【正文】 生的前提。在強堿性條件下，甲階酚醛樹脂與交聯(lián)劑都處于游離狀態(tài)，只有在弱堿性或酸性條件下這一配位反應才能進行。 樹脂中活性基團的含量和配位反應進行的程度對粘結劑的粘結強度有相當大的影響，適合于 CO2冷芯盒的甲階酚醛樹脂 ， 其分子應該是帶有高密度活性基團的體型結構。 除了硼酸根離子的這種交聯(lián)作用外 ， CO2的凝聚作用也是不可忽視的 。 甲階酚醛樹脂的水溶性不強 ， 在堿性條件下 ， 樹脂中的酚羥基轉變成 酚羥基負離子 ，使得樹脂的親水性增強 ， 而具有水溶性 ， 一定的堿含量是樹脂穩(wěn)定存在的基礎 。若向樹脂溶液中吹入 CO2， 則會發(fā)生中和反應 ， 體系中的有效堿含量降低 ， 樹脂中的酚羥基負離子轉變?yōu)榉恿u基 ， 樹脂的親水性減弱 ， 溶解性下降 。 當堿含量沈陽工業(yè)大學本科生畢業(yè)設計（論文） 22 小于穩(wěn)定樹脂溶液所需要的最低堿量時 ， 樹脂溶液的穩(wěn)定性遭到破壞 ， 樹脂分子彼此靠攏而發(fā)生凝聚 。 沈陽工業(yè)大學本科生畢業(yè)設計（論文） 23 第 4 章 氣硬堿性酚醛樹脂 工藝性能的研究 氣 硬 堿性酚醛樹脂砂可使用時間 對強度的影響 以 樹脂砂終強度下降 20%時間作為其可使用時間，從圖 41看 出 ，樹脂砂的存放時間對初強度影響較小；而樹 脂砂的終強度則隨著時間的延長，逐漸下降，C02硬化堿性酚醛樹脂砂的可使用時間超過 4h，完全可以滿足 生產 現(xiàn)場制 做。 0 1 2 3 4 52 .22 .32 .42 .52 .62 .72 .82 .9抗壓強度/MPa可使用時間/m i n 圖 41 樹 脂砂可使用時間一強度曲線 氣硬 堿性酚醛樹脂砂的潰散性 殘留強度是 描述型 /芯砂潰散性好壞的一個重要指標，樹脂砂殘留強度的大小一般由兩個方面決定 : 、耐火度。燒結點、耐火度低的原砂，在高溫時容易燒結。冷卻后成玻璃態(tài)，這種玻璃相會嚴重惡化樹脂砂的出砂性能，表現(xiàn)為樹脂砂殘留強度很高 。 。樹 脂混入原砂后，會給樹脂砂帶來許多化學物質，這些化學物質之間以及它們與原砂之間在高溫時會發(fā)生復雜的化學作用，如果沈陽工業(yè)大學本科生畢業(yè)設計（論文） 24 這些化學作用形成了低熔點的玻璃體 (燒結 )，樹脂砂殘留強度就會猛增。因此，應該將樹脂和原砂當作一個系統(tǒng)來考慮。 圖 42為 將吹氣硬化后放置 24h 的抗壓試樣置于箱式電阻爐內 ,經 在不同的加熱溫度下，保溫 5 分鐘 后， 冷卻至室溫 ,測定的 CO2硬化堿性酚醛樹脂砂的高溫殘留強度曲線。由圖可以看出， CO2 硬化堿性酚醛樹脂砂的殘留強度較低，潰散性較好。 圖 42 CO2硬化堿性酚醛樹脂砂的高 溫殘留強度曲線 氣硬堿性酚醛樹脂的發(fā)氣量和發(fā)氣速度 600 700 800 900 10000 .10 .00 .10 .20 .30 .40 .50 .60 .70 .8殘留強度/MPa溫度/℃沈陽工業(yè)大學本科生畢業(yè)設計（論文） 25 0 20 40 60 80 100 120202468101214發(fā)氣量（ml/g）發(fā) 氣時 間（ s） 圖 43 CO2硬化堿性酚醛樹脂砂發(fā)氣量曲線 粘結劑的發(fā)氣量也是控制型芯砂高溫性能的重要指標之一，如果粘結劑的發(fā)氣性較大，必將導致鑄件產生氣孔等缺陷，特別是對于形狀復雜的鑄件，顯得尤為重要，發(fā)氣性是標志可否生產出合格鑄件的關鍵。 CO2 硬化堿性酚醛樹脂粘結劑發(fā)氣量曲線見圖 43，由圖可知，發(fā)氣量較低。 氣硬 堿性酚醛樹脂加入量 對 性能 的影響 表 41為不同樹脂加入量的芯砂抗壓試樣的 強度。 從表中可以看出，在實驗條件下，隨著樹脂加入量的增加，型砂強度呈直線上升。但 加入量過高則芯砂發(fā)氣量較高且芯砂成本明顯提高，綜合考慮各種因素將樹脂加入量控制在%%， 同時也可獲得較高的初始強度和 24h終強度。 