酯硬化碱性酚醛树脂自硬砂

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
• 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。
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。
自硬砂种类 抗压强度MPa 呋喃—酸 0.233 酚醛—酸 0.288 酚尿烷 0.233 碱性酚醛 0.291
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
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
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%。
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
四、合成树脂发展历史
1944年 50年代后期 德国人发明了用来制造壳芯的酚醛 树脂树脂 欧洲开始采用呋喃自硬树脂
1960年前后
1968年
出现呋喃树脂热芯盒法
亚什兰开发出冷芯盒树脂
1970年
1975年
酚脲烷自硬砂
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
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。
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
2、反应机理
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。
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
好
小 一般
铸件渗硫
可能
无
无
铸件渗碳
铸件渗氮
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
可能
可能
很少
无
无
无
气孔倾向
热裂倾向
较低
较高
较低
低
低
低
型芯落砂
再生回用性 再生回用率 劳动条件 环境保护 铸造缺陷
溃散性极佳、易清理
干法回用性最好 ＞95% 较好 有污染 热裂、气孔等
溃散性一般
一般 70% 较好 污染较小 较少
可干法回用，较 好
80% 较好 污染较小 缺陷少
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 酯固化水玻璃自硬 砂 砂
工艺配方
可使用时间
树脂：1.0-1.2% 树脂：1.2-2.0% 固化剂：0.5-0.6% 固化剂：0.3-0.5%
5-40min 5-40min
水玻璃：2.5-3.5% 固化剂：0.3-0.5%
5-90min
24h抗拉强度
型芯存放性 高温热塑性
0.6-1.6MPa
好，基本不吸湿 小
0.4-1.2MPa
好，吸湿少 较大
0.4-1.0MPa
一般，有吸湿 大
铸型退让性
发气量 铸件表面质量 尺寸精度
较差
中 好
较好
小 好
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