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    幾種常用自硬砂應用前景
    發(fā)布時(shí)間:2017-01-6

    目前,各國鑄造行業(yè)中,大中型鑄件多采用自硬砂工藝制造,也有一些鑄件采用吹CO2硬化的工藝制造,但為量不多。

      進(jìn)入本世紀以來(lái),鑄造行業(yè)面對著(zhù)兩個(gè)方面的挑戰:一是對鑄件質(zhì)量的要求不斷提高;再就是環(huán)境保護和清潔生產(chǎn)方面的要求日趨嚴格。雖然,各種自硬砂的推廣應用,已經(jīng)使我們在中、大型鑄件的質(zhì)量、生產(chǎn)效率等方面都有了大幅度的提高,但是,從這兩項要求看來(lái),不少工藝都有其不能盡如人意之處,進(jìn)一步改進(jìn)和創(chuàng )新的工作迫在眉睫。

      針對這些問(wèn)題,各主要工業(yè)國家,在改進(jìn)現有的自硬工藝、開(kāi)發(fā)新型黏結劑方面,都進(jìn)行了大量的研究工作,新的成果也不斷問(wèn)世。

      在這里,想就幾種常用自硬砂工藝發(fā)展的情況作簡(jiǎn)單的介紹,供參考。

      一、呋喃樹(shù)脂自硬砂

      呋喃樹(shù)脂,以糠醇為基本組分,并以糠醇分子結構中特有的呋喃環(huán)而得名。

      呋喃樹(shù)脂是鑄造行業(yè)最早采用的自硬砂黏結劑,具有很多優(yōu)點(diǎn),如:用以配制的自硬砂對多種酸性硬化劑的適應性都很好;自硬砂的強度高、硬化易于控制、舊砂易于再生、回用等。50多年來(lái),經(jīng)過(guò)了各種黏結劑競相發(fā)展的拼比,迄今為止,各國鑄造行業(yè)中,呋喃樹(shù)脂仍然是應用范圍最廣、用量最大的自硬砂黏結劑。

      在可以預見(jiàn)的將來(lái),呋喃樹(shù)脂還將是最重要的自硬砂黏結劑。

      早期的呋喃樹(shù)脂,不少品種是由糠醇、尿素、甲醛和苯酚為主要原材料共聚而成的。改變所用原材料的比例,可制成適于不同條件的樹(shù)脂。

      這樣的呋喃樹(shù)脂,可以認為其中包含糠醇、脲醛和酚醛三種組分。根據對樹(shù)脂性能的要求,各組分所占的份額可以在相當大的范圍內變動(dòng)。樹(shù)脂中的三組分,對自硬砂性能的影響見(jiàn)表1。

          總體而言,樹(shù)脂中苯酚與甲醛縮合而成的酚醛組分,對樹(shù)脂性能的貢獻并不很大,而游離的苯酚又是有害的污染物,因而在呋喃樹(shù)脂發(fā)展的過(guò)程中,苯酚的用量越來(lái)越少。

      1.呋喃樹(shù)脂的質(zhì)量控制要點(diǎn)

      對于自硬砂用的呋喃樹(shù)脂,其質(zhì)量要求,可以參照相關(guān)的標準和制造廠(chǎng)商提供的規格進(jìn)行考核,以下提出的幾項,是鑄造廠(chǎng)有必要進(jìn)行全面分析、權衡的指標,供參考。

     ?。?span>1)游離甲醛和苯酚的含量  甲醛是對人類(lèi)健康非常有害的物質(zhì),可是,在呋喃樹(shù)脂中,甲醛與尿素合成的脲醛組分對改善樹(shù)脂的質(zhì)量作用很大。因而,在呋喃樹(shù)脂中,甲醛是不可或缺的原材料,但是,游離甲醛卻必須使之盡可能地減少。

