胶粘性，加热时不挥发。
• 沥青质为暗黑色的固体物质，分子量到1000~6000或更高。渣油中还包含少量的碳青质和半焦油质，总量不超过1%。
• 渣油外观为黑褐色、无光泽的膏状物，使用时需加稀释剂及催化剂。采用裂化柴油作稀释剂，加入量为渣油的1/2。
• 原渣油加入量一般为3%~5%，湿压强度为17~15kPa，干拉强度为900~1200kPa。渣油型芯在浇注时没有特殊气味，发气性较油类粘结砂小。但渣油型芯烘干后较脆，容易碰坏和断裂，并且烘干温度较高，约240~260℃，烘干时间也较长。

第90页：憎水有机粘结剂——沥青

憎水有机粘结剂——沥青

• 沥青有石油沥青、煤焦沥青、泥煤沥青和木沥青等。目前，应用较多的是石油沥青。
• 石油沥青是石油在提炼过程中的减压渣油经氧化加工得到的产品。根据氧化程度的不同，通常将石油沥青分为两种：软化点高于55℃的叫硬沥青，软化点低于55℃的叫软沥青。铸造上用的沥青软化点在45~60℃，多数为软沥青。石油沥青的成分与渣油相似，主要也含有沥青质、油质和胶质。
• 沥青可以粉状物使用，也可以溶于溶剂中制成乳化液使用。生产上常在沥青乳化液中加入粘土和纸浆废液，以改善性能。
• 乳化石油沥青的配置方法是：先将纸浆废液、水、粘土搅拌均匀，并加热到60℃左右，然后将加热到120℃左右石油沥青慢慢加入纸浆废液和粘土的混合液中，并不断搅拌15~20min，待沥青均匀地分散在水溶液中，即可得到均匀墨色膏状的乳化石油沥青粘结剂。
• 乳化石油沥青粘结剂的加入量一般为7%左右，用沥青粘结剂制成的型（芯）砂在250~280℃下烘干，这种砂在高温下强度下降缓慢，可用于较复杂型芯（如四柱暖气片）上代替油类粘结剂。

第91页：憎水有机粘结剂——松香和塔油

憎水有机粘结剂——松香和塔油

• 松香是针叶松树的天然树脂经过加工处理后的产物，呈黄褐色，粉碎后呈黄白色，密度为1.07~1.09g/cm3，熔点为110~135℃，在空气中会自动氧化。
• 松香均以粉状加水配成型芯砂，烘干温度为160~180℃，干后不吸湿，容让性好。一般加入量为3%~5%，水为7%左右。但是，因其比强度小，所以很少单独使用，而是与其它粘结剂材料配合和使用。
• 塔油粘结剂也是植物油的代用品，它是造纸工业的副产品，是经蒸馏、脂化稀释和处理之后得到的黑褐色油状液体。塔油粘结剂的加入量为4%左右，用塔油粘结剂配制的型（芯）砂的烘干温度为210~230℃。

第92页：亲水有机粘结剂——纸浆废液

亲水有机粘结剂——纸浆废液

• 纸浆废液粘结剂是造纸工业的副产品，是木材经亚硫酸盐（如Ca(HSO3)2、Mg(HSO3)2等）处理，得到木质纤维后的废液，其中含有一些木质素树脂、醣分及氧化镁、氧化钙等。将这种废液蒸发浓缩到密度为1.25~1.3g/cm3，含水约44%即可作粘结剂使用，称之为亚硫酸盐纸浆废液。由于其中含有醣分，发酵后可提取酒精，最后的废液称为亚硫酸盐酒精废液。作为粘结剂，两者的作用相同，一般统称为纸浆废液，均为粘稠的黑褐色液体。
• 用纸浆废液制芯的混合料称为纸浆砂，它的比强度一般很小，吸湿性大，因此很少单独使用。当加入粘土后可使强度提高2~3倍。由于纸浆废液来源广，成本低，是很好的乳化剂，多与其他粘结剂配合使用，烘干温度为160~180℃。

第93页：亲水有机粘结剂——糖浆和糊精

亲水有机粘结剂——糖浆和糊精

• 糖浆是制糖工业的副产品，为暗褐色的胶状液体，其中含糖量45%~50%，含糖量越高，则粘结力越大。温度高，糖浆易发酵变质，而使粘结能力大为降低，因此，经常加入防腐剂（如福尔马林），以防发酵。与纸浆废液相同，糖浆也很少单独使用，常加入一定量的粘土。糖浆常作涂料的粘结剂，以提高型芯表面强度，烘干温度为150~180℃，用其制成的型芯容让性好，但强度差。
• 糊精是由玉米粉或马铃薯粉与稀盐酸或硝酸混合加热制成，呈黄色或白色，分子式为C6H10O5。糊精砂的烘干温度为160~180℃，烘干后型芯易吸潮。糊精一般不单独使用，作为附加材料加入型芯砂中，以提高湿强度。

