酯固化碱性酚醛树脂自硬砂

　　酯固化碱性酚醛树脂自硬砂用的树脂是以苯酚和甲醛为主要的组成原材料，用碱（ＮａＯＨ、ＫＯＨ、ＬｉＯＨ）作为

　　催化剂合成的，由于树脂中含有大量的碱，使得树脂中酚羟基以酚氧负离子形式存在，水溶性好，固化剂

　　（２）具有独特的高温硬化特性，即具有高温热塑性和二次硬化特性，可显著减少铸钢件的热裂缺陷；

　　（３）粘结剂系统不含ｓ、Ｐ、Ｎ等有害元素，可防止因这些元素引起的铸件缺陷；

　　（４）固化剂参与硬化反应，型砂硬化性能优良，硬化快、硬透性好、可调性强，硬化特性仅次于聚脲烷树

　　关于碱性酚醛树脂的固化机理，目前尚无肯定结论。通过对树脂固化前后的样品进行差热、热失重和

　　红外光谱分析，推断树脂固化反应是由树脂中的酚氧负离子与酯发生双分子亲核取代反应，其反应分两

　　个阶段进行。首先形成不稳定的中间产物，然后中间转变为多向交联的体型高聚物。由于酯参与交联反

　　应，因此酯与树脂有一固定的加入比例。理论上需加树脂量的１５％，但实际上为使树脂充分固化，常增加

　　碱性酚醛树脂砂的硬化过程可用型砂的强度随硬化时间变化的硬化特性曲线来表示，见图ｌ，硬化

　　时间从理论上说应从混砂过程中树脂与固化剂接触时刻算起，而在实际生产中，则通常自型砂从混砂机

　　从图１能够准确的看出，碱性酚醛树脂砂是一种典型的“渐硬型”自硬砂，反映过程需进行几十分钟至十几

　　碱性树脂与酯固化剂在混砂时，已开始了固化反应。刚混出的型芯砂做出的试样强度最高，如将混制

　　好的树脂砂每２分钟做出一组试样分别测定它们的２４小时强度可以作出如图２的曲线，能够准确的看出随型

　　砂停留时间的延迟终强度会降低，我们把终强度只剩下７０％一８０％的型砂停滞时间称为型芯砂的可

　　使用时间，超过可使用时间的型芯砂，流动性恶化，充型能力差，造型制芯后的强度大幅度的降低，表面稳定性

　　差，非常容易导致冲砂和砂眼等铸造缺陷，所以树脂自硬砂造型制芯的一个重要原则就是混好的砂要尽快

　　生产现场判定可使用时间的方法，一般是观察型砂，若开始发粘，呈粘连状，即认为超过了可使用时

　　树脂砂造型制芯后，必须等型芯砂建立起一定强度后才可起模，以免起模时型芯破损或起模后型芯

　　继续变形，一般型芯可起模强度为０．１４Ｍｐａ一０．４Ｍｐａ（抗住压力的强度），大型铸钢件应适当提高起模强度，将

　　达到起模强度所需的硬化时间称为可起模时间，生产现场可采用手持长钉向砂型中用力扎，当扎不进时，

　　指标要求：粒度：４０—１４０目；角形系数＜１．３０；１４０目微粉及含泥量≤Ｏ．８％；含水量≤０．５％；化学成

　　（１）混砂设备：推荐采用高效树脂砂混砂机，用量较大时，如造型或造较大砂芯可采用连续式混砂机；

　　型芯砂的硬化性能主要指型芯砂的硬化速度和硬化强度，它直接影响型砂的可使用时间、脱模时间

　　①影响因素：原砂质量（种类、砂温、含水量），碱性树脂和固化剂的种类及加入量、环境条件（温度、湿

　　②硬化终强度主要影响因素：原砂状态、砂温、树脂加入量和固化剂的种类及加入量；

　　③型砂的硬化速度主要影响因素：砂温、含水量、固化剂的种类、环境和温度（湿度）。

　　①根据现场原砂的种类、状态，型芯砂的生产的基本工艺要求，外界环境条件（温度、湿度）选择相应的粘结

　　剂和固化剂的种类及加入量来调整型砂的硬化工艺性能，满足各种铸件生产的现场要求。

　　碱性酚醛树脂中含有多个羟甲基，常温下没有完全交联，高温下继续充分交联，使型芯温度升高时

　　有一强度上升的过程。这样增强了型芯耐金属液的冲刷能力。下表列出几种树脂自硬砂在１２００。Ｃ下保温

　　２分钟后测得的抗住压力的强度，见表４，由表可见碱性酚醛树脂具有较高的高温强度。

　　从图３、４的高温热膨胀曲线看出，在几种自硬砂工艺中，碱性酚醛树脂砂热膨胀量较小，这样铸件因

　　几种自硬砂的高温热变形及热应力见图５、图６，从图看出，在几种自硬砂工艺中，碱性酚醛树脂砂具

　　碱性酚醛树脂是一种甲阶树脂，每个分子都含有多个活性点，通过酯只实现了部分活性点间的交联，

　　树脂网状结构尚没完全形成，砂样受热后，初期只有较小膨胀，树脂膜软化，从而使试样温度进一步升高，