      近二十年來(lái),我國呋喃樹(shù)脂的進(jìn)步和發(fā)展是令人欣喜的:在產(chǎn)量方面,不但充分滿(mǎn)足了世界第一鑄造大國的需求,而且還大量出口到國外;在質(zhì)量方面,游離甲醛的含量已降到很低的水平,一般都可達到≤0.3%。

      目前,一般的呋喃樹(shù)脂中,酚醛組分的含量很少,游離苯酚不是一個(gè)問(wèn)題。對于用量很少的含酚醛組分的呋喃樹(shù)脂,還必須嚴格規定游離苯酚的含量,一般應控制在0.5%以下。

     ?。?span>2)氮含量  制備呋喃樹(shù)脂的主要原材料中,除尿素外,均不含氮。尿素中含氮約46.6%,樹(shù)脂的含氮量全部都是由尿素帶入的。

      對用于自硬砂的呋喃樹(shù)脂,脲醛組分對改善樹(shù)脂的質(zhì)量至關(guān)重要。但是,脲醛組分是由尿素和甲醛形成的,樹(shù)脂中含有脲醛組分,就必然含有氮。

      樹(shù)脂中的氮含量對自硬砂受熱后的潰散性影響很大,對氮含量的要求也就因鑄件的澆注溫度而有所不同:用于澆注溫度比較低的鋁合金鑄件時(shí),為了改善落砂性能,樹(shù)脂中的氮含量宜在10%以上;用于澆注溫度高的鑄鋼件時(shí),為避免澆注后自硬砂過(guò)早潰散,樹(shù)脂中的氮含量不宜超過(guò)2%;用于各種鑄鐵件時(shí),可按照要求的鑄件澆注溫度,將樹(shù)脂中的氮含量控制在26%之間。

      此外,氮也有可能導致鑄件產(chǎn)生氣孔缺陷的問(wèn)題,但是,在熔煉工藝正常的情況下,用量很少的樹(shù)脂中少量的氮不是產(chǎn)生缺陷的主要原因。

      但是,降低樹(shù)脂中的氮含量,自硬砂的性能就會(huì )受到影響,價(jià)格較高還只是第二位的問(wèn)題。因此,過(guò)分強調氮會(huì )導致鑄件產(chǎn)生氣孔缺陷,要求樹(shù)脂走向低氮、甚至無(wú)氮,是十分片面的。即使用于制造高合金鋼鑄件,也沒(méi)有追求樹(shù)脂完全無(wú)氮的必要。

     ?。?span>3)樹(shù)脂中的水分  呋喃樹(shù)脂樹(shù)脂中水分的來(lái)源有兩個(gè)方面:一是原材料甲醛是以水溶液供應的,加入甲醛會(huì )帶進(jìn)大量的水;二是呋喃樹(shù)脂的合成過(guò)程是縮聚反應,要釋放水分。要求制成的樹(shù)脂完全脫水是不可能的,也是不必要的,但樹(shù)脂中的水分必須嚴格控制。

      呋喃樹(shù)脂自硬砂的硬化,是樹(shù)脂的縮聚過(guò)程,是要釋放水的。釋放的水不能及時(shí)排除,硬化反應就不能繼續進(jìn)行。樹(shù)脂中含有的水分高,就會(huì )抑制釋放水的排除,從而使自硬砂的硬化能力,使硬透性惡化,導致鑄件出現多種質(zhì)量問(wèn)題。

      但是,樹(shù)脂中的水分也不宜太低,否則樹(shù)脂太易于發(fā)生硬化反應,導致可儲存期縮短,自硬砂過(guò)程不穩定、難以控制等問(wèn)題。

      用于生產(chǎn)鋼、鐵鑄件的樹(shù)脂,水分宜控制在5%左右。近來(lái),我國有些樹(shù)脂供應廠(chǎng)商為了降低生產(chǎn)成本,將樹(shù)脂中的水分提高到10%,甚至更高,這是很不應該的,對此,鑄造廠(chǎng)應該予以嚴格的考核。

