第三章有機(jī)化學(xué)粘結(jié)劑類型(芯)砂

第三章有機(jī)化學(xué)粘結(jié)劑類型（芯）砂第一節(jié)合脂及合脂砂第二節(jié)植物油及油砂第三節(jié)樹脂及樹脂砂第四節(jié)自硬樹脂砂第五節(jié)覆膜砂及殼型芯1、砂芯的作用及分級(jí)在鑄造生產(chǎn)中，常用有機(jī)材料作為造型材料的粘結(jié)劑來制作型（芯）砂，如合脂類、樹脂類、油類等。砂芯的作用：主要是用來形成鑄件的內(nèi)腔、孔洞、槽溝和凹坑等砂芯的分級(jí)：在鑄造生產(chǎn)中，為便于管理，通常將砂芯分為五級(jí)2、砂芯的特點(diǎn)、要求●Ⅰ級(jí)砂芯的特點(diǎn)：▲大部分表面被金屬包圍；▲形狀復(fù)雜，斷面細(xì)薄、芯頭窄??；▲所形成的鑄件內(nèi)腔表面質(zhì)量好，不需要加工；●Ⅰ級(jí)砂芯的要求：▲較高的干強(qiáng)度、斷裂韌性、高溫強(qiáng)度；▲良好的透氣性，較低的發(fā)氣性；▲較高的抗粘砂性和好的出砂性；2、砂芯的特點(diǎn)、要求●Ⅱ級(jí)砂芯的特點(diǎn)：▲大部分表面被金屬包圍；▲形狀較復(fù)雜，斷面較大、芯頭稍大；▲局部有細(xì)薄的肋片和凸起▲所形成鑄件內(nèi)腔表面質(zhì)量好，甚至不加工；●Ⅱ級(jí)砂芯的要求：▲較高的干強(qiáng)度、流動(dòng)性好；▲良好的透氣性，較低的發(fā)氣性；▲具有一定的濕強(qiáng)度和好的出砂性；2、砂芯的特點(diǎn)、要求●Ⅲ級(jí)砂芯的特點(diǎn)：▲形狀中等復(fù)雜，沒有很薄的部分、芯頭較大；▲局部有棱角、凸緣、肋片；▲在鑄件中構(gòu)成不加工表面；●Ⅲ級(jí)砂芯的要求：▲較高的濕強(qiáng)度和表面強(qiáng)度；▲良好的透氣性和容讓性；▲好的出砂性；2、砂芯的特點(diǎn)、要求●Ⅳ、Ⅴ級(jí)砂芯的特點(diǎn)：▲Ⅳ級(jí)砂芯形狀不復(fù)雜，體積中等；▲Ⅴ級(jí)砂芯形狀較簡單，體積較大；●Ⅳ、Ⅴ級(jí)砂芯的要求：▲較高的濕強(qiáng)度；▲良好的透氣性；▲一定的干強(qiáng)度；▲好的退讓性和出砂性；3、砂芯粘結(jié)劑的分類按粘結(jié)劑的比強(qiáng)度將砂芯用粘結(jié)劑分為三組▲比強(qiáng)度＞0.5●對(duì)親水有機(jī)類——脲醛、脲呋喃●對(duì)憎水有機(jī)類——酚醛、酚呋喃●對(duì)有機(jī)無機(jī)混合類—有機(jī)酯—水玻璃▲比強(qiáng)度=0.3~0.5●對(duì)親水有機(jī)類——糊精●對(duì)憎水有機(jī)類——合脂、渣油●對(duì)親水無機(jī)類——水玻璃、磷酸鹽3、砂芯粘結(jié)劑的分類▲比強(qiáng)度＜0.3●對(duì)親水有機(jī)類——糖漿●對(duì)憎水有機(jī)類——瀝青、松香●對(duì)親水無機(jī)類——水泥、粘土●對(duì)有機(jī)無機(jī)混合類——硅酸—乙醚比強(qiáng)度

指每1％的粘結(jié)劑可獲得芯砂干拉強(qiáng)度值也可以按其硬化工藝及硬化溫度進(jìn)行分類4、砂芯粘結(jié)劑的選用▲根據(jù)砂芯特點(diǎn)選用●Ⅰ、Ⅱ級(jí)砂芯：選用1、2組粘結(jié)劑●Ⅲ級(jí)砂芯：芯選用2、3組粘結(jié)劑●Ⅳ、Ⅴ級(jí)砂芯：選用水玻璃粘結(jié)劑▲根據(jù)生產(chǎn)條件選用●大批量生產(chǎn)時(shí)：Ⅰ~Ⅲ級(jí)砂芯常采用樹脂粘結(jié)劑●小批量生產(chǎn)時(shí)：Ⅰ~Ⅲ級(jí)砂芯通常采用干性油、合脂、渣油作粘結(jié)劑第一節(jié)合脂及合脂砂一、合脂1、合脂及其組成合脂的概念：“合成脂肪酸蒸餾殘?jiān)钡暮喎Q。即用石蠟為原料，經(jīng)過氧化、皂化分離、真空蒸餾制取合成脂肪酸過程中的殘?jiān)?。合脂的組成

●稀堿液可溶成分————高碳脂肪酸和羥基酸●稀堿液不溶但可皂化——羥基酸和縮聚物。其中：羥基酸分子中既含有羧基—COOH,又含有羥基OH的有機(jī)化合物，也稱醇酸

