【精品】覆膜沙樹(shù)脂的研究與應(yīng)用

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1、熱塑性覆膜砂專用樹(shù)脂（酚醛樹(shù)脂）的研究與應(yīng)用中國(guó)化學(xué)化工網(wǎng)王燕燕摘要：敘述了殼型覆膜砂的研究現(xiàn)狀及應(yīng)用，著重介紹了原砂、酚醛樹(shù)脂、固化劑和潤(rùn)滑劑對(duì)覆膜砂性能影響的研究工作，最后對(duì)覆膜砂的研究和應(yīng)用提出了建議。關(guān)鍵詞：覆膜砂；熱塑性酚醛樹(shù)脂；殼型；化學(xué)化工酚醛樹(shù)脂是最早人工合成的樹(shù)脂，由于其優(yōu)異的性能在100多年來(lái)得到了廣泛的關(guān)注。自從1940年JohannesCroning發(fā)明殼法鑄造以來(lái)，作為殼法鑄造中型砂的粘結(jié)劑就成為酚醛樹(shù)脂的重要應(yīng)用之一。熱塑性酚醛樹(shù)脂在鑄造工業(yè)中的用量逐年增加。我國(guó)自上世紀(jì)50年代屮期開(kāi)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

2、又獲得牛產(chǎn)應(yīng)用。隨著鑄造技術(shù)的發(fā)展，鑄件出口量的增長(zhǎng)，尤其是汽車(chē)工業(yè)的發(fā)展，對(duì)鑄件質(zhì)量的要求口益提高，我國(guó)應(yīng)用覆膜砂殼法鑄造工藝的范圍也越來(lái)越廣。90年代初全國(guó)各地的覆膜砂廠迅速發(fā)展起來(lái)，新產(chǎn)品、新技術(shù)不斷涌現(xiàn)，90年代末我國(guó)覆膜砂年產(chǎn)量已達(dá)20萬(wàn)噸，冃前我國(guó)覆膜砂年產(chǎn)量已經(jīng)超過(guò)90萬(wàn)噸，且還在逐年增長(zhǎng)。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、二氧化硅含量、粒度大小和分布等均對(duì)覆膜砂性能有影響。(1)當(dāng)原砂中的泥和細(xì)粉含量比較高時(shí)，因其無(wú)效占有人量粘結(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

3、于表面積小，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(shù)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)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(BP50/100冃和70/140冃)用樹(shù)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(shù)脂，國(guó)內(nèi)外研究工作者在原砂表面潔凈處理方面進(jìn)行了許

4、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。認(rèn)為酸洗硅砂能提高酸促硬樹(shù)脂砂的強(qiáng)度，原因在于砂粒在酸洗過(guò)程中被質(zhì)子化，其表而生成了有利于樹(shù)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(shù)脂砂，但對(duì)覆膜砂的酸洗研究也有一定的指導(dǎo)意義。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(shù)脂量相對(duì)增多（泥分表面積越大,消耗的樹(shù)脂量越大），避免了由于粉塵混雜在樹(shù)脂薄膜屮而破壞樹(shù)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(shù)脂

5、更容易滲入砂粒表面的溝槽、微孔屮,增加了樹(shù)脂與砂粒表面的接觸面，使樹(shù)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。提高表而活性法是將經(jīng)過(guò)洗滌與過(guò)篩后的原砂裝入坨煙中，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(shù)脂膜的粘結(jié)有利。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(shù)脂的粘結(jié)。焙燒處理雖然消耗了燃料，但出于節(jié)省樹(shù)脂用量考慮，其意義仍然很大。2.酚醛樹(shù)脂最早的酚醛樹(shù)脂是由徳國(guó)化學(xué)家BaeyerA于1872年合成的。當(dāng)時(shí)他出于對(duì)染料技術(shù)的研究，發(fā)

6、現(xiàn)了酚與醛可相互作用，并能形成樹(shù)脂。但是直至1907年BaekelandLH注冊(cè)了酚醛樹(shù)脂專利，酚醛樹(shù)脂的商業(yè)價(jià)值才被人們意識(shí)到。1909年BachL開(kāi)發(fā)了甲階（熱固性）酚醛樹(shù)脂“resol”，同年Baekeland開(kāi)發(fā)出了熱塑性酚醛樹(shù)脂"novolak”。2.1熱塑性酚醛樹(shù)脂概況熱塑性酚醛樹(shù)脂自1909年由美國(guó)化學(xué)家BaekelandFF發(fā)應(yīng)用以來(lái)，樹(shù)脂的本質(zhì)狀況一直未發(fā)生改變。熱塑性酚醛樹(shù)脂主要由醛類（甲醛、乙醛、糠醛等）和酚類（苯酚、甲酚、二甲酚等）在催化劑作用下縮合而成。催化劑主要有酸性催化劑和弱酸鹽催化劑。酸性催化劑通常有鹽酸、硫酸和磷酸等無(wú)機(jī)酸和草酸、順丁烯二酸和鄰苯二甲

7、酸酹等有機(jī)酸,用有機(jī)酸比無(wú)機(jī)酸催化合成的樹(shù)脂聚合速度略快、軟化點(diǎn)稍高、色澤較好，更適合鑄造；弱酸鹽催化劑如二價(jià)金屬鈣、鎂、鋅、鉛、鉆、鎳等的弱酸鹽，由其催化合成的高鄰位酚醛樹(shù)脂牛產(chǎn)覆膜砂時(shí)，具有良好的覆膜性，所牛產(chǎn)的覆膜砂發(fā)氣量較低，熱拉強(qiáng)度較高。在水溶液中，甲醛以水合物甲一?醇的形式存在，在強(qiáng)酸催化條件下，容易形成輕次甲基陽(yáng)離子，該陽(yáng)離子與酚環(huán)對(duì)位和鄰位碳原子發(fā)生親電取代反應(yīng)生成輕甲基苯酚，輕甲基苯酚與苯酚縮合，形成二酚基甲烷。二酚基甲烷和甲醛反應(yīng)速度大