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化学黏结剂砂造型气硬砂
发布时间:2016-9-19 11:14:00

气硬砂系指型、芯本体不需加热,仅在气体催化剂作用下迅速固化成型的一种造型、制芯工艺,主要有三乙胺冷芯盒树脂砂、CO2-酚醛树脂砂、CO2-水玻璃砂、甲酸甲脂酚醛树脂砂等,目前在生产中三乙胺冷芯盒树脂砂、CO2-水玻璃砂得到了较广泛的应用。

1.       三乙胺冷芯盒树脂砂 三乙胺冷芯盒树脂砂主要由硅砂、树脂和催化剂等组成。此法对硅砂要求甚严,特别是要求其含水量小于0.2%(质量分数),含泥量小于0.3%(质量分数)。所用的树脂由两个组分组成,组分I为苯醚型酚醛树脂,组分II为聚异氰酸酯。为了降低树脂对硅砂及环境湿度的敏感性和适用于低温浇注铝合金铸件的需要,近年来,又开发了抗湿性树脂和铝合金专用树脂。催化剂为液态的三乙胺或二甲基乙胺或二甲基乙胺,为了能使砂芯均匀硬化,液态三乙胺需要先雾化或汽化,再与惰性气体混合(常用氮气),吹入芯盒,使砂芯硬化。

  此法制芯时均在专用的冷芯盒射芯机上完成,所用射芯机的结构与普通射芯机相似,但增加了吹气机构和前后工序配套设备。前工序配套设备有混砂机、砂加热器、气体发生器、压缩空气干燥除湿系统、三乙胺气体与雾化装置等;后工序配套设备包括废气净化系统。

  制芯的主要工序为,硅砂加热至25~35℃,将组分I酚醛树脂加入砂中,混制1~2MIN,再加入组分II,继续混制1~2MIN,通常两组分加入量各为硅砂重量的0.75%。然后在0.30~0.35MPa射砂压力下,把砂子射入芯盒,再将体积分数为2%的三乙胺气体与载体混合,在0.2MPa压力下吹入芯盒,使型、芯砂迅速硬化,硬化时间一般为几秒或几十秒钟。型、芯砂硬化后,紧接着通过原来吹气系统,再吹入洁净干燥的空气,以便清洗型、芯砂中的残胺,并可进一步提高它的强度。从芯盒中排出的空气中含有残余的有毒胺气,必须送到洗涤室内,用酸中和,将胺除去,也可采用燃烧法去胺。最后,打开芯盒,取出已硬化的砂芯,便可进行下一轮程序。

  为了提高铸件的表面质量,减少粘砂缺陷,砂芯表面应刷一层涂料。可采用水基涂料,但必须待树脂完全硬化后刷涂料,防止明显降低砂芯强度。刷涂料应及时烘干。

  三乙胺法的最大特点是硬化速度快,硬透性好,生产效率高;其次是芯盒不需加热,劳动条件好,芯盒生产成本低,现已在批量生产各种复杂的砂芯的汽车等行业广为应用。

2.       CO2-酚醛树脂砂  CO2-碱性酚醛树脂是英国Foseeco公司20世纪80年代推出的一种新型黏结剂,具有对环境污染小、固化工艺简单、生产效率高、浇注性能好等优点,被称为面向21世纪的气硬冷芯盒材料之一。

  CO2-碱性酚醛树脂的主要成分是水溶性的碱性甲阶酚醛树脂和含氧酸盐,其中硼酸盐效果较好。硬化机理主要是,在CO2的作用下含氧盐的负离子与甲阶酚醛树脂中的酚羟基和羟甲基形成一种稳定的配合物而发生交联硬化。

  CO2-碱性酚醛树脂砂不仅具有较高的高温强度,并且在高温时显现出一定的塑性,即具有较强的抗开裂性的抗变形性,可以提高铸件的尺寸精度,改善铸件表面的粗糙度。CO2-碱性酚醛树脂砂的抗湿性明显好于水玻璃砂。

  从工艺性来讲,CO2-碱性酚醛树脂吹气操作简单,吹气时间短,不存在过吹问题。采用这种黏结剂操作方便,可以使用普通混砂机混砂,制芯操作可以在普通吹芯机上进行,而且适合于手工制芯。

  CO2-碱性酚醛树脂砂存在的主要问题是,树脂粘度大,型砂流动性差,粘结强度低,树脂加入量多。

3.       CO2-水玻璃砂 水玻璃砂吹CO2硬化的造型、制芯工艺于1948年在英国获得专刊后,在英国、前苏联和东欧各国得到了广泛应用。当时,我国80%以上铸钢件采用了CO2硬化水玻璃砂工艺,被认为是世界上应用水玻璃砂工艺最多的国家之一。随着该工艺应用水玻璃砂工艺最多的国家之一。被认为是世界上应用水玻璃砂工艺最多的国家之一。随着该工艺应用面的扩大,一些缺点也暴露出来,其中主要缺点有:

1)  CO2硬化水玻璃砂强度低,导致水玻璃加入的质量分数高达8.0%以上,浇注后型、芯砂溃散性很差,铸件清砂困难。

2)  CO2硬化时水玻璃砂易于过吹,而且硬化的水玻璃砂在存放过程中容易吸湿,表面形成白霜和粉化,表面安定性明显下降。

3)  水玻璃旧砂再生非常困难,增加了新砂用量,也造成了环境污染。

由于上述问题,水玻璃砂应用受到影响,特别是20世纪70年代呋喃树脂砂的开发成功,使CO2硬化水玻璃砂受到了冲击而迅速萎缩。但是,由于树脂的价格高,也存在环保问题,又迫使人们重新对水玻璃感兴趣。直到20世纪90年代,人们加强了水玻璃基本组成的深入研究,发现新制备的水玻璃是一种真溶液,在它存放过程中,硅酸分子产生缩聚反应而形成大分子结构,导致水玻璃粘结性能下降,即被称之为“老化”现象。若对已老化水玻璃给予能量,消除其老化现象,那么它的粘结强度可提高20%~30%。同时,采用液体有机酯取代CO2气体,又可使玻璃砂的或度提高30%以上。由于上述二项有效措施的应用,使其水玻璃加入的质量分数可降低到3.5%以下,明显改善了它的溃散性,使其旧砂再生回用成为可能。

4.       甲酸甲酯酚醛树脂砂  甲酸甲酯酚醛树脂砂工艺由英国Borden公司于1981年取得专利,1984年开始用于铸造生产。它采用水溶性碱性酚醛树脂和挥发性甲酸甲酯气体通过型芯砂混合物,使之硬化。甲酸甲酯硬化酚醛树脂砂工艺有以下优点:

1)  该法不含NS元素,能有效防止这些元素引起的铸件龟裂、热裂、渗碳、渗硫和气孔等缺陷。

2)  催化剂甲酸甲酯属低毒产品,不需要尾气洗涤塔。

3)  甲酸甲酯硬化酚醛树脂在加热时有短暂的热塑性阶段,从面产生二次交联,形成二次强度,所以能防止铸型热裂。

甲酸甲酯硬化酚醛树脂砂工艺也有以下缺点:

1)  该工艺中,甲酸甲酯是用专门设计的气体发生器进行汽化或雾化,并用压缩空气稀释,然后吹入砂芯,工艺比较复杂。

2)  甲酸甲酯又名蚁酸甲酯,有类似醚的气味,易挥发,为一级易燃液体,其蒸汽有麻醉作用,刺激鼻粘膜,长期接触会引起呕吐、困倦,损害肺部。


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