縮聚物是羥基酸與羥基酸和羥基酸與脂肪酸形成的酸類一、合脂●稀堿液不溶又不皂化——中性氧化物及少量的未氧化石蠟等。合脂中的不溶但可皂化成分使合脂具有較強(qiáng)的粘結(jié)力，加熱時(shí)能夠快速硬化，具有較高的強(qiáng)度，是合脂中起粘結(jié)硬化作用的主要組成部分。在鑄造用合脂中，可皂化成分含量越高，合脂的質(zhì)量越好。一、合脂2、合脂的物理特性：●在常溫下，呈黑褐色膏狀物●在溫度較低時(shí)，呈固體塊狀3、合脂的使用：●為便于混砂，合脂在使用前，通常用溶劑稀釋?！癯Ｓ萌軇槊河停尤肓浚阂话銥?4～50％（質(zhì)量分?jǐn)?shù)）●合脂經(jīng)煤油稀釋后就成為鑄造用合脂粘結(jié)劑。一、合脂4、合脂的硬化機(jī)理：合脂的硬化——屬于化學(xué)硬化是由低分子化合物轉(zhuǎn)變成高分子化合物的過程。過程包含：

不飽和脂肪酸的氧化聚合反應(yīng)和羥基酸的脫水縮聚反應(yīng)●兩個(gè)分子的羥基和羧基脫水：一個(gè)羥基酸分子中的羥基與羧基分別與另一個(gè)分子中的羧基與羥基互相進(jìn)行縮聚反應(yīng)，反應(yīng)生成化學(xué)上的“交脂”●羧基酸本身的羥基和羧基脫水：反應(yīng)式中的兩個(gè)羥基酸中的羥基與羧基還可以與其他羥基酸中的羧基與羥基繼續(xù)進(jìn)行脫水聚合生成長鏈狀的聚合物一、合脂●

羥基酸在加熱過程中因脫水形成不飽和酸。繼續(xù)加熱使不飽和脂肪酸發(fā)生氧化聚合反應(yīng)

氧化聚合反應(yīng)和脫水縮聚反應(yīng)的結(jié)果：

使合脂的相對(duì)分子質(zhì)量增大，粘結(jié)膜從液態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)槿苣z，進(jìn)一步脫水縮聚轉(zhuǎn)變成凝膠，最后變?yōu)閳?jiān)硬的彈性薄膜，使砂芯具有較高的強(qiáng)度一、合脂5、合脂的質(zhì)量指標(biāo)◆酸值：酸值表明合脂中羥基酸含量的多少酸值高：●高碳脂肪酸含量相對(duì)高；●羥基酸的含量相對(duì)較低；●可皂化成分含量相對(duì)較低；因此，鑄造用合脂的酸值不易過高一、合脂◆粘度：粘度在一定程度上反映了合脂組成和特性。粘度隨合脂中羥基酸含量的增加而提高，粘度大，工藝試樣的干拉強(qiáng)度高◆皂化值：反映了合脂中可皂化成分的含量皂化值大，說明可皂化成分含量相對(duì)高，不皂化物含量相對(duì)少，有利于合脂砂的硬化一、合脂6、合脂的牌號(hào)國家標(biāo)準(zhǔn)《鑄造用合脂粘結(jié)劑》（GB12216-90)按粘度值分為三級(jí)，按抗拉強(qiáng)度值分為二級(jí)。HZ－×××－×ד合脂”的首拼音字母粘度等級(jí)代號(hào)工藝試樣抗拉強(qiáng)度等級(jí)代號(hào)如HZ－80－17表2-66鑄造用合脂粘結(jié)劑按粘度值分級(jí)（s）等級(jí)代號(hào)4080120粘度值（N-6，30）≥15~40＞40~80＞80~120等級(jí)代號(hào)1417工藝試樣抗拉強(qiáng)度值

≥1.4≥1.7表2-67鑄造用合脂粘結(jié)劑按干拉強(qiáng)度值分級(jí)（Mpa）

二、合脂砂1、合脂砂的配制配比工藝：合脂加入量：2.5～4.5％；混砂工藝：砂+粘土等干粉料干混1～2min+水混1～2min+合脂混2～4min

出砂總的混碾時(shí)間：≯12min。2、合脂砂的烘干工藝烘干溫度：180~240℃，最適宜的烘干溫度：200~220℃烘干時(shí)間：2~3h，最適宜的烘干時(shí)間應(yīng)視砂芯的大小和壁厚、合脂的加入量及所選擇的烘干溫度而靈活掌握二、合脂砂3、合脂砂的特性（1）濕強(qiáng)度低：一般只有2.0~4.0KPa。增加合脂加入量，濕強(qiáng)度降低。提高合脂砂濕強(qiáng)度的措施：▲加入少量的粘土，加入量一般為0.5~2%但每增加1%的粘土，合脂砂的干強(qiáng)度則會(huì)下降10~15%▲同時(shí)加入膨潤土和糊精加入量：膨潤土—1.5~2.0%；糊精—1.0~1.8%濕強(qiáng)度可高達(dá)12~20KPa；同時(shí)干強(qiáng)度下降也減少▲加少量天然粘土砂（紅砂），可有效改善和提高濕強(qiáng)度；同時(shí)使合脂砂松軟；不粘附芯盒但加入量過多，會(huì)影響合脂砂的透氣性二、合脂砂（2）流動(dòng)性差合脂在常溫下粘度大，流動(dòng)性差，造芯時(shí)不易緊實(shí)。解決合脂砂流動(dòng)性差的方法：▲盡可能減少合脂的使用量▲在合脂砂中加入少量（≯0.5%）的油類粘結(jié)劑▲選用粒度分布較均勻，雜質(zhì)含量較少的圓形原砂▲降低合脂粘度正確控制稀釋比，改煤油為汽油作稀釋劑▲控制粉狀材料加入量▲可用脫模劑或用煤油擦洗芯盒，預(yù)防粘附芯盒二、合脂砂（3）蠕變性大

