碱酚醛树脂砂的优缺点
碱酚醛树脂自硬砂
碱性酚醛树脂自硬砂的一些特性英国Borden公司首先开发了有机酯硬化的碱性酚醛树脂自硬砂工艺，并于1981年获得专利，简称a--Set工艺。
其主要特点是混砂、造型、浇注时散发的烟气少，有利于改善环境。
所用的树脂是甲阶酚醛树脂的一种，但含有KOH、NaOH等碱性材料，故通常称之为碱性酚醛树脂。
树脂中的游离的K 、Na。
离子，对于树脂与有机酯发生作用、树脂的交联反应都至关重要。
多种低级酯都可作为硬化剂，应用较广的是碳酸丙烯酯，这也是作用较强的硬化剂。
还可用几种有机酯混合配成作用强弱不同的牌号，以适用于不同的生产条件。
一．树脂的硬化机制在树脂的硬化反应中，首先是树脂中的碱与酯反应，形成碱金属的碳酸盐，释放醇。
树脂中的碱形成碳酸盐后，即处于反应状态，可在常温下发生交联反应，将砂粒粘结，使型砂具有必要的强度。
由于作为硬化剂有机酯是参与树脂硬化反应的组分，不同于硬化剂只起催化作用、不参与反应的其他树脂自硬砂，不能通过改变硬化剂的加入量来调整自硬砂的硬化速率和起模时间。
有机酯的加入量一般为树脂的20~25 ，因树脂和硬化剂的品种而略不同。
树脂加入量不足，则铸型难以硬化；树脂加入量太高，则会感到混成砂和砂型腻滑，而且可能导致铸型一金属界面处发生反应，影响铸件表面质量。
自硬砂的硬化速率和起模时间，应由改变硬化剂的牌号予以调整。
有机酯硬化的酚醛树脂砂，在有机酯的作用下，树脂在常温下只发生部分交联反应，起模时型砂仍然保持一定的塑性，浇注初期还有一短暂的、因受热而再次发生交联反应的过程，也就是通常所说的二次硬化。
二．碱性酚醛树脂自硬砂工艺的优点碱性酚醛树脂自硬砂工艺主要有以下优点。
1．混砂、造型、浇注时散发的烟气少于以酸为硬化剂的呋喃树脂砂、以酸为硬化剂的甲阶酚醛树脂砂和以胺为硬化剂的尿烷树脂砂。
2．由于起模时型砂仍然保持一定的塑性，故起模性能好，型砂不易粘附在模具上，砂型表面比较光洁，模样上的起模斜度也可较小。
3．二次硬化后，砂型的热稳定性较好，厚壁铸件表面上也很少出现脉状纹缺陷。
铸钢件生产时采用的几种自硬砂的
铸钢件生产时采用的几种自硬砂的工艺性能的对比分析一.前言50多年来造型、制芯材料和工艺.在国内外有了长足的发展.特别是在生产铸铁件时.采用呋喃树脂砂取代粘土砂方面.显示了许多优越性.它已成为铸铁厂家进行技术改造的首选方案。
在铸钢件生产中.从20世纪50年代开始采用水玻璃砂.到20世纪70年代.由于采用水玻璃砂生产的铸钢件的尺寸精度和表面质量都差.尤其是型、芯砂的溃散性不好.清砂十分困难.旧砂不能再生回用等问题.没有得到较好的解决.于是.在某些重机厂、水泵厂和机车厂等的一些铸钢件改用了呋喃树脂砂。
到20世纪90年代末.又由于呋喃树脂砂生产的铸钢件易产生热裂等缺陷.以及磺酸固化剂热分解时产生的气体.导致铸钢件表面渗碳、渗硫.以及呋喃树脂砂环境污染等问题.使一些铸钢厂又开始采用酯硬化碱性酚醛树脂砂。
不过.直到今天.水玻璃砂造型、制芯工艺.还是铸钢件生产中最基本、用量最多的一种造型、制芯方法。
由于这三种自硬砂各有其优缺点.目前在我国这三种工艺并存.各厂都是根据本厂铸钢件生产的特点和批量.生产的现状和未来的要求等多方面进行综合考虑.而确定本厂的造型、制芯工艺。
例如.二重厂、广重厂等生产中使用了酯硬化碱性酚醛树脂砂.大重厂、沈重厂和一重厂等采用无氮呋喃树脂砂.其余的.包括铁道部下属的20多个机车车辆厂.还是采用水玻璃砂。
