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文檔簡介
第三章有機化學粘結劑類型(芯)砂第一節合脂及合脂砂第二節植物油及油砂第三節樹脂及樹脂砂第四節自硬樹脂砂第五節覆膜砂及殼型芯1、砂芯的作用及分級在鑄造生產中,常用有機材料作為造型材料的粘結劑來制作型(芯)砂,如合脂類、樹脂類、油類等。砂芯的作用:主要是用來形成鑄件的內腔、孔洞、槽溝和凹坑等砂芯的分級:在鑄造生產中,為便于管理,通常將砂芯分為五級2、砂芯的特點、要求●Ⅰ級砂芯的特點:▲大部分表面被金屬包圍;▲形狀復雜,斷面細薄、芯頭窄小;▲所形成的鑄件內腔表面質量好,不需要加工;●Ⅰ級砂芯的要求:▲較高的干強度、斷裂韌性、高溫強度;▲良好的透氣性,較低的發氣性;▲較高的抗粘砂性和好的出砂性;2、砂芯的特點、要求●Ⅱ級砂芯的特點:▲大部分表面被金屬包圍;▲形狀較復雜,斷面較大、芯頭稍大;▲局部有細薄的肋片和凸起▲所形成鑄件內腔表面質量好,甚至不加工;●Ⅱ級砂芯的要求:▲較高的干強度、流動性好;▲良好的透氣性,較低的發氣性;▲具有一定的濕強度和好的出砂性;2、砂芯的特點、要求●Ⅲ級砂芯的特點:▲形狀中等復雜,沒有很薄的部分、芯頭較大;▲局部有棱角、凸緣、肋片;▲在鑄件中構成不加工表面;●Ⅲ級砂芯的要求:▲較高的濕強度和表面強度;▲良好的透氣性和容讓性;▲好的出砂性;2、砂芯的特點、要求●Ⅳ、Ⅴ級砂芯的特點:▲Ⅳ級砂芯形狀不復雜,體積中等;▲Ⅴ級砂芯形狀較簡單,體積較大;●Ⅳ、Ⅴ級砂芯的要求:▲較高的濕強度;▲良好的透氣性;▲一定的干強度;▲好的退讓性和出砂性;3、砂芯粘結劑的分類按粘結劑的比強度將砂芯用粘結劑分為三組▲比強度>0.5●對親水有機類——脲醛、脲呋喃●對憎水有機類——酚醛、酚呋喃●對有機無機混合類—有機酯—水玻璃▲比強度=0.3~0.5●對親水有機類——糊精●對憎水有機類——合脂、渣油●對親水無機類——水玻璃、磷酸鹽3、砂芯粘結劑的分類▲比強度<0.3●對親水有機類——糖漿●對憎水有機類——瀝青、松香●對親水無機類——水泥、粘土●對有機無機混合類——硅酸—乙醚比強度
指每1%的粘結劑可獲得芯砂干拉強度值也可以按其硬化工藝及硬化溫度進行分類4、砂芯粘結劑的選用▲根據砂芯特點選用●Ⅰ、Ⅱ級砂芯:選用1、2組粘結劑●Ⅲ級砂芯:芯選用2、3組粘結劑●Ⅳ、Ⅴ級砂芯:選用水玻璃粘結劑▲根據生產條件選用●大批量生產時:Ⅰ~Ⅲ級砂芯常采用樹脂粘結劑●小批量生產時:Ⅰ~Ⅲ級砂芯通常采用干性油、合脂、渣油作粘結劑第一節合脂及合脂砂一、合脂1、合脂及其組成合脂的概念:“合成脂肪酸蒸餾殘渣”的簡稱。即用石蠟為原料,經過氧化、皂化分離、真空蒸餾制取合成脂肪酸過程中的殘渣。合脂的組成
●稀堿液可溶成分————高碳脂肪酸和羥基酸●稀堿液不溶但可皂化——羥基酸和縮聚物。其中:羥基酸分子中既含有羧基—COOH,又含有羥基OH的有機化合物,也稱醇酸
縮聚物是羥基酸與羥基酸和羥基酸與脂肪酸形成的酸類一、合脂●稀堿液不溶又不皂化——中性氧化物及少量的未氧化石蠟等。合脂中的不溶但可皂化成分使合脂具有較強的粘結力,加熱時能夠快速硬化,具有較高的強度,是合脂中起粘結硬化作用的主要組成部分。在鑄造用合脂中,可皂化成分含量越高,合脂的質量越好。一、合脂2、合脂的物理特性:●在常溫下,呈黑褐色膏狀物●在溫度較低時,呈固體塊狀3、合脂的使用:●為便于混砂,合脂在使用前,通常用溶劑稀釋。●常用溶劑為煤油,加入量:一般為44~50%(質量分數)●合脂經煤油稀釋后就成為鑄造用合脂粘結劑。一、合脂4、合脂的硬化機理:合脂的硬化——屬于化學硬化是由低分子化合物轉變成高分子化合物的過程。過程包含:
不飽和脂肪酸的氧化聚合反應和羥基酸的脫水縮聚反應●兩個分子的羥基和羧基脫水:一個羥基酸分子中的羥基與羧基分別與另一個分子中的羧基與羥基互相進行縮聚反應,反應生成化學上的“交脂”●羧基酸本身的羥基和羧基脫水:反應式中的兩個羥基酸中的羥基與羧基還可以與其他羥基酸中的羧基與羥基繼續進行脫水聚合生成長鏈狀的聚合物一、合脂●
羥基酸在加熱過程中因脫水形成不飽和酸。繼續加熱使不飽和脂肪酸發生氧化聚合反應
氧化聚合反應和脫水縮聚反應的結果:
