铸钢粘结剂(树脂)的最新发展

1.1 树脂加入量对强度的影响 实验配比分别为加入1%、1.2%、1.4%的邦尼树脂，加入固化剂的量占树脂的35%，分别比较 24小时的抗拉、抗压强度。 即时抗拉 即时抗压 2h抗拉 2h抗压 4h抗拉 4h抗压 24h抗拉 24h抗压 1.7
1.4
强度（Mpa）
1.1 0.8 0.5 0.2 -0.1 1 1.2 树脂加入量（%） 1.4
24h抗拉强度
高温热塑性 铸型退让性 砂型表面稳定性 发气量
0.3-1.0MPa
大 好 差 小
0.4-1.6MPa
小 差 一般 大
0.4-1.6MPa
中 较好 一般 中
0.4-1.6MPa
中 较好 好 中
铸件表面质量尺 寸精度 气孔倾向 热烈倾向
差 低 低 溃散性一般，清
一般 高 高 溃散性极佳， 极易清理
表2 几种型砂粘接剂工艺技术性分析 项目 硬化方式 酯硬化 水玻璃 自硬 冬季硬透性一般 硬化性能 硬化时间可调， 不灵活 呋喃树脂 自硬 冬季硬透性好 碱酚醛树脂 自硬 冬季硬透性尚可 邦尼树脂 自硬 冬季硬透性尚可
硬化时间可调， 硬化时间可调，灵活， 硬化时间可调，灵活， 灵活 有高温二次硬化特性 有高温二次硬化特性
5.邦尼树脂砂 邦尼树脂是近年来邦尼公司研制并推向市场的一款新型环保铸钢专用粘接剂， 就其分子结构而言，是属于“改性甲阶酚醛树脂”（Modified Resole Phenolic Resin），具体讲是一种新型的完全不含甲醛与苯酚的并兼具有目前常规树脂中 各项优越综合性能的环保型铸钢树脂，该树脂既具有酚醛树脂的二次硬化等一系 列特性，又保持了呋喃树脂的强度，溃散性、使用适应性及高再生回用性。 5.1工艺优势 5.1.1树脂的加入量低（占原砂的0.9%-1.2%），硬化速度调节灵活； 5.1.2型砂表面稳定性好。邦尼树脂砂由于其自身组织结构优势，使得型砂表面 有一层特殊的油膜，型砂表面稳定性及安定性是所有型砂中最好的，利于起模及 铸件表面质量提高； 5.1.3卓越的溃散性。邦尼砂浇注后型砂溃散性很好，与呋喃树脂砂基本一样， 利于铸件清理及旧砂的回用； 5.1.4二次硬化。邦尼砂具有甲阶酚醛树脂砂特点，受热后具有明显的二次硬化 性能，起模韧性好，上涂料时不出现浮砂问题。 5.1.5旧砂回用率高。旧砂回收率一般都在95%以上，仅用普通机械再生即可， 再生设备投资及再生费用均较低。 5.1.6邦尼树脂采用单一砂工艺，不需要面背砂工艺方案，操作简单可靠； 5.1.7环保无毒，树脂中游离甲醛与苯酚含量为零，浇注后无任何刺激性气味。
好 中 低
好 中 低
型芯落砂
理难易程度与水 玻璃加入量有关
溃散性较好，易清理
溃散性佳，易清理
可干法+热法再生， 可 干 法 再 生 会 可干法再生会用，旧 干 法 再 生 最 好， 旧 砂 再生砂回用性
旧 砂 指 标 严 重 影 用 ， 旧 砂 指 标 砂指标影响旧砂强度 指 标 不 影 响 旧 砂 强 度
3. 呋喃树脂砂工艺 3.1存在的主要问题 3.1.1型（芯）的高温退让性差，铸件表面易增硫，铸件钢件（尤其是薄壁、壁 厚悬殊、结构复杂的铸钢件）易产生裂纹； 3.1.2混砂、造型、浇注、保温、落砂过程产生的气体对人体伤害大且污染环境； 3.1.3铸件焊补量及回火率高，综合成本较高。
4. 碱性酚醛树脂砂 碱性酚醛树脂酯固化自硬砂(简称α-Set法)是 20世纪70年代由英国Borden公 司发明。主要应用于铸造不锈钢、合金钢和球墨铸铁的生产。酯固化碱酚醛树脂 是苯酚和甲醛在强碱催化下缩聚而成的甲阶酚醛树脂，其pH值达到12~14,呈强 碱性。酯固化碱酚醛树脂固化剂采用有机酯(甘油醋酸酯为主)，国外已经成熟使 用多年，目前国内以二重、太重为代表的多数大型铸钢厂采用该类粘接剂生产了 各类大型铸钢件。 4.1存在的问题 4.1.1铸件综合成本高； 4.1.2设备配置高，旧砂回收率低； 4.1.3必须采用面背砂工艺，且旧砂只能用于背砂，树脂加入量会随着旧砂使用 的次数增加而增加，同时铸件质量有所下降； 4.1.4碱酚醛树脂砂与水玻璃砂、呋喃树脂砂相比具有一系列优点（铸造同行都 是比较清楚的），铸件质量是有较大的提升，但根据多年的生产实践，可以说碱 性酚醛树脂砂铸钢件也有类似呋喃、水玻璃砂中的一些缺陷产生，特别有共性的 是气孔、粘砂。铸件的气孔缺陷除了与碱酚醛砂自身在浇注后持续性发气有关， 也与灼烧减量波动关系甚大。
