1堿酚醛樹脂砂

1.1堿酚醛樹脂、酯固化的基本原理

堿性酚醛樹脂酯固化自硬砂是 20世紀(jì)70年代由英國Borden公司發(fā)明。主要應(yīng)用于鑄造不銹鋼、合金鋼和球墨鑄鐵的生產(chǎn)。酯固化堿酚醛樹脂是苯酚和甲醛在強堿催化下縮聚而成的酚醛樹脂,由于其pH值達(dá)到12~14,呈強堿性,因此得名堿性酚醛。

酯固化堿酚醛樹脂固化劑采用有機酯(甘油醋酸酯為主)。固化劑的加入量并不能改變其硬化速度,而只能通過調(diào)節(jié)酯的種類來達(dá)到改變硬化速度的目的。

1.2堿酚醛樹脂砂的性能優(yōu)點

1)具有呋喃樹脂自硬砂具有的所有優(yōu)點。

2)高溫性能好,澆注時具有呋喃樹脂沒有的熱塑性和高溫二次硬化,保證鑄件尺寸精度,同時能克服用呋喃樹脂自硬砂生產(chǎn)時產(chǎn)生的粘砂、脈紋和毛刺等缺陷。酯固化堿酚樹脂自硬砂固化劑為有機酯。有機酯固化劑室溫下直接與堿酚醛進(jìn)行膠連反應(yīng),在澆注過程中,未膠連的堿酚醛發(fā)生縮聚反應(yīng),產(chǎn)生剛性網(wǎng)狀結(jié)構(gòu),稱之為二次硬化。這種先表現(xiàn)出塑性,然后轉(zhuǎn)化成剛性,產(chǎn)生高溫強度的硬化熱點,是堿酚樹脂自硬砂具有的獨特性能。

3)粘結(jié)劑和固化劑中不含N、P、S等有害元素,因而可以有效防止鑄鋼件氣孔、裂紋等缺陷,同時能克服球墨鑄鐵采用呋喃樹脂自硬砂時產(chǎn)生的球化不良的缺點。

1.3堿酚醛樹脂砂的缺點

1)堿酚樹脂自硬砂的比強度偏低,因而樹脂加入量較大(呋喃樹脂0.8%~1.2%,堿酚醛樹脂1.3%~1.5%)。

2)由于堿酚醛樹脂自硬砂的堿性很高,樹脂中含有較多的堿,澆注時樹脂中的堿易與硅砂作用生成低熔點的硅酸鹽,熔融的硅酸鹽牢固的粘附在砂 粒上,不易去除,造成舊砂再生困難,所以舊砂回收率低,只能達(dá)到80%,而呋喃樹脂自硬砂可達(dá)到90%。

2呋喃樹脂砂

2.1呋喃樹脂、與磺酸固化劑的基本原理

呋喃樹脂是指以具有呋喃環(huán)的糠醇和糠醛作原料生產(chǎn)的樹脂類的總稱,其在強酸作用下固化為不溶和不熔的固形物。糠醇樹脂是由糠醇為主體與甲醛縮聚而成的,外觀為深褐色至黑色的液體或固體,在生產(chǎn)使用中多以液體居多。生產(chǎn)糠醇樹脂的主要原材料是糠醇、甲醛和尿素,催化劑有氫氧化鈉和醋酸。

呋喃樹脂一般按氮質(zhì)量分?jǐn)?shù)分類,分為:W(無氮)N??0.3%;D(低氮)N>0.3%~2.0%;Z(中氮)N>2.0%~5.0%;G(高氮)>5.0%~13.5%。鑄造普通碳鋼、球墨鑄鐵、高牌號灰鑄鐵多以選用中、低氮樹脂生產(chǎn),低牌號灰鑄鐵多采用高氮呋喃樹脂。呋喃自硬樹脂固化劑采用磺酸固化劑,它是由甲苯、二甲苯經(jīng)過磺化制成的磺酸鹽溶液。通過改變苯類和其配比、溶劑的種類和控制固化劑的主要技術(shù)指標(biāo),制成不同固化速度的磺酸固化劑,以適應(yīng)不同季節(jié)的生產(chǎn)條件。

2.2呋喃樹脂砂的性能優(yōu)點

1)鑄件的尺寸精度高、外觀質(zhì)量好。

2)流動性好型砂易緊實,潰散性好鑄件易清理等,大幅度降低勞動強度。2.3??呋喃樹脂砂的缺點

1)造型和澆注現(xiàn)場,在生產(chǎn)過程中有刺激性氣味、對工人身體有危害,而且不環(huán)保。

2)樹脂中含氮和氮的化合物,澆注后分解出的原子氮和氫進(jìn)入金屬液,冷凝時溶入的氣體來不及析出,形成針孔。

3)澆注薄壁鑄件時,樹脂砂型不能被燒透,形成一層堅固的結(jié)焦殘?zhí)紝?阻礙鑄件收縮,產(chǎn)生熱

4)生產(chǎn)球鐵時,會出現(xiàn)球化不良的現(xiàn)象,這與磺酸固化劑中的硫滲入有關(guān)。

3成本對比分析

3.1堿酚醛樹脂砂

樹脂加入量平均為1.5%,固化劑加入量占樹脂的25%,樹脂價格約為9000元/t,固化劑為16000元/t(市場價格),采用面、被砂工藝。砂的回收率80%,砂鐵比4：1(正常的砂鐵比,如果高于4：1,則要考慮改造砂箱)。以下計算按照每噸鑄件來核算成本:

新砂用量:1000??20%??4=800(kg)、800??0.3=240(元)(砂子價格按照300元計算)。

樹脂用量一般來說新砂加入為1.3%,舊砂加入為1.45%:800×1.3%+3200×1.45%=56.8(kg),56.8×9=511.2(元

固化劑為樹脂的25%,即56.8×25%=14.2(kg).14.2??16=227(元)。

則采用堿酚醛樹脂砂的噸鑄件造型材料成本為:240+511.2+227=978(元)。

3.2呋喃樹脂砂

樹脂加入量平均為1.0%,固化劑加入量占樹脂的40%,樹脂價格約為20000元/t,固化劑為5500元/t(市場價格),采用單一砂工藝。砂的回收率90%,砂鐵比4:1(正常的砂鐵比,如果高于4：1,則要考慮改造砂箱)。以下計算按照每噸鑄件來核算成本:

新砂用量:1000*10%*4=400(kg)、400*0.3=120(元)(砂子價格按照300元計算)。

樹脂用量一般為1.1%,砂加入為4000*1.0%=40(kg),40??20=800(元)(正常加入量一般在1.0%,然而目前市場樹脂因糠醇含量不夠85%,所以加入量都大于1.0%,有的甚至到1.3%

固化劑為樹脂的40%,即40*50%=20(kg).20*5.5=110(元

則采用呋喃樹脂砂的噸鑄件造型材料成本為:120+800+110=1030(元)。

4堿酚醛與呋喃的幾個重要特點對比分析:

4.1成本對比:

1)按照目前市場的糠醇價格對比,見以上計算,則呋喃的材料成本比堿酚醛樹脂每噸鑄件高出52元。在以前,呋喃樹脂相對堿酚醛樹脂的較大優(yōu)勢就是價格便宜很多,現(xiàn)在這個優(yōu)勢徹底不存在了。

2)相對而言,堿酚醛樹脂屬于化工產(chǎn)品,市場價格比較穩(wěn)定,沒有大起大落,而糠醇的價格居高不下。

我們知道,呋喃樹脂中糠醇的含量應(yīng)該在85%以上,因此糠醇的價格直接導(dǎo)致呋喃樹脂的價格飆升,許多供應(yīng)商為了保證利潤,不得不降低糠醇的含量,有些甚至只有70%,則導(dǎo)致生產(chǎn)中樹脂砂強度不夠,現(xiàn)在好多企業(yè)的樹脂加入量已經(jīng)很過1.0%,甚至達(dá)到1.5%。4.2??性能對比:

1)呋喃樹脂的優(yōu)點堿酚醛都具備,如潰散性好、砂流動性好等。

2)呋喃樹脂砂生產(chǎn)的鑄件熱裂傾向明顯,砂的退讓收縮性比堿酚醛樹脂砂差。

3)堿酚醛樹脂砂再生困難,只能達(dá)到80%,這個指標(biāo)其實在過去,呋喃樹脂價格低的話,則更突顯出其缺點,主要是成本的問題。在上面的成本計算中已經(jīng)充分考慮其回收率的問題,并在計算中把回收率差涉及的成本加進(jìn)去。其實任何工藝都有其優(yōu)缺點,堿酚醛樹脂砂如何避免再生困難的問題,只要做到以下幾點就可以解決:??必須采用面背砂工藝,因為堿酚醛樹脂砂再生很困難,還沒有太好的再生方法,再生砂的回收率80%左右,因此適合采用面背砂,而且樹脂加入量面砂與背砂相差0.1%~0.2%,背砂的加入量多點,好多企業(yè)因舍不得卸掉舊砂,不斷回用,導(dǎo)致后期出現(xiàn)強度上不去,樹脂加入量增大,發(fā)氣量大,惡性循環(huán),出現(xiàn)鑄件批量報廢等問題;??不管是搓擦再生,還是離心再生,其實都不能非常有效的起到很好的再生效果,本文認(rèn)為重點關(guān)注除塵系統(tǒng)與砂溫控制,這兩點是非常關(guān)鍵的。

4)其實無論是呋喃樹脂砂還是堿酚醛樹脂砂,如果在成本相當(dāng)?shù)那疤嵯?靠近鑄件表面采用新砂做面砂,則會產(chǎn)生較好的效果。

5)對于呋喃樹脂砂,造型與澆注散發(fā)出的刺激氣味,生產(chǎn)環(huán)境差,這已經(jīng)是鑄造行業(yè)公認(rèn)的,而堿酚醛樹脂則被行業(yè)公認(rèn)的比較環(huán)保的造型材料。目前國家對環(huán)保要求越來越高,因此,堿酚醛樹脂是發(fā)展的必然趨勢。

5結(jié)論

采用堿酚醛樹脂脂硬化工藝無論在成本還是性能上都明顯優(yōu)于呋喃樹脂,從長遠(yuǎn)來看,隨著工廠對堿酚醛樹脂的逐步了解,越來越多的企業(yè)會逐步淘汰呋喃工藝。這是大趨勢。