蠕變性：是指制作好的合脂砂型（芯），在濕態(tài)下放置時(shí)或在烘干過程中逐漸變形的現(xiàn)象。合脂砂的蠕變性大是由于合脂的粘度特性所決定的：粘度大—流動(dòng)性差—緊實(shí)度低—濕強(qiáng)度低—在自重作用下砂粒下滑—引起型芯變形防止方法：▲在芯砂中加入糊精等附加物，以提高濕強(qiáng)度▲增加砂芯中的芯骨或改變芯骨形狀▲烘干時(shí)采用成型烘芯板▲濕態(tài)砂芯要輕拿輕放▲烘干時(shí)采用高溫入爐，快速加熱即使表面快速硬化▲造芯時(shí)盡量舂緊二、合脂砂（4）吸濕性差合脂是憎水材料，其硬化反應(yīng)是不可逆的，因此，在不加其他水溶性附加物時(shí)，合脂砂吸濕性很小。但通常合脂砂中常加入某些水溶性材料，如糊精、紙漿等，故吸濕性明顯增大。（5）發(fā)氣量大合脂砂的發(fā)氣量是隨著烘干溫度的變化而變化的。烘干溫度低，發(fā)氣量大；烘干溫度高，發(fā)氣量低。（6）容讓性和出砂性良好當(dāng)合脂粘結(jié)劑在＞300℃時(shí)發(fā)生快速分解；500℃時(shí)開始燃燒；至600℃時(shí)開始失去強(qiáng)度，故其容讓性和出砂性良好。二、合脂砂4、合脂砂的應(yīng)用及注意問題合脂砂通常用于制作砂芯。使用時(shí)應(yīng)注意下列問題▲注意烘干溫度和烘干工藝▲烘干時(shí)，廢氣盡快排出爐外，以免影響烘干效果▲較大砂芯出爐后冷卻較慢，仍有冒煙現(xiàn)象，應(yīng)注意通風(fēng)與排煙▲合脂硬化主要是靠羥基酸的縮聚反應(yīng)，烘干時(shí)不存在氧不足現(xiàn)象▲砂芯在烘干未冷卻時(shí)，干強(qiáng)度不足，不應(yīng)搬動(dòng)，以免損壞砂芯第二節(jié)植物油及油砂1、植物油及其化學(xué)成分植物油是油脂中的一種主要組成：由三個(gè)脂肪酸分子和一個(gè)丙三醇分子構(gòu)成其中，丙三醇［］又稱甘油甘油的成分是固定不變的，所以各種油類的特性主要取決于脂肪酸的特性脂肪酸又分為飽和脂肪酸和不飽和脂肪酸1、植物油及其化學(xué)成分飽和脂肪酸的分子通式為［］碳原子間以單鍵鏈接，結(jié)構(gòu)比較穩(wěn)定，不易與其他化學(xué)元素反應(yīng)。如軟脂酸（十六烷酸）、硬脂酸（十八烷酸）不飽和脂肪酸的通式為：［；；］碳原子間以雙鍵鏈接，結(jié)構(gòu)不穩(wěn)定，其化學(xué)活性較強(qiáng)，很容易由于破鍵而以單鍵形態(tài)與外來原子發(fā)生氧化聚合反應(yīng)第二節(jié)植物油及油砂2、植物油的硬化機(jī)理植物油的硬化主要是依靠不飽和脂肪酸的氧化聚合反應(yīng)反應(yīng)大致分為三個(gè)階段：●揮發(fā)：型芯在烘干過程中的水分蒸發(fā)和碳?xì)浠衔锏膿]發(fā)●氧化：型芯在烘干過程中，由于雙鍵的不穩(wěn)定，空氣中的氧進(jìn)入雙鍵部分與碳原子結(jié)合形成過氧化物●聚合：過氧化物極不穩(wěn)定，很容易與含有雙鍵的其他分子發(fā)生聚合反應(yīng)，使油的分子增大，粘度增加。2、植物油的硬化機(jī)理氧化聚合反應(yīng)的結(jié)果：●從低分子狀態(tài)逐漸轉(zhuǎn)變成網(wǎng)狀高分子化合物●由液態(tài)逐漸變稠，最后形成堅(jiān)硬的固體，從而使植物油砂具有很高的干強(qiáng)度

氧化聚合（硬化）過程是不可逆的第二節(jié)植物油及油砂3、植物油的硬化條件●油分子中必須具有雙鍵結(jié)構(gòu)雙鍵越多，越容易在氧化聚合反應(yīng)中形成網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，油砂的強(qiáng)度越高●硬化過程必須有氧參加供氧越充分，硬化速度越快，硬化強(qiáng)度越高●加熱是硬化加速的重要條件但溫度過高，會(huì)使油發(fā)生分解或燒損第二節(jié)植物油及油砂4、植物油的質(zhì)量指標(biāo)▲碘值：每100g油所能吸收碘的毫克數(shù)碘值越大，不飽和程度越大，硬化速度越快植物油按碘值不同分為：干性油（碘值＞150如桐油、亞麻油等）半干性油（碘值100～150）不干性油（碘值＜100如花生油、豬油等）鑄造生產(chǎn)中常用：干性油、半干性油4、植物油的質(zhì)量指標(biāo)▲酸值：中和1g油脂中的游離脂肪酸所需KOH毫克數(shù)酸值越小，游離脂肪酸越少，油的品質(zhì)越好▲皂化值：中和1g油脂水解后生成的脂肪酸總量所需KOH毫克數(shù)皂化值越小，說明油脂中雜質(zhì)越多，脂肪酸平均分子量越大，油的品質(zhì)越不理想▲比強(qiáng)度：是衡量粘結(jié)能力的重要指標(biāo)植物油的比強(qiáng)度一般在0.8～1.0MPa。第二節(jié)植物油及油砂5、植物油砂的配制▲配方：植物油：1～3％（占砂重）水：＜2％粘土：1～2％糊精：1～2％（和適量水）——加粘土的目的，主要為提高油砂的濕強(qiáng)度注意：粘土?xí)?yán)重降低油砂的干強(qiáng)度（每加入1％的粘土相當(dāng)于損失掉0.15～0.25％的油）5、植物油砂的配制——加糊精的目的，不僅能提高濕強(qiáng)度，還能改善表面強(qiáng)度、容讓性和出砂性。注意：加糊精的同時(shí)需加適量的水——每加1%糊精需加水0.4～0.6％通常情況下：用于Ⅰ級(jí)砂芯，不加附加物；用于Ⅱ級(jí)砂芯，可加入水溶性附加物；用于Ⅲ級(jí)砂芯，可在紙漿殘液中加少量植物油5、植物油砂的配制▲配制工藝：加料順序：先加水，使干粉料和砂被水充分濕潤后，再加油，使油更容易均勻的分布在砂粒表面

