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再生砂用酯固化堿性酚醛樹脂合成工藝
發布時間:2017-01-6

 摘要:酯固化堿性酚醛樹脂是一種新型的造型、製芯工藝,這種粘結劑體係由堿性酚醛樹脂和有機酯兩部分組成。用於再生舊砂,這種粘結劑存在強度低、粘度大等缺陷,嚴重製約了它在再生舊砂中的應用。對酯固化堿性酚醛樹脂的 種類、影響堿性酚醛樹脂性能的合成工藝條件,包括原料種類與組成、合成工藝種類、反應溫度、反應時間和分子量,以及再生砂用堿性酚醛樹脂與一般堿性酚醛樹脂合成工藝不同點(主要從原料組成、固含量的高低、粘度和改性劑這 幾個方麵作比較)進行了討論,最後指出這種粘結劑今後的發展方向。
    
關鍵詞:酯固化;堿性酚醛樹脂;舊砂再生工藝
    
中圖分類號:TG221文獻標識碼:B文章編號:1001-4977200902-0175-06
    
再生砂用酯固化堿性酚醛樹脂合成工藝 酯固化堿性酚醛樹脂是1980年英國Borden公司開 發的一種新型造型、製芯工藝,這種工藝的粘結劑體 係用堿性酚醛樹脂和有機酯作為粘結劑和固化劑,砂 型(芯)常溫下便可以固化成型。20世紀80年代初, 國外開始開發應用這種樹脂砂,國外的應用研究水平 較高、工藝也比較成熟,而在國內,對這種鑄造工藝 的研究起步盡管不是太晚,但在生產應用方麵與國外 存在較大的差距。這種樹脂主要用於製造鑄鋼件、鑄 鐵件、球墨鑄鐵件、有色合金鑄件的砂型(芯),特別 適用於各種規格的碳鋼、合金鋼鑄件和球墨鑄鐵件砂 型鑄造。目前,該工藝已在西歐、美、日等國得到廣 泛應用,是生產大中型鑄鋼件較好的造型材料,被鑄 造業推崇為21世紀的新型材料。
    
與酸硬化呋喃樹脂相比,酯固化酚醛樹脂有許多優良特性:①樹脂和固化劑中隻含有CHO,無N SP等元素,從而消除了由這些元素所引起的鑄鋼件 的滲硫、滲磷和球鐵的球化不良現象,可減少針孔等 鑄造缺陷,適用於各種合金鑄件的生產;②對原砂適 用性強,堿性酚醛樹脂不僅適用於酸耗值低的原砂, 也適用於各種酸耗值較高的原砂,此時具有較好的硬 化性能,這對開發堿性原砂有著重要的意義;③堿性 酚醛樹脂製成的砂芯在高溫澆注時具有熱塑性和“二 次固化”現象,因此緩解了砂子受熱膨脹而產生的應 力,且型芯在較長時間內不被破壞,從而可防止鑄件 產生熱裂、毛刺,又可避免砂芯在高溫作用下,由於 強度過低,過早潰散而產生的衝砂等缺陷;④堿性酚 醛樹脂砂發氣速度比較平緩,發氣量小,這一特性有 助於消除浸入性氣孔。另外還具有較好的潰散性和退讓性[1] 酯固化堿性酚醛樹脂砂在鑄造中也存在許多問題: ①再生砂的強度低;②樹脂的粘度大,不利於混砂; ③樹脂中遊離醛的含量大,造成這種樹脂的氣味較大, 嚴重汙染了工作環境。本文對酯固化堿性酚醛樹脂的 種類、影響堿性酚醛樹脂性能的合成工藝條件,以及 再生砂用堿性酚醛樹脂與一般堿性酚醛樹脂合成工藝 不同點等方麵進行討論。
    1.
酯固化酚醛樹脂砂的分類
    
酯固化酚醛樹脂砂(Ester-cured phenolic system 簡稱ECP)根據其固化的方式不同分為兩大類[2]:一是 自硬法,又稱α-硬化法;二是冷芯盒法,也稱β-硬化法。
    1.1
自硬法
    
