纤维增强石膏型壳强度的方法技术

本发明专利技术公开纤维增强石膏型壳强度的方法，包括如下步骤：(1)混料：将石膏粉和莫来石粉混合均匀，得混合料；(2)掺混：掺入纤维，搅拌所述混合料使纤维分散均匀，加入占所述混合料质量45.0‑50.0wt％的蒸馏水，在型砂搅拌机上进行搅拌制浆，得混合料浆；(3)制样：将所述混合料浆倒入模具中，刮平模具上表面，静置，脱模取样；(4)称重：取样后使用电子天平对试样称重并记录；(5)干燥：在空气中静置干燥；(6)焙烧：使用箱式电阻加热炉对干燥的试样进行焙烧，焙烧后冷却至室温，所得物即为纤维增强石膏型壳。本发明专利技术所得到的石膏型壳试样的常温抗弯强度和抗拉强度比较高，焙烧后的抗弯强度和抗拉强度增强幅度较小。

Strength of fiber reinforced gypsum shell

The invention discloses a method for fiber reinforced gypsum shell strength, which comprises the following steps: (1) mixing gypsum powder and mullite powder evenly to obtain the mixture; (2) mixing: mixing fiber, mixing the mixture to make the fiber disperse evenly, adding distilled water accounting for 45.0 50.0wt% of the mixture quality, in the sand mixer. Mixed slurry can be obtained by mixing and pulping on the top of the mould; (3) Sampling: pouring the mixture slurry into the mould, scraping the upper surface of the mould, stationary and demoulding sampling; (4) Weighing: weighing and recording the sample with electronic balance after sampling; (5) drying: stationary drying in the air; (6) roasting: drying with box resistance heating furnace. The samples were roasted, roasted and cooled to room temperature, and the resultant was fiber reinforced gypsum shell. The gypsum shell sample obtained by the invention has high flexural strength and tensile strength at room temperature, and small enhancement range of flexural strength and tensile strength after calcination.