混砂工藝：原砂+粘土或糊精干混2~3分鐘+水（或含水材料）濕混2~3分鐘+植物油混勻后出砂注意：混砂時(shí)間不易過長，以防止由于材料發(fā)熱使水分蒸發(fā)，造成型芯砂性能變壞。第二節(jié)植物油及油砂6、植物油砂芯的烘干烘干溫度：200～220℃，不能超過300℃。烘干時(shí)間：1～2h烘干程度：通常情況下，視砂芯表面顏色而定表面呈深黃色或棕黃色——為烘干適宜表面呈杏黃色——為烘干不足表面呈棕黑色——為烘干過度（過燒）為使油砂在制芯過程中逐漸提升濕強(qiáng)度和縮短烘干時(shí)間，可采用金屬干燥劑（如環(huán)烷酸鈷）與氧化劑（如高錳酸鉀）配合，能使油砂在室溫下快速硬化第二節(jié)植物油及油砂7、植物油砂的工藝特性及控制干強(qiáng)度較高由于砂粒表面形成的油質(zhì)粘結(jié)薄膜在加熱時(shí)由低分子氧化聚合成網(wǎng)狀高分子化合物，因此，固態(tài)油膜堅(jiān)硬，油砂的干強(qiáng)度較高提高干強(qiáng)度的途徑：

●選用中等粒度（21組、30組）、含泥量少、表面光滑、圓形硅砂；●油的粘度不易過大；●加入量在1.5~2.0%為宜。7、植物油砂的工藝特性及控制濕強(qiáng)度較低油砂的濕強(qiáng)度一般只有3.4~5KPa提高濕強(qiáng)度的途徑：●可加適量的粘土1~2%注意：加粘土同時(shí)，要適量增加油的加入量●當(dāng)加粘土后影響到干強(qiáng)度時(shí)，可改加1~2%注意：加糊精同時(shí)要補(bǔ)加適量的水7、植物油砂的工藝特性及控制發(fā)氣性大油砂的發(fā)氣性大，適當(dāng)降低油的加入量，可減少發(fā)氣性流動(dòng)性好油砂的流動(dòng)性很好，容易緊實(shí)，適用于制造形狀復(fù)雜的砂型（芯）潰散性好油在300℃時(shí)開始分解或燃燒，其殘留強(qiáng)度較低，出砂性較好，舊砂再生容易第三節(jié)樹脂及樹脂砂一、樹脂的種類、硬化機(jī)理及選用▲樹脂的分類：鑄造用樹脂粘結(jié)劑的種類很多按樹脂的基本組成可分為三大體系：呋喃樹脂、酚醛樹脂、脲烷樹脂大多是以脲醛、酚醛和改性糠醇為基礎(chǔ)的化合物一、樹脂的種類、硬化機(jī)理及選用▲樹脂的選用原則：●根據(jù)鑄造合金的種類選擇●根據(jù)鑄件的結(jié)構(gòu)特征及其復(fù)雜程度選擇●根據(jù)生產(chǎn)條件和生產(chǎn)工藝選擇一、樹脂的種類、硬化機(jī)理及選用鑄造上常用樹脂有：呋喃樹脂和酚醛樹脂呋喃樹脂——是以糠醇為基礎(chǔ)的，因在其結(jié)構(gòu)上特有的“呋喃環(huán)”而得名。呋喃樹脂按其基本成分分為：糠醇呋喃樹脂

