胺法冷芯盒制芯工藝研究

《胺法冷芯盒制芯工藝研究》由會(huì)員上傳分享，免費(fèi)在線閱讀，更多相關(guān)內(nèi)容在行業(yè)資料-天天文庫(kù)。

1、胺法冷芯盒制芯工藝研究三乙胺冷芯盒工藝自1968年在美國(guó)鑄造學(xué)會(huì)舉辦的展覽會(huì)上展出以來(lái)，因其很高的生產(chǎn)率頗具競(jìng)爭(zhēng)性和實(shí)用性，而且在此基礎(chǔ)上出現(xiàn)了制芯中心，型芯的尺寸精度進(jìn)一步提高，受到了鑄造業(yè)內(nèi)人士的普遍關(guān)注，尤其是在汽車、拖拉機(jī)、內(nèi)燃機(jī)等大批大量生產(chǎn)行業(yè)得到了極其廣泛的發(fā)展和應(yīng)用。據(jù)報(bào)道，美國(guó)鑄造行業(yè)所用的各類鑄造粘結(jié)劑中，冷芯盒樹脂的年用量最大，約占粘結(jié)劑總量的44%。我國(guó)七十年代初，一拖工藝材料研究所和安陽(yáng)塑料廠率先開始了胺法冷芯盒制芯樹脂及工藝的研究，但當(dāng)時(shí)國(guó)內(nèi)無(wú)專用設(shè)備及配套材料供應(yīng)，使該工藝無(wú)法推廣。1985年，常州有機(jī)化工廠從

2、美國(guó)Ashland公司引進(jìn)了胺法冷芯樹脂生產(chǎn)技術(shù)，一汽鑄造一廠從美國(guó)B﹠P公司引進(jìn)了全套冷芯盒制芯設(shè)備，接著一拖、上柴又分別從德國(guó)、美國(guó)引進(jìn)了兩套冷芯盒制芯專用裝備，使胺法冷芯技術(shù)在國(guó)內(nèi)獲得生產(chǎn)性應(yīng)用。到目前為止，國(guó)內(nèi)已形成了冷芯盒全套設(shè)備、工藝裝備、樹脂及配套輔料等近百家設(shè)計(jì)、制造單位的年產(chǎn)值數(shù)十億元的產(chǎn)業(yè)鏈。1.冷芯盒樹脂砂的工作原理和化學(xué)特性1.1冷芯盒樹脂砂工作原理冷芯盒樹脂有二個(gè)組份，即：Ⅰ組份是寬分布線性酚醛樹脂。它是用苯酚、甲醛經(jīng)過(guò)化學(xué)反應(yīng)獲得的含有羥甲基（-CH2OH）與醚鍵（R-O-R）的線性聚合體。適量的羥甲基數(shù),可保證

3、型芯獲得必要的初強(qiáng)度，適當(dāng)?shù)拿焰I可保證充分的終強(qiáng)度。Ⅱ組份是用高沸點(diǎn)的相溶性優(yōu)良的溶劑而改性的含有適量（—N=C=O）基團(tuán)的聚異氰酸酯。冷芯盒工藝的固化原理是酚醛樹脂中的羥甲基（-CH2OH）和聚異氰酸酯中的（—N=C=O）基團(tuán)在三乙胺的催化作用下，數(shù)秒內(nèi)反應(yīng)生成固態(tài)的尿烷樹脂。實(shí)際使用時(shí)，需要混砂和制芯兩個(gè)過(guò)程：首先是樹脂的兩種組分通過(guò)混砂過(guò)程均勻地包覆在砂粒表面；然后將混好的混合料射入芯盒，再吹入三乙胺氣體，使均勻包覆在砂粒表面的樹脂膜從液態(tài)變成固態(tài)，在砂粒與砂粒之間建立粘結(jié)橋，形成強(qiáng)度。1.2冷芯盒樹脂砂的化學(xué)特性1.2.1Ⅱ組份聚異