自硬法,又稱α-硬化法。自硬法所用的固化劑一 般是低分子內酯、醋酸甘油酯、低分子碳酸酯等液態 酯類。其用量為樹脂重量的20%~30%,國外用量為樹 脂重量的17%~20%。酯硬化酚醛樹脂砂與酸固化呋喃 樹脂砂、酸固化酚醛樹脂砂硬化特性不同。在酯硬化 酚醛樹脂體係中,有機酯是一種直接參與化學反應的 硬化劑,而非隻是促進反應的催化劑,它在樹脂砂中 與堿性酚醛樹脂直接進行化學反應[3],所以,硬化劑用 量與樹脂相匹配,其固化速度與溫度、有機酯的種類 有關。調節固化速度不是靠改變酯的用量,而是靠改 變有機酯種類。酯固化酚醛樹脂砂有硬化不完全性, 型芯砂在澆注時,在金屬液的熱作用下,型砂先呈現 出短暫的熱塑性,而後二次硬化變成剛性,最後直到 潰散,這一硬化特性使型砂在高溫下膨脹速度減慢, 膨脹量減小,有利於提高鑄件尺寸精度。
    
α-硬化法,既有顯著的的優點,也有不足之處, 具體表現在:①樹脂砂的常溫強度較低。②舊砂再生 回用率低。人們在使用自硬砂的過程中,已習慣於呋 喃樹脂的高強度,所以,在製芯中感到難以操作。但 是,酯固化酚醛樹脂在高溫下強度上升較快,並有 “二次硬化”階段,即使常溫強度較低。也可以受高溫 金屬液的作用,獲得極好的鑄件表麵質量。③因其固 化速度不是通過添加量來調節,現場對樹脂砂固化速 度控製較單一,因此在造型不同類型和大小相差較大 鑄件時,一次混砂較難滿足,較適合於鑄件品種少、 批量生產鑄件造型。
    1.2
冷芯盒法
    
冷芯盒法,也稱β-硬化法。β-硬化法所用樹脂與 α-硬化法基本相同,但樹脂活性高、固化速度快。該 硬化法是采用揮發性酯,經過汽化或霧化與載體混合 成混合氣體,吹入芯盒後與樹脂進行化學反應而使型 砂硬化的。其硬化特性與α-硬化法相同。該法比較理 想的硬化劑是甲酸甲酯,它容易汽化,在標準大氣壓下的沸點是32℃。一般來說,原砂溫度都低於32℃, 100%的甲酸甲酯蒸氣會凝成液體而包複在砂粒表麵, 致使型砂不能均勻硬化。因此,需將甲酸甲酯與空氣 或氮氣混合(比例為64)後吹入芯盒。此時甲酸甲酯 的分壓為0.06 MPa,沸點降為20℃。從化學反應的角 度看,甲酸甲酯加入量為樹脂重量的15%~20%即可, 但由於吹氣時的損失,實際用量要高於此值,並且有 正確的吹氣工藝與其配合。與α-硬化法相比,β-硬化 法製芯效率高,可用於碳鋼、合金鋼、球鐵等各種鑄 件的大批量生產,設備投資較大。與SO2、三乙胺法相 比,具有改善作業環境,提高鑄件質量等優點。
    2.
影響堿性酚醛樹脂性能的合成條件
    
甲階酚醛樹脂[4]分為酯硬化堿性酚醛樹脂和酸硬化 酚醛樹脂兩種。合成甲階酚醛樹脂的必要條件是pH>7 並且甲醛/苯酚(F/P)的摩爾比大於1,反應過程可分 為二個階段:一是甲醛在苯酚的鄰位和對位進行加成 反應,二是酚環上活潑氫與羥甲基或羥甲基之間縮聚 而脫水。隨著甲醛用量的增加,樹脂的活性增加,硬 化較快,樹脂砂的抗拉強度也較高。但是,與此同時, 樹脂的粘度增高,貯存壽命縮短。堿性酚醛樹脂的合 成受到諸多因素的製約,這包括酚醛的化學計量比 F/P)、催化劑類型和濃度、反應溫度、反應時間等。
    2.1
原料種類與組成
    