脲呋喃樹脂

酚呋喃樹脂甲醛呋喃樹脂

脲—酚呋喃共聚物一、樹脂的種類、硬化機(jī)理及選用1、糠醇呋喃樹脂主要是由糠醇單體在酸催化作用下縮聚而成的線性分子結(jié)構(gòu)的糠醇樹脂硬化機(jī)理：糠醇分子在加熱或催化作用下，呋喃環(huán)中的一個(gè)雙鍵被打開，發(fā)生加聚反應(yīng)后形成不溶的三維結(jié)構(gòu)而硬化。用這種樹脂做粘結(jié)劑，型砂性能并不理想，而且，價(jià)格昂貴，一般不用。一、樹脂的種類、硬化機(jī)理及選用2、脲醛呋喃樹脂：(呋喃Ⅰ型）主要是由糠醇、尿素和甲醛在烏洛托品的催化作用下縮合而成的液態(tài)先行樹脂。即由糠醇改性的液態(tài)脲醛樹脂摩爾比約為：尿素：甲醛：糠醇=1：2.95：0.92其中，糠醇是一種改性材料，可提高其耐熱性能，獲得高熱強(qiáng)度●物理特性：淡黃色~深褐色、粘稠液體●硬化機(jī)理：由于呋喃環(huán)上的不飽和雙鍵等活性反應(yīng)基團(tuán)的存在，通過加熱或在某些酸性催化劑作用下，分子間連續(xù)發(fā)生脫水縮聚以及雙鍵間聚合等交聯(lián)反應(yīng)，反應(yīng)的結(jié)果由粘稠液體轉(zhuǎn)變?yōu)榇蠓肿淤|(zhì)量的體型結(jié)構(gòu)而導(dǎo)致迅速硬化。一、樹脂的種類、硬化機(jī)理及選用●脲醛呋喃樹脂特點(diǎn)：綜合性能好，價(jià)格低廉，硬化速度容易控制，應(yīng)用較為廣泛。但是：在加熱時(shí)，脲醛逸出NH3，氨又分解成氮和氫，同時(shí)向金屬中擴(kuò)散。所以，樹脂含氮量越高，鑄件產(chǎn)生氣孔缺陷的可能性越大。——增加糠醇含量，意味著樹脂中，氮的含量降低，可提高樹脂的熱強(qiáng)度，降低發(fā)氣性，降低吸濕性，延長存儲(chǔ)期，但增加砂芯脆性?！覈倪秽裥蛯儆谶@一類樹脂一、樹脂的種類、硬化機(jī)理及選用●

脲醛呋喃樹脂的用途：用于鑄鐵件——含氮量約15.5％有色合金件——含氮量約18％一、樹脂的種類、硬化機(jī)理及選用3、酚醛呋喃樹脂：(呋喃Ⅱ型）主要是由糠醇、苯酚和甲醛三種單體在二價(jià)金屬離子的作用下，生成高鄰位線性結(jié)構(gòu)的液態(tài)縮聚樹脂。即由糠醇改性的液態(tài)酚醛樹脂——我國的呋喃Ⅱ型熱芯盒屬于這一類樹脂●

特點(diǎn)：這種樹脂強(qiáng)度低，脆性大，潰散性和流動(dòng)性較差?！裨黾涌反己浚商岣呱靶緩?qiáng)度，改善硬透性，延長樹脂存儲(chǔ)期。但成本提高?！?/p>

用途：這類樹脂因不含氮或含極少量氮，因此，主要用于鑄鋼件和球墨鑄鐵件一、樹脂的種類、硬化機(jī)理及選用4、甲醛呋喃樹脂主要由甲醛和糠醇縮合而成糠醇含量通常在90%以上●

特點(diǎn)：——常溫及高溫強(qiáng)度高——貯存穩(wěn)定性較好——價(jià)格較高（糠醇含量高）●

用途：適用于大型鑄鋼件和高合金鋼鑄件。一、樹脂的種類、硬化機(jī)理及選用5、脲醛、酚醛共聚呋喃樹脂主要是由尿素、苯酚、甲醛和糠醇四種成分縮聚而成的呋喃樹脂，簡稱共聚樹脂。

●

特點(diǎn)：這種樹脂具有脲呋喃和酚呋喃的共同優(yōu)點(diǎn)，由于加入了脲醛，從而改善了酚呋喃樹脂的硬化性能，型砂綜合性能好，應(yīng)用性廣。

●

用途：用于球鐵件和鑄鋼件：含氮量在1.0％左右；用于鑄鐵件和有色合金件：含氮量＞1.0%第三節(jié)樹脂及樹脂砂二、呋喃樹脂的技術(shù)指標(biāo)呋喃樹脂按糠醇含量分成三級(jí)呋喃樹脂按含氮量分為四級(jí)1、粘度粘度低，能使樹脂有效地包覆砂粒表面，并在各砂粒的接觸點(diǎn)形成較好的樹脂縮頸，有利于提高樹脂砂的強(qiáng)度。通常情況下：樹脂的粘度應(yīng)控制在0.01~0.1Pa·s，當(dāng)溫度在20℃時(shí)，粘度應(yīng)控制在應(yīng)<0.05Pa·s二、呋喃樹脂的技術(shù)指標(biāo)2、游離甲醛含量在操作時(shí)，游離甲醛通常以蒸汽形式散發(fā)于空氣中，刺激性氣味惡化了工作環(huán)境，影響人體健康，因此，要求其含量盡可能低。3、游離酚含量（屬于酚醛樹脂的一個(gè)指標(biāo)）游離酚能提高硬化反應(yīng)速度、降低樹脂粘度，游離酚有毒，因此，一般控制在<2.0~2.5%二、呋喃樹脂的技術(shù)指標(biāo)4、含水量水分能降低樹脂粘度；減慢硬化速度；降低樹脂砂強(qiáng)度因此，應(yīng)嚴(yán)格控制樹脂中的水分。通常要求：對(duì)無氮樹脂：<2％對(duì)中氮樹脂：<5％對(duì)高氮樹脂：<10%5、pH值：因在酸性介質(zhì)中合成的樹脂中殘留一部分酸，在樹脂的存儲(chǔ)期間會(huì)發(fā)生緩慢的硬化反應(yīng)，結(jié)果使樹脂變稠。因此，樹脂合成后，應(yīng)將pH值調(diào)至7左右或呈弱堿性（以中和掉殘留酸）6、密度：一般控制在1.15～1.25g/cm3第三節(jié)樹脂及樹脂砂三、催化劑催化劑又稱硬化劑、固化劑

●催化劑的作用：與粘結(jié)劑共同作用促進(jìn)硬化反應(yīng)