　　树脂产生二次硬化，强度上升，使型芯在高温金属液的作用下，能保持较长时间而不被破坏，故用这种树

　　脂配制的型芯砂具有防止铸件产生热裂、表面微裂纹、冲砂、毛刺、脉纹等缺陷的能力。

　　图４几种工艺砂型１０００。Ｃ自由膨胀量比较 图５ 几种工艺砂型８５０℃热应力比较

　　几种自硬砂在１０００。Ｃ测得的发气量曲线，从图能够准确的看出，在几种树脂自硬砂中，碱性酚醛树脂

　　把硬化２４小时的标准抗压试样，分别在不一样的温度下焙烧３０分钟，冷却后测得的残留强度见图８，由

　　图可见，在４００。Ｃ时的残留强度为０．２３Ｍｐａ，而在５００。Ｃ时几乎为零，这证明该种树脂溃散性好。

　　中国二重铸钢分厂每月生产近１０００吨铸钢件，单件净重从几十公斤到几十吨不等。该厂是多品种小

　　批量生产的厂家。过去该厂使用水玻璃石灰石砂生产铸钢件产生了一些问题，造型材料的控制麻烦、型砂

　　处理极为繁琐，铸件质量不尽人意。２００４年工厂决定采用碱性酚醛树酯自硬砂工艺。

　　２００４年３月二重铸钢分厂进行技术改造，造型工段新上三台移动式混砂机，分别为３０ｔ／ｈ、２０ｔ／ｈ、

　　５ｔ／ｈ，二台固定式混砂机分别为ｌＯｔ／ｈ和３ｔ／ｈ。３ｔ／ｈ混砂机专混铬铁矿砂。（２００４年７月份开始试生产，

　　该分厂生产用原砂为福建平潭优质擦洗砂，粒度为４０／７０目，Ｓｉ０２含量Ｉ＞９６％，含泥和含水量分别

　　ａ面砂：３０％新砂＋７０％旧砂，树脂加入量１．８％，固化剂加入量为树脂量的３０％，其２４ｈ抗拉强度

　　ｂ充填砂（背砂）：１００％再生砂，树脂加人量１．６％，固化剂加入量为树脂量的３０％，其２４ｈ抗拉强度

　　ｅ芯砂：１００％新砂时树脂加人量１．８％，固化剂加入量为树脂量的３０％，其２４ｈ抗拉强度为０．６—

　　Ｍｐａ；５０％新砂＋５０％再生砂，树脂固化剂加入量与新砂相同时，其２４ｈ抗拉强度为０．５—０．７ｂｌｐａ。

　　树脂加入量１．８％，固化剂加入量为树脂的３０％时，不同砂种的２４ｈ抗拉强度：

　　１台３０ｔ／ｈ落砂机＿２台１５ｔ／ｈ振动破碎机＿２台ｌＯｔ／ｈ离心再生机，基本满足再生砂的使用要求。

　　１９８８年开始试验该工艺，１９８８年７月生产中正式采用碱性酚醛树脂自硬砂，原砂采用国产铬铁矿

　　砂代替进口锆砂。生产进口设备１６ｍ３电铲履带板，主动轮４ｍ，电铲齿尖。单件重Ｏ．４—３．２ｔ。最大厚壁

　　２００ｒａｍ左右，材质为高锰钢和ＺＧ３０ＣｒＮｉＭＯ，铸件质量好，达到美国同类铸件的技术要求。

　　１９８４年建厂，２００４年搬人于洪区彰驿镇新厂址。现有一呋喃树脂车间，年产配重铁２万吨，全部出

　　口日本和美国。为增加优质、高产值铸件，在日本专家的建设下，２００３年开始新建一条碱性酚醛树脂砂生

　　产线，生产线主机由保定配套提供，生产线ｔ中频电炉。以生产合金钢件和球墨铸铁件为主，现

　　已生产出一批球铸件。铸件尺寸精度高，表面粗糙度好，加工后铸件表面及内在无缺陷。

　　２００４年１０月１８日举行了开工庆典，与会国外专家参观了生产线和生产的铸件，对铸件质量给予好评，

　　目前国内生产铸钢件自硬砂工艺主要有：碱性酚醛树脂自硬砂、水玻璃酯固化自硬砂、呋喃树脂自硬

　　工艺配方 缸ｆ脂Ｉ．０一Ｉ．２％ 树腐：Ｉ．５—２．０％ 水玻璃１．８—３．０％

　　２ ４ｈ抗拉强度 ０．５—１．６Ｍｐａ ０．４—１．４Ｍ∞ ０．４－１．２Ｍｐａ

　　回用砂 Ｏ．９×３３０Ｘ０．２ Ｏ．７５×３３Ｏ×Ｏ．２ ０．８×３３０×０．２

　　通过以上对比，从表面上看，呋喃树脂砂造型成本较碱性树脂低，但实际生产中，呋喃树脂砂生产铸

　　钢件裂纹、气孔、铸件补焊率均较高。这些损失远大于造型材料节省的费用，以生产机车件为例，不仅综

　　合成本高，而且微裂纹铸件补焊后，仍存在装车后的隐患。为保证铸钢质量，降低对环境污染，生产铸钢采

　　１、碱性酚醛树脂自硬砂由于自身的优越特性很适合铸钢件的生产使用。铸件质量和尺寸精度高，

　　２、树脂加入量低型砂强度高，冬季硬透性好，固化速度可随生产需要调整，脱模时间短，可使用时间