总之.人们总是希望能以较高的生产效率、较低的制造成本、较好的作业环境.生产出优质的铸钢件来.可是.到目前国内外还没有一种造型、制芯工艺能同时满足上述的全部要求.为此.下面将从生产效率、铸件质量、环境污染和制造成本等四个方面.对水玻璃砂、呋喃树脂砂和碱性酚醛树脂砂等三种自硬砂的工艺性能进行对比分析.以供参考。
二.生产效率目前在铸造生产中得到广泛应用的造型、制芯工艺有三大类：热硬砂（如热芯盒、覆膜砂等）、气硬冷芯盒砂（如三乙胺聚脲烷、CO2水玻璃砂、SO2呋喃树脂砂等）和自硬砂（如酯硬化碱性酚醛树脂砂、酸固化呋喃树脂砂、酯硬化水玻璃砂和胺固化聚脲烷砂等）。
酯硬化酚醛树脂自硬砂的工艺特点是什么
酯硬化酚醛树脂自硬砂的工艺特点是什么酯硬化酚醛树脂自硬砂工艺是英国波顿公司开发的，称为α-set 工艺，于1981年获得专利，1984年已广泛地应用于欧洲，最先用于铸钢生产，现已扩大到到铸铁和非铁合金铸件。
此酚醛树脂的碱性较强，PH值为11-13.5。
树脂中含有有机溶剂，闪点低，易燃，而且溶于水，保存期短，在20℃可存放6个月，30℃下为2~3 个月，40℃下仅为1~2个月。
其主要性能指标如表5-35。
此种自硬砂的硬化剂是有机酯,可根据硬化速度的要求选用.硬化剂大约是树脂的20~30%(质量分数,下同),而酚醛树脂加入量为原砂的1.5~2.5%。
其混砂工艺与酸自硬呋喃树脂砂相同。
砂温通常控制在于20~30℃，型（芯）砂可使用时间为5~30分钟，脱模时间为15~60分钟。
酯硬化酚醛树脂自硬砂的主要特点如下。
①在硬化剂作用下只发生部分反应，铸型或型芯硬化后有一定的热塑性，浇注金属后还有一短暂的、因受热而完全硬化的过程。
这也是与酸自硬呋喃树砂的不同之处。
因此，用此工艺制成的铸型（芯），硬化后强度并不很高，抗压强度只有2~4MPA，但是，由于浇注初期还将进一步硬化，铸型的尺寸稳定性和热稳定性都好，制得的铸件尺寸精度高，表面质量好。
②由于不含P、N、S，所以特别适合于铸钢件、球墨铸铁件生产。
③不会产生脉纹毛刺缺陷。
其他自硬树脂铸型，在浇注和凝固过程中，在铸型/金属界面会出现裂纹。
而酯硬化酚醛树脂自硬砂在浇注和凝固过程中，表层出现可避免开裂的短暂的热塑性阶段，因而可得到无毛刺缺陷的光洁铸件。
④碱性酚醛树脂对原砂的适应性广，不公适用于硅砂，也适用于需酸值高的镁砂、镁橄榄石砂、铬铁矿砂等特种砂。
酸催化碱催化酚醛树脂
酚醛树脂是一种重要的合成高分子材料，广泛应用于防腐蚀、胶粘剂、阻燃材料、砂轮片制造等行业。
其合成过程主要包括酸催化合成和碱催化合成两种方式，这两种方式在反应条件、产物结构和应用领域上存在一定差异。
1. 酸催化酚醛树脂：
酸催化下的酚醛树脂合成主要涉及酚和甲醛的加成反应，生成羟甲基酚。
然后在酸性条件下，羟甲基酚之间的缩合反应形成酚醛树脂。
酸催化反应通常使用硫酸、盐酸等强酸作为催化剂。
在此过程中，反应体系保持酸性环境，有利于羟甲基酚的稳定存在和加成反应的进行。
酸催化酚醛树脂通常具有较高的化学稳定性、耐热性能和机械强度。
然而，由于酸性条件下易生成较小的分子间缩合物，因此酸催化酚醛树脂的相对分子质量较低，且易溶于酒精等有机溶剂。
2. 碱催化酚醛树脂：
碱催化下的酚醛树脂合成同样包括酚和甲醛的加成反应，但在碱性条件下，进一步的缩合反应更为容易，从而形成网状结构的大分子酚醛树脂。
碱催化反应常用的催化剂有氨水、碳酸钠、氢氧化钠等。
在碱性环境下，酚醇处于稳定状态，易于发生缩合反应。
因此，碱催化酚醛树脂通常具有较高的相对分子质量，且不溶于酒精等有机溶剂。
此外，碱催化酚醛树脂具有良好的柔韧性和耐水性。