●對(duì)催化劑的要求：——在室溫下應(yīng)處于潛伏狀態(tài)，常采用中性或弱酸性鹽——在特定條件下被激活成強(qiáng)酸，促使樹脂砂迅速硬化三、催化劑●催化劑的種類：國內(nèi)常用催化劑有：無機(jī)酸、有機(jī)酸——無機(jī)酸主要是磷酸如氯化銨、硝酸銨、磷酸銨的水溶液——有機(jī)酸主要是磺酸如苯磺酸、對(duì)甲苯磺酸、對(duì)氯苯磺酸、酚磺酸、萘磺酸三、催化劑1、氯化銨和尿素的水溶液用途：主要用于呋喃Ⅰ型樹脂砂作熱芯盒配比：氯化銨：尿素：水＝1：3：3密度：1.15～1.18g/cm3pH值：6.0～6.4三、催化劑配制:

▲將水加熱60~70℃；▲加入尿素，并攪拌；▲加入氯化銨并繼續(xù)攪拌；▲當(dāng)因溶解吸熱而使溫度下降時(shí)，再加熱攪拌直至全部溶解至透明的液體為止。三、催化劑作用：氯化銨主要起硬化作用硬化機(jī)理：氯化銨是酸性鹽，水解后使酸性增強(qiáng)，同時(shí)與呋喃Ⅰ型樹脂中的游離甲醛反應(yīng)生成強(qiáng)酸，促使樹脂砂硬化；尿素的作用：是與樹脂在硬化反應(yīng)中逸出的甲醛起反應(yīng)，從而減少甲醛的刺激性氣味，改善勞動(dòng)環(huán)境加入量：一般為20%（占樹脂質(zhì)量）三、催化劑2、無機(jī)酸鑄造常用無機(jī)酸是濃度為75~85%磷酸水溶液用于高氮樹脂時(shí)，樹脂砂強(qiáng)度較高；用于低氮樹脂時(shí)，常溫強(qiáng)度比用有機(jī)酸較低，但高溫強(qiáng)度較高。

但是，舊砂及再生砂中殘留磷酸鹽較多，舊砂再利用時(shí)會(huì)使強(qiáng)度有所下降三、催化劑3、有機(jī)酸：主要是有機(jī)磺酸，如對(duì)氯苯磺酸、酚磺酸、對(duì)甲苯磺酸、萘磺酸、苯磺酸有機(jī)酸在再生砂中的殘留酸量很少。如對(duì)甲苯磺酸在400℃時(shí)能全部燒掉——催化能力的順序是：對(duì)氯苯磺酸＜酚磺酸＜萘磺酸＜對(duì)甲苯磺酸＜苯磺酸

酸性催化劑的用途：有機(jī)、無機(jī)酸催化劑主要用于自硬樹脂砂三、催化劑→很多有機(jī)磺酸是固態(tài)的→使用時(shí)需配制成溶液→常用的溶劑有：水、酒精等→研究表明，磷酸也是一種很好的溶劑。三、催化劑4、溶劑對(duì)催化劑性能的影響催化劑的作用是促進(jìn)硬化，使樹脂砂具有一定的強(qiáng)度溶劑對(duì)樹脂砂的終強(qiáng)度基本上沒有影響，但對(duì)樹脂砂的硬化速度（脫模時(shí)間）卻影響很大實(shí)驗(yàn)表明，磷酸使樹脂砂的硬化速度比水大8倍之多不同的溶劑對(duì)樹脂砂硬化速度的影響三、催化劑5、催化劑對(duì)樹脂砂硬化特性的影響（1）催化劑用量對(duì)樹脂砂強(qiáng)度的影響在樹脂加入量固定不變的情況下：●當(dāng)催化劑加入量很少時(shí)，樹脂砂的強(qiáng)度很低原因是：其有效濃度不足以使樹脂發(fā)生完全的交聯(lián)反應(yīng)，而樹脂在交聯(lián)反應(yīng)的同時(shí)所析出的水又使催化劑稀釋，從而限制了反應(yīng)的加速進(jìn)行。催化劑對(duì)樹脂砂硬化特性的影響●隨著催化劑加入量增加，樹脂砂硬化強(qiáng)度開始升高●當(dāng)強(qiáng)度達(dá)到高峰值時(shí)，再增加催化劑加入量，則強(qiáng)度急劇下降。其主要原因是：交聯(lián)反應(yīng)速度太快，所形成的樹脂結(jié)構(gòu)膜不完整，甚至導(dǎo)致粘結(jié)膜和粘結(jié)橋脆化（斷裂）的緣故催化劑對(duì)樹脂砂硬化特性的影響（2）催化劑用量對(duì)樹脂砂可使用時(shí)間的影響可使用時(shí)間是指從混砂結(jié)束到仍能用于制出合格的鑄型（芯）的極限為止的一段時(shí)間●當(dāng)樹脂的加入量不變時(shí)，樹脂砂的可使用時(shí)間隨著催化劑加入量的增加而縮短●當(dāng)改變樹脂加入量時(shí)，樹脂砂的可使用時(shí)間隨著催化劑加入比例（占樹脂）的增加而縮短催化劑對(duì)樹脂砂硬化特性的影響（3）不同催化劑對(duì)樹脂砂硬化特性的影響●對(duì)于不同的樹脂，由于其成分的不同，在同一種催化劑作用下，樹脂砂的硬化特性亦不同——用磷酸做催化劑時(shí)，各種樹脂達(dá)到強(qiáng)度最大值所需要的催化劑加入量基本不變（40%）——用（對(duì)甲苯）磺酸做催化劑時(shí)，隨樹脂中含氮量的增加，樹脂砂達(dá)到強(qiáng)度最大值時(shí)所需催化劑加入量明顯增多催化劑對(duì)樹脂砂硬化特性的影響——糠醇含量高的樹脂，樹脂砂強(qiáng)度最大值亦高——在糠醇含量相同時(shí)，用磷酸做催化劑，其樹脂砂強(qiáng)度最大值比用對(duì)甲苯磺酸低10-20%，這與磷酸催化作用較弱有關(guān)●對(duì)于同一種樹脂，不同的催化劑由于其催化活性不同，樹脂砂硬化速度和硬化強(qiáng)度亦不同三、催化劑

