三乙胺冷芯盒工藝的發(fā)展

三乙胺冷芯盒工藝的發(fā)展

冷芯箱芯制造工藝是20世紀(jì)60年代發(fā)展起來的一種新型芯制工藝。其中三乙胺冷芯盒法是目前鑄造生產(chǎn)中應(yīng)用最多的冷芯盒制芯工藝。該制芯工藝具有高效、節(jié)能、鑄件表面質(zhì)量好、尺寸精度高、砂芯潰散性好等優(yōu)點(diǎn),廣泛應(yīng)用于汽車、內(nèi)燃機(jī)、拖拉機(jī)、工程機(jī)械、制泵等行業(yè)。在工業(yè)發(fā)達(dá)國家中,該工藝約占全部冷芯盒法制芯的90%,我國也已廣泛采用。國內(nèi)冷芯盒制芯工藝雖然推廣了近20年,但是一些企業(yè)在生產(chǎn)過程中依然存在砂芯強(qiáng)度低、存放強(qiáng)度衰減塊、混砂制芯氣味大等問題。本文針對三乙胺冷芯盒樹脂以上缺陷,重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)考查了不同溶劑對樹脂性能的影響,確定了最佳溶劑及用量,得到了粘度低、強(qiáng)度高、抗?jié)裥阅軆?yōu)異、環(huán)保性能好的新型三乙胺冷芯盒樹脂。1苯酚的合成酰氯化反應(yīng)實(shí)驗(yàn)溶劑:苯酚、多聚甲醛、乙酸鋅、甲醇、檸檬酸三丁酯、己二酸二辛酯、二元酸酯、鄰苯二甲酸二丁酯、鄰苯二甲酸二辛酯、二甘醇二苯甲酸酯、高沸點(diǎn)芳烴溶劑、硅烷偶聯(lián)劑等。實(shí)驗(yàn)儀器:恒溫油浴磁力加熱攪拌器(鄭州長城科工貿(mào)有限公司)、三口瓶(500ml)、水銀溫度計(jì)(0~200℃)、攪拌磁子、直型冷凝管、牛角彎管、NDJ-7旋轉(zhuǎn)粘度計(jì)(上海萬瑞儀器有限公司)、SHY-A葉片式混砂機(jī)(常德市儀器廠)、液壓強(qiáng)度試驗(yàn)機(jī)(SWY型,邯鄲華宇儀器儀表公司)。將苯酚加入裝有溫度計(jì)、攪拌磁子、冷凝回流裝置的三口瓶中融化后,投入一定比例的多聚甲醛和金屬離子催化劑,升溫至108~110℃,反應(yīng)30min,繼續(xù)升溫至113~115℃,反應(yīng)60min,再升溫至118~120℃,反應(yīng)60min。真空脫出反應(yīng)水,合成出苯醚型酚醛樹脂,加入一定比例的極性、非極性溶劑和增塑劑,攪拌60min,降溫至50℃以下,加入硅烷偶聯(lián)劑,攪拌30min出料。2結(jié)果與分析2.1金屬離子催化的合成鑄造用三乙胺冷芯盒樹脂一般采用多聚甲醛、苯酚在金屬離子催化條件下進(jìn)行加成、縮聚,生成苯醚型酚醛樹脂,再加入酯類溶劑、增塑劑、硅烷偶聯(lián)劑等合成。苯醚型酚醛樹脂合成主要反應(yīng)為:2.2性酯類物質(zhì)+極性芳香烴鑄造用三乙胺冷芯盒樹脂組分一為極性物質(zhì)苯醚型酚醛樹脂,含水量低、粘度大。溶劑通常是由極性酯類物質(zhì)與非極性芳香烴構(gòu)成的混合溶劑。試驗(yàn)選取酚醛樹脂含量為45%、50%、55%、60%、65%五個比例,考查其粘度及強(qiáng)度指標(biāo),結(jié)果如表1所示。從表1可以看出,隨著組分一酚醛樹脂比例增大,樹脂砂即時強(qiáng)度增大,在比例60%時最大,且樹脂粘度也比較理想。2.3極性溶劑對三乙胺冷芯盒樹脂性能的影響本實(shí)驗(yàn)在溶劑中加入了40%的高沸點(diǎn)芳烴溶劑,通過實(shí)驗(yàn)對比,考查了二元酸酯、鄰苯二甲酸二丁酯、鄰苯二甲酸二辛酯、檸檬酸三丁酯、己二酸二辛酯、合成植物酯等極性溶劑對三乙胺冷芯盒樹脂性能的影響,結(jié)果如表2所示。從表2可看出,分別加入比例60%的表中極性溶劑,樹脂的溶解性、粘度差異比較大,二元酸酯、己二酸二辛酯、鄰苯二甲酸二丁酯、合成植物酯四種極性溶劑的試驗(yàn)效果較理想。2.4丁酯、合成植物酯型砂的合成本實(shí)驗(yàn)進(jìn)一步對二元酸酯、己二酸二辛酯、鄰苯二甲酸二丁酯、合成植物酯四種溶劑開展型砂實(shí)驗(yàn),驗(yàn)證綜合性能,結(jié)果如表3所示。從表3可以看出,采用合成植物酯改性合成出的冷芯盒樹脂,型砂綜合性能較好。2.5砂芯強(qiáng)度的提高冷芯盒樹脂造型生產(chǎn)的砂芯,強(qiáng)度隨存放時間延長而衰減,在南方高濕度氣候條件下衰減速度更快,這主要是因?yàn)?冷芯盒樹脂組分二中的異氰酸酯與空氣中的水會發(fā)生化學(xué)反應(yīng),破壞砂芯強(qiáng)度。本實(shí)驗(yàn)在組分二中加入了一種阻聚劑,與異氰酸酯(PAPI)、芳烴溶劑油和三氯氧磷按照一定比例生產(chǎn)的組分二,與組分一配套使用,有效提高了砂芯的抗?jié)裥?結(jié)果如表4所示。由表4可以看出,環(huán)境溫度20℃,相對濕度80%條件下,組分二中加入阻聚劑后,96h型砂強(qiáng)度仍然可達(dá)到24h強(qiáng)度的75%,未加阻聚劑型砂強(qiáng)度不足45%。3雙組分纖維復(fù)合樹脂的粘度及型砂強(qiáng)度(1)通過實(shí)驗(yàn)確定了冷芯盒樹脂組分一中苯醚型酚醛樹脂與溶劑的最優(yōu)比為60%∶40%,在該比例下樹脂粘度及型砂強(qiáng)度較理想。(2)工藝采用一種無毒合成植物酯溶