【正文】 生的前提。在強(qiáng)堿性條件下，甲階酚醛樹(shù)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(yīng)才能進(jìn)行。 樹(shù)脂中活性基團(tuán)的含量和配位反應(yīng)進(jìn)行的程度對(duì)粘結(jié)劑的粘結(jié)強(qiáng)度有相當(dāng)大的影響，適合于 CO2冷芯盒的甲階酚醛樹(shù)脂 ， 其分子應(yīng)該是帶有高密度活性基團(tuán)的體型結(jié)構(gòu)。 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(shù)脂的水溶性不強(qiáng) ， 在堿性條件下 ， 樹(shù)脂中的酚羥基轉(zhuǎn)變成 酚羥基負(fù)離子 ，使得樹(shù)脂的親水性增強(qiáng) ， 而具有水溶性 ， 一定的堿含量是樹(shù)脂穩(wěn)定存在的基礎(chǔ) 。若向樹(shù)脂溶液中吹入 CO2， 則會(huì)發(fā)生中和反應(yīng) ， 體系中的有效堿含量降低 ， 樹(shù)脂中的酚羥基負(fù)離子轉(zhuǎn)變?yōu)榉恿u基 ， 樹(shù)脂的親水性減弱 ， 溶解性下降 。 當(dāng)堿含量沈陽(yáng)工業(yè)大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 22 小于穩(wěn)定樹(shù)脂溶液所需要的最低堿量時(shí) ， 樹(shù)脂溶液的穩(wěn)定性遭到破壞 ， 樹(shù)脂分子彼此靠攏而發(fā)生凝聚 。 沈陽(yáng)工業(yè)大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 23 第 4 章 氣硬堿性酚醛樹(shù)脂 工藝性能的研究 氣 硬 堿性酚醛樹(shù)脂砂可使用時(shí)間 對(duì)強(qiáng)度的影響 以 樹(shù)脂砂終強(qiáng)度下降 20%時(shí)間作為其可使用時(shí)間，從圖 41看 出 ，樹(shù)脂砂的存放時(shí)間對(duì)初強(qiáng)度影響較小；而樹(shù) 脂砂的終強(qiáng)度則隨著時(shí)間的延長(zhǎng)，逐漸下降，C02硬化堿性酚醛樹(shù)脂砂的可使用時(shí)間超過(guò) 4h，完全可以滿足 生產(chǎn) 現(xiàn)場(chǎng)制 做。 0 1 2 3 4 52 .22 .32 .42 .52 .62 .72 .82 .9抗壓強(qiáng)度/MPa可使用時(shí)間/m i n 圖 41 樹(shù) 脂砂可使用時(shí)間一強(qiáng)度曲線 氣硬 堿性酚醛樹(shù)脂砂的潰散性 殘留強(qiáng)度是 描述型 /芯砂潰散性好壞的一個(gè)重要指標(biāo)，樹(shù)脂砂殘留強(qiáng)度的大小一般由兩個(gè)方面決定 : 、耐火度。燒結(jié)點(diǎn)、耐火度低的原砂，在高溫時(shí)容易燒結(jié)。冷卻后成玻璃態(tài)，這種玻璃相會(huì)嚴(yán)重惡化樹(shù)脂砂的出砂性能，表現(xiàn)為樹(shù)脂砂殘留強(qiáng)度很高 。 。樹(shù) 脂混入原砂后，會(huì)給樹(shù)脂砂帶來(lái)許多化學(xué)物質(zhì)，這些化學(xué)物質(zhì)之間以及它們與原砂之間在高溫時(shí)會(huì)發(fā)生復(fù)雜的化學(xué)作用，如果沈陽(yáng)工業(yè)大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 24 這些化學(xué)作用形成了低熔點(diǎn)的玻璃體 (燒結(jié) )，樹(shù)脂砂殘留強(qiáng)度就會(huì)猛增。因此，應(yīng)該將樹(shù)脂和原砂當(dāng)作一個(gè)系統(tǒng)來(lái)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(nèi) ,經(jīng) 在不同的加熱溫度下，保溫 5 分鐘 后， 冷卻至室溫 ,測(cè)定的 CO2硬化堿性酚醛樹(shù)脂砂的高溫殘留強(qiáng)度曲線。由圖可以看出， CO2 硬化堿性酚醛樹(shù)脂砂的殘留強(qiáng)度較低，潰散性較好。 