      用于生產(chǎn)鋁合金鑄件的高氮、低糠醇樹(shù)脂,水分可以在12%左右。

      2.呋喃樹(shù)脂的改進(jìn)工作

      近期,呋喃樹(shù)脂的改進(jìn)工作主要有兩個(gè)方面。

     ?。?span>1)進(jìn)一步降低游離甲醛含量  甲醛的氣味強烈,對接觸人員的健康影響很大,降低游離甲醛的含量一直制造廠(chǎng)商的重要課題。這方面情況在也不斷改善中,我國有的廠(chǎng)家已經(jīng)推出了生態(tài)呋喃樹(shù)脂,其中的游離甲醛含量可降低到0.05%以下。

     ?。?span>2)提高樹(shù)脂的反應能力  這也是呋喃樹(shù)脂改進(jìn)工作的重點(diǎn)。反應能力提高后有以下好處:

      一是硬化速度提高,從而可縮短起模時(shí)間,提高造型的生產(chǎn)率。

      二是改善硬透性。

      三是減少硬化劑(芳香烴磺酸)用量,從而可減少鑄型或芯子中的含硫量,同時(shí)還可減少有害物質(zhì)的散發(fā)量。

      在這方面,美國Ashland公司開(kāi)發(fā)了一種以糠醇為基礎的新型黏結劑,用其配制自硬砂,硬化快、起模時(shí)間短、排放的氣體少、而且生產(chǎn)的鑄件質(zhì)量也有所提高。

      二、水玻璃自硬砂

      水玻璃是一種硅酸鈉系的復合材料,雖然十分常見(jiàn),但是,迄今為止,我們對其實(shí)際組成還不十分清楚,仍有待進(jìn)一步的探索。水玻璃并不簡(jiǎn)單地是硅酸鈉的水溶液,而是復雜的Na2O-SiO2-H2O三元系,其中,能證實(shí)其存在的硅酸鈉水合物至少有11種。

      水玻璃是一種無(wú)毒、無(wú)害、而且價(jià)廉物美的材料,其應用、發(fā)展的前景應該非??春?,但是,作為鑄造型砂的黏結劑,其應用還存在很大的難題,今后,要充分發(fā)揮它的作用,還需要做大量的研究工作,首先要切實(shí)地了解、掌握其特性。

      酯硬化水玻璃自硬砂工藝的問(wèn)世,顯著(zhù)地增強了水玻璃在鑄造用型砂黏結劑中地位。同時(shí),也使鑄造行業(yè)徹底告別了用粉狀硬化劑的自硬砂工藝。

      我國鑄鋼行業(yè)中,酯硬化水玻璃自硬砂(以下簡(jiǎn)稱(chēng)水玻璃自硬砂)的應用從80年代初開(kāi)始,隨后的發(fā)展很快,目前應用的范圍仍然很廣。

      酯硬化水玻璃自硬砂的硬化機制不是縮合反應,而是有機酯在堿性介質(zhì)中分解成有機酸和醇,有機酸再與硅酸鹽作用,改變其分子結構,形成含水的硅酸凝膠,起黏結作用。

      采用水玻璃自硬砂工藝有很多優(yōu)點(diǎn),對鑄造行業(yè)而言,主要是:在鑄件生產(chǎn)的全過(guò)程中,從混砂、造型、制芯、組型、澆注,到落砂取出鑄件的各生產(chǎn)環(huán)節,水玻璃和有機酯都不排放有害氣體,也不散發(fā)令人厭惡的氣味,確實(shí)是一種環(huán)境友好的材料。

      采用水玻璃自硬砂當然也有很多問(wèn)題,而最大、最難解決的問(wèn)題是舊砂難以再生、回用。

      水玻璃是由硅砂和堿合成的,與硅砂的親和力很強,能很牢固地附著(zhù)在砂粒表面,而且,經(jīng)硬化的水玻璃黏結膜韌性很好,要將砂粒表面上已經(jīng)硬化的水玻璃黏結膜剝離,是很不容易的。特別是鑄件-鑄型的界面附近的型砂,澆注后經(jīng)高溫的作用,水玻璃黏結膜可能與砂粒熔合成一體,要將其剝離就更是不可能的了。