酸催化酚醛树脂和碱催化酚醛树脂在结构、性能和应用领域上有所差异。
选择合适的催化方法可根据实际需求进行调整，以满足不同应用场景的需求。
碱性酚醛树脂及配套固化剂
碱性酚醛树脂及配套固化剂
产品特征：
>> 树脂和固化剂中不含有N、S、P等有害元素，可消除由上述元素引起的铸件表面渗S、渗P、渗N引起的气孔缺陷，也防止由于S、P引起的球墨铸铁球化不良的缺陷。
>> 对原砂适用性好。
碱性酚醛树脂不仅适用于酸耗值低的石英砂、锆砂、南非铬铁矿砂，也适用于各种酸耗值较高的海砂，铬铁矿砂和美橄榄石砂等。
>> 具有独特的高温特性，用碱性酚醛树脂制成的砂芯在高温浇注时具有热塑性和二次硬化特性，因此也可以防止铸件产生热裂、毛刺等缺陷。
>> 碱性酚醛树脂自硬砂有较低的发气量和较好的溃散性。
>> 碱性酚醛树脂游离甲醛含量低，仅为0.2%，使用的固化剂没有异味，劳动卫生条件好。
>> 固化性能好，起模时间可调，配以三种型号的固化剂，可以满足一年不同季节对型（芯）砂固化。
>> 在铝铜合金铸件方面，铸件所产生的气孔率大为减少；气密性得以改善，型芯溃散性好，铸件尺寸精度高，使成品率大幅度提高。
使用范围：
各种合金钢、碳钢、高锰钢、球墨铸件、铝铜合金铸件。
性能指标：
碱性酚醛树脂主要技术性能表：
配套使用的固化剂主要技术性能表：
使用方法：
工艺配比推荐配比
>> 混砂设备和工艺推荐采用高效树脂混砂机，用量较小时，宜采用间隙式碗形树脂混砂机或双搅拌强碾混砂机；用量较大时，宜采用叶片式连续混砂机。
>> 混砂工艺
原砂+固化剂→+碱性树脂→出砂
包装规格：
铁桶包装，净重200kg。
酯硬化碱性酚醛树脂自硬砂
三、铸钢对造型粘结剂的要求
• 铸钢件容易出现的铸造缺陷
气孔 裂纹 粘砂 缩孔 缩松 表面气坑 尺寸公差
• 粘结剂对铸钢铸件的影响
粘土砂：气孔 粘砂 表面气坑 尺寸公差 水玻璃砂：气孔 表面气坑 尺寸公差 树脂砂：气孔 裂纹 粘砂
• 型芯砂应具备的性能
一定的强度（高温、常温） 良好的退让性 高的透气性 低的发气量 好的经济性 环保无毒等
• 对原砂适应性强，不仅适用于硅砂，而且可 用于耗酸值较高的碱性原砂。 • 固化剂为多元醇的乙酸酯，无毒、无腐蚀性， 无爆炸危险。 • 硬化性能好，硬化速度可通过固化剂品种来 调节，型、芯内部和外部几乎同时硬化。可 使用时间和脱膜时间之比可达到40%以上。 • 气味低，浇注时不释放SO2气体，改善劳动 环境，有利环保。
2、碱性酚醛树脂的合成
酯硬化碱性酚醛树脂用的树脂是以苯酚 和甲醛为原料，用碱（NaOH、KOH、 LiOH）作为催化剂合成的，由于树脂中含 有大量的碱，使得树脂中的酚羟基以酚氧 负离子形式存在，树脂具有一定的碱性， 故而水溶性好。所用的固化剂一般为多元 醇的有机酯。
3、碱性酚醛树脂砂硬化机理
树脂的固化反应是由于树脂中的酚氧负 离子与酯发生双分子亲核取代反应，其反 应分为两个阶段进行，首先形成不稳定的 中间产物，然后转变为多向交联的体型高 聚物。由于酯参与交联反应，因此酯与树 脂有一定的加入比例，实际使用中一般为 树脂重量的20~30%。
四、合成树脂发展历史
1944年 50年代后期 德国人发明了用来制造壳芯的酚醛 树脂树脂 欧洲开始采用呋喃自硬树脂
1960年前后
1968年
出现呋喃树脂热芯盒法
亚什兰开发出冷芯盒树脂
1970年
1975年
酚脲烷自硬砂
脂硬化酚醛树脂砂再生方法对比
脂硬化酚醛树脂砂再生方法对比及设备选择当今，现代铸造新工艺的采用和发展，应归功于铸件设计要求的提高和检验手段的现代化、精确化和多样化，应归功于市场竞争的推动。