酚醛樹脂的反應原料主要是酚類化合物和醛類化 合物,常用的酚類化合物包括苯酚、甲酚、二甲酚、 雙酚A以及烷基苯酚或者是芳烷基苯酚,但較常用的 是苯酚。酚類化合物的反應活性點是羥基的兩個鄰位 和對位,如苯酚具有三個活性點,即三個官能度,對叔丁基苯酚有兩個官能度,不同的取代基對反應活性 的影響也是不同的。醛類化合物主要包括甲醛、多聚 甲醛、三聚甲醛、乙醛、三聚乙醛、糠醛等,其中甲 醛有個二官能度,它也是較常用的醛類物質,在樹脂 合成過程中,單體的官能度數目、單體摩爾比、催化 劑的類型對生成的樹脂性能有很大的影響。在甲階酚 醛樹脂合成過程中,所發生的縮聚反應需要在堿的催 化作用下進行,用於甲階酚醛樹脂合成的催化劑主要 有:BaOH2MgOH2CaOH2NaOHKOH LiOH、三乙胺和醋酸鋅[5]等,但合成堿性酚醛樹脂主 要是NaOHKOH催化劑,它們除了作堿性酚醛樹脂 合成催化劑外,也是降低堿性酚醛樹脂粘度的分散劑。
    2.2
合成工藝種類
    
酚醛樹脂的合成原料一般為苯酚與甲醛,二者可 以一次性的投入進行反應,也可以首先加入苯酚,然 後再分階段滴加甲醛或者分幾步加入甲醛。專利[6]中的 加入方式是一次性的投入苯酚與甲醛,這種工藝會使 樹脂中的遊離醛濃度偏高一些,但是據有關文獻介紹[7]這種一次的加入比分步加入甲醛達到相同粘度所需要 的時間大大縮短。所以,一次的加入甲醛時,對反應 時間的要求比較高,如果反應時間過長,會使粘度過 大而出現凝膠現象,導致反應失敗。
酚醛樹脂合成過程中,催化劑性質的影響也是一 重要因素。在目標產物相同情況下,用不同催化劑可 以製得性能多樣的產品。另外,不同催化劑的加入量 及加料方式也不同,製得的樹脂強度及粘度也存在著 明顯的差異。常用的催化劑為NaOHKOH,它們的 加入方式可以是一次性的加入,還可以分二到三步加 入。常見的是兩步堿催化法合成工藝,黎鋼等[8]曾對此 進行過詳細的報道,國外文獻[9]也介紹過。兩步堿催 化一般是一多一少的兩份催化劑,第二份通常在反應 結束後加入作為調節劑使用。三步加堿法有些國內文 [6]中介紹過。國外專利[10]提到過這種加堿方式,第 一步和第二步各加了5%NaOH,第三步加入了90% NaOH。另外,這個專利中使用的催化劑還有氫氧化 鉀,並且氫氧化鉀是最後在室溫下加入的。
    2.3
反應溫度
    
酚醛樹脂合成反應溫度一般分低溫、中溫和高溫 三種不同溫度反應,其中低溫主要是60~70℃,該溫 度主要是甲醛與苯酚在堿性催化劑作用下的加成反 應,而中溫70~80℃和80~90℃兩種,前者以加成反 應為主,縮聚反應為輔,而後者以縮聚反應為主,加 成反應為輔,高溫反應溫度為90~100℃回流反應, 該反應主要是縮聚反應。堿性酚醛樹脂合成應該是在 不同溫度段均反應一定時間,因酚醛樹脂合成必須先 進行加成反應,然後縮聚反應,低溫反應一定時間讓 大部分甲醛與苯酚均能發生加成反應,然後再在更高 溫度下反應一定時間,則加成產物發生縮聚反應生成 更大分子的甲階酚醛樹脂,同時沒有反應的甲醛與苯 酚繼續加成反應,最後再升高溫度讓前麵生成的加成 產物繼續縮聚或已縮聚的大分子繼續縮聚,生成更大 的分子,一般縮聚程度愈高,分子愈大,酚醛樹脂粘 度愈高。當反應溫度升高時,加成產物發生縮合反應 生成小分子水,同時得到能溶水的較大分子,如此時 停止反應得到的酚醛樹脂的樹脂砂沒有初強度,也沒 有終強度,但如果溫度或反應時間繼續升高或延長, 則原來能溶於水的較大分子就不能溶於水,隻能在強 堿性條件下能溶於水,成為水溶性樹脂,作為酯硬化 堿性酚醛樹脂應該是在這種縮聚程度的分子,此時得 到的酚醛樹脂的樹脂砂既有一定初強度同時還有一定中/終強度;如果繼續高溫反應,則繼續縮聚反應, 生成的產物在堿性水溶液中也不溶解,或難溶解,這 時樹脂砂即使有一定初強度,但中/終強度很低。因此,較佳的反應溫度方式應為分步升溫法,這樣可 以得到不同聚合度的或分子量大小分布較寬的產品,並最終能滿足樹脂砂有較好的初強度和中/終強度的要求。
    2.4
反應時間
    
