熱塑性酚醛樹脂覆膜砂的研究進(jìn)展

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1、熱塑性酚醛樹脂覆膜砂的研究進(jìn)展????????????????????????????陳少南1，楊國棟2，楊占峰2，朱世根1,2(1.東華大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院,上海201620;2.東華大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院,上海201620)????摘要：敘述了殼型覆膜砂的研究現(xiàn)狀及發(fā)展過程，著重介紹了原砂、酚醛樹脂、固化劑和潤滑劑對(duì)覆膜砂性?能影響的研究工作，最后對(duì)覆膜砂的研究和發(fā)展提出了建議。????關(guān)鍵詞：覆膜砂；熱塑性酚醛樹脂；殼型；進(jìn)展????中圖分類號(hào)：TG221+.1文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A文章編號(hào)：1001-3814(2008)23-

2、0117-03????酚醛樹脂是最早人工合成的樹脂，由于其優(yōu)?異的性能在100多年來得到了廣泛的關(guān)注。自從?1940年Johannes?Croning發(fā)明殼法鑄造以來，作?為殼法鑄造中型砂的粘結(jié)劑就成為酚醛樹脂的重要應(yīng)用之一[1-2]。????熱塑性酚醛樹脂在鑄造工業(yè)中的用量逐年增加。以美國為例，美國平均每年用于殼型鑄造的熱塑性酚醛樹脂量，上世紀(jì)60年代約8500t/y，70年代約25?000?t/y，80年代約34?000?t/y[3]。英國1989年生產(chǎn)的130萬噸鑄鐵件中，用殼型工藝生?產(chǎn)的占10萬噸，這還不包括用殼

3、芯法生產(chǎn)的鑄鐵件。我國自上世紀(jì)50年代中期開始使用殼型(芯)法，60年代初曾一度停用，到60年代中期，殼型?(芯)法才又獲得生產(chǎn)應(yīng)用[4]。隨著鑄造技術(shù)的發(fā)展，鑄件出口量的增長，尤其是汽車工業(yè)的發(fā)展，對(duì)鑄件質(zhì)量的要求日益提高，我國應(yīng)用覆膜砂殼?法鑄造工藝的范圍也越來越廣。90年代初全國各?地的覆膜砂廠迅速發(fā)展起來，新產(chǎn)品、新技術(shù)不斷涌現(xiàn)，90年代末我國覆膜砂年產(chǎn)量已達(dá)20萬噸，目前我國覆膜砂年產(chǎn)量已經(jīng)超過90萬噸，且還在逐年增長。????1.原砂????原砂是影響覆膜砂性能的主要因素之一。原砂中的泥和細(xì)粉、原砂的粒型、二氧

4、化硅含量、粒度大小和分布等均對(duì)覆膜砂性能有影響[5-7]。????(1)當(dāng)原砂中的泥和細(xì)粉含量比較高時(shí)，因?其無效占有大量粘結(jié)劑，降低了覆膜砂的強(qiáng)度，還影響了其透氣性和耐火度。????(2)通常認(rèn)為原砂粒型最好的是圓形。顆粒越圓時(shí)，由于比表面積小，能夠緊密堆積，因此覆膜砂的強(qiáng)度越高。????(3)原砂的二氧化硅含量增加，耐火度增加，?可增加覆膜砂型芯的高溫強(qiáng)度。????(4)砂粒越細(xì)，單位體積內(nèi)覆膜砂的接觸點(diǎn)增加，均勻程度提高，樹脂膜的厚度減薄，增加的界面使砂粒的熱膨脹均勻地釋放，因而采用細(xì)砂可降低覆膜砂熱膨脹率。????

5、(5)原砂的粒度分布對(duì)覆膜砂的強(qiáng)度有較大?的影響。兩種常用的三篩砂(即50/100目和?70/140目)用樹脂覆膜時(shí)強(qiáng)度基本一致，但同時(shí)使?用這兩種三篩砂時(shí)(特別是兩種三篩砂各占一半?時(shí))強(qiáng)度明顯提高，這是由于細(xì)砂粒能填充粗砂粒?間的空隙，增加粘結(jié)橋的數(shù)量，從而提高強(qiáng)度。?為了節(jié)省樹脂，國內(nèi)外研究工作者在原砂表面潔凈處理方面進(jìn)行了許多研究，主要采取化學(xué)?處理和提高表面活性兩種方法。????化學(xué)處理大都采用酸洗法。RichardSimmons?等[8]認(rèn)為酸洗硅砂能提高酸促硬樹脂砂的強(qiáng)度，?原因在于砂粒在酸洗過程中被質(zhì)子化，

6、其表面生成了有利于樹脂與砂粒之間粘結(jié)的反應(yīng)性基團(tuán)。這些基團(tuán)本身具有酸性，因而能起到類似于游離酸的效果。盡管該理論的研究對(duì)象是酸促硬樹脂?砂，但對(duì)覆膜砂的酸洗研究也有一定的指導(dǎo)意義。劉向東等[9]認(rèn)為酸洗能去除原砂中的泥分和砂粒表面的污染物，使砂粒表面包覆的樹脂量相對(duì)增多(泥分表面積越大，消耗的樹脂量越大)，避免了由于粉塵混雜在樹脂薄膜中而破壞樹脂膜的連續(xù)性。和水洗相比，酸洗能更有效地去除砂粒表面的堿性污物，顯露出砂粒表面的原貌，使砂粒表面的?溝槽、微孔更清晰，樹脂更容易滲入砂粒表面的溝槽、微孔中，增加了樹脂與砂粒表面的接觸

7、面，使樹脂與砂粒表面的機(jī)械聯(lián)結(jié)和嚙合增強(qiáng)，從而使?覆膜砂強(qiáng)度大幅度提高。????提高表面活性法是將經(jīng)過洗滌與過篩后的原砂裝入坩堝中，送入爐中進(jìn)行活性處理。原砂經(jīng)髙溫焙燒處理后，可使覆膜砂強(qiáng)度提高。使用焙燒之所以能大幅度提高覆膜砂的強(qiáng)度，主要原因在于原砂焙燒后發(fā)生相變，產(chǎn)生新生表面，對(duì)改善與樹脂膜的粘結(jié)有利[10]。另外，砂粒表面雜質(zhì)在高溫下與砂粒剝離等亦有利于原砂與樹脂的粘結(jié)。焙燒處理雖然消耗了燃料，但出于節(jié)省樹脂用量考慮，?其意義仍然很大。????2.酚醛樹脂????最早的酚醛樹脂是由德國化學(xué)家Baeyer?A于1872

8、年合成的。當(dāng)時(shí)他出于對(duì)染料技術(shù)的研究，發(fā)現(xiàn)了酚與醛可相互作用，并能形成樹脂。但是直至1907年BaekelandL?H注冊(cè)了酚醛樹脂專利，酚醛樹脂的商業(yè)價(jià)值才被人們意識(shí)到。1909?年BachL開發(fā)了甲階(熱固性)酚醛樹脂———?“resol”，同年Baekeland開發(fā)出了熱塑性酚醛樹脂———“nov