      既然水玻璃是硅酸鈉的水溶液,是親水性的,采用濕法再生工藝,是不是易于將砂粒表面殘留的黏結膜溶解呢?回答也是否定的。液態(tài)的水玻璃是可以與水互溶的,但是,使硬化以后的固態(tài)水玻璃膜溶于水就很不容易。經(jīng)高溫作用脫除了結構水的水玻璃膜,使其溶于水的難度更大,只有在高壓釜中、在較高的溫度下,才有可能。

      40多年前,國外就有鑄造廠(chǎng)采用濕法再生工藝,雖然再生效果略?xún)?yōu)于干法機械再生,但是設備復雜,運轉費用高昂。至于熱濕法再生的可行性,則仍有待進(jìn)一步的探討。

      水玻璃是復合的硅酸鈉,堿性很強,而且是水溶性的,如果隨意排放的話(huà),鈉離子經(jīng)由雨水長(cháng)時(shí)間的作用和傳送,就會(huì )破壞周邊的生態(tài)環(huán)境、污染地下水。即使是排放到荒涼的山溝里,其對附近植被的影響、污染地下水等問(wèn)題也不能忽視。

    一種環(huán)境友好型的造型材料,但排放難以再生處理的舊砂卻又成了環(huán)境的禍害。

      水玻璃配制的型砂,目前仍然受到鑄造行業(yè)普遍重視,主要原因之一是其符合環(huán)保要求。但是,如果不能切實(shí)解決舊砂再生的問(wèn)題,又會(huì )因為排放廢棄砂而有害于環(huán)境,從而導致水玻璃砂不受歡迎。這可真是:成也蕭何,敗也蕭何。

      我國鑄鋼行業(yè)中,采用水玻璃砂的企業(yè)仍然很多。在當前砂再生問(wèn)題還未能妥善解決的條件下,每年排放的廢棄砂估計不下400萬(wàn)噸。有的地方,廢棄水玻璃砂已經(jīng)將山溝填滿(mǎn)。對此,絕對不可掉以輕心。

      水玻璃黏結砂難以再生的原因,大致可作如下的分析:

      水玻璃黏結砂,無(wú)論是吹CO2硬化、或與有機酯作用后硬化,這類(lèi)硬化反應都會(huì )使水玻璃的分子結構改變,即使未經(jīng)高溫的作用,也無(wú)法使之恢復原來(lái)的狀態(tài),此外,殘留在再生砂中的、結構改變了的水玻璃,對再次加入水玻璃配成的型砂的性能的影響很大;

      水玻璃對砂粒表面的附著(zhù)很牢,不易剝落,如果制造鋼、鐵鑄件,界面處的砂粒經(jīng)受高溫的作用時(shí),水玻璃還可能與砂粒表面熔合,要將其自砂粒表面剝離幾乎是不可能的。

      澆注金屬液后,靠近鑄件表面的型砂,由于高溫的作用,水玻璃膜不僅脫除了自由水,而且脫除了牢固結合水和結構水,強度很高,又有一定的韌性,也難以脫除。這樣的水玻璃膜,無(wú)論采用什么方法,都不可能恢復原來(lái)的狀態(tài)。

      近十多年來(lái),德國的同行對硅酸鹽系黏結劑進(jìn)行了全面而系統的研究開(kāi)發(fā)工作,由許多大型企業(yè)分工合作,歷時(shí)將近10年,從2011GIFA的展出看來(lái),成果是令人鼓舞的??梢哉f(shuō),已經(jīng)使硅酸鹽系黏結劑的應用進(jìn)入了一個(gè)嶄新的紀元。

