碱酚醛树脂自硬砂pdf

　　碱性酚醛树脂自硬砂的一些特性 碱性酚醛树脂自硬砂的一些特性 Borden 1981 英国 Borden 公司首先开发了有机酯硬化的碱性酚醛树脂 自硬砂工艺，并于 1981 英国 公司首先开发了有机酯硬化的碱性酚醛树脂 自硬砂工艺，并于 a--Set 年获得专利，简称 a--Set 工艺。其主要特征是混砂、造型、浇注时散发的烟气少，有利 年获得专利，简称 工艺。其主要特征是混砂、造型、浇注时散发的烟气少，有利 KOH NaOH 于改善环境。所用的树脂是甲阶酚醛树脂的一种，但含有 KOH、 NaOH 等碱性材料， 于改善环境。所用的树脂是甲阶酚醛树脂的一种，但含有 、 等碱性材料， K  Na K  Na 故通常称之为碱性酚醛树脂。树脂中的游离的 、 。。离子，对于树脂与有机酯发生 故通常称之为碱性酚醛树脂。树脂中的游离的 、 。。离子，对于树脂与有机酯发生 作用、树脂的交联反应都至关重要。 作用、树脂的交联反应都至关重要。 多种低级酯都可作为硬化剂，应用较广的是碳酸丙烯酯 ，这也是作用较强的硬化剂。 多种低级酯都可作为硬化剂，应用较广的是碳酸丙烯酯 ，这也是作用较强的硬化剂。 还可用几种有机酯混合配成作用强弱不同的牌号，以适用于不同的生产条件。 还可用几种有机酯混合配成作用强弱不同的牌号，以适用于不同的生产条件。 一．树脂的硬化机制 一．树脂的硬化机制 在树脂的硬化反应中，首先是树脂中的碱与酯反应 ，形成碱金属的碳酸盐，释放 在树脂的硬化反应中，首先是树脂中的碱与酯反应 ，形成碱金属的碳酸盐，释放 醇。树脂中的碱形成碳酸盐后，即处于反应状态，可在常温下发生交联反应 ，将砂粒粘 醇。树脂中的碱形成碳酸盐后，即处于反应状态，可在常温下发生交联反应 ，将砂粒粘 结，使型砂具有必要的强度。 结，使型砂具有必要的强度。 由于作为硬化剂有机酯是参与树脂硬化反应的组分，不同于硬化剂只起催化作用、 由于作为硬化剂有机酯是参与树脂硬化反应的组分，不同于硬化剂只起催化作用、 不参与反应的其他树脂 自硬砂，不能通过改变硬化剂的加入量来调整 自硬砂的硬化速 不参与反应的其他树脂 自硬砂，不能通过改变硬化剂的加入量来调整 自硬砂的硬化速 20~25  率和起模时间。有机酯的加入量一般为树脂的 20~25  ，因树脂和硬化剂的品种而略不同。 率和起模时间。有机酯的加入量一般为树脂的 ，因树脂和硬化剂的品种而略不同。 树脂加入量不足，则铸型难 以硬化 ；树脂加入量太高，则会感到混成砂和砂型腻滑， 树脂加入量不足，则铸型难 以硬化 ；树脂加入量太高，则会感到混成砂和砂型腻滑， 而且可能会引起铸型一金属界面处发生反应，影响铸件表面上的质量。自硬砂的硬化速率和起 而且可能会引起铸型一金属界面处发生反应，影响铸件表面上的质量。自硬砂的硬化速率和起 模时间，应由改变硬化剂的牌号予以调整。 模时间，应由改变硬化剂的牌号予以调整。 有机酯硬化的酚醛树脂砂，在有机酯的作用下，树脂在常温下只发生部分交联反 有机酯硬化的酚醛树脂砂，在有机酯的作用下，树脂在常温下只发生部分交联反 应，起模时型砂仍就保持一定的塑性，浇注初期还有一短暂的、因受热而再次发生交联 应，起模时型砂仍就保持一定的塑性，浇注初期还有一短暂的、因受热而再次发生交联 反应的过程，也就是通常所说的二次硬化。 反应的过程，也就是通常所说的二次硬化。 二．碱性酚醛树脂自硬砂工艺的优点碱性酚醛树脂自硬砂工艺主要有以下优点。 二．碱性酚醛树脂自硬砂工艺的优点碱性酚醛树脂自硬砂工艺主要有以下优点。 1 1．混砂、造型、浇注时散发的烟气少于以酸为硬化剂的呋喃树脂砂、以酸为硬化 ．混砂、造型、浇注时散发的烟气少于以酸为硬化剂的呋喃树脂砂、以酸为硬化 剂的甲阶酚醛树脂砂和 以胺为硬化剂的尿烷树脂砂。 剂的甲阶酚醛树脂砂和 以胺为硬化剂的尿烷树脂砂。 2 2．由于起模时型砂仍就保持一定的塑性，故起模性能好，型砂不易粘附在模具上， ．由于起模时型砂仍就保持一定的塑性，故起模性能好，型砂不易粘附在模具上， 砂型表面比较光洁，模样上的起模斜度也可较小。 