6、催化劑的選用

催化劑的選用應(yīng)與樹脂的種類相匹配●有機(jī)磺酸可用于各種樹脂如對(duì)甲苯磺酸催化活性大，與糠醇互溶性好，樹脂膜結(jié)構(gòu)致密，樹脂砂硬化強(qiáng)度高，出砂性好。●磷酸一般用于脲醛呋喃樹脂（高氮樹脂）磷酸催化活性差，但水溶性好，擴(kuò)散、溶解容易，而呋喃Ⅰ型樹脂硬化速度快，仍能滿足強(qiáng)度要求第三節(jié)樹脂及樹脂砂四、樹脂砂1、熱芯盒

是由液態(tài)熱固性樹脂粘結(jié)劑和催化劑按一定比例配制而成的型、芯砂?！駸嵝竞杏脴渲弘暹秽珮渲ㄓ址Q呋喃Ⅰ型）●熱芯盒用催化劑：氯化銨與尿素的水溶液（配比：氯化銨：尿素：水=1：3：3）或：烏洛托品水溶液（配比；烏洛托品：水=1：1.2）●熱芯盒用附加物：氧化鐵粉——可防止氣孔、滲碳三氯化鐵——可加快低溫下的硬化速度

硅烷——可提高砂芯強(qiáng)度1、熱芯盒（1）熱芯盒樹脂砂的配制●配方：原砂：采用21組的中粒砂，加入量為100％；樹脂：加入量為2.0～3.0％（占砂重）；催化劑：加入量為20％（占樹脂重）；附加物：氧化鐵粉，加入量為0.35％（占砂重）；●混制工藝：砂＋氧化鐵粉+催化劑+樹脂出砂干混20～30s濕混40～60s混勻80～90s1、熱芯盒（2）熱芯盒的制芯工藝及制芯流程、制芯過程

●芯盒材料：鑄鐵●芯盒溫度：180～240℃，最好在210℃●射砂壓力：0.5～0.7MPa●射砂速度：20m/s●硬化溫度：140~240℃●硬化時(shí)間：小砂芯10～30s；中等砂芯60s；截面厚度大于50mm的大砂芯，不超過120s。砂芯在芯盒內(nèi)結(jié)成6～10mm的一層硬殼，即可起芯1、熱芯盒（3）熱芯盒法制芯存在的問題

◆因尿素受熱分解，刺激氣味大◆厚、薄相差大的砂芯，硬化不均勻，厚處還未硬化好，薄處可能已經(jīng)過燒◆用于鑄鋼件和球鐵鑄件時(shí)，容易產(chǎn)生皮下氣孔和針孔。可加入占原砂重量0.3～1.0％的氧化鐵◆鑄鋼件滲碳，可加入占原砂重量3~6％的氧化鐵◆必須使用金屬芯盒，成本高◆樹脂砂可使用時(shí)間有限四、樹脂砂

2、冷芯盒（擴(kuò)散氣體冷芯盒）是由液態(tài)樹脂粘結(jié)劑和原砂按一定比例配制而成的樹脂砂，在氣體催化劑作用下固化的一種樹脂型、芯砂●冷芯盒用樹脂：是由兩種可溶性有機(jī)材料組成：液體苯酚樹脂（GP201）和聚異氰酸酯（GP202），（配比：1：1）●冷芯盒用催化劑：三乙胺［（C2H5）3N］氣體●固化機(jī)理：苯酚樹脂結(jié)構(gòu)中的氫氧根（—OH）和聚異氰酸酯結(jié)構(gòu)中的異氰酸根（—NCO）在氣體催化劑三乙胺［（C2H5）3N］作用下，結(jié)合生成氨基甲酸酯樹脂，反應(yīng)的結(jié)果由液態(tài)轉(zhuǎn)變成固態(tài)，從而達(dá)到硬化目的。2、冷芯盒（1）冷芯盒樹脂砂的配制●配方：原砂：采用30組、21組、15組的中細(xì)粒砂，加入量為100％；樹脂：苯酚樹脂（GP201）、聚異氰酸酯（GP202）加入量各為：1％（占砂重）催化劑：三乙胺［（C2H5）3N］氣體●混制工藝：在高速碗式混砂機(jī)中進(jìn)行砂+（GP201）混50~60s+（GP202）混50~60s出砂2、冷芯盒

（2）冷芯盒的制芯工藝

●將混好的樹脂砂迅速用于造型、制芯；●將做好的鑄型或型芯進(jìn)行封閉吹胺（蓋罩法）●吹胺壓力：0.2Mpa●吹胺時(shí)間：視型芯重量而定如：20kg的砂芯，吹胺時(shí)間10s~30s●清洗壓力：0.2Mpa●清洗時(shí)間：≮20~40s三乙胺氣體與型、芯接觸時(shí)，三乙胺就被包覆在砂粒表面的樹脂所吸收，形成氨基甲酸酯樹脂（固體）2、冷芯盒

（3）冷芯盒法制芯的特點(diǎn)