      ASK公司和HA公司等世界知名的黏結劑生產(chǎn)廠(chǎng)商,都很重視在硅酸鹽系黏結劑方面的創(chuàng )新和研究開(kāi)發(fā)工作。ASK公司推出的INOTEC黏結劑、HA公司推出的Cordis黏結劑,都以硅酸鹽為主要組分,目前都已成功地用于大批量生產(chǎn)汽車(chē)鑄件。為改善鑄件的質(zhì)量,這類(lèi)新型黏結劑中還加入了一些附加物,如粉狀非晶態(tài)硅質(zhì)材料之類(lèi)。

      Laempe & Mossner公司,研制了適用于用硅酸鹽系黏結劑、大批量自動(dòng)化制芯的設備。

      TU礦業(yè)研究院鑄造研究所則對硅酸鹽系黏結劑舊砂的再生問(wèn)題進(jìn)行了全面的研究。

      此外,三家世界知名的大型汽車(chē)制造廠(chǎng)商承擔實(shí)際應用工藝的研究,并在生產(chǎn)中考核。

      雖然與此相關(guān)的具體技術(shù)內容尚未公開(kāi),但是,從許多生產(chǎn)廠(chǎng)家的情況介紹中,我們大致可以得知,要解決水玻璃黏結砂的再生、回用問(wèn)題,必須遵循以下兩條原則:

     ?。?span>1)鑄型或芯子不能經(jīng)受太高溫度的作用,不能使水玻璃膜失去其中的牢固結合水和結構水,更不能有與砂粒熔合的情況,目前,只能用于生產(chǎn)鋁合金鑄件或某些澆注溫度更低的合金鑄件。

     ?。?span>2)鑄型、芯子制成后,只能借助于脫除自由水使之成為凝膠而硬化。目前,歐洲采用的硬化方法是在制芯后吹110120℃的熱空氣使之脫水硬化,不能有任何材料與水玻璃發(fā)生化學(xué)反應,落砂得到的舊砂中應不含反應產(chǎn)物。

      BMW(寶馬)是世界上第一家全部采用硅酸鹽系黏結劑INOTEC代替有機黏結劑制芯、生產(chǎn)汽車(chē)用鋁合金鑄件的廠(chǎng)家,2006開(kāi)始試生產(chǎn),以確認這一工藝的可行性,不久就正式投入生產(chǎn)?,F已確認:在生態(tài)、產(chǎn)品質(zhì)量、經(jīng)濟等方面都獲得了很好的效益。

      大眾汽車(chē)公司,采用Cordis黏結劑制芯、DISA線(xiàn)造型,生產(chǎn)鋁合金缸蓋等重要鑄件,目前,已生產(chǎn)各種產(chǎn)品250萬(wàn)件以上。

      Diamler公司位于Mettingen的輕合金鑄造廠(chǎng),用INOTEC黏結劑制芯,也取得了很好的效果。

      我國一汽鑄造公司已于幾年前引進(jìn)了這項工藝技術(shù)。

      很明顯,這種工藝并不是自硬砂工藝,但是,通過(guò)他們長(cháng)時(shí)間、大量的研究工作,使我們對水玻璃作為黏結劑的特性有了進(jìn)一步的認識。今后,要使這種環(huán)境友好型黏結劑在鑄造行業(yè)中起更重要的作用,這種認識的提升是大有裨益的。

      由以上簡(jiǎn)要介紹的情況可見(jiàn),水玻璃是一種前景極好的黏結劑,鑄造行業(yè)對其應予以高度的關(guān)注。但是,目前用于生產(chǎn)鋼、鐵鑄件的自硬砂,仍然存在很大的難題,有待進(jìn)一步的探討和研究。

      三、酚醛樹(shù)脂自硬砂

      酚醛樹(shù)脂自硬砂的發(fā)展過(guò)程真可謂是一波三折。隨著(zhù)樹(shù)脂的改進(jìn),經(jīng)歷了三個(gè)階段。

      1.甲階酚醛樹(shù)脂自硬砂

      20世紀60年代中期,石油的價(jià)格不高,國際市場(chǎng)上甲階酚醛樹(shù)脂的價(jià)格低于呋喃樹(shù)脂,歐洲和美國都著(zhù)手研究將其用于自硬砂工藝,以期替代價(jià)格高的呋喃樹(shù)脂。