砂型表面比较光洁，模样上的起模斜度也可较小。 3 3．二次硬化后，砂型的耐热性较好，厚壁铸件表面上也很少出现脉状纹缺陷。 ．二次硬化后，砂型的耐热性较好，厚壁铸件表面上也很少出现脉状纹缺陷。 4 4．浇注后，在高温的作用下，碱性酚醛树脂自硬砂较易溃散，有利于防止形状复 ．浇注后，在高温的作用下，碱性酚醛树脂自硬砂较易溃散，有利于防止形状复 杂的铸钢件产生裂纹，同时也可使浇注后铸型的落砂性能改善。 杂的铸钢件产生裂纹，同时也可使浇注后铸型的落砂性能改善。 三．酯硬化碱性酚醛树脂自硬砂的热分解铸型浇注后，碱性酚醛树脂的热分解大致可分 三．酯硬化碱性酚醛树脂自硬砂的热分解铸型浇注后，碱性酚醛树脂的热分解大致可分 为三个阶段。 为三个阶段。 1 300~C 1 300~C ． 以下 ． 以下 300 C 300 C 在 。 以下，树脂本身基本上不发生分解，这一阶段产生的气体主要是水分，还 在 。 以下，树脂本身基本上不发生分解，这一阶段产生的气体主要是水分，还 有少量树脂硬化时束缚于树脂中未能释放的甲醛。 有少量树脂硬化时束缚于树脂中未能释放的甲醛。 2 300~600 2 300~600 ． ℃之间 ． ℃之间 300 300℃以上，砂粒表面的树脂膜开始热分解，而且分解的速率很高，产生的气体有水 ℃以上，砂粒表面的树脂膜开始热分解，而且分解的速率很高，产生的气体有水 C0 c0  C0 c0  蒸汽、 、 、甲烷、乙烷、苯酚、烷基酚、烷基苯等。 蒸汽、 、 、甲烷、乙烷、苯酚、烷基酚、烷基苯等。 300~600~C 在 300~600~C 之间，树脂粘结桥仍就保持其 骨架，内部因热分解而呈多孔状，透气 在 之间，树脂粘结桥仍就保持其 骨架，内部因热分解而呈多孔状，透气 性好。 性好。 3 600~C 3 600~C ． 以上 ． 以上 300~600 热分解产生的气体的成分与 300~600℃之间大致相同，但在此阶段树脂粘结膜发生剧 热分解产生的气体的成分与 ℃之间大致相同，但在此阶段树脂粘结膜发生剧 烈的体积收缩，致密度提高，因而砂型的透气性人幅度降低。这就导致酯硬化的碱性酚 烈的体积收缩，致密度提高，因而砂型的透气性人幅度降低。这就导致酯硬化的碱性酚 醛树脂砂在高温下保温性能好，是铸件冷却速率减缓、热节处易于产生收缩缺陷的主要 醛树脂砂在高温下保温性能好，是铸件冷却速率减缓、热节处易于产生收缩缺陷的主要 原因。 原因。 四．酯硬化碱性酚醛树脂自硬砂再生回用的问题 四．酯硬化碱性酚醛树脂自硬砂再生回用的问题 碱性酚醛树脂 自硬砂的再生性能不能令人满意，是影响其推广应用的最严重的问题。 碱性酚醛树脂 自硬砂的再生性能不能令人满意，是影响其推广应用的最严重的问题。 1 1 ．再生砂回用会导致白硬砂的强度降低树脂交联反应的产物是碱金属碳酸盐。加热 ．再生砂回用会导致白硬砂的强度降低树脂交联反应的产物是碱金属碳酸盐。加热 510~C 到 510~C 以上，碱金属盐转变为强碱性金属氧化物，此种氧化物又可以与硅砂作用，在 到 以上，碱金属盐转变为强碱性金属氧化物，此种氧化物又可以与硅砂作用，在 砂粒表面上形成玻璃状碱金属复合硅酸盐薄膜。这种薄膜是金属氧化物和砂粒作用形成 砂粒表面上形成玻璃状碱金属复合硅酸盐薄膜。这种薄膜是金属氧化物和砂粒作用形成 的，对砂粒的附着很牢固，旧砂进行再生处理时，很难将除去。 的，对砂粒的附着很牢固，旧砂进行再生处理时，很难将除去。 这种薄膜呈玻璃状，树脂不易将其润湿，再生砂中加入树脂重新混砂时，树脂难以 这种薄膜呈玻璃状，树脂不易将其润湿，再生砂中加入树脂重新混砂时，树脂难以 均匀地附着于砂粒表面的薄膜上，因而再粘结性能不佳，配制的自硬砂的强度显而易见地下降。 均匀地附着于砂粒表面的薄膜上，因而再粘结性能不佳，配制的自硬砂的强度显而易见地下降。 目前，大范围的使用在树脂 自硬砂的干态摩擦再生方式，对于以呋哺树脂、甲阶酚醛树 目前，大范围的使用在树脂 自硬砂的干态摩擦再生方式，对于以呋哺树脂、甲阶酚醛树 脂、尿烷树脂等作为粘结剂的型砂、芯砂，都有很好的效果。