樹脂砂強度及性能的分析

1、樹脂砂強度及性能的分析呋喃自硬樹脂砂工藝自 20 世紀 80 年代在我國開始應用， 由于其良好的潰散性自硬特性 和生產(chǎn)的鑄件、 尺寸精度高等優(yōu)點， 大幅度減輕了工人的勞動強度明顯改善了鑄造車間的工 作環(huán)境， 并且顯著提高了我國鑄造企業(yè)的生產(chǎn)工藝水平和鑄件質(zhì)量， 因而獲得了大規(guī)模的推 廣，逐步淘汰了傳統(tǒng)的濕型烘模砂， 成為中大型鑄鐵件的唯一的造型工藝和中大型鑄鋼件鑄、 鋁件的重要的造型工藝經(jīng)過近 20 年的發(fā)展，無論是樹脂砂生產(chǎn)設(shè)備還是樹脂砂原輔材料， 國內(nèi)的相關(guān)產(chǎn)品都達到了國外同類產(chǎn)品的水平近。最近幾年， 我國鑄造業(yè)的發(fā)展速度比以往的任何時候都快。 特別是樹脂粘結(jié)劑技術(shù)的應 用，使鑄件生產(chǎn)在保

2、證產(chǎn)品尺寸精度，提高產(chǎn)品的表面質(zhì)量，減少廢品，節(jié)省工時，提高勞 動生產(chǎn)率， 減輕工人的勞動強度以及型砂的再生回用等方面有了很大的進步。 我廠主要是以 生產(chǎn)球墨鑄件為主， 對樹脂砂的要求較高。 通過最近時間的學習與觀察， 從以下幾個方面來 分析樹脂砂造型強度。1、砂形及顆粒大小樹脂造型的原砂一般選用天然石英砂。 對于部分高合金鋼鑄件或特殊要求的鑄件， 也可 選用鉻鐵礦砂或鋯砂等特種砂。這里主要討論樹脂砂對硅砂的要求。（ 1）礦物成分與化學成分：硅砂的主要礦物成分是石英、長石和云母，還有一些鐵的氧化物和碳化物。石英密度 2.55g/cm3,莫氏硬度7級，熔點1737 C,具有耐高溫、耐磨損 等優(yōu)點

3、。若原砂中的石英含量高，則原砂的耐火度和復用性好。由于長石和云母是硅酸鹽， 其熔點和硬度低，會降低樹脂砂的復用性和耐火度。所以在選擇硅砂時，SiO2 含量要盡量高一些，雜質(zhì)要少，當然還與金屬熔點和澆注溫度、鑄件厚壁等因素有關(guān)。一般來說，鑄件用 硅砂 SiO2 含量應大于 96%，鑄鐵應大于 90%，有色金屬要少一些。（2）粒形：一般用粒形系數(shù)表示沙粒圓整度。人造石英砂雖然SiO2 含量高，但粒形位多角形甚至尖角形， 粒度系數(shù)太大， 一般不采用。 為了改善粒形， 對原砂最好進行擦磨處理， 因為在砂粒質(zhì)量相等的條件下， 圓形砂的比表面積最小， 砂粒形狀偏離圓形的程度越高， 其 比表面積越大， 樹脂

4、黏結(jié)膜越薄，強度也越小。比表面積增大的順序是：圓形砂多角形 砂尖角形砂。由于圓形砂粒的比表面積最小， 在相同的樹脂和固化劑加入量下， 其抗拉強度要比其他 兩種砂形高出很多。 因此，從提高樹脂砂抗拉強度、減少樹脂加入量的角度看，圓形砂粒食 最好的選擇。 因樹脂的黏度很低， 砂粒表面上涂覆的樹脂膜有很薄， 粒形對型砂流動性的影 響就比較明顯。 圓形砂的尖角和棱邊都已磨鈍，砂粒之間較易于滑動， 故很容易舂緊， 多角 形有尖角和棱邊，有鑲嵌作用，砂粒的滑動受阻，故難舂緊。（ 3）粒度：對樹脂砂這種黏結(jié)劑量很小的型砂來講，原砂的粒度對黏結(jié)的強度的影響 是不可忽視的。這種影響有兩個不同的方面：原砂愈粗，則

5、單位質(zhì)量的砂粒的表面積愈小， 樹脂加入量一定時， 砂粒表面涂覆的樹脂膜較厚， 砂粒之間的黏結(jié)橋的截面積也較大， 這將 導致樹脂砂強度提高；另一方面，原砂愈粗， 則單位質(zhì)量的原砂的顆粒數(shù)量愈少， 因而一定 重量的型砂中砂粒的接觸點（黏結(jié)橋）愈少，這將導致樹脂砂的強度下降。就本廠所用原砂為4070目，粒度在這個范圍時，黏結(jié)橋和表面積兩方面的影響作用相當，對于砂粒尺寸 的改變，樹脂砂的強度沒有明顯的變化。（4）原砂的粒度分布：型砂的強度主要決定于砂粒表面黏結(jié)膜的厚度和砂粒之間的黏 結(jié)的數(shù)量。 在黏結(jié)劑加入量一定的條件下， 如原砂中配有一定量的細砂， 細砂又能填入緊密 排列的粗砂空隙， 則黏結(jié)橋的數(shù)量