圖 42 CO2硬化堿性酚醛樹(shù)脂砂的高 溫殘留強(qiáng)度曲線 氣硬堿性酚醛樹(shù)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(qiáng)度/MPa溫度/℃沈陽(yáng)工業(yè)大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 25 0 20 40 60 80 100 120202468101214發(fā)氣量（ml/g）發(fā) 氣時(shí) 間（ s） 圖 43 CO2硬化堿性酚醛樹(shù)脂砂發(fā)氣量曲線 粘結(jié)劑的發(fā)氣量也是控制型芯砂高溫性能的重要指標(biāo)之一，如果粘結(jié)劑的發(fā)氣性較大，必將導(dǎo)致鑄件產(chǎn)生氣孔等缺陷，特別是對(duì)于形狀復(fù)雜的鑄件，顯得尤為重要，發(fā)氣性是標(biāo)志可否生產(chǎn)出合格鑄件的關(guān)鍵。 CO2 硬化堿性酚醛樹(shù)脂粘結(jié)劑發(fā)氣量曲線見(jiàn)圖 43，由圖可知，發(fā)氣量較低。 氣硬 堿性酚醛樹(shù)脂加入量 對(duì) 性能 的影響 表 41為不同樹(shù)脂加入量的芯砂抗壓試樣的 強(qiáng)度。 從表中可以看出，在實(shí)驗(yàn)條件下，隨著樹(shù)脂加入量的增加，型砂強(qiáng)度呈直線上升。但 加入量過(guò)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(shù)脂加入量控制在%%， 同時(shí)也可獲得較高的初始強(qiáng)度和 24h終強(qiáng)度。 沈陽(yáng)工業(yè)大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 26 表 41 CO2硬化堿性酚醛樹(shù)脂加入量對(duì)型砂強(qiáng)度的影響 樹(shù)脂加入量 % 初強(qiáng)度（抗壓 MPa） 中強(qiáng)度（抗壓 MPa） 終強(qiáng)度（抗壓 MPa） 1 2 3 4 50 .00 .51 .01 .52 .02 .53 .03 .54 .0砂芯抗壓強(qiáng)度/MPa樹(shù)脂加入量/% 初強(qiáng)度/ M P a 中強(qiáng)度/ M P a 終強(qiáng)度/ M P a 圖 44 CO2硬化堿性酚醛樹(shù)脂加入量對(duì)型砂強(qiáng)度的影響 沈陽(yáng)工業(yè)大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 27 第 5 章 生產(chǎn)驗(yàn)證及經(jīng)濟(jì)性分析 混砂制芯方法 由于在生產(chǎn)實(shí)際中已經(jīng)大規(guī)模使用 CO2硬化堿性酚醛樹(shù)脂粘結(jié)劑，制芯后澆注的質(zhì)量也是比較高的，加上實(shí)驗(yàn)條件的限制，所以本課題在生產(chǎn)驗(yàn)證的環(huán)節(jié)只是考察其制芯后芯子的強(qiáng)度 幾相關(guān)指標(biāo)是否符合實(shí)際生產(chǎn)的要求。 混砂：在碾輪式混砂機(jī)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(jié)劑，攪拌混砂 23min，混合均勻后出砂備用。 制芯：將混制好的粘結(jié)劑倒入模具，手工椿實(shí)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(qiáng)度較高。 經(jīng)過(guò)現(xiàn)場(chǎng)制芯試驗(yàn)表明，用 CO2硬化堿性酚醛樹(shù)脂粘結(jié)劑制取的芯子硬化速度快，表面安定性較好，強(qiáng)度較高。又經(jīng)過(guò)現(xiàn)場(chǎng)刷鋯英粉醇基涂料，點(diǎn)燃后，芯子的表面強(qiáng)度較高，效果量好，經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)評(píng)定，完 全可以滿足現(xiàn)場(chǎng)生產(chǎn)的要求。 