旧砂再生处理的过程中， 脂、尿烷树脂等作为粘结剂的型砂、芯砂，都有很好的效果。旧砂再生处理的过程中， 虽不能将砂粒表面的粘结膜完全脱除，但是，再生后砂粒表面上残留少量不连续的树脂 虽不能将砂粒表面的粘结膜完全脱除，但是，再生后砂粒表面上残留少量不连续的树脂 膜，对再粘结的强度无显著的负面影响。再生砂中加入粘结剂后的粘结强度，般可等 膜，对再粘结的强度无显著的负面影响。再生砂中加入粘结剂后的粘结强度，般可等 同于完全用新砂时的强度，多数情况下，用再生砂时强度还会略高一些。 同于完全用新砂时的强度，多数情况下，用再生砂时强度还会略高一些。 对于碱性酚醛树脂自硬砂，砂粒表面上残留的碱金属硅酸盐薄膜对再粘结的影响很 对于碱性酚醛树脂自硬砂，砂粒表面上残留的碱金属硅酸盐薄膜对再粘结的影响很 大，采用干态摩擦再生方式时，再生砂的粘结强度明显降低。目前，世界各国再生砂的 大，采用干态摩擦再生方式时，再生砂的粘结强度明显降低。目前，世界各国再生砂的 80%  回用量一般都不超过 80% ，有的铸造厂不得不全部用新砂配制面砂。 回用量一般都不超过 ，有的铸造厂不得不全部用新砂配制面砂。 旧砂再生回用的次数越多，型砂的强度性能越差。 旧砂再生回用的次数越多，型砂的强度性能越差。 2 2．对热再生方法探讨 ．对热再生方法探讨 以前曾有的人觉得：“碱性酚醛树脂自硬砂采用干态摩擦再生的效果不好，将旧砂加热 以前曾有的人觉得：“碱性酚醛树脂自硬砂采用干态摩擦再生的效果不好，将旧砂加热 后在热态进行机械再生处理可能有助于脱除碱金属硅酸盐薄膜”。但是 ，许多试验、研 后在热态进行机械再生处理可能有助于脱除碱金属硅酸盐薄膜”。但是 ，许多试验、研 究的结果都未能证实热再生方式的有效性。 究的结果都未能证实热再生方式的有效性。 650 旧砂进行热法再生时，如温度超过 650℃，玻璃状薄膜可使砂粒在焙烧炉中烧结，恶 旧砂进行热法再生时，如温度超过 ℃，玻璃状薄膜可使砂粒在焙烧炉中烧结，恶 化砂粒的流动性，进而影响再生处理的效果，而生产厂所用的热再生设备中，多数都难 化砂粒的流动性，进而影响再生处理的效果，而生产厂所用的热再生设备中，多数都难 以准确地控制温度。这是热法再生的难点之一 。 以准确地控制温度。这是热法再生的难点之一 。 550 也有研究根据结果得出：在 550℃左右进行热再生时，旧砂多次循环使用也会导致再粘结 也有研究根据结果得出：在 ℃左右进行热再生时，旧砂多次循环使用也会导致再粘结 性能恶化。 性能恶化。 3 3．在改进再生回用砂粘结性能方面的工作 ．在改进再生回用砂粘结性能方面的工作 碱性酚醛树脂 自硬砂问世以来，砂再生就是个问题，在这方面的试验、研究工作一 碱性酚醛树脂 自硬砂问世以来，砂再生就是个问题，在这方面的试验、研究工作一 直就没有间断。目前，在生产上实际应用的主要有两种方法。 直就没有间断。目前，在生产上实际应用的主要有两种方法。 (1) (1)再生砂中加入水或其他润湿剂 再生砂中加入水或其他润湿剂 由于水能润湿残留的树脂膜，而且酚醛树脂也具有一定的亲水性，再生砂中加入少量 由于水能润湿残留的树脂膜，而且酚醛树脂也具有一定的亲水性，再生砂中加入少量 的水后，有利于树脂和硬化剂在砂粒表面多孔性的残留膜上弥散，可使 自硬砂的强度有 的水后，有利于树脂和硬化剂在砂粒表面多孔性的残留膜上弥散，可使 自硬砂的强度有 所提高。 所提高。 0 3 0 3 水的加入量一般为 ． ％，且应使水在再生砂 中均匀分布。 水的加入量一般为 ． ％，且应使水在再生砂 中均匀分布。 Vaughan 澳大利亚的 Vaughan 铸钢厂多年采用这一工艺，效果稳定。 澳大利亚的 铸钢厂多年采用这一工艺，效果稳定。 (2) (2)热再生时加入专用的处理剂 热再生时加入专用的处理剂 IllinoiS  B

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