      早期,由于這種樹(shù)脂的硬化較慢,而且硬透性也不能令人滿(mǎn)意,其應用范圍不大。后來(lái),由于芳香基磺酸的問(wèn)世,顯著(zhù)改善了硬化緩慢的問(wèn)題,同時(shí),甲階酚醛樹(shù)脂本身也在不斷改進(jìn)。1974年,出現世界性第二次糠醇短缺,呋喃樹(shù)脂的價(jià)格飆升,甲階酚醛樹(shù)脂自硬砂的應用一度發(fā)展很快。

      以甲階酚醛樹(shù)脂為黏結劑的型砂,受熱后有二次硬化的過(guò)程,型砂的高溫強度比用呋喃樹(shù)脂者高,因而多用于生產(chǎn)鑄鋼件。80年代中期,筆者曾在當時(shí)的聯(lián)邦德國造訪(fǎng)過(guò)幾家高檔次的鑄鋼廠(chǎng),無(wú)一例外地全都采用甲階酚醛樹(shù)脂自硬砂。

      90年代以后,石油的價(jià)格不斷上漲,甲階酚醛樹(shù)脂的價(jià)格反而高于呋喃樹(shù)脂,而有些性能又不及呋喃樹(shù)脂,因而其應用范圍日見(jiàn)縮小。

      甲階酚醛樹(shù)脂中的水分本來(lái)就比較高,再加以硬化過(guò)程中縮合反應釋放的水,會(huì )稀釋酸性硬化劑而使硬化過(guò)程減慢,故必須使用強酸性的硬化劑,以保證合適的硬化速度和厚砂型硬透的能力。

      樹(shù)脂中的游離甲醛含量也比較低。

      酸硬化的甲階酚醛樹(shù)脂,主要的缺點(diǎn)有:儲存穩定性不好;對硬化劑的品種非常敏感,  只能用芳香基磺酸作硬化劑;在低溫下硬化反應緩慢,環(huán)境溫度低于15℃時(shí),型砂的硬化也明顯減慢,在10℃以下,經(jīng)23h仍不能具有脫模所需的強度;澆注后釋放的煙、氣較多。因而。傳統的甲階酚醛樹(shù)脂很難以適應不斷發(fā)展的鑄造行業(yè)的要求,各國都在其化學(xué)改性處理方面進(jìn)行了研究開(kāi)發(fā)工作。

      2.堿性酚醛樹(shù)脂自硬砂

      這種樹(shù)脂是以甲階酚醛樹(shù)脂為基礎,是使甲醛和苯酚在強堿性條件下經(jīng)縮聚反應而制得的,是一種改性的甲階酚醛樹(shù)脂。樹(shù)脂的堿性很強,其中含有KOH、NaOH等強堿性成分,所以通常稱(chēng)之為堿性酚醛樹(shù)脂。

      堿性酚醛樹(shù)脂自硬砂工藝由英國Borden公司開(kāi)發(fā),1981年獲得專(zhuān)利。配制自硬砂時(shí),所用的硬化劑不是酸,而是有機酯。多種低級酯都可以用作硬化劑,應用較廣的是碳酸丙烯酯。這種自硬砂工藝也稱(chēng)為α-Set工藝。

     ?。?span>1)自硬砂的硬化機制  混砂后,首先是樹(shù)脂中的堿與酯反應,形成堿金屬的碳酸鹽,釋放醇。樹(shù)脂中的堿轉變?yōu)樘妓猁}后,在常溫下即發(fā)生交聯(lián)反應,使型砂具有必要的強度。也可以認為:有機酯在堿性條件下分解為有機酸和醇,再由酸與樹(shù)脂中的堿作用,從而發(fā)生發(fā)生交聯(lián)反應。