【技术实现步骤摘要】
纤维增强石膏型壳强度的方法
本专利技术涉及型壳制备方法。更具体地，涉及纤维增强石膏型壳强度的方法。
技术介绍
熔模铸造产业规模随着航空市场需求的增加不断扩大，大部分产品为具有高附加值的铝合金铸件，例如：航空发动机整体机匣等。此背景下，对石膏型壳的性能提出更高的要求。特别是在生产结构复杂、尺寸较大的薄壁铝合金铸件时，对石膏型壳的常温强度及焙烧强度及透气性的要求更高。石膏型壳强度不足，运输过程中易破损；石膏型壳强度过高，则不利于浇注后铸件表面的清理；透气性不佳，则铸件易产生针孔等缺陷。因此，在兼顾透气性的前提下提高石膏型壳的强度是获得高质量铸件的基础。近年来，建筑行业应用纤维增强工艺制备水泥基、混凝土基复合材料逐渐成为研究热点。有文献报道，水泥、混凝土以及建筑石膏等材料中掺入不同种类纤维后，无序大量的纤维分布于复合材料基体中，可以有效抑制裂纹的产生及扩展，进而能够明显改善其脆性较大的缺陷，对石膏型壳的增强而言，这些技术成果值得借鉴和吸收。聚丙烯纤维弹性好，强度较高，同时其熔点较低(65～173℃)，经过高温焙烧后，纤维烧尽的同时在基体上形成孔洞，能够改善型壳的透气性。另外，聚丙烯纤维应用广泛，成本低廉，是目前复合材料中常用的增强用纤维。因此，用聚丙纤维作为石膏型壳的增强纤维是首选。但是，聚丙烯纤维的长度、直径、掺混方法、改性处理等因素如何影响熔模铸造石膏型的增强以及增强理论的相关研究却比较少见。
技术实现思路
本专利技术的一个目的在于提供一种常温强度高、焙烧后强度较低的纤维增强石膏型壳强度的方法。为达到上述目的，本专利技术采用下述技术方案：纤维增强石膏型壳强度的方法，包括如下步骤：(1)混料：将石膏粉和莫来石粉混合均匀，得混合料；(2)掺混：掺入纤维，搅拌所述混合料使纤维分散均匀，加入占所述混合料质量45.0-50.0wt％的蒸馏水，在型砂搅拌机上进行搅拌制浆，得混合料浆；(3)制样：将所述混合料浆倒入模具中，刮平模具上表面，静置，脱模取样；(4)称重：取样后使用电子天平对试样称重并记录；(5)干燥：在空气中静置干燥；(6)焙烧：使用箱式电阻加热炉对干燥的试样进行焙烧，焙烧后冷却至室温，所得物即为纤维增强石膏型壳。上述纤维增强石膏型壳强度的方法，在所述步骤(1)中，所述石膏粉和所述莫来石粉的质量比为(2-4)：(6-8)；在所述步骤(2)中，所述型砂搅拌机的转速为120r/min，搅拌时间为2min；在所述步骤(3)中，静置时间为1h-2h；在步骤(5)中，静置干燥时间为24h。上述纤维增强石膏型壳强度的方法，在所述步骤(1)中，所述莫来石粉为市购莫来石粉或对市购莫来石粉进行改性得到的改性莫来石粉；改性莫来石粉的制备方法为：将莫来石粉、二甲亚砜和N-甲基吡咯烷酮按照质量比为100：(10-20)：(5-15)混合后进行球磨，球磨频率为10-12Hz，球磨时间为20-120min；然后在500-600℃下煅烧2-3h，冷却至室温，研磨成粉末；接着再加入固体粉末质量10-20％的山梨糖醇和甘油进行球磨，山梨糖醇和甘油的质量比1:(5-10)，球磨时间为30-40min，球磨频率为8-10Hz，烘干，粉碎并过300目筛，所得粉末即为改性莫来石粉。上述纤维增强石膏型壳强度的方法，在所述步骤(1)混料之前，先对石膏粉和莫来石粉进行球磨，球磨时加入球磨溶剂，所述球磨溶剂为醚类、烷类和腈类一种或多种混合溶剂；所述球磨频率为8-12Hz，球磨时间为正转时间为2-15min，球磨反转时间为2-15min；球磨后烘干至球磨溶剂完全挥发。上述纤维增强石膏型壳强度的方法，所述球磨溶剂为石油醚，或氯仿，或乙腈，或石油醚与氯仿体积比为3:1的混合溶剂，或氯仿与乙腈体积比为1:2的混合溶剂，或石油醚、氯仿和乙腈体积比为3:1:2的混合溶剂，所述球磨溶剂的加入量为每克石膏粉和莫来石粉混合物加入2-3mL。上述纤维增强石膏型壳强度的方法，在所述步骤(1)中，所述纤维为玻璃纤维、短切聚丙烯纤维和硅酸铝纤维中的一种或多种。上述纤维增强石膏型壳强度的方法，所述纤维的长度为4-6mm；所述纤维的掺入质量为所述石膏粉和莫来石粉的混合料质量的0.05～0.50wt％。上述纤维增强石膏型壳强度的方法，所述聚丙烯纤维为市购聚丙烯纤维或改性聚丙烯纤维；所述改性聚丙烯纤维的制备方法为：将聚丙烯纤维置于N，N-二甲基乙酰胺和乙醇按照体积比为(8-5):1组成的混合溶液中，加热至100-120℃，保温1-2h后，冷却至室温，然后过滤，40-50℃烘干，得到改性聚丙烯纤维。上述纤维增强石膏型壳强度的方法，在步骤(6)中，所述焙烧的工艺为：先升温至200℃，保温1h，然后升温至400℃，保温1h，再升温至500℃，保温1h，接下来升温至600℃，保温1h，最后升温至700℃保温1h，然后随炉冷却至室温后取出，在焙烧工艺中升温的速度为2℃/min。上述纤维增强石膏型壳强度的方法，所述聚丙烯纤维的掺入质量为所述石膏粉和莫来石粉的混合料质量的0.10wt％；所述石膏粉和莫来石粉的质量比为3:7。本专利技术的有益效果如下：1)将0.05wt％-0.50wt％的不同纤维掺入石膏粉和莫来石粉的混合料后能够显著改善石膏型的抗弯及抗拉强度。聚丙烯纤维、玻璃纤维和硅酸铝纤维对改善石膏型壳的抗弯及抗拉强度的效果不同。试样抗弯强度随着聚丙烯纤维、玻璃纤维和硅酸铝纤维掺量的增加先增加后降低，聚丙烯纤维、玻璃纤维和硅酸铝纤维分别在掺入量为0.10wt％、0.10wt％和0.20wt％，型壳的常温抗弯强度达到最大值，分别1.70MPa，1.706MPa和1.492MPa，相比未掺入纤维时，分别提高38.0％、35.5％和21.8％。型壳的常温抗拉强度分别在聚丙烯纤维、玻璃纤维和硅酸铝纤维掺入量为0.10wt％、0.30wt％和0.40wt％出现最大值，最大值分别为0.938MPa、0.921MPa和0.732MPa，比未掺入聚丙烯纤维时提高了63.1％、60.2％和27.3％。2)经逐级分段增温焙烧后，掺入纤维石膏型壳试样的抗弯强度及抗拉强度较常温强度下降明显，但较未加入纤维得到了增强。3)石膏型壳试样断裂失效的形式为脆性断裂，石膏硬化体与纤维间的桥联搭接遭到破坏，影响石膏型纤维增强效果的主要因素为纤维的脱拔、变形以及石膏硬化体-纤维间界面结合强度的变化。4)球磨对掺入聚丙烯纤维的石膏型壳试样的抗弯强度和抗拉强度有增强作用。5)对莫来石粉和聚丙烯纤维进行改性处理，所得到的石膏型壳试样的常温抗弯强度和抗拉强度均得到了明显的增强，焙烧后的抗弯强度和抗拉强度增强的幅度有所降低。附图说明下面结合附图对本专利技术的具体实施方式作进一步详细的说明。图1(a)纤维掺量为0的石膏型壳抗弯试样断口的SEM像；图1(b)纤维掺量为0.05％的石膏型壳抗弯试样断口的SEM像；图1(c)纤维掺量为0.10％的石膏型壳抗弯试样断口的SEM像；图1(d)纤维掺量为0.20％的石膏型壳抗弯试样断口的SEM像；图1(e)纤维掺量为0.30％的石膏型壳抗弯试样断口的SEM像；图1(f)纤维掺量为0.40％的石膏型壳抗弯试样断口的SEM像；图2(a)纤维掺量对石膏型壳常温抗弯强度的影响；图2(b)纤维掺量对石膏型壳常温抗拉强度的影响；图3本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.纤维增强石膏型壳强度的方法，其特征在于，包括如下步骤：(1)混料：将石膏粉和莫来石粉混合均匀，得混合料；(2)掺混：掺入纤维，搅拌所述混合料使纤维分散均匀，加入占所述混合料质量45.0‑50.0wt％的蒸馏水，在型砂搅拌机上进行搅拌制浆，得混合料浆；(3)制样：将所述混合料浆倒入模具中，刮平模具上表面，静置，脱模取样；(4)称重：取样后使用电子天平对试样称重并记录；(5)干燥：在空气中静置干燥；(6)焙烧：使用箱式电阻加热炉对干燥的试样进行焙烧，焙烧后冷却至室温，所得物即为纤维增强石膏型壳。