第94页：亲水有机粘结剂

亲水有机粘结剂

——羧甲基纤维素钠羧甲基纤维素钠是无毒、无味、无臭的白色或淡黄色粉末，易溶于水，水溶液粘稠，呈弱碱性，是较好的糖浆代用品。在水基涂料中，羧甲基纤维素钠是良好的悬浮稳定剂和粘结剂。制取羧甲基纤维素钠的基本过程是：先将纤维素置NaOH溶液中浸泡，得到碱纤维素，即：再将碱纤维素用氯醋酸醚化，并在醚化过程中加入NaOH，即得到羧甲基纤维素钠。式中n——聚合度；x——取代度。

第95页：亲水有机粘结剂——羧甲基纤维素钠

亲水有机粘结剂——羧甲基纤维素钠

• 聚合度n是分子的链节数。聚合度越高，则水溶液的粘度越高，通常按此特点将CMC区分为低粘度、中粘度和高粘度三种。通常我们说CMC的粘度，是其2%的水溶液的粘度。粘度在0.3Pa.s以下者为低粘度，0.3~0.8Pa.s者为中粘度，0.8Pa.s以上者为高粘度。涂料中使用的，以中粘度CMC为宜。
• 取代度x是纤维素链节中三个羟基（—OH）中的氢被钠羧甲基钠（—CH2COONa）取代的程度。由于羧钠基钠（—COONa）是亲水的，取代度越大，则CMC的水溶性越好。取代度小于0.3的CMC不溶于水，小于0.5者难溶。一般取代度在0.6~0.85之间。

第96页：亲水有机粘结剂——聚乙烯醇

亲水有机粘结剂——聚乙烯醇

• 聚乙烯醇是一种合成高分子化合物，无毒无味，能溶于水，外观呈黄色或白色粉末状。
• 聚乙烯醇粘结剂用于普通砂芯时，常以10%左右的水溶液形式加入，加入量为4%~6%，烘干温度约170℃左右，抗拉强度可达1.2~1.4MPa，发气量低出砂性好。但单纯的聚乙烯醇芯砂的湿强度较低，可以通过加少量石膏来改善。
• 聚乙烯醇还可以直接用水浸泡溶解制成聚乙烯水溶液，可作为热芯盒树脂砂的粘结剂。

第97页：3.4有机粘结剂的选用

3.4有机粘结剂的选用

• 原则型芯的分级由于铸造生产条件各有不同且各种铸件的型芯大小和复杂程度差别很大，因而对粘结剂的要求也不完全相同。为了便于正确选用粘结剂，常根据型芯特点分为五个级别。
• I级型芯：外形复杂，断面细薄，全部表面几乎都与金属接触，只有少数的小芯头，且在铸型内形成不加工的内腔，并对内腔表面粗糙度要求很高的型芯。此级型芯砂应具有特别高的干强度、高温强度、透气性、出砂性、耐火度及防粘砂性。
• II级型芯：外形复杂，主体部分断面较厚，但有非常细薄的凸缘、棱角或横堤，与金属按触面积大，芯头比I级的大，在重要铸件中构成表面粗糙度要求很高、部分或完全不加工的内腔的型芯。此级型砂的干强度、高温强度、耐火度、防粘砂性、出砂性和透气性要求都高，并对湿强度有一定的要求。

第98页：型芯的分级

型芯的分级

• III级型芯：一般复杂程度，没有特别细薄的断面，但也在铸件中构成重要的不加工表面的各种中央砂芯属于此级；受到冲刷的型芯以及大铸件靠近浇口处的型芯属于此级；一些复杂的外廓砂芯也属于此级。这些型芯烘干后都正具有适宜的干强度和较高的表面强度。Ⅲ级型芯的特点是体积较大，湿强度比I、II级的高，而不需要很高的干强度。
• IV级型芯：外形不复杂，在铸件中构成还要机械加工的内腔，或虽不加工但对内腔粗糙度无特殊要求的型芯属于此级；一般复杂程度和中等复杂程度的外廓型芯也属此级。这些型芯在表面强度足够的条件下，需有适当的干强度和较高的湿强度。
• V级型芯：在大型铸件中构成很大的内腔的型芯属于此级。这些型芯在浇注过程中只能热透很少一层，因此，型芯中如有有机粘结剂就不能完全燃烧和分解，而使出砂性很差。此类型芯应有很高的退让性。