反應時間長短直接影響到產物分子量大小,即影 響樹脂粘度大小,對樹脂砂強度影響很大,隨著反應 時間的延長,樹脂中羥甲基含量先增大後減小。堿性 酚醛樹脂與呋喃樹脂在在合成時最大特點是反應時間 對產品性能影響不同,堿性酚醛樹脂合成時間長短關 係樹脂縮聚程度大小,尤其是高溫反應時間長短對縮 聚程度影響最大,反應時間越長,反應產物粘度越大, 直至最後固化。
當酚醛樹脂反應時間短時,酚醛樹脂聚合度低, 樹脂砂初強度低,如果酚醛樹脂合成時間長,尤其是 高溫反應時間,樹脂粘度大,不易混砂,樹脂砂固化 快,初強度高,中或終強度低,砂型發酥,因此堿性 酚醛樹脂合成反應時間對樹脂砂性能影響很大。堿性 酚醛樹脂反應初始階段的反應產物主要是一羥甲基、 二羥甲基和三羥甲基苯酚的混合物,產物粘度低。隨 著反應時間延長,尤其是高溫反應時間,產物的分子 量增大,生成的樹脂自身進行交聯增多,產物的粘度 增大,直到失去水溶性,嚴重影響樹脂砂強度,若繼 續反應甲階酚醛樹脂進一步縮聚可生成乙階及丙階酚 醛樹脂而固化。所以,從反應時間的長短可以估計理 論上的反應終點是否達到,但是實際終點的判斷還要 以粘度來作為標準。這是因為反應過程中,溫度不容 易控製,反應溫度在5℃以內波動是正常的,如果高溫階段持續的時間長一些,實際終點就會提前到達。 實際反應終點是否到達要以粘度的大小來判斷。
    2.5
分子量
    
酚醛樹脂反應終點的判斷最準確的方法就是測定 其分子量的大小,這種方法複雜,在實際過程中並不 采用這種方法,而是采取測定樹脂粘度的方法來確定 反應進行的程度。因受反應過程中加入溶液的影響, 粘度並不能精確的代表反應的進度,而是存在一定的 偏差,在對反應要求不是十分精確的情況下也是可以 采用的,這也是常用的一種方法。
    
國外文獻[11]中曾提到這樣一種測定分子量方法: 通過凝膠滲透色譜法(GPC)來測定,用聚苯乙烯作為 標準。具體操作過程為:向酚醛樹脂中加入適量的水, 然後利用硫酸中和混合物,通過過濾將沉澱物分離出 來,再用水洗滌並加以幹燥,幹燥物溶解四氫呋喃 THF)中,然後放在凝膠滲透色譜儀上測定其分子量。 酚醛樹脂的相對分子質量一般在500~8 000之間。
    3.
再生砂用堿性酚醛樹脂合成
    3.1
再生砂的特點
    
樹脂舊砂的來源由兩部分組成:一是打箱後未潰散的樹脂舊砂;二是製作型芯時拋棄的不合格品。所得到的樹脂舊砂因為是從混合舊砂中用篩分的方法分 離出來的,難免要混入少量的粘土舊砂。由於和粘土 砂混合,表麵上附著許多粉塵,包括粘土、煤粉、燒焦的樹脂等。
    