4、氰酸酯中—N=C=O基團(tuán)在堿性或微堿性環(huán)境中容易水解，放出CO2生成胺化合物，其反應(yīng)活性受濃度、溫度、催化劑的影響。水份濃度和反應(yīng)溫度增加可使水解反應(yīng)速率增大。三乙胺在催化羥甲基與—N=C=O基團(tuán)反應(yīng)的同時(shí)，也使—N=C=O基團(tuán)的水解反應(yīng)加速，在無(wú)三乙胺的條件下水解相對(duì)速率為1.1，在吹三乙胺以后，水解相對(duì)速率則提高到47。因此，整個(gè)工藝過(guò)程中對(duì)水份須進(jìn)行嚴(yán)格控制。1.2.2Ⅰ組份和Ⅱ組份樹脂一旦混合后，即會(huì)發(fā)生緩慢的聚合化學(xué)反應(yīng)。但在胺、鐵、鈣、鎂等堿性化合物的催化作用下，反應(yīng)速率極快。催化效果取決于催化劑的種類、濃度、溫度、壓力、時(shí)間等

5、參數(shù)。1.2.3Ⅰ組份和Ⅱ組份樹脂的聚合反應(yīng)過(guò)程存在前、后兩期固化，在催化劑作用下快速固化形成的初強(qiáng)度僅占整個(gè)終強(qiáng)度的50～75%，還有25～50%的強(qiáng)度需在后期形成，為保證已成型型芯不被破壞和終強(qiáng)度順利形成，須對(duì)上涂料的時(shí)間、烘干溫度、倉(cāng)儲(chǔ)時(shí)間、溫度、濕度進(jìn)行控制。1.2.4冷芯盒樹脂砂的室溫、高溫強(qiáng)度隨樹脂加入量增加而增加，但并非始終是呈線性增加，一般樹脂加入量都<2％。1.2.5冷芯盒樹脂組份Ⅰ增加，初強(qiáng)度上升，韌性下降。組份Ⅱ增加，終強(qiáng)度上升，發(fā)氣量增加。組份Ⅰ∶組份Ⅱ在（60～40）％∶（40～60）％之間變動(dòng)。2.冷芯盒樹脂砂工

6、藝控制冷芯盒工藝過(guò)程控制的總體要求是：以控制水份危害為主線；選擇符合冷芯要求的工藝設(shè)備、原材料；正確把握溫度、壓力、時(shí)間主參數(shù)；注意工裝的氣路和配合尺寸?！八荨敝饕侵腹枭啊嚎s空氣、三乙胺、涂料、大氣及型砂中的水份?！皽囟取敝饕侵腹枭啊渲?、壓縮空氣（射砂和吹胺）、三乙胺、涂料烘干時(shí)的溫度?！皦毫Α敝饕侵干渖啊⒋蛋?、清洗時(shí)的壓力。“時(shí)間”主要是指樹脂倉(cāng)儲(chǔ)、混砂、可使用、射砂、吹胺、清洗、上涂料、烘干、型芯倉(cāng)儲(chǔ)及型芯落入鑄型后所經(jīng)歷的時(shí)間。2.1水份控制：由于Ⅱ組份聚異氰酸酯中—N=C=O基團(tuán)在堿性或微堿性環(huán)境中容易水解，如果在制芯過(guò)

7、程中，某一工序受到水的浸害都將導(dǎo)致某種缺陷，有時(shí)，這種缺陷將會(huì)非常嚴(yán)重。這是因?yàn)樗輰⑾拇罅康蘑蚪M分聚異氰酸酯中—N=C=O基團(tuán)，從理論上計(jì)算，1摩耳的水將消耗2摩爾的—N=C=O基團(tuán)。而Ⅱ組分聚異氰酸酯中含有—N=C=O基團(tuán)一般在20%左右，也就是說(shuō)，每克水與—N=C=O基團(tuán)完全反應(yīng)將消耗10克左右的聚異氰酸酯，這不僅嚴(yán)重削弱了型芯強(qiáng)度，其反應(yīng)生成的胺化合物降低了型芯的高溫塑性和發(fā)氣量，而且使生產(chǎn)成本大幅度提高。因此，冷芯盒工藝的優(yōu)化控制應(yīng)以控制水份的破壞作用為主線，從原輔材料（硅砂、樹脂、三乙胺）的準(zhǔn)備、混合料的配制、制芯、加工涂料、

8、倉(cāng)儲(chǔ)、下芯、澆注等整個(gè)工藝過(guò)程都須對(duì)水份進(jìn)行監(jiān)控。2.1.1硅砂水份控制????硅砂水份對(duì)冷芯盒型芯的強(qiáng)度有著重要影響。如果水份高，不僅降低芯砂強(qiáng)度和縮短芯砂可使用時(shí)間，降低型芯