第99页：3.4.2有机粘结剂的选用

表3-13：下表列出相关数据。

3.4.2有机粘结剂的选用

表3-13各级型芯的特点和使用的粘结剂

说明：本页源表格数据存在粘连，未作切分还原，原文数据如下——3.4.2有机粘结剂的选用表3-13各级型芯的特点和使用的粘结剂

第100页：有机粘结剂的选用

有机粘结剂的选用

从表中可看出级别不同的型芯，使用的粘结剂种类也不同。但是同样的型芯，各地所使用的粘结剂并不一定相同，这是因为在实际生产中选择粘结材料，还要考虑生产特点、材料来源和生产组织管理等因素。通常选择粘结剂应考虑下列因素。(1)型芯特点：一般I、II级型芯，选用比强度高的粘结剂。因为粘结剂比强度高，不仅可以提高芯砂强度，还可以在满足强度要求下，减少粘结剂用量，降低芯砂的发气量。对于IV、V级型芯，由于型芯体积大、粘结剂消耗量多，且用粘土砂、水玻璃砂即可满足性能要求，对这类型芯一般不使用有机粘绪剂。(2)生产条件：在大批大量生产的条件下，要提高制芯效率，而且常要求型芯具有高的尺寸精度。在这种条件下采用热芯、壳芯法制芯的工艺，除个别I级型芯外常都选用树脂类粘结剂；某些批量不大，但产量大的车间也可采用有机自硬砂，选用常温自硬树脂类粘结剂。(3)材料的来源和成本：各地区材料供应不同，选择粘结剂还要因地制宜，并注意降低成本。

第101页：本章小结

本章小结

• 】
• 粘结剂的粘结作用是制造形式各样铸型（芯）的必要条件，其分类方法很多，根据化学组成可分为无机类粘结剂和有机类粘结剂。无机粘结剂包括粘土、水玻璃和水泥等；有机粘结剂包括植物油、合脂、渣油、纸浆废液等。
• 粘土是最为常用的粘结剂，它分为膨润土和耐火粘土两种。膨润土的主要矿物成分是蒙脱石，耐火粘土的主要矿物成分是高岭石，蒙脱石和高岭石的晶体结构决定了膨润土的吸水膨胀性和粘结能力高于耐火粘土。
• 粘土溶于水后，将显示出胶体特性和粘结性，将砂粒粘结在一起。根据膨润土所吸附的阳离子种类不同，可分为钠基膨润土和钙基膨润土。由于钠基膨润土的性能优于钙基膨润土，因此，对要求较高的场合，一般进行钙基膨润土的活化处理。

第102页：本章小结

本章小结

• 】
• 水玻璃是由Na2O和SiO2为主要组成的多种化合物的水溶液，通常用模数和密度和表征水玻璃的物理和化学性质。铸造生产中用的水玻璃模数通常在2~3.5之间，密度通常在1.45~1.6之间。
• 水泥的化学成分通常以氧化物的百分含量表示，主要含有硅酸三钙、硅酸二钙和铝酸三钙。水泥的硬化过程大致分为溶解期、胶化期和结晶期三个阶段，其硬化过程主要受化学添加剂的影响，此外，还受矿物组成、粒度、湿度和温度的影响。化学添加剂可分为速凝剂、缓凝剂和减水剂三类。
• 植物油粘结剂是应用较早的有机粘结剂，其硬化的过程即为氧化聚合的过程。一般采用碘价、酸值和皂化值来评价植物油粘结剂的优劣。植物油砂的最佳烘干温度一般为200~220℃，烘干时间应根据砂芯的厚度决定。植物油砂的性能受粘结剂加入量、粘度及其他附加粘结剂的影响。

第103页：本章小结

本章小结

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• 与植物油粘结剂不同，合脂粘结剂的硬化过程是缩聚的过程。一般采用酸值和粘度来表征合脂的优劣。合脂砂的最佳烘干温度在200~240℃之间，但要注意排烟。
• 除植物油粘结剂和合脂粘结剂外，渣油、纸浆废液、糖浆、糊精等有机粘结剂也得到了一定的应用。
• 为了正确的选用粘结剂，通常按型芯的特点将其分为五级。从I级到V级，铸件的复杂程度逐渐降低，对粘结剂的要求也逐渐降低。

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