砂型材料主要是由石英砂及粘結劑等組成,這些粘結劑、添加劑和硬化劑等與砂混製後包覆在砂粒表麵,當液體金屬澆入鑄型之後,在離鑄件表麵一定厚 度範圍內的型砂砂粒表麵的粘結劑因受熱影響而發生 各種變化。例如,粘土質的粘結劑會由於熱作用而失去活性;水玻璃粘結劑則呈熔融的玻璃狀;有機脂如樹脂會因受熱而燃燒、炭化等。隨著離鑄件距離的遠近,型砂會產生燒結、脆化及形成殘留物等不同變化。舊砂的特點概括起來可分三種情況,結膜、成團或粉化[12]
    
由於再生砂與新砂性能上的差別,再生砂在應用 時必須在製芯工藝上做相應的調整,而且隻能以部分加入。酚醛樹脂砂是酚醛樹脂與砂混合而成,經過澆 注後因受熱不同,一部分燒焦成灰或炭化形成海綿狀物質,一部分受熱變脆,殘留固化形成分解物,大部分未受熱影響的硬化樹脂包覆在砂粒上,這些殘留物及粉塵微粒均對型砂強度、衝砂敏感性、熱粘砂傾向和發氣量等性能產生影響。
    
眾所周知,酯固化堿性酚醛樹脂舊砂,與酯固化水玻璃舊砂一樣,一直被認為是一種再生回用難度較大的舊砂,且至今未得到較好解決,其主要原因是: ①酯固化堿性酚醛樹脂舊砂砂粒表麵上的樹脂膜,常溫下具有一定韌性,特別是其中含水量>1.0%時,很難用幹法機械再生獲得較理想的再生效果;②酯固化堿 性酚醛樹脂舊砂砂粒表麵上樹脂膜中殘留一定量有機酯,可使再生砂可使用時間縮短,粘結強度下降,型 砂工藝性能惡化(特別是多次反複使用時);③酯固化 堿性酚醛樹脂舊砂砂粒表麵上樹脂膜中殘留有少量鉀 360℃左右熔化,1 320℃後氣化),這種無機物很難用一般高溫(800~900℃)熱法再生工藝將其全部除 去。殘留鉀存在於再生砂中,會嚴重降低再生砂粘結強度和抗濕能力[13]
    
原砂在不斷循環使用過程中,其砂粒將逐漸細化, 其細化的程度主要取決於受熱狀況、原砂的質量、舊砂的再生方式等。再生砂粒度細化後將影響型砂的透氣 性、增加樹脂的加入量、降低回用率。隨著樹脂砂的不斷重複使用,樹脂砂中的殘留堿量及砂粒表麵碳質塗覆 層增加,這將會極大的影響舊砂的質量,使舊砂的強度 比新砂明顯的降低,進而製約了舊砂的再生率。堿性酚醛樹脂砂的新砂強度最高,再生砂的強度 要比新砂約低20%,因此新砂的加入可以提高再生砂 的強度,這是堿性酚醛樹脂砂的不足之處。下麵對再生砂與新砂用堿性酚醛樹脂合成工藝的異同,從原料組成、固含量、粘度以及強度等幾個方麵進行初步的 討論。
    3.2 
原料組成
    
再生砂用的原料除了上麵提及的苯酚與甲醛外, 還會用到一些性質相似的同類改性劑,來混合使用, 以克服傳統的樹脂再生砂強度低的弊病。國外專利[14] 中提到,以羥基苯酚(如間苯二酚)替代苯酚,作為 反應單體能夠顯著的改善再生砂用酚醛樹脂的合成工 藝性能。文獻[15]提到苯酚其他代替物:雙酚A、烷基 酚(如甲酚)與苯酚混合能有效的提高再生砂的回用 率。專利[11]介紹,利用雙酚A與苯酚以適當的摩爾比 相混合作為反應物,可以提高再生用樹脂砂的流動性 及填充性能,如果再與甲酚混合使用,製備堿性酚醛 樹脂在較低溫度和較少的有機酯用量條件下均能得到 較高強度。
    