沈陽工業(yè)大學本科生畢業(yè)設計（論文） 26 表 41 CO2硬化堿性酚醛樹脂加入量對型砂強度的影響 樹脂加入量 % 初強度（抗壓 MPa） 中強度（抗壓 MPa） 終強度（抗壓 MPa） 1 2 3 4 50 .00 .51 .01 .52 .02 .53 .03 .54 .0砂芯抗壓強度/MPa樹脂加入量/% 初強度/ M P a 中強度/ M P a 終強度/ M P a 圖 44 CO2硬化堿性酚醛樹脂加入量對型砂強度的影響 沈陽工業(yè)大學本科生畢業(yè)設計（論文） 27 第 5 章 生產驗證及經濟性分析 混砂制芯方法 由于在生產實際中已經大規(guī)模使用 CO2硬化堿性酚醛樹脂粘結劑，制芯后澆注的質量也是比較高的，加上實驗條件的限制，所以本課題在生產驗證的環(huán)節(jié)只是考察其制芯后芯子的強度 幾相關指標是否符合實際生產的要求。 混砂：在碾輪式混砂機中加入定量的 50/100大林擦洗 砂，然后按照原砂重量的 %加入粘結劑，攪拌混砂 23min，混合均勻后出砂備用。 制芯：將混制好的粘結劑倒入模具，手工椿實刮平 ，然后吹入 CO2 氣體以約 。制取的芯子硬化速度快，表面安定性較好，強度較高。 經過現(xiàn)場制芯試驗表明，用 CO2硬化堿性酚醛樹脂粘結劑制取的芯子硬化速度快，表面安定性較好，強度較高。又經過現(xiàn)場刷鋯英粉醇基涂料，點燃后，芯子的表面強度較高，效果量好，經現(xiàn)場評定，完 全可以滿足現(xiàn)場生產的要求。 圖 51 芯子 沈陽工業(yè)大學本科生畢業(yè)設計（論文） 28 經濟性分析 通過對 CO2硬化堿性酚醛樹脂粘結劑在其制備過程中所需要的原料的市場調查，得出表 51。 表 51 各種原料 成本估算 原料名稱 苯酚 甲 醛 鋁酸鈉 錫酸鈉 NaOH KOH 硼砂 A 劑 CO2 價格 （元 /公斤 ） 9 47 65 65 根據表 51所列的各種原料的單價估算，按照 CO2硬化堿性酚醛樹脂交聯(lián)劑的最佳配比， CO2硬化堿性酚醛樹脂粘結劑的材料 費用為 元 /公斤 左右，其它費用為 元 /公斤 ，基本上成本為 8 元 /公斤 。按銷售價格 10 元 /公斤 、加入量 %計算，加上 CO2的費用，每公斤 砂粘結劑成本在 元左右。 根據市場調查，現(xiàn)在通用的三乙胺法硬化樹脂的市場售價大約在 22 元 /公斤 以上，按加入量 %計算，加上三乙胺的費用，每公斤 砂粘結劑成本在 元左右。 CO2 硬化堿性酚醛樹脂粘結劑的熱分解溫度較低，潰散性較好，澆注后的鑄件振擊落砂即可，清砂成本大大降低。 CO2硬化堿性酚醛樹脂粘結劑是環(huán)保型制芯材料，使用過程中不會釋放有毒，有害氣體， 不需要增加尾氣回收設備，真正實現(xiàn)了“綠色制芯”。 沈陽工業(yè)大學本科生畢業(yè)設計（論文） 29 第 6 章 結 論 （ 1） 本課題中樹脂合成采用的工藝為堿性法分段升溫滴定合成工藝。 （ 2）確定以 KOH為分散， 硼砂 為 交聯(lián)劑， 硅烷 為偶聯(lián)劑，通過試驗得出其最佳配比為： 樹脂 ： KOH： 硼砂 ：硅烷 =100： 60： 18： % 硅烷 的加入量為粘結劑的 % （ 4）使用此粘結劑的 型（芯）砂強度 較 高 ， 粘結劑加入量為 %%時， 初強度值 可達 MPa 以上 ， 終 強度值可達 MPa 左右 。 （ 5） CO2硬化堿性酚醛樹脂交聯(lián)劑的最佳吹氣工藝：在 一般的室溫和濕度條件下，吹氣時間為 60S，氣體流量 。 （ 6）使用 CO2硬化堿性酚醛樹脂交聯(lián)劑的樹脂砂可使用時間都在 4 小時以上，發(fā)氣量和發(fā)氣速度都比較低，減少了污染和廢棄，避免了浪費，提高了經濟效益，當 粘結劑加入量為 %%時 ， 其總發(fā)氣量為 1214cm3/g， 有利于防止鑄件氣孔缺陷。 （ 7）雖然加入量較高，但是由于其原料價格適中，配比合理，其造價僅為現(xiàn)在通用的三乙胺法硬化樹脂的 70%，具有極高的推廣應用價值和經濟效益。 沈陽工業(yè)大學本科生畢業(yè)設計（論文） 30 參 考 文 獻 [1] 王耀科 , 李遠才 , 王 文清 . 國內外樹脂砂的現(xiàn)狀及展望 [J]. 鑄造 , 1999, 8(1): 4650 [2] 劉紅軍 . 松香改性苯酚、甲醛樹脂制備工藝的研究 [J]. 林業(yè)化學與工業(yè) ， 1994, 114(3): 5557 [3] 林惠珊 . 熱塑性酚醛樹脂的化學改性研究一酚 Ti基醚化 [J]. 耐 火材料 ， 1994, 28(1): 911 [4] Paul R . 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