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碱性酚醛树脂 自硬砂 铸造造型材料金广明 刘伟华沈阳铸造研究所1997第六图书馆
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师； ，瓴矗 ． ｌ 碱性酚醛树脂自硬砂在国 ——————一推广应用 金广明、刘伟华、车岩、吕德志 （沈阳铸造研究所） ——— ——一、』 前言 从上表可见碱性酚醛树脂自硬砂发展 很快．它具有优良的综合工艺性能，尤其适 用于生产水泵、阔门、化工设备、核工业设备 等铸钢件的生产。 七十年代末，英国波顿公司开发了酯固 化碱性酚醛树脂自硬砂技术。与呋喃树脂自 硬砂相比．该工艺具有 下优点； １．粘结剂系统中不含Ｎ、Ｐ、Ｓ等有害元 素，不会产生因渗ｃ、渗Ｓ、渗Ｐ引起的缺陷。 可 用于各种台金铸件，尤其适用于各种合 金钢铸件，球墨铸铁件。 ２．型、芯在浇注初期具有适宜的热塑 性、可明显地减少铸件热裂倾向，因此成为 生产泵、阀、箱体类铸件的首选工艺 ３．对原砂适应用广，不仅可用于普通硅 砂，而且可用于酸耗值较高的碱性原砂，如： 沈阳铸造研究所１９８６年开始研究碱性 酚醛树脂，ｉ９８８年通过机械工业部部级鉴 定，并在沈阳铸造材料厂批量生产。现已在 全国几十家工厂推广应用，其中有四家工厂 在树脂自硬砂生产线上全部采用碱性酚醛 树脂，进行大批量铸件的生产。 二、碱性酚醛树脂自硬砂工艺用材料 １、碱性酚醛树脂 碱性酚醛树脂是以．苯酚和甲醛为主要 铬铁矿砂，镁橄榄石砂、Ｓ：砂等特种砂。 ４．固化剂主要为多元醇的乙酸脂，无 毒、无腐蚀性、无爆炸危险。 ５．硬化性能好，硬化速度可通过硬化剂 品种来调节，型、芯内部和外部几乎同时硬 化。 第六图书馆
见表２。 原料用碱（ＮａＯＨ、ＫＯＨ、ＬｉＯＨ）作催化剂合 成的粘结剂，树脂中的酚羟基以酚氧负离子 形式存在，树脂水溶性好。其主要物化性能 寰ｚ碱性时醛村脂的橱比性能 www.6lib.com
６．气味低、改善了劳动环境，浇注时不 释放ｓ０：气体，有利于环境保护。 １９８４年英国ＡＰＶ公司建成了世界上第 条全部采用碱性酚醛树脂自硬砂的生产 该种树脂属甲阶酚醛树脂．存放时将缓 线。此后该工艺很快在世界各国推广应用 据统计，１９８９年到１９９２年三种主要自硬砂 在英国使用情况见表ｌ。 表１英国三种树脂自硬砂使用对比（ Ｊ 慢聚合，不宜高温、爆晒和长期存放，一般夏 季不超过三个月．冬季不超过六个月。否则 工艺性能有所降低．从而影响型、芯质量。 ２、固化剂 自硬砂种类 ｌ Ｉ９８９年 Ｉ９９２每 呋喃树脂自碰砂 ｆ ７３ ５４ 碱性树脂配用的固化剂主要为多元醇 的乙酸酯．如：甘油单乙酸酯、甘油二乙酸 酯、甘油三乙酸酯、丙二醇乙酸酯 ｒ＿丁内醇 等，几种主要固化剂的物化性能见表３。 造型材料·１９９７．３ 酚醛脲烷自硬砂 Ｉ ７ ６ 碱性树脂自硬砂 １ ２０ ４０ http://www.6lib.com 第六图书馆
