【精品】覆膜沙树脂的研究与应用

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1、热塑性覆膜砂专用树脂（酚醛树脂）的研究与应用中国化学化工网王燕燕摘要：叙述了壳型覆膜砂的研究现状及应用，着重介绍了原砂、酚醛树脂、固化剂和润滑剂对覆膜砂性能影响的研究工作，最后对覆膜砂的研究和应用提出了建议。关键词：覆膜砂；热塑性酚醛树脂；壳型；化学化工酚醛树脂是最早人工合成的树脂，由于其优异的性能在100多年来得到了广泛的关注。自从1940年JohannesCroning发明壳法铸造以來，作为壳法铸造中型砂的粘结剂就成为酚醛树脂的重要应用之一。热塑性酚醛树脂在铸造工业中的用量逐年增加。我国自上世纪50年代屮期开始使用壳型（芯）法，60年代初曾一度停用，到60年代中期，壳型（芯）法才

2、又获得牛产应用。随着铸造技术的发展，铸件出口量的增长，尤其是汽车工业的发展，对铸件质量的要求口益提高，我国应用覆膜砂壳法铸造工艺的范围也越来越广。90年代初全国各地的覆膜砂厂迅速发展起来，新产品、新技术不断涌现，90年代末我国覆膜砂年产量已达20万吨，冃前我国覆膜砂年产量已经超过90万吨，且还在逐年增长。1•原砂原砂是影响覆膜砂性能的主要因素之一。原砂中的泥和细粉、原砂的粒型、二氧化硅含量、粒度大小和分布等均对覆膜砂性能有影响。(1)当原砂中的泥和细粉含量比较高时，因其无效占有人量粘结剂，降低了覆膜砂的强度，还影响了其透气性和耐火度。(2)通常认为原砂粒型最好的是圆形。颗粒越圆时，由

3、于表面积小，能够紧密堆积，因此覆膜砂的强度越高。(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温强度。(4)砂粒越细，单位体积内覆膜砂的接触点增加，均匀程度提高，树脂膜的厚度减薄，增加的界面使砂粒的热膨胀均匀地释放，因而采用细砂可降低覆膜砂热膨胀率。(5)原砂的粒度分布对覆膜砂的强度有较大的影响。两种常用的三筛砂(BP50/100冃和70/140冃)用树脂覆膜时强度基本一致，但同时使用这两种三筛砂时(特别是两种三筛砂各占一半时)强度明显提高，这是由于细砂粒能填充粗砂粒间的空隙，增加粘结桥的数量，从而提高强度。为了节省树脂，国内外研究工作者在原砂表面洁净处理方面进行了许

4、多研究，主要采取化学处理和提高表面活性两种方法。化学处理大都采用酸洗法。认为酸洗硅砂能提高酸促硬树脂砂的强度，原因在于砂粒在酸洗过程中被质子化，其表而生成了有利于树脂与砂粒之间粘结的反应性基团。这些基团本身具有酸性，因而能起到类似于游离酸的效果。尽管该理论的研究对象是酸促硬树脂砂，但对覆膜砂的酸洗研究也有一定的指导意义。酸洗能去除原砂中的泥分和砂粒表面的污染物，使砂粒表面包覆的树脂量相对增多（泥分表面积越大,消耗的树脂量越大），避免了由于粉尘混杂在树脂薄膜屮而破坏树脂膜的连续性。和水洗相比，酸洗能更有效地去除砂粒表面的碱性污物，显露出砂粒表面的原貌，使砂粒表面的沟槽、微孔更清晰，树脂

5、更容易渗入砂粒表面的沟槽、微孔屮,增加了树脂与砂粒表面的接触面，使树脂与砂粒表面的机械联结和啮合增强，从而使覆膜砂强度大幅度提高。提高表而活性法是将经过洗涤与过筛后的原砂装入坨烟中，送入炉中进行活性处理。原砂经髙温焙烧处理后，可使覆膜砂强度提高。使用焙烧之所以能大幅度提高覆膜砂的强度，主要原因在于原砂焙烧后发生相变，产生新生表面，对改善与树脂膜的粘结有利。另外，砂粒表面杂质在高温下与砂粒剥离等亦有利于原砂与树脂的粘结。焙烧处理虽然消耗了燃料，但出于节省树脂用量考虑，其意义仍然很大。2.酚醛树脂最早的酚醛树脂是由徳国化学家BaeyerA于1872年合成的。当时他出于对染料技术的研究，发

6、现了酚与醛可相互作用，并能形成树脂。但是直至1907年BaekelandLH注册了酚醛树脂专利，酚醛树脂的商业价值才被人们意识到。1909年BachL开发了甲阶（热固性）酚醛树脂“resol”，同年Baekeland开发出了热塑性酚醛树脂"novolak”。2.1热塑性酚醛树脂概况热塑性酚醛树脂自1909年由美国化学家BaekelandFF发应用以来，树脂的本质状况一直未发生改变。热塑性酚醛树脂主要由醛类（甲醛、乙醛、糠醛等）和酚类（苯酚、甲酚、二甲酚等）在催化剂作用下缩合而成。催化剂主要有酸性催化剂和弱酸盐催化剂。酸性催化剂通常有盐酸、硫酸和磷酸等无机酸和草酸、顺丁烯二酸和邻苯二甲

7、酸酹等有机酸,用有机酸比无机酸催化合成的树脂聚合速度略快、软化点稍高、色泽较好，更适合铸造；弱酸盐催化剂如二价金属钙、镁、锌、铅、钻、鎳等的弱酸盐，由其催化合成的高邻位酚醛树脂牛产覆膜砂时，具有良好的覆膜性，所牛产的覆膜砂发气量较低，热拉强度较高。在水溶液中，甲醛以水合物甲一•醇的形式存在，在强酸催化条件下，容易形成轻次甲基阳离子，该阳离子与酚环对位和邻位碳原子发生亲电取代反应生成轻甲基苯酚，轻甲基苯酚与苯酚缩合，形成二酚基甲烷。二酚基甲烷和甲醛反应速度大