圖 51 芯子 沈陽(yáng)工業(yè)大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 28 經(jīng)濟(jì)性分析 通過(guò)對(duì) CO2硬化堿性酚醛樹(shù)脂粘結(jié)劑在其制備過(guò)程中所需要的原料的市場(chǎng)調(diào)查，得出表 51。 表 51 各種原料 成本估算 原料名稱(chēng) 苯酚 甲 醛 鋁酸鈉 錫酸鈉 NaOH KOH 硼砂 A 劑 CO2 價(jià)格 （元 /公斤 ） 9 47 65 65 根據(jù)表 51所列的各種原料的單價(jià)估算，按照 CO2硬化堿性酚醛樹(shù)脂交聯(lián)劑的最佳配比， CO2硬化堿性酚醛樹(shù)脂粘結(jié)劑的材料 費(fèi)用為 元 /公斤 左右，其它費(fèi)用為 元 /公斤 ，基本上成本為 8 元 /公斤 。按銷(xiāo)售價(jià)格 10 元 /公斤 、加入量 %計(jì)算，加上 CO2的費(fèi)用，每公斤 砂粘結(jié)劑成本在 元左右。 根據(jù)市場(chǎng)調(diào)查，現(xiàn)在通用的三乙胺法硬化樹(shù)脂的市場(chǎng)售價(jià)大約在 22 元 /公斤 以上，按加入量 %計(jì)算，加上三乙胺的費(fèi)用，每公斤 砂粘結(jié)劑成本在 元左右。 CO2 硬化堿性酚醛樹(shù)脂粘結(jié)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(shù)脂粘結(jié)劑是環(huán)保型制芯材料，使用過(guò)程中不會(huì)釋放有毒，有害氣體， 不需要增加尾氣回收設(shè)備，真正實(shí)現(xiàn)了“綠色制芯”。 沈陽(yáng)工業(yè)大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 29 第 6 章 結(jié) 論 （ 1） 本課題中樹(shù)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(guò)試驗(yàn)得出其最佳配比為： 樹(shù)脂 ： KOH： 硼砂 ：硅烷 =100： 60： 18： % 硅烷 的加入量為粘結(jié)劑的 % （ 4）使用此粘結(jié)劑的 型（芯）砂強(qiáng)度 較 高 ， 粘結(jié)劑加入量為 %%時(shí)， 初強(qiáng)度值 可達(dá) MPa 以上 ， 終 強(qiáng)度值可達(dá) MPa 左右 。 （ 5） CO2硬化堿性酚醛樹(shù)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(shí)間為 60S，氣體流量 。 （ 6）使用 CO2硬化堿性酚醛樹(shù)脂交聯(lián)劑的樹(shù)脂砂可使用時(shí)間都在 4 小時(shí)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(fèi)，提高了經(jīng)濟(jì)效益，當(dāng) 粘結(jié)劑加入量為 %%時(shí) ， 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(jià)格適中，配比合理，其造價(jià)僅為現(xiàn)在通用的三乙胺法硬化樹(shù)脂的 70%，具有極高的推廣應(yīng)用價(jià)值和經(jīng)濟(jì)效益。 沈陽(yáng)工業(yè)大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 30 參 考 文 獻(xiàn) [1] 王耀科 , 李遠(yuǎn)才 , 王 文清 . 國(guó)內(nèi)外樹(shù)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(shù)脂制備工藝的研究 [J]. 林業(yè)化學(xué)與工業(yè) ， 1994, 114(3): 5557 [3] 林惠珊 . 熱塑性酚醛樹(shù)脂的化學(xué)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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