提高酚醛改性呋喃树脂粘结强度的研究

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1、万方数据硕士学位论文提高酚醛改性呋喃树脂粘结强度的研究1绪论1．1研究背景从上世纪50年代末，呋喃树脂开始逐渐应用于铸造生产中，其凭借着具有低粘度、高强度、耐强酸、耐强碱、耐高温性好、溃散性好、合成工艺简单等优点迅速受到世界各国铸造业的广泛重视[1．3]。随后，各种树脂白硬砂相继推出，推广应用，从造型材料、铸造工艺和设备等各方面的不断完善和发展，形成了成套的技术，引起了铸造行业的重大变革。呋喃树脂砂已经取代了用粘土砂和水玻璃砂生产的铸件，使很多企业的经济效益和社会效益得到了很大程度的提升。到目前为止，呋喃树脂已经成为在铸造生产中使用最广泛的造型材料【4J。呋喃树脂是以糠醇为

2、基础，并与甲醛、尿素、苯酚或丙酮等合成的低聚合度的缩聚型树脂，它是能够用酸催化的铸造用自硬型砂粘结剂。其结构以呋喃环为主，在结构链节中有相当高浓度的羟甲基团(一CH20H)存在，并有次甲基桥(—CHr)作为链节间的主要化学键。按树脂的化学组份及分子结构特性，目前常用的呋喃树脂可分为以下七大类：脲醛改性呋喃树脂(UF／FA)、酚醛改性呋喃树脂(PF／FA)、酚脲醛改性呋喃树脂(PUF／FA)、酮酚醛改性呋喃树脂(Ⅺ，F／FA)、酚脲酮醛改性呋喃树脂(PUⅪ；／】认)、甲醛改性呋喃树脂(F／FA)和高呋喃树脂(FA)【5

3、。根据国家行业标准JB／T7526—2008的规定，亦可

4、按呋喃树脂的含氮量将其分为无氮(W，含氮量sO．5％)、低氮(D，含氮量0．5％～2．0％)、中氮(Z，含氮量2．0％--一5．0％)、高氮(G，含氮量5．0％～10．0％)。与无机水玻璃砂、湿型砂工艺相比，呋喃树脂自硬砂工艺具有常温下自行硬化、能源消耗低、生产效率高、旧砂回收率高、生产的铸件尺寸精度高和铸件表面质量好等优点。近年来，随着我国经济的快速发展，大型精密机械制造业对铸件的结构复杂程度、外观和内在质量都有越来越严格的要求。这就要求呋喃树脂砂要有足够高的强度，力求不产生掉砂、冲砂等铸造缺陷来保障铸件尺寸的精度【6J。酚醛改性呋喃树脂是由甲阶酚醛树脂与糠醇经过缩聚或共

5、聚的产物，具有良好的耐高温性能好和抗粘砂能力强等优势。另外，由于酚醛改性呋喃树脂属于无氮树脂，不会在浇注时产生氮气导致铸件中有气孔等缺陷产生。所以，酚醛改性呋喃树脂主要适用于温度较高的铸钢件的浇注，特别是高合金钢铸件和大型铸钢件。但是，目前国产酚醛改性呋喃树脂还存在一些缺陷，比如常温强度低、贮存性差、固透性不好以及型砂脆性较大等缺陷，特别是树脂砂常温强度与国外同类产品相比差距较大，这些很大程度地阻碍了呋喃树脂砂工艺在国内铸钢件生产中的应用，所以研制具有较高粘结强度的酚醛改性呋喃树脂，对于满足我国大型铸钢件对高粘结强度无氮呋喃树脂砂的需求具有十分重要的意义。万方数据1绪论硕士

6、学位论文1．2提高呋喃树脂粘结强度的研究进展呋喃树脂的粘结强度通常用呋喃树脂自硬砂常温强度来表示，也可以用抗拉强度、抗压强度或抗弯强度等指标来表示。它们可以代表树脂砂型在搬运、下芯、合型、浇注等不同工艺条件的受力状态下的性能，但由于各种表征强度之间均具有一定的内在联系，目前国内企业较常用抗拉强度作为树脂砂常温强度指标。根据国家机械行业标准JB／T7526—2008的规定，铸造用自硬呋喃树脂砂常温抗拉强度分级标准如表1．1所示。表1．1铸造用自硬呋喃树脂砂常温抗拉强度分级标准随着铸造行业不断向规模化、精密化及绿色环保化等方向发展，对呋喃树脂的质量也提出了更高的要求【屯71，这

7、就迫切需要提高呋喃树脂的粘结强度，从而保证铸件的尺寸精度，减少树脂加入量，降低生产成本，减少有害气体的排放。数十年来，国内外的相关学者在提高呋喃树脂砂强度方面进行了大量的研究，这些研究主要围绕在呋喃树脂性能、原砂性状以及树脂附加物三个方面。1．2．1呋喃树脂性能对粘结强度的影响根据多年的实践经验，影响呋喃树脂性能的主要因素包括树脂中糠醇含量的不同、含水量、游离甲醛含量、树脂分子量分布以及改性剂的加入等，这些因素能直接影响树脂的粘结强度，从而关系到铸件质量的好坏。1．2．1．1糠醇含量对呋喃树脂粘结强度的影响呋喃树脂的性能是受其组分影响的，如脲醛呋喃树脂(UF袱)或酚醛呋喃树

8、脂(PF臌)，改变树脂中糠醇、脲醛或酚醛所占的比例，对树脂性能有很大的影响。通常情况下，树脂中糠醇的含量是按照生产时的各组分的配料比计算的[8J，表1．2为我国呋喃树脂按糠醇含量不同的分级方法。陈孟明等【9】利用TEM、SEM分析技术研究了糠醇含量不同的树脂对原砂粘结强度的影响，表明其主要原因是由于树脂固化后的高次结构随糠醇所占比例的不同而发生较大变化。Epstein[10]和林生军Ill】等人指出适当的增加呋喃树脂中糠醇的比例，型砂的常温强度将会提高，但由于糠醇的市场价格较高，凭借增加糠醇用量来提高型砂强度是很不