催化劑選用與傳統的酚醛樹脂工藝也有所不同。 例如專利[16]中使用的催化劑是NaOHKOH以及二者 的混合物。再生砂中催化劑要用NaOH部分或全部替代 KOH的原因,就是鉀不易除去,殘留鉀存在於再生砂 中,會嚴重降低再生砂粘結強度和抗濕能力[15]。有的 文獻提到利用酸醋鋅[5]作為催化劑,然後再加入氫氧化 鉀,用甲酸甲酯氣硬化,這種工藝可以提高砂型的初 強度、加快固化的速度等。
    
醇也是一種必要的反應原料,加入反應體係中可 以改善樹脂砂的流動性。常用到的醇為碳原子數為 2~10的一元醇,包括乙醇、丙醇、異丙醇、丁醇、異 丁醇、仲丁醇、叔丁醇、戊醇、異戊醇、己醇、庚醇、 辛醇、壬醇和癸醇,可以將它們中的一種或者幾種加 入到反應體係中[13]
    3.3
固含量
    
目前市場上酯硬化堿性酚醛樹脂固含量為50%~ 60%,一般都比較高,固含量愈高,其有效酚醛樹脂 含量愈高,樹脂砂強度愈高,但樹脂粘度愈大,樹脂 砂流動性差。另外,固含量高,則KOHNaOH含量 高,那麽殘留在再生砂中的鉀或鈉離子高,降低了砂 熔點,從而影響樹脂砂的性能。因此,低固含量的堿 性酚醛樹脂更適用於再生砂。樹脂砂流動性可通過降 低樹脂粘度來提高,而影響樹脂粘度因素中,除了樹 脂合成時縮聚程度或酚醛樹脂分子大小外,就是固含 量高低。前者是影響樹脂砂初強度和中/終強度的主要 因素,一般不能通過降低縮聚程度來降低樹脂粘度達 到提高樹脂砂流動性的目的,因為若采取這種方法將 大大降低樹脂砂的初強度。國外專利[16]介紹了一種 低含量(在33%~47%之間)的堿性酚醛樹脂的生產工 藝,再生砂的使用量至少為60%。這種樹脂可用甲酸 甲酯冷芯盒固化,也可由液體有機酯固化,而液體有機酯一般為多羥基醇的碳原子為1~10的醋酸酯,或者 丁內酯及其混合物組成的有機酸酯。該專利中還給我 們提供了降低傳統酚醛樹脂固含量的一些方法,例如 用水稀釋,或者其他溶劑(包括甲醇、乙醇、乙二醇、 糠醇或它們混合物),這種專利能顯著的提高再生砂的抗拉強度。
    3.4
粘度
    
在堿性酚醛樹脂的合成中粘度是判斷反應程度的 一個重要參數,即粘度是樹脂合成時縮聚程度一個度量標準。影響樹脂粘度高低的因素主要有:溫度與反 應時間,一般在相同反應時間,溫度愈高則合成樹脂 粘度愈大,或相同溫度下合成樹脂反應時間愈長,則 樹脂粘度愈高,作為酯固化堿性酚醛樹脂應該是具有 一定聚合度的大分子,隻有這樣樹脂砂才具有較高的 初與中、終強度,因此樹脂合成終點最為關鍵指標是樹脂粘度。專利[16]中用水稀釋,就是很好的一個保證 樹脂低粘度,增大其流動性的方法。文獻[11]中提到: 氟化合物或脂肪醇添加到堿性酚醛樹脂中可以提高樹 脂砂的流動性,但它們與堿性酚醛樹脂的相容性較差, 而不能較好的改善樹脂砂的流動性,並且價格較高還 會增加樹脂的成本。用丙醇或者異丙醇[17]改性也能夠 提高樹脂砂的流動性能。
    3.5
改性劑
    
通過改進樹脂的結構,增加樹脂中活性基團的含 量來提高和改善粘結劑的粘結性能或利用其他化合物 合成具有特殊結構和組成的樹脂,這是改善和提高粘 結劑的粘結性能的有效方法。經重複使用的再生砂砂 型強度比新砂的要低,為了保證樹脂砂有較高強度, 必然增加樹脂使用量,這也是造成成本上升的原因, 如果能克服這個缺點,酯固化再生砂用酚醛樹脂工藝 將會得到廣泛的應用。
    