2.2 使用邦尼树脂砂工艺后浇注现场烟气大大减少，而且无任何刺激性气味，改善了车间现场 环境，具体见下图
浇注后几乎没有任何的烟气及刺激性气味，大大改善了工人的作业环境
2、生产过程
2.1 生产中使用40T/H搅笼连续式混砂机（见右图） 造型，100%再生砂，树脂加入量0.95%，固化剂加 入量32%-35%，起模间30-50分钟；使用15T/H搅笼 连续式混砂机制芯，50%新砂+50%再生砂，树脂加 入量1.1%，固化剂加入量35%-38%，起模时间3035分钟。共计铸造了三百多节挡铲版槽帮，生产出 来的槽帮铸件表面光滑平整，采取钉放排气槽和加 大浇注速度等措施，没有发现气孔缺陷，见下图：
1、如何提高旧砂的再生回用率，使不可再生的天然硅砂充分利用； 2、如何减少或消除由于粘结剂带来的有害气体的排放。 3、如何降低旧砂再生处理的费用，简化庞大的再生处理装置； 4、如何通过对粘结剂的改进与进步来改善铸件的表面质量，从而 提高落砂与清理的效率，降低生产的综合成本，提高铸件的市场 竞争力。 以上4点内容是当前每一个铸钢企业及铸造工作者最为关注的 问题。目前，我国铸钢用型砂粘结剂中以碱酚醛树脂，酯硬化水 玻璃为主，在我国铸钢型砂粘结剂中占主要地位，但这两种型砂 工艺随着环保与铸件质量要求的日益提高，在环保、节能、再生、 减排方面产生诸多问题。国内外的铸造业及化工业虽作了多方研 究及改进，结果均未达到良好效果。北京邦尼公司生产的邦尼树 脂在解决这些问题方面具有很好的优势。下面对铸钢常用几种粘 结剂做简要分析，并就这几种粘结剂在实际生产中应用效果进行 对比，以促进铸钢粘结剂的进一步发展。
几种铸钢用粘接剂使用的技术性分析见表1、表2
各类型粘结剂技术性分析
几种铸钢用粘接剂使用的技术性分析见表1、表2
表1 各种自硬砂树脂的主要技术指示及适用范围基本对比 树脂 类型 氮（%） 5-10 呋喃自硬树脂 主要技术指标 粘度 （mPa∙s，%） ≤50 游离甲醛（%）游离苯酚（%） ≤0.5 适用范围
非铁合金
2-4
Leabharlann Baidu1-2 ≤0.5
≤30
≤15 ≤15 高于同类 呋喃树脂 ≤120 ≤150 ≤50
≤0.3
≤0.3 ≤0.3 ≤0.2 ≤0.2 ≤0.5 0
≤0.1 ≤0.5 ≤5 0
铸铁
一般铸钢
酚醛呋喃树脂 碱性酚醛树脂 酚尿烷树脂 邦尼树脂
0.5-4 无 1.5-2.5 ≤2
同呋喃树脂 铸钢、球墨铸铁、非铁合金 铸铁、非铁合金、铸钢 铸铁、铸钢
铸钢粘结剂的最新发展
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国内主流粘结剂在铸钢件生产中的现状 各类型粘结剂技术性分析
目 录
一、引言 二、国内主流粘结剂在铸钢件生产中的现状 三、各类型粘结剂技术性分析 四、关于邦尼树脂的实践应用范例 五、结束语
引 言
进入21世纪以来，社会对环境的要求日渐提高，环 境污染成为社会关注的重点。对于污染严重的铸造行业 来讲，先进设备、优质环保原材料的选用将至关重要。 邦尼树脂是近几年铸造行业中新兴的一种铸造专用树脂， 其具有铸件优质、节约能源、减少排放、环保无毒、成 本优势等优点，尤其适用在铸钢件的生产上，这些优点 更为突出。文章根据该树脂在煤矿输送机铸造槽帮及石 油类铸件上的成功使用具体阐述这些优点。 近半世纪以来，我国铸钢型砂中采用的粘结剂有多 个品种：水玻璃，碱酚醛树脂、呋喃树脂及Pep-Set树脂 等，近年来又出现一种树脂称为邦尼树脂。随着我国铸 钢事业的发展，对铸钢型砂的粘结剂提出了更多的需求：
响旧砂强度性能 不 影 响 旧 砂 强 性能 度性能 性能
再生砂回用率
75%
95%
75%
95%
劳动条件
环境保护 设备要求 型砂控制要求
好