表３几种主要固化ｉｆＩ『的物化性能 名称 外观 密度（８／ｃｒＹｌ 】 【＿２Ｏ６ １．１８４ — 熔点（Ｃ） 沸点（【’） １５８ ２５９ １４６【 闪点（Ｃ Ｊ 甘油单己酸酯 甘油二己酸酯 无色油状渡体 无色油状液体 甘油三乙酸酯 ｒ～丁内酯 无色油状液体 无色油状蒗体 １．１６０ １．１ ２９ —７８ —４２ ２５８—２６０ ２０６ １４８．９ ９８ ４ 表４国内常用几种特种砂化学成分ｆ 原砂种娄 ｌ ｓｉｏ： ｌ ｃｒ ０ ｆ Ｆ ：０ ＭｇＯ ｌ ＡＩ：Ｏ ａ ＣａＯ 灼烧减量 商南铬铁矿 ｌ ·６。】 ５８ Ｉ ６· ６ １３．３１ Ｉ．５３ ０．５６ Ｏ．１３ 新疆铬铁矿 南非铬铁矿 商南镁橄榄石 ｌ ｓ． ｚ ｌ。。．ｓ ｆ 。．。。 ｌ４ ６３ Ｉ ２８．２３ Ｏ．９ ｏ １ ５ ｊ ２９ ｉ ３９ ５７ ｏ ６５ Ｊ ８９７ 一 』 ～ ４４．２８ ６．５２ ｏ．５ ｏ．４９ ３．６ｌ 阿尔巴尼亚铬铁矿 ｉ — Ｉ ４６ Ｉ 一 一 ｌ 一 西峡镁橄榄石 Ｉ ３９．３５ Ｉ — ｌ ９．５５ ４８．４７ ｌ ０ ３８ １．２７ 般厂家供应的固化剂为几种固化剂的 复合物，分为快速硬化、中速硬化和慢速硬化 三种，以便用户根据自ｌ己工艺节拍选择。目前 国内均有专门厂家生产，已形成专业化，系列 化产品。可以满足国内需求。 ３、原砂 第六图书馆
３５ 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，然后中间产物 www.6lib.com
转变为多向交联的体型高聚物。由于酯参与 交联反应。因此酯与树脂有一最佳配比，理论 上需加树脂量ｌ５ 左右．但实际上为使树脂 充分固化、常增加酯的加入量．一般为２０～ 多加少加均对硬化不利。 碱性酚醛树脂自硬砂对原砂的适应性较 广，可选用水洗硅砂、擦洗硅砂、精选硅砂 叉 可用于铬铁矿砂、镁橄榄石砂、Ｓ 砂等酸耗 值较高的特种砂 原砂对水分要求不严格．但 ２、砂混台料制备 以采用大林水洗砂为铡，原砂１０＇９ 、外 加树脂占原砂１．５～２ ，加固化剂占树脂量 ３０ ．造型或制较大砂芯．可采用连续式混砂 机．对于中、小砂芯可采用碗形混砂机混砂。 含泥量应小于０ ２ 、微粉含量应小于２ ． 否则树脂耗量增加。国内常用特种砂见表４。 三、使用工艺及特性 １、固化剂特性及加入量 ３、可使用时间 碱性酚醛树脂的固化速度的调节．一是 靠砂温．二是靠加入适宜的固化剂。砂温高． 硬化快．但可使用时间缩短 一般情况下，原 关于碱性酚醛树脂砂的固化机理目前尚 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 造型材料·１９９７．３ 砂应经硬温调节器，使砂温保持在ｌ５～３０＇Ｃ 某一范围．之后再进入混砂机 根据季节气温 ·ｌ ９· http://www.6lib.com 第六图书馆