      此項工藝中,作為硬化劑的有機酯是與樹(shù)脂中的堿發(fā)生反應的組分,不同于硬化劑只起催化作用、不參與反應的其他樹(shù)脂自硬砂,因此,不能通過(guò)改變硬化劑的加入量來(lái)調整自硬砂的硬化速率和起模時(shí)間。有機酯的加入量一般為樹(shù)脂的20%~25%,因樹(shù)脂和硬化劑的品種而略有不同。

      有機酯硬化的酚醛樹(shù)脂砂,在有機酯的作用下,樹(shù)脂在常溫下只發(fā)生部分交聯(lián)反應,起模時(shí)型砂仍然保持一定的塑性,澆注初期還有一短暫的、因受熱而再次發(fā)生交聯(lián)反應的過(guò)程,也就是通常所說(shuō)的二次硬化。

     ?。?span>2)堿性酚醛樹(shù)脂自硬砂工藝的優(yōu)點(diǎn)  堿性酚醛樹(shù)脂自硬砂的優(yōu)點(diǎn)很多,主要如:起模性能好,型砂不易黏附在模具上;混砂、造型、澆注時(shí)散發(fā)的煙氣較少;由于有二次硬化的特性,砂型的熱穩定性較好,厚壁鑄件表面上也很少出現脈狀紋缺陷;砂型澆注后潰散性較好。

     ?。?span>3)堿性酚醛樹(shù)脂自硬砂工藝存在的問(wèn)題  再生砂的循環(huán)使用會(huì )導致自硬砂的強度降低,這是影響這項工藝推廣應用的最大障礙。

      樹(shù)脂發(fā)生交聯(lián)反應的產(chǎn)物之一是堿金屬碳酸鹽。加熱到510℃以上,堿金屬鹽轉變?yōu)閴A性金屬氧化物,此種氧化物又可以與硅砂作用,在砂粒表面上形成玻璃狀堿金屬復合硅酸鹽薄膜。這種薄膜是金屬氧化物與砂粒作用而形成的,對砂粒的附著(zhù)很牢固?! 〔捎脧V泛用于各種樹(shù)脂自硬砂的干態(tài)摩擦再生方式,舊砂進(jìn)行再生處理時(shí),很難將薄膜充分脫除。

      再生砂中加入樹(shù)脂重新混砂時(shí),樹(shù)脂難以均勻地附著(zhù)于砂粒表面的薄膜上,因而再黏結的性能不佳,用再生砂配制的自硬砂的強度明顯下降。目前,世界各國再生砂的回用量一般都不超過(guò)80%,有的鑄造廠(chǎng)不得不全部用新砂配制面砂。

      摩擦再生的效果不好,熱法再生是否可行?實(shí)際上,許多試驗、研究的結果也都未能證實(shí)熱再生方式的穩定有效。

      熱法再生的難點(diǎn)是:舊砂再生時(shí),如溫度超過(guò)650℃,玻璃狀薄膜可使砂粒在焙燒爐中燒結,惡化砂粒的流動(dòng)性,從而影響再生處理的效果。實(shí)際上,生產(chǎn)中所用的熱法再生設備,多數都難以準確地控制溫度。

      此外,由于樹(shù)脂的堿性很強,廢棄砂的排放也必須審慎處理,這也是一個(gè)棘手的問(wèn)題。

      3.邦尼樹(shù)脂(改性甲階酚醛樹(shù)脂)

      邦尼樹(shù)脂,是我國邦尼公司以滿(mǎn)足環(huán)保與清潔生產(chǎn)的要求為目標,在甲階酚醛樹(shù)脂和堿性酚醛樹(shù)脂的基礎上研制的。