近年来国内铸造业可以用一句话来形容：自硬砂大行其道。
自硬砂工艺已成为业界的主导工艺，占据了绝剥优势的地位(湿型砂工艺除外)，传统的干型砂工艺已到了罕见的程度。
l酯硬化碱酚醛树脂砂的工艺特点(1)由于其树脂是在强碱性催化条件下由苯酚和甲醛缩合而成的甲阶酚醛树脂水溶液，完全不含N，固化剂为有机酯，如甘油醋酸酯、环内酯或混合物，因此不含s，用于铸钢、合金钢铸件不会产生N气孔、针孔缺陷。
(2由于碱酚醛树脂砂常温下常常只有大部分树脂发生交联反应，在浇注受热后，未交联的树脂才进一步完成交联反应，实现一个再硬化的过程，通常称为“二次硬化”。
这种先表现出塑性，再进而转变为刚性，显现出了-种非常町贵的优点——高温退让性好，铸件裂纹少；高温尺寸稳定性好，铸件尺寸精度高。
这就是此种工艺能在铸钢特别是合金钢件、大型铸钢件的生产上应用愈来愈广的直接原因。
(3)因碱酚醛树脂水溶液中不含硫、磷和氯等元素，而且其中游离醛，游离酚等含量低，在混砂、造型、制芯、浇注和落砂清理中释放出来的有毒气体少，对环境污染较轻，工人劳动环境好，这也是工业发达国家和国际上著名企业极力推荐和纷纷选用此种工艺的主要原因。
2酯硬化碱酚醛树脂砂旧砂再生的必要性事物都是一分为二的。
酯硬化碱酚醛树脂砂工艺本身的缺点也是明显的：(1)碱酚醛树脂砂常温强度较低，树脂加入量较人，通常都在1.6％～2.2％之间，有的厂家更高，直接导致铸件成本升高。
据初步测算，每吨型砂因粘结剂的原因比呋喃树脂砂要商100～150元人民币，砂铁比若按4：1估算，每吨铸件成奉将会上升40O一600元人民币。
②碱酚醛树脂砂的硬化剂是有机酯，同化剂加入量达到一定比例后，调节硬化时间只能用酯的品种而不能用加入量调节。
(3)刘原砂要求较高，如对粒度，粒形、SiO2含量、微粉含量、碱金属盐及粘土含量等都有较严格要求，需要使用经过水洗或擦沈过的袋装成品砂。
碱性酚醛树脂砂在铸钢件生产中的应1
碱性酚醛树脂砂在铸钢件生产中的应1碱性酚醛树脂砂在铸钢件生产中的应用山推铸钢有限公司孟祥忠—、前言在铸件生产过程中，造型制芯工艺占有十分重要的地位，它直接影响铸件的质量，生产成本, 生产效率，资源利用及环境污染。
随着科学技术的不断进步，世界贸易的不断扩大，环境保护意识的增强，以及能源紧张、材料涨价等问题的日益严重，对铸造生产和铸件质量提出了更高的要求。
为了适应二十一世纪节能、环保、优质、高效铸造的需要，在铸件生产中使用先进的造型制芯工艺是至关重要的。
先进的造型制芯工艺必须满足下述的要求：1.造型制芯容易操作，型芯质量稳定。
2.劳动环境好，对生态环境的污染小。
3.生产的铸件质量好，铸造缺陷少：具有较强的市场竞争力。
4. 生产成本低，生产效率商。
5.最大限度地利用自然资源，节约能源。
山推铸钢公司的前身是山推股份公司下属的铸钢分厂，由于环境污染的原因由市区内搬迁到开发区的山推国际事业园内。
生产的产品主要是工程机械推土机、挖掘机上使用的普通碳钢铸件和低合金钢铸件。
在铸钢分厂时用的是Co2硬化水玻璃砂法造型制芯，在生产中存在型芯质量不稳定、铸件表面容易粘砂、清砂困难、砂眼类缺陷多等问题，再生难，旧砂利用率仅为5 0-60%.铸钢件的质量不稳定，没有较强的市场竞争力。
但国内大多数的铸钢件生产采取的都是水玻璃砂法造型制芯；同时由于铸钢件仅在山推生产的推土机上使用，不存在销售问题，不用考虑成本：因此一直使用水玻璃砂法造型制芯。
其间针对上述问题也不断的想办法解决，但也是一直从改善水玻璃砂的性能方面着手，效果不是很理想。
