樹脂砂強(qiáng)度及性能的分析

1、樹脂砂強(qiáng)度及性能的分析呋喃自硬樹脂砂工藝自 20 世紀(jì) 80 年代在我國開始應(yīng)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(diǎn)， 大幅度減輕了工人的勞動強(qiáng)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(dá)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(yīng) 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(qiáng)度以及型砂的再生回用等方面有了很大的進(jìn)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(xué)習(xí)與觀察， 從以下幾個方面來 分析樹脂砂造型強(qiáng)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(xué)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(diǎn)1737 C,具有耐高溫、耐磨損 等優(yōu)點(diǎn)

3、。若原砂中的石英含量高，則原砂的耐火度和復(fù)用性好。由于長石和云母是硅酸鹽， 其熔點(diǎn)和硬度低，會降低樹脂砂的復(fù)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(dāng)然還與金屬熔點(diǎn)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(yīng)大于 96%，鑄鐵應(yīng)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(jìn)行擦磨處理， 因?yàn)樵谏傲Ｙ|(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(qiáng)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(qiáng)度要比其他 兩種砂形高出很多。 因此，從提高樹脂砂抗拉強(qiáng)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(qiáng)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(dǎo)致樹脂砂強(qiáng)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(diǎn)（黏結(jié)橋）愈少，這將導(dǎo)致樹脂砂的強(qiáng)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(dāng)，對于砂粒尺寸 的改變，樹脂砂的強(qiáng)度沒有明顯的變化。（4）原砂的粒度分布：型砂的強(qiáng)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(xì)砂， 細(xì)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(xì)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(dǎo)致型砂的強(qiáng)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(qiáng)度，因此，應(yīng)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(qiáng)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(dǎo)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(qiáng)度值就愈小。（2）原砂中的含水量嚴(yán)重影響樹脂的固化強(qiáng)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(qiáng)度。為了減少含水量，在用原砂時，應(yīng)對其進(jìn)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?xí)蛊洳荒苡不?。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(yīng)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(yīng)， 從而影響樹脂砂的硬化過程和性能。 很顯然當(dāng)較多的酸性硬 化劑與堿性物質(zhì)作用后， 樹脂砂的強(qiáng)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(jì)算應(yīng)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(yán)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(yīng)把固化劑加入量調(diào)到最小量。當(dāng)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(jìn)行極為緩慢，嚴(yán) 重影響砂型脫模強(qiáng)度的形成，終強(qiáng)度也較低；當(dāng)固化劑加入量為0.75%左右時，酸度過強(qiáng)，硬化反應(yīng)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(qiáng)度大幅降低； 當(dāng)硬 化劑加入量為 0.48%時，酸

10、性比較適中，硬化反應(yīng)按客觀存在的規(guī)律進(jìn)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(qiáng)度及性能， 一般 應(yīng)將再生砂的灼燒減量控制在 3%以下。 可通過補(bǔ)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(zhǔn) 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(qiáng)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(yīng)W 0.8%。（3）砂溫：理想的砂溫應(yīng)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(dǎo)致型砂強(qiáng)度偏低 , 無法滿足生產(chǎn)要求。 在夏季 , 環(huán)境溫度最高會 達(dá)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(jìn)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(dāng)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(jī)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