▲出砂性良好▲可用于各類合金鑄件（鑄鋼、鑄鐵、鑄銅等）▲砂芯易吸潮，存放性差▲苯酚樹脂和聚異氰酸酯的液態(tài)混合物是易燃品，對(duì)皮膚過敏▲三乙胺氣體屬強(qiáng)堿性，且易燃、有毒，應(yīng)在30℃以下儲(chǔ)存第四節(jié)自硬樹脂砂自硬樹脂砂造型（制芯）是將原砂、樹脂及催化劑混合均勻后，填充到砂箱（芯盒）中，稍加緊實(shí)，在室溫下于砂箱（芯盒）內(nèi)自行硬化成形過程第四節(jié)自硬樹脂砂1、自硬砂用樹脂及催化劑▲呋喃樹脂：●脲呋喃樹脂（呋喃Ⅰ型）●酚呋喃樹脂（呋喃Ⅱ型）●脲—酚呋喃共聚物▲酚醛樹脂——（熱固性、熱塑性）▲糠醇樹脂——很少單獨(dú)使用▲自硬樹脂砂用催化劑：磷酸、磺酸第四節(jié)自硬樹脂砂

2、自硬砂的特點(diǎn)●鑄件尺寸精度高，表面質(zhì)量好；●樹脂砂流動(dòng)性好，易緊實(shí)；●潰散性好，易清理，舊砂可再生；●樹脂砂強(qiáng)度高，透氣性好；●鑄件缺陷少，廢品率低；●造型效率高；2、自硬砂的特點(diǎn)

●對(duì)原砂要求高；●環(huán)境溫度和濕度對(duì)樹脂砂硬化速度和硬化強(qiáng)度影響較大；●與無機(jī)粘結(jié)劑相比，發(fā)氣量較大；硬化時(shí)間較長；●造型模具需要量增多；樹脂的成本較高；第四節(jié)自硬樹脂砂3、自硬砂的性能指標(biāo)▲終強(qiáng)度：樹脂砂硬化24h后的抗拉強(qiáng)度▲初始強(qiáng)度：混砂出砂后第一時(shí)間所得型芯在24h后的抗拉強(qiáng)度▲可使用時(shí)間：從混砂出砂第一時(shí)間開始到仍能用以制出合格鑄型（芯）所經(jīng)歷的一段時(shí)間通常規(guī)定，從出砂到強(qiáng)度下降為開始試樣強(qiáng)度的80％所經(jīng)歷的時(shí)間為樹脂砂的可使用時(shí)間3、自硬砂的性能指標(biāo)▲脫模時(shí)間：從混砂出砂開始，在芯盒內(nèi)的砂芯（或未脫模的鑄型）硬化到能滿意地將砂芯從芯盒中取出（或脫模），而不致使砂芯（鑄型）變形所需的一段時(shí)間。通常，從出砂到濕壓強(qiáng)度達(dá)0.14MPa時(shí)所經(jīng)歷的一段時(shí)間稱為脫模時(shí)間。第四節(jié)自硬樹脂砂4、自硬砂對(duì)各組元的要求（一）對(duì)原砂的要求（1）碳鋼件：SiO2>97%；鑄鐵件：

SiO2>85%；（2）原砂的pH值<7；（弱酸性）（3）原砂含泥量<0.2％；（4）原砂的微粉含量<0.5％；

——微粉是指0.103mm（150目）以下的細(xì)砂4、自硬砂對(duì)各組元的要求（5）原砂耗酸值≤5；——耗酸值是指中和50g原砂中的堿性物質(zhì)所消耗的濃度為0.100mol的鹽酸溶液的毫升數(shù)酸耗值大，說明原砂中堿性物質(zhì)含量高——當(dāng)樹脂加入量一定時(shí)，耗酸值大，樹脂砂強(qiáng)度低——當(dāng)樹脂砂強(qiáng)度要求不變時(shí)，原砂耗酸值大，樹脂加入量亦增加4、自硬砂對(duì)各組元的要求（6）原砂含水量≤0.2％；（7）原砂粒形系數(shù)≤1.3；（8）對(duì)原砂粒度及比表面積的要求▲對(duì)于不刷涂料的鑄型（芯）：可選用21組和15組的混合砂，比表面積控制在90～110cm2/g；▲對(duì)于刷涂料的鑄型（芯）：可選用30組和21組的混合砂，比表面積控制在50～80cm2/g。4、自硬砂對(duì)各組元的要求（二）對(duì)粘結(jié)劑的要求▲酸催化樹脂自硬砂常用呋喃樹脂作粘結(jié)劑?！秽珮渲械暮繉?duì)樹脂砂的性能影響很大：▲鑄鋼件用樹脂，常用含氮量＜3%或無氮樹脂這是因?yàn)椋?dāng)含氮量＞3%時(shí)：→鑄件產(chǎn)生皮下氣孔傾向增大；→由于耐火度低而使樹脂砂高溫強(qiáng)度降低；→隨糠醇含量增加，樹脂砂常溫強(qiáng)度、高溫強(qiáng)度和殘留強(qiáng)度均提高，潰散性變差4、自硬砂對(duì)各組元的要求（三）對(duì)催化劑的要求催化劑對(duì)硬化過程的控制，起著決定性的作用通常自硬樹脂砂用催化劑應(yīng)符合下列要求：▲保證工藝過程所規(guī)定的硬化速度和硬化強(qiáng)度▲應(yīng)具有不沉淀、易儲(chǔ)存、不變質(zhì)、低粘度液體▲對(duì)因溫度低而引起的冷凝，加熱熔化后，不改變其原來性能▲價(jià)格便宜、經(jīng)濟(jì)實(shí)用4、自硬砂對(duì)各組元的要求（四）注意：生產(chǎn)上常用的酸催化