酯硬化碱性酚醛树脂自硬砂

碱性酚醛树脂砂和酚脲脘树脂砂在铸钢上的应用圣泉集团股份有限公司唐林平一、问题的提出•铸件质量要求尺寸精度表面质量•采取的措施后序精整调整工艺•造型材料占铸件总成本的50%左右铸件总成本：造型制芯占1/4熔炼占1/2清理占1/4（其中70%与造型材料有关）废品率：质量优劣使用不当造成的废品占50%以上二、铸钢型芯砂的粘结剂•分类无机粘结剂有机粘结剂油类粘结剂1、无机粘结剂粘土砂（湿型、干型、表干型）水玻璃砂水玻璃砂：吹CO2硬化水玻璃加入量6%~8%抽真空硬化（VRH）…1.8%~2.5%有机酯自硬…1.8%~2.5%2、有剂粘结剂呋喃树脂自硬：树脂加入量0.8%~1.5%酚脲脘树脂自硬：…1.0%~2.0%有机酯碱酚自硬：…1.4%~2.0%吹CO2硬化碱酚：…2.5%~3.5%冷芯盒树脂：…1.0%~2.0%热芯盒树脂：…1.5%~2.5%覆膜砂：酚醛树脂加入量1.0%~3.0%3、油类粘结剂植物油矿物油三、铸钢对造型粘结剂的要求•铸钢件容易出现的铸造缺陷气孔裂纹粘砂缩孔缩松表面气坑尺寸公差•粘结剂对铸钢铸件的影响粘土砂：气孔粘砂表面气坑尺寸公差水玻璃砂：气孔表面气坑尺寸公差树脂砂：气孔裂纹粘砂•型芯砂应具备的性能一定的强度（高温、常温）良好的退让性高的透气性低的发气量好的经济性环保无毒等四、合成树脂发展历史1944年德国人发明了用来制造壳芯的酚醛树脂树脂50年代后期欧洲开始采用呋喃自硬树脂1960年前后出现呋喃树脂热芯盒法1968年亚什兰开发出冷芯盒树脂1970年酚脲烷自硬砂1975年发明二氧化硫硬化冷芯盒树脂70年代末波顿公司开发出碱性酚醛树脂五、几种自硬砂特性比较1、几种自硬树脂的高温抗压强度自硬砂种类呋喃—酸酚醛—酸酚尿烷碱性酚醛抗压强度MPa0.2330.2880.2330.291下表是几种自硬砂在1200℃时保温2分钟后测得的高温抗压强度。由此可以看出碱酚自硬砂具有较高的高温强度。2、自硬砂性的热膨胀率3、几种自硬砂型在850℃时的热应力比较4、几种自硬砂1000℃时的热变形1－酸固化呋喃树脂自硬砂2－酸固化酚醛树脂自硬砂3－酯硬化碱性酚醛树脂自硬砂4－酚醛尿烷树脂自硬砂5、几种自硬砂的发气量比较6、几种工艺砂的性能对比呋喃树脂自硬砂碱性酚醛树脂自硬砂酯固化水玻璃自硬砂工艺配方树脂：1.0-1.2%固化剂：0.5-0.6%树脂：1.2-2.0%固化剂：0.3-0.5%水玻璃：2.5-3.5%固化剂：0.3-0.5%可使用时间5-40min5-40min5-90min24h抗拉强度0.6-1.6MPa0.4-1.2MPa0.4-1.0MPa型芯存放性好，基本不吸湿好，吸湿少一般，有吸湿高温热塑性小较大大铸型退让性较差较好好发气量中小小铸件表面质量尺寸精度好好一般铸件渗硫可能无无铸件渗碳可能很少无铸件渗氮可能无无气孔倾向较低较低低热裂倾向较高低低型芯落砂溃散性极佳、易清理溃散性一般再生回用性干法回用性最好可干法回用，较好一般再生回用率＞95%80%70%劳动条件较好较好较好环境保护有污染污染较小污染较小铸造缺陷热裂、气孔等缺陷少较少六、碱性酚醛树脂砂1、碱性酚醛树脂砂工艺特点•粘结剂系统不含N、P、S等有害元素，不会产生因渗N、P、S引起的缺陷，可用于各种合金铸件，尤其适用于合金钢、球墨铸铁件。