变化和工艺要求选用硬化速度适宜的固化剂 护关系很大。对于碱性树脂自硬砂的旧砂再 以控制可使用时间在需要范围内，表５列出 生，有些工厂通过加入辅剂，使树脂膜易于脱 了几种常用固化剂的硬化性能。 落．再生回用率可达７５～８５ ，也有采用热 表５ ｎ．韩儡也耕的可侥甩时阀及起蕞时间 法再生的，再生砂性能好，回用率较高。日本 同Ｉｔ荆名称 丁内唐 甘油＝ 甘油三 甘油单 乙酸唐 乙酸唐 乙酸醣 个工厂采用碱性酚醛树脂生产碳钢件，铸 可使用时间 件重量１００～３００ｋｇ．砂铁比为３左右．浇注 温度１５６０￣１６１０Ｃ，旧砂采用日本铸造公司 起模时剜 的旋转式机城再生机，循环三次．再生结果见 ４、硬化性能 表７。 碱性酚醛树脂砂硬化一旦开始，型、芯内 从表７可见，循环三次的再生砂，旧砂回 外几乎同时硬化，其硬化特性和酚醛脲烷树 收率、灼烧减量、碱残留量等指标已接* 脂相似，可使用时间与起模时闻之比为ｌ： 衡。一般再生砂灼烧减量应小于１ ，碱残留 ２，生产节拍可在几分钟到几小时之间调节， 量应小于０．１ ，微粉含量小于１ ．再生砂 可实现铸件的大批量生产。 回收率可达８０～９０ 。 ５、高温强度 碱性酚醛树脂分子中含有多个羟甲基， 四、在我国的推广应用 常温下没有完全交联，高温下可实现继续缩 合，使型、芯浇注时强度有一上升过程，一般 １、在水泵阀门行业的应用 称之为二次硬化特性．这样增强了抗金属液 我国铸钢件多采用水玻璃砂ＣＯ 工艺， 冲刷能力。 铸件表面质量不好，清理困难。为提高铸件质 ６、热膨胀性 量很多工厂改用呋喃树脂自硬砂．却又产生 从试验测得碱性树脂自硬热膨胀量最 小，这样可以减少因型芯热膨胀引起的飞刺，第六图书馆
新的问题．即铸件渗碳、渗硫、热裂缺陷大幅 度增加，尤其在生产壁厚在３０ｍｍ以下的泵 脉纹缺陷 体、阀体、箱体铸钢件时更为严重。 ７、热塑性 www.6lib.com
沈阳高中压阀门厂应用呋哺树脂自硬砂 碱性树脂硬化前为线性树脂，由于其常 生产低碳钢和不锈钢的薄壁阀门，几乎 温硬化不完全，因此保留了相当的韧性。表６ １００ 出现裂纹，１９８８年开始试用碱性树脂 列出了呋哺树脂自硬砂和碱性酚醛树脂自硬 自硬砂，消除了铸件裂纹，提高了质量．改善 砂０５０×５０ｍｍ试样受压变形的对比。 了工人的劳动条件。 这种热塑性和水玻璃ＣＯ 砂相似，可有 表７循环三次再生砂结果对比 效防止铸件产生热裂缺陷 ｌ 再生 新 瞻环一噍 慵环二拣 靖环三拣 ８、旧砂再生 ＡＦＳ 度指教４３ 旧砂能否再生回用．对生产成本、环境保 日啦卑｛ ） ｌ ９１ 怕烧减ｔ ％） ｌ １．９ 表６二种坩脂试样量压变形（ｍｍ）对比 ｐＨ值 Ｉ９ ３４ 压力（ｔ） ０ ２ ０ Ｂ 水舟（ ） ｊ ０ ｔ 胰畸付脂 Ｏ．２ ０．３２ ０．４５ ０．５７ 碱璜留量ｆ 》 １‘Ｉ．１ ０３ 碱性酚醛付詹 ０．５ ０．８ 抗压强度ｃ２１ｈ．ＭＰａ） ｌ ２ ２Ｏ· 造型材料·１９９７．３ http://www.6lib.com 第六图书馆