      在原材料的選用方面,首先是立足于可再生資源,其次則是從源頭上抑制有害物料進(jìn)入產(chǎn)業(yè)鏈。

      制造樹(shù)脂所用的醛,不用性質(zhì)活潑、毒性很強的甲醛。選用自農產(chǎn)品下腳料提取的性質(zhì)比較穩定、分子量高的醛類(lèi)。

      制造樹(shù)脂所用的酚,不用自石油中提取的、毒性很強的苯酚,選用自植物中提取的酚。其分子結構中,既有活潑的酚羥基、具有酚類(lèi)的性質(zhì),還有高分子的烯屬碳鏈,因而同時(shí)又具有脂肪族化合物的柔性。樹(shù)脂中完全不含游離甲醛和游離酚。

      制備過(guò)程中,使這種酚和醛在特定的條件下發(fā)生加成反應、縮聚反應,同時(shí)再加入多種材料,進(jìn)行改性處理。從樹(shù)脂分子結構看來(lái),應該是一種經(jīng)改性的甲階酚醛樹(shù)脂。

      邦尼樹(shù)脂硬化的機制與甲階酚醛樹(shù)脂相同,也采用酸性硬化劑。

      經(jīng)實(shí)際生產(chǎn)考核,已經(jīng)確認用邦尼樹(shù)脂配制的自硬砂有以下特點(diǎn):

     ?。?span>1)具有甲階酚醛樹(shù)脂砂的特點(diǎn),而硬化特性比甲階酚醛樹(shù)脂好得多。受熱后也有二次硬化作用,起模時(shí)型砂的強度不太高,具有一定的韌性,加以樹(shù)脂中含有高分子的烯屬碳鏈,砂型表面滑潤,因而起模性能優(yōu)于其他各種自硬砂。

     ?。?span>2)砂型、芯子的表面柔韌,穩定性好,上涂料時(shí)不出現浮砂。

     ?。?span>3)由于二次硬化的作用,高溫下鑄型的剛度較好,制造厚截面球墨鑄鐵件時(shí),產(chǎn)生收縮缺陷的傾向減輕。

     ?。?span>4)澆注后的落砂性能很好,與呋喃樹(shù)脂自硬砂基本相當。

     ?。?span>5)舊砂再生回用的性能好,再生率可達95%左右。無(wú)錫鑄造廠(chǎng)用國產(chǎn)的摩擦再生設備,再生砂的灼燒減量可控制在1.5%以下。用95%再生砂、5%新砂,加樹(shù)脂1.2%、硬化劑0.3%配制的型砂,終抗拉強度在1.0MPa以上。

     ?。?span>6)由于樹(shù)脂中不含甲醛和苯酚,在采用專(zhuān)用酸性硬化劑的條件下,澆注過(guò)程中產(chǎn)生的煙和氣味遠低于其他樹(shù)脂自硬砂。

      目前,邦尼型樹(shù)脂已經(jīng)成功地用于鑄造各種鑄鋼件,較大的鑄件都是船用件,有重60t的尾座、170t的掛舵臂等鑄件。就目前應用情況看來(lái),澆注后落砂、清理都非常方便,鑄件的表面質(zhì)量都很好。

      在制造鑄鐵件方面,邦尼-Ⅰ型樹(shù)脂也已在實(shí)際生產(chǎn)中應用。

      但是,邦尼樹(shù)脂畢竟是一項新事物,不可能一問(wèn)世就能夠面面俱到,今后的持續發(fā)展,關(guān)鍵在于不斷從生產(chǎn)實(shí)踐中發(fā)現問(wèn)題,逐步深化對它的認識,從而使其不斷優(yōu)化。

      這樣一種我國自主創(chuàng )新的、適應可持續發(fā)展要求的樹(shù)脂,我相信一定會(huì )得到我國鑄造行業(yè)同仁的關(guān)懷和愛(ài)護,而最好的關(guān)懷、愛(ài)護,應該是在用其所長(cháng)的同時(shí)不斷提出改進(jìn)意見(jiàn),使其能與我國鑄造行業(yè)同步發(fā)展。

     

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