【技术特征摘要】
1.纤维增强石膏型壳强度的方法，其特征在于，包括如下步骤：(1)混料：将石膏粉和莫来石粉混合均匀，得混合料；(2)掺混：掺入纤维，搅拌所述混合料使纤维分散均匀，加入占所述混合料质量45.0-50.0wt％的蒸馏水，在型砂搅拌机上进行搅拌制浆，得混合料浆；(3)制样：将所述混合料浆倒入模具中，刮平模具上表面，静置，脱模取样；(4)称重：取样后使用电子天平对试样称重并记录；(5)干燥：在空气中静置干燥；(6)焙烧：使用箱式电阻加热炉对干燥的试样进行焙烧，焙烧后冷却至室温，所得物即为纤维增强石膏型壳。2.根据权利要求1所述的纤维增强石膏型壳强度的方法，其特征在于，在所述步骤(1)中，所述石膏粉和所述莫来石粉的质量比为(2-4)：(6-8)；在所述步骤(2)中，所述型砂搅拌机的转速为120r/min，搅拌时间为2min；在所述步骤(3)中，静置时间为1h-2h；在步骤(5)中，静置干燥时间为24h。3.根据权利要求1所述的纤维增强石膏型壳强度的方法，其特征在于，在所述步骤(1)中，所述莫来石粉为市购莫来石粉或对市购莫来石粉进行改性得到的改性莫来石粉；改性莫来石粉的制备方法为：将莫来石粉、二甲亚砜和N-甲基吡咯烷酮按照质量比为100：(10-20)：(5-15)混合后进行球磨，球磨频率为10-12Hz，球磨时间为20-120min；然后在500-600℃下煅烧2-3h，冷却至室温，研磨成粉末；接着再加入固体粉末质量10-20％的山梨糖醇和甘油进行球磨，山梨糖醇和甘油的质量比1:(5-10)，球磨时间为30-40min，球磨频率为8-10Hz，烘干，粉碎并过300目筛，所得粉末即为改性莫来石粉。4.根据权利要求1所述的纤维增强石膏型壳强度的方法，其特征在于，在所述步骤(1)混料之前，先对石膏粉和莫来石粉进行球磨，球磨时加入球磨溶剂，所述球磨溶剂为醚类、烷类和腈...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘向东，路焱，吕凯，
申请(专利权)人：内蒙古工业大学，
类型：发明
国别省市：内蒙古,15