大连５２３厂生产碳钢阀门．铸件全部出 口，原采用呋喃树脂、裂纹有时高达８０ ，铸 件焊补量大．影响铸件交货期．有时由于外商 砂呋喃树脂自硬砂工艺 生产１６ｍ 电铲履 带板、４ｍ 电铲齿尖及１０ｍ 、１６ｍ 电铲主动 轮铸件。仅１９８９年下半年，该厂采用此工艺 生产铸件２００余吨，铸件单重４００ｋｇ到３． ２ｔ．铸件最大壁厚为２００ｍｍ，材质为高锰钢 和２Ｇ３０ＣｒＮｉＭｏ 铸件质量好＋达到美国同类 对焊补件提出退货．造成较大经济损失。后改 用碱性树脂自硬砂制芯 基本消除了裂纹，并 使铸件气孔缺陷降低，保证了铸件质量。由于 碱性树脂自硬砂气味低，硬化性能好，无论什 么季节，都可以在规定的时间内起模，保证生 产任务的完成，因此深受工厂技术人员和操 作人员的欢迎。 辽宁某厂 Ｉ进一条树脂砂生产线．他们 产品的技术要求。 沈阳水泥机械厂采用碱性树脂，原砂采 用锫砂和铬铁矿砂，生产大型算冷机铸件．保 证了主机质量，替代了进口产品，填补了国内 重大设备一项空白，现已安装在冀东水泥厂 正常运转。 经过反复调查研究，确定采用碱性树脂自硬 砂，生产出阀体类铸件表面质量好，无裂纹． 深受国外专家好评，厂领导和工程技术人员 哈尔滨汽轮机厂采用刚玉砂碱性树脂工 艺首次生产了毛重ｌ２ｔ的３０万ＫＷ汽轮机 阀体铸件，代替了锻件，经济效益显著。 ３、在球墨铸铁和灰色铸铁上的应用 也确信自己选择的工艺是正确的．现已投入 批量生产。 上海某厂是与台商合资企业，以生产阀 门铸件为主，铸件全部采用碱性酚醛树脂，造 型用ａ－ｓｅｔ法，制芯用１３－ｓｅｔ法．生产铸件全部 外销。 某柴油机厂大批量生产６１６０和６２００柴 油机球墨铸铁曲轴。１９９２年上呋晡树脂后暴 露出黑心、黑斑，缩松及皮下气孔等质量问 题。１ ９９２年７月开始碱性树脂自硬砂试验． 解决了上述问题．１９９３年６月树脂砂全线改 用碱性酚醛树脂。铸件废品率由２８ ．下降 ２、在特种砂上的应用 我国目前铬铁矿砂、镁橄榄石砂、钛渣砂 等碱性特种砂的年消耗在万吨以上。这些砂 主要用于生产高锰钢铸件，合金钢铸件或大 型铸钢件。特种砂的应用，减少了铸件粘砂缺 陷．降低了铸件废品率＋提高了铸件质量，但 由于这些碱性砂酸耗值高，采用酸固化树脂 很难硬化．因此大多数采用水玻璃砂，但铸件 清砂困难，尤其一些复杂件。为此许多厂家不 第六图书馆
几万吨。 到６ 以下，现已正常运转４年多 生产铸件 某机械总厂采用碱性树脂砂生产线生产 www.6lib.com
大型铸件，由于碱性树脂优良的硬化性能．保 证了铸件质量，无论冬季，夏季都能在工艺规 定的时间起模，提高了车间产量，大大减轻了 工人劳动强度，深受厂内技术人员和现场工 得不采用昂贵的锆砂呋喃树脂自硬砂，而使 成本显者提高。碱性酚醛树脂自硬砂工艺．为 许多厂提高铸件质量，降低生产成本提供了 新的途径 太原重型机器厂自１９８８年初开始试验 人的欢迎。现已应用近二年 铸件质量稳定。 通过近十年的推广应用，表明碱性酚醛 树脂自硬砂在许多方面弥补了呋喃树脂砂的 不足 尤其在铸钢件球铁件生产上显示了特 有优势．它在水泵、阀门、重型、矿山、发电设 备、机车车辆、桥梁等工厂很有推广应用价 值。 该工艺．１９８９年７月在生产中正式采用碱性 酚醛树脂国产铬铁矿砂的自硬砂工艺代替锆 造型材料·１９９７．３ http://www.6lib.com 第六图书馆
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