废砂污染 高 高
一般
废气污染 低 低
较好
废砂污染 一般 高
较好
污染很小 低 低
关于邦尼树脂的实践应用范例
河北某大型企业自2013年5月使用邦尼树脂生产煤机类槽帮铸件以来实际数据如下： 1、实验室数据
国内主流粘结剂在铸钢件生产中的现状
1. 吹CO2 -普通水玻璃砂工艺 吹CO2 —普通水玻璃砂工艺具有设备简单、操作方便、成本低廉、无毒等 特点，从上世纪50年代开始广泛地用于国内铸钢件的生产，目前多数铸造厂仍 采用此种工艺生产铸钢件。 1.1存在的主要问题 1.1.1水玻璃加入量高，铸件型、芯溃散性差，铸件清理难度大； 1.1.2铸件表面质量差，尺寸精度低，综合质量不高； 1.1.3吨铸件消耗的新砂量在大于1.5~2t左右，旧砂回用率低，排放量大，严重 污染地下水源等。 1.2相关技术进步 从粘接剂的可持续性发展来看，水玻璃是一种绿色的材料，有待于进一步 发展的。为了最大程度改善水玻璃砂工艺存在的问题，这些年来，国内外的铸 造工作者们一直不懈努力，研究开发了许多改善水玻璃物化性能或溃散剂的一 系列新的材料和工艺，这些材料和工艺方法一定程度上解决了当时的生产需求， 但未能从根本上解决水玻璃砂工艺的问题，水玻璃加入量居高不下，溃散差、 旧砂再生回用困难，铸件质量较差，该工艺基本属于被淘汰的行列，取而代之 的将是新型水玻璃自硬砂及树脂砂工艺。
在固化剂加入比例相同的前提下，同一时间随着树脂加入量的增加，强度逐渐升高。
1.2 湿度对强度、起模时间的影响 实验过程中，用温度湿度仪测量环境的温度湿度，选取其他条件相同、湿度不同的几组数据进行 分析，结果见下图：
固化剂32% 固化剂34% 固化剂36%
90 80
起模时间（min）
50 40 30 20 10 73 79 湿度（%） 92
即时
2h
4h
24h
1.6 1.4
抗压强度（Mpa）
1.2 1 0.8 0.6 0.4 0.2 0 30 35 固化剂加入量（%） 40
由上图可以看出：即时强度、2小时强度、4小时强度、24小时强度在不同固化剂加入量 下差别不大。因此，固化剂加入量只会影响树脂砂硬化时间，调节型砂的可使用时间、起模时 间的长短，对强度影响不大。
2. 酯硬化水玻璃自硬砂工艺 随着水玻璃砂工艺及材料的发展，这些年来，先后有不少企业选择了酯硬 化水玻璃自硬砂工艺为铸钢件的技改工艺，其中在机车车辆工厂、泵阀类铸造 厂使用普遍。 2.1存在的主要问题 2.2.1型（芯）砂溃散性已得到大幅度改善，但不如树脂砂工艺好； 2.2.2型（芯）砂、再生砂在空气中有较大的吸潮现象，严重影响铸型强度及铸 件质量，在设备及工艺上要采取措施解决； 2.2.3脂硬化的水玻璃再生砂质量控制是尤为必要的，要定期检测再生砂微粉含 量、Na2O含量及旧砂再生前加热温度。微粉含量高：水玻璃和固化剂在加入相 同的情况下，可使用时间缩短，强度降低；Na2O含量高：再生砂工艺性能恶化； 旧砂加热温度高：使旧砂表面活性降低，延长可使用时间，冬季要适当控制。
强度（Mpa）
70 60
1.8 1.6 1.4 1.2 1 0.8 0.6 0.4 0.2 0
32%抗拉 34%抗压
32%抗压 36%抗拉
34%抗拉 36%抗压
73
79 湿度（%）
92
通过上图可以看出，其他条件基本相同的条件下，起模时间随着湿度的增大而延长；而强度受 湿度的影响不大。
1.3 邦尼固化剂加入量对强度的影响 选取树脂加入量相同，固化剂量分别为30%，35%，40%的一组数据进行分析，结果见下图：
1.4 时间对强度的影响 对同一组试样制好后比较随时间推移记录强度，结果见下图：
固化剂30% 固化剂35% 固化剂40%
1.6 1.4
抗压强度（Mpa）
1.2 1 0.8 0.6 0.4 0.2 0 即时 2h 4h 时间（h） 24h
随着时间的推移，强度在逐渐升高。24小时后强度有少量下降或强度增大速度放缓，说明 型砂强度在24小时左右达到最大。 通过以上实验可以看出，邦尼树脂是一种应用在生产中较为灵活的树脂，可以根据环境温 度、湿度等不同因素调整树脂及固化剂的量来达到生产的需求。