在樹脂中使用添加劑是提高樹脂砂強度的一個重 要途徑。在樹脂中添加有機矽烷或表麵活性劑,能夠使樹脂砂的強度提高1~2倍。酯固化酚醛樹脂砂的再粘 結強度取決於殘留堿量和樹脂砂所經曆的澆注次數。 每次澆注後,粘結膜的熱輻射程度增加。經常用到的添加劑有雙鍵化合物、多羥基化合物、醚類化合物、 乙二醇類化合物等。專利[14]中提到,向堿性酚醛樹脂 中加入鋁鹽如AlNH4SO42·12H2OAlKSO42· 12H2O或者AlNO33·9H2O等,能提高樹脂的粘結 性能。而專利[17]改善樹脂粘結性能的方法是,向樹 脂中加入少量的開鏈的醚醇或者酮醇。其中醚醇是一 種含碳原子在4~20的有機物,如乙二醇醚或芳香醚係 列。這個改性方法與專利[14]不同的是:再生砂的用量 達到50%以上,其中有莫來石砂(在20%以上)。另外, 文獻[11]介紹到:對於再生砂而言,添加氯(氧)化鈣 和氧化鋁砂可提高樹脂砂的強度。用醇改性(碳原子數為2~8)堿性酚醛樹脂,在較低溫度和較少的有機 酯用量條件下均能得到較高強度的樹脂砂。有的文獻 中提到用硼砂[18]改進再生工藝時,樹脂砂的強度會得 到提高。利用苯氧乙醇[19],又稱乙二醇苯醚對有機酯 固化堿性酚醛樹脂進行改性,能夠增大再生砂的抗拉強度。
    4 
酯固化堿性酚醛樹脂發展方向
    
隨著鑄造業向規模化和精密化生產發展,對砂型 粘結劑提出了更高要求,目前樹脂生產及製備砂型方 麵存在的問題主要有,合成樹脂中苯酚及甲醛含量偏 高,在混砂、造型和澆注過程中,有害氣體汙染作業 環境;酚醛樹脂結構中的苯環脆性大、粘度大、混砂 不均勻;製備的砂型(芯)高溫強度差、發氣量高、 鑄件中有氮針孔;樹脂粘結劑價格偏高及廢砂不能回 收再生或者回收率過低等。為此,開發高性能的能夠 滿足樹脂砂鑄造工藝要求的新型酚醛樹脂是今後努力 的方向。
    
1)立足節約資源,提高效率和降低成本,繼續 發展冷芯盒工藝並擴大其應用範圍。冷芯盒工藝在造 型、製芯工藝中所占總量的比重還很小(不到10%), 而發達國家達到60%以上。因此,在我國繼續發展和 推廣冷芯盒工藝具有重大的意義和廣闊的前景。
    
2)推行清潔生產,開發新型低毒、無毒、無公 害高效綠色造型、製芯工藝,降低現有工藝中有毒成 分含量(遊離的醛與遊離酚,固化劑中的甲酸甲酯 等)。例如用一種香料[19](脂肪族酯類,α,β部分飽和 酮類或者醛類等)來掩蓋氣味,能很好的改善工人的 操作環境,達到優化環境的效果。根據清潔生產要求, 樹脂中遊離的醛以及遊離的酚等嚴重汙染環境。而開 發低遊離醛、遊離酚(例如添加一種金屬氧化物[20綠色造型、製芯工藝將是今後重點發展的方向。
    
3)在酚醛樹脂的改性過程中,應重點發展無N SP等有害元素的粘結劑,消除由粘結材料引起的如 皮下氣孔、增碳、增硫以及球鐵球化不良等鑄造缺陷, 提高鑄件表麵質量與精度。
    
4)開發適應各種不同固化速度的酯固化劑,以 適應非常慢速固化的固化劑,如1~2 h的固化劑,尤其 是夏天,同時還應開發固化較快的固化劑,如在冬天 20 min左右固化,這樣使酯固化堿性酚醛樹脂不僅適 用於品種少批量生產的大件,也適用於品種多量少的小件。

 

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