•碱酚树脂砂有硬化不完全性，型、芯砂在浇注初期，先呈现短暂的热塑性，而后二次硬化变成刚性，直至溃散。这一特性可以明显减少铸件热裂倾向，降低铸件浇注冲砂缺陷，有利于提高铸件尺寸精度。•对原砂适应性强，不仅适用于硅砂，而且可用于耗酸值较高的碱性原砂。•固化剂为多元醇的乙酸酯，无毒、无腐蚀性，无爆炸危险。•硬化性能好，硬化速度可通过固化剂品种来调节，型、芯内部和外部几乎同时硬化。可使用时间和脱膜时间之比可达到40%以上。•气味低，浇注时不释放SO2气体，改善劳动环境，有利环保。2、碱性酚醛树脂的合成酯硬化碱性酚醛树脂用的树脂是以苯酚和甲醛为原料，用碱（NaOH、KOH、LiOH）作为催化剂合成的，由于树脂中含有大量的碱，使得树脂中的酚羟基以酚氧负离子形式存在，树脂具有一定的碱性，故而水溶性好。所用的固化剂一般为多元醇的有机酯。3、碱性酚醛树脂砂硬化机理树脂的固化反应是由于树脂中的酚氧负离子与酯发生双分子亲核取代反应，其反应分为两个阶段进行，首先形成不稳定的中间产物，然后转变为多向交联的体型高聚物。由于酯参与交联反应，因此酯与树脂有一定的加入比例，实际使用中一般为树脂重量的20~30%。4、碱性酚醛树脂砂硬化特性碱性酚醛树脂砂是一种典型的“渐硬型”自硬砂，反应过程需要几十分钟到十几个小时才能完成，通常将24小时的试样强度作为终强度。硬化时间从理论上说应该是混砂过程中自树脂与固化剂接触的瞬间开始计起，但实际生产中，则通常是混好的砂子自混砂机卸出时开始计起。碱性酚醛树脂的硬化特性曲线5、碱性酚醛树脂砂的再生•湿法再生再生效果好，再生砂质量接近新砂，设备一次性投资大，应用很少•干法再生冲击式和擦磨式两类，多级摩擦再生相结合，再生效果好，应用广泛•热法再生高温（800~900℃）低温（320~350℃），单一热法不适合，热法与机械再生结合，效果好，应用较广泛•化学再生与热法或干法再生结合，没有推广6、碱酚树脂砂应用实例•有机酯碱性酚醛树脂砂•吹CO2硬化碱性酚醛树脂砂七、酚脲脘树脂砂1、酚脲烷树脂自硬砂有个三组分：•组分Ⅰ为酚醛树脂•组分Ⅱ为聚异氰酸酯•组分Ⅲ为催化剂酚尿烷树脂砂的固化是由于液体苯基醚酚醛树脂（组分1）中的羟基和液体聚异氰酸脂（组分2）中的异氰根交链作用形成固态的聚氨脂树脂。在型砂的可使用时间内,粘度不发生明显的变化。因此,型砂的流动性很高,而固化几乎是在瞬间完成,并能迅速建立强度。2、反应机理3、反应式组分1与组分2的加成聚合反应4、酚脲脘树脂砂具有以下特性：•对原砂和环境的敏感性较低，硬透性好，固化速度快，脱模一小时后即可浇注。•可使用时间与脱模时间之比：0.75~0.80，固化速度可以随意调节。•不含S、P，发气量小，可降低气孔缺陷避免表面组织恶化。•溃散性好，减少裂纹缺陷。•适应性广，可生产铸钢、铸铁、有色金属。5、酚脲脘树脂砂和呋喃树脂砂强度6、酚脲脘树脂砂与呋喃树脂砂发气量7、热稳定性曲线8、铸钢件表面增碳及表面皱纹•铸钢浇注温度大于1485℃•调整组分Ⅰ、Ⅱ的比例•缩短浇注时间•增加型砂的透气性9、酚脲脘树脂砂应用实例谢谢