值此搬迁的机会，公司领导决定釆用一种全新的造型制芯工艺来解决使用水玻璃砂工艺产生的许多问题。
经过多次的考察、论证, 充分了解了国内外铸造业的发展动态，最后决定采用酹硬化碱性酚醛树脂砂工艺。
经过了近三年的生产实践，取得了令人比较满意的结果：采用这种工艺造型制芯操作方便、气味小、铸件光洁、尺寸精度奇、砂芯溃散性好，旧砂再生利用率达到85%,具有优良的综合性能。
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碱酚醛树脂砂的优缺点
一、碱酚醛树脂砂具有以下优点：
1 ．铸件表面光洁、棱角清晰、尺寸精度高。
这是由于树脂砂造型可以排除许多使型（芯）变形的因素。
如：（1）型砂流动性好，不需捣固机紧实，减少了模样（芯盒）的伤损和变形；（2）砂型（芯）固化后起模，减少了因起模前松动模样和起模时碰坏砂型（芯）引起的变形；（3）无需修型，减少了修型时引起的变形；（4）无需烘烤，减少了因烘烤造成的铸型（芯）变形；（5）铸型强度高、表面稳定性好，故芯头间隙小、分型负数小，减少了下芯、配模过程中铸型的破损和变形，保证了配模精度；（6）铸型（芯）硬度高，热稳定性好，可以有效地抵御浇注时的型壁退让、迁移现象，减少了铸型的热冲击变形（如胀砂等）；（7）型砂的溃散性好，清理、打磨容易，从而减少了落砂清铲修整工序中对铸件形状精度的损害。
综上所述，由于在各个工序中都最大限度地排除了影响铸型、铸件变形和损坏的因素，所以树脂砂铸件的铸件表面质量、铸件几何尺寸精度方面比粘土烘模砂可以提高
2 ．造型效率高，提高了生产率和场地利用率，缩短了生产周期。
这是由于（1）、型砂流动性好，不需捣固机紧实，节省了大量的捣固工作量，使造型操作大为简化；(2)铸型强度高，节约了起模后修型工作量；（3）型（芯）上醇基涂料点干后可省去烘干工序，节约了工时和场地；(4)旧砂回收后干法机械再生，使砂处理为封闭
系统，便于机械化，可以节约大量旧砂处理，型砂混制、运输等辅助劳动；（5）型砂的溃散性好，落砂容易，修整工作量少、（6）节约了一些造型（芯）前的准备工作量。
如插芯固等。
根据一般统计，用碱酚醛树脂砂代替粘土烘模砂后，生产效率可提高40— 100%，单位造型面积产量可提高20— 50%。
3 ．减轻劳动强度，大大改善了劳动条件和工作环境，尤其是减轻了噪音、矽尘等，减少了环境污染。
4 ．节约能源。
这表现在取消了烘窑和水力清砂，提高了铁水成品率，大大降低了压缩空气消耗，从而在节水、节电、节煤（焦）等方面效果显著。
5 ．树脂砂型(芯)强度高(含高温强度高)、成型性好、发气量较其它有机铸型低、热稳定性好、透气性好，可以大大减少铸件的粘砂、夹砂、砂眼、气孔、缩孔、裂纹等铸件缺陷，从而降低废品率，可以制造出用粘土砂难以做出的复杂件、关键件。
6 ．旧砂回收再生容易，可以达到90— 95%的再生回收率。
在节约新砂、减少运输、防止废弃物公害等方面效果显著。
7、避免石灰石砂造成缩沉现象。
二、碱酚醛树脂砂铸型有一些缺点，应采取相应对策。
1 ．对原砂要求较高，如粒度、粒形、SI0 2含量、微粉含量、碱金属盐及粘土含量等都有较严格要求。
2 ．气温和湿度对硬化速度和固化后强度的影响较大。
3 ．与无机类粘结剂的铸型相比，树脂砂发气量较高，如措
施不当，易产生气孔类缺陷。
4 ．由于硬化机理是脱水缩合型，故硬化反应需一定时间，模样的周转率较低，不易适应于大批量铸件的生产。
5 ．与粘土砂相比，成本仍较高。
6 ．浇注时有剌激性气味及一些有害气体发生，CO气发生量较大，需有良好的通风条件。
2012-07-26。