6、將大為增加。 雖然細砂的比表面積較大， 會使型砂的黏結(jié) 膜的厚度減小，但綜合效果還是會導致型砂的強度提高。對于樹脂砂來講， 黏結(jié)劑的量很少， 增加黏結(jié)橋數(shù)量的作用就非常突出。 由于樹脂成本 較高， 希望用最少量的樹脂是型砂具有一定的強度，因此，應該用一定粒度大小的原砂（四篩砂或五篩砂） ，粒度分布為 40 70 目，使其能夠較好的排列， 不會有較大的縫隙， 從而使 型砂具有較高的強度。2、原砂含泥量、含水量、需酸量（ 1）含泥量是指原砂中顆粒尺寸比砂粒小得多，并賦予砂粒表面或摻雜于砂粒之間的各種微量顆粒（w 20um）。含泥量直接影響再生砂的成本和鑄件質(zhì)量，在鑄造生產(chǎn)中，泥含 量過高不但影響工

7、作環(huán)境、 污染空氣， 更重要的是影響再生砂的微粉含量， 其結(jié)果是導致混 砂時樹脂加人量增加和因透氣性差造成鑄件廢品率增多?？梢娫跇渲?、 固化劑加入一定的情況下，含泥量愈高，其強度值就愈小。（2）原砂中的含水量嚴重影響樹脂的固化強度和固透性，很明顯含水量高的話，會稀 釋樹脂和固化劑，使其濃度下降，從而延長固化時間及降低型砂強度。為了減少含水量，在用原砂時，應對其進行干燥處理，（ 3）采用酸硬化的樹脂砂時，樹脂是在酸的催化作用下脫水縮合而固化的。如原砂中 含有堿性物質(zhì)時， 需消耗額外的酸固化劑， 將顯著影響樹脂砂的硬度， 甚至會使其不能硬化。原砂中含有酸性物質(zhì)時， 則其影響與前面的相反， 對工藝控

8、制也是不利的。 因此對于樹脂砂 所用的原砂， 檢測并控制其需酸量是必要的。 需酸量是原砂含有的可與酸反應的堿性物質(zhì)的 數(shù)量表征，它也表明用酸性硬化劑時原砂本身所需酸的多少，與原砂的PH直不是同一概念。原砂中含有不溶于水的堿性氧化物或能酸作用的碳酸鹽時，它們不影響原砂的pH直，但卻能與樹脂砂中的酸性硬化劑反應， 從而影響樹脂砂的硬化過程和性能。 很顯然當較多的酸性硬 化劑與堿性物質(zhì)作用后， 樹脂砂的強度會明顯下降。 所以檢測原砂的需酸量是必須的， 從而 通過計算應加入多少酸性固化劑。3、樹脂、固化劑國內(nèi)生產(chǎn)樹脂、 固化劑的廠家很多 , 但具有自主研發(fā)能力、 具備完善的檢測設(shè)備和嚴密 可靠的質(zhì)量保

9、證體系的廠家屈指可數(shù)。我廠用的樹脂固化劑基本上是蘇州興宜和山西興安。對于樹脂和固化劑的加入量的控制，樹脂加入量一般為原砂的 0.9%1%。固化劑的加入量與固化劑的總酸含量、環(huán)境溫度和型砂溫度有直接關(guān)系，其加入量一般為樹脂加入量的 30%-65%。在外界溫度以及本身放砂砂溫都較高的情況下，應把固化劑加入量調(diào)到最小量。當固化劑加入量為 0.25%左右時，由于砂中的酸度直過低，硬化過程進行極為緩慢，嚴 重影響砂型脫模強度的形成，終強度也較低；當固化劑加入量為0.75%左右時，酸度過強，硬化反應速度過快， 樹脂交聯(lián)結(jié)構(gòu)不完整，樹脂膜和粘結(jié)劑橋變脆，終強度大幅降低； 當硬 化劑加入量為 0.48%時，酸

10、性比較適中，硬化反應按客觀存在的規(guī)律進行，在不增加樹脂量 的條件下，得到了較理想的硬化效果。4、再生砂（1） 灼減量： 灼燒減量過高會增加型砂的發(fā)氣量， 同時影響樹脂砂的強度及性能， 一般 應將再生砂的灼燒減量控制在 3%以下。 可通過補加新砂、 向鑄型中填充廢砂塊、 降低砂鐵比 等手段降低灼燒減量。在正常情況下 ， 再生砂的灼燒減量每兩周檢測一次 ， 為保證檢測的準 確性 ， 要求在砂溫調(diào)節(jié)器上的篩網(wǎng)上、在不同的時間段分三次取樣 ， 以平均直作為判斷依 據(jù)。（2）微粉量： 微粉含量是指再生砂中 140目以下物資的含量。 微粉含量越高 ， 型砂的透 氣性越差 ， 強度越低。 要控制微粉含量 ，

11、 必須保證除塵器處于良好的工作狀態(tài) ， 并每天定期 反吹布袋，清理灰塵。再生砂的微粉含量每兩周檢測 23次，微粉含量應W 0.8%。（3）砂溫：理想的砂溫應控制在1530 C,如砂溫超過35 C,將使型砂的固化速度急 劇加快 , 影響造型操作 , 導致型砂強度偏低 , 無法滿足生產(chǎn)要求。 在夏季 , 環(huán)境溫度最高會 達到40 C ,在此情況下將砂溫降到 30 C以下是十分困難的，因此必須采用水冷系統(tǒng)對再 生砂進行降溫。如果循環(huán)水的入水溫度W 25 C ,就能將砂溫降到32 C以下,但當循環(huán)水的 入水溫度22 C時，降溫效率將急劇下降，如配備冷凍機組，在炎熱的夏季，就可將循環(huán) 水的入水溫度控制在 712 C，砂溫控制在2530 C。在冬季的正常生產(chǎn)情況下 ，砂溫