使合脂的相對分子質量增大,粘結膜從液態轉變為溶膠,進一步脫水縮聚轉變成凝膠,最后變為堅硬的彈性薄膜,使砂芯具有較高的強度一、合脂5、合脂的質量指標◆酸值:酸值表明合脂中羥基酸含量的多少酸值高:●高碳脂肪酸含量相對高;●羥基酸的含量相對較低;●可皂化成分含量相對較低;因此,鑄造用合脂的酸值不易過高一、合脂◆粘度:粘度在一定程度上反映了合脂組成和特性。粘度隨合脂中羥基酸含量的增加而提高,粘度大,工藝試樣的干拉強度高◆皂化值:反映了合脂中可皂化成分的含量皂化值大,說明可皂化成分含量相對高,不皂化物含量相對少,有利于合脂砂的硬化一、合脂6、合脂的牌號國家標準《鑄造用合脂粘結劑》(GB12216-90)按粘度值分為三級,按抗拉強度值分為二級。HZ-×××-×ד合脂”的首拼音字母粘度等級代號工藝試樣抗拉強度等級代號如HZ-80-17表2-66鑄造用合脂粘結劑按粘度值分級(s)等級代號4080120粘度值(N-6,30)≥15~40>40~80>80~120等級代號1417工藝試樣抗拉強度值
≥1.4≥1.7表2-67鑄造用合脂粘結劑按干拉強度值分級(Mpa)
二、合脂砂1、合脂砂的配制配比工藝:合脂加入量:2.5~4.5%;混砂工藝:砂+粘土等干粉料干混1~2min+水混1~2min+合脂混2~4min
出砂總的混碾時間:≯12min。2、合脂砂的烘干工藝烘干溫度:180~240℃,最適宜的烘干溫度:200~220℃烘干時間:2~3h,最適宜的烘干時間應視砂芯的大小和壁厚、合脂的加入量及所選擇的烘干溫度而靈活掌握二、合脂砂3、合脂砂的特性(1)濕強度低:一般只有2.0~4.0KPa。增加合脂加入量,濕強度降低。提高合脂砂濕強度的措施:▲加入少量的粘土,加入量一般為0.5~2%但每增加1%的粘土,合脂砂的干強度則會下降10~15%▲同時加入膨潤土和糊精加入量:膨潤土—1.5~2.0%;糊精—1.0~1.8%濕強度可高達12~20KPa;同時干強度下降也減少▲加少量天然粘土砂(紅砂),可有效改善和提高濕強度;同時使合脂砂松軟;不粘附芯盒但加入量過多,會影響合脂砂的透氣性二、合脂砂(2)流動性差合脂在常溫下粘度大,流動性差,造芯時不易緊實。解決合脂砂流動性差的方法:▲盡可能減少合脂的使用量▲在合脂砂中加入少量(≯0.5%)的油類粘結劑▲選用粒度分布較均勻,雜質含量較少的圓形原砂▲降低合脂粘度正確控制稀釋比,改煤油為汽油作稀釋劑▲控制粉狀材料加入量▲可用脫模劑或用煤油擦洗芯盒,預防粘附芯盒二、合脂砂(3)蠕變性大
蠕變性:是指制作好的合脂砂型(芯),在濕態下放置時或在烘干過程中逐漸變形的現象。合脂砂的蠕變性大是由于合脂的粘度特性所決定的:粘度大—流動性差—緊實度低—濕強度低—在自重作用下砂粒下滑—引起型芯變形防止方法:▲在芯砂中加入糊精等附加物,以提高濕強度▲增加砂芯中的芯骨或改變芯骨形狀▲烘干時采用成型烘芯板▲濕態砂芯要輕拿輕放▲烘干時采用高溫入爐,快速加熱即使表面快速硬化▲造芯時盡量舂緊二、合脂砂(4)吸濕性差合脂是憎水材料,其硬化反應是不可逆的,因此,在不加其他水溶性附加物時,合脂砂吸濕性很小。但通常合脂砂中常加入某些水溶性材料,如糊精、紙漿等,故吸濕性明顯增大。(5)發氣量大合脂砂的發氣量是隨著烘干溫度的變化而變化的。烘干溫度低,發氣量大;烘干溫度高,發氣量低。(6)容讓性和出砂性良好當合脂粘結劑在>300℃時發生快速分解;500℃時開始燃燒;至600℃時開始失去強度,故其容讓性和出砂性良好。二、合脂砂4、合脂砂的應用及注意問題合脂砂通常用于制作砂芯。使用時應注意下列問題▲注意烘干溫度和烘干工藝▲烘干時,廢氣盡快排出爐外,以免影響烘干效果▲較大砂芯出爐后冷卻較慢,仍有冒煙現象,應注意通風與排煙▲合脂硬化主要是靠羥基酸的縮聚反應,烘干時不存在氧不足現象▲砂芯在烘干未冷卻時,干強度不足,不應搬動,以免損壞砂芯第二節植物油及油砂1、植物油及其化學成分植物油是油脂中的一種主要組成:由三個脂肪酸分子和一個丙三醇分子構成其中,丙三醇[]又稱甘油甘油的成分是固定不變的,所以各種油類的特性主要取決于脂肪酸的特性脂肪酸又分為飽和脂肪酸和不飽和脂肪酸1、植物油及其化學成分飽和脂肪酸的分子通式為[]碳原子間以單鍵鏈接,結構比較穩定,不易與其他化學元素反應。如軟脂酸(十六烷酸)、硬脂酸(十八烷酸)不飽和脂肪酸的通式為:[;;]碳原子間以雙鍵鏈接,結構不穩定,其化學活性較強,很容易由于破鍵而以單鍵形態與外來原子發生氧化聚合反應第二節植物油及油砂2、植物油的硬化機理植物油的硬化主要是依靠不飽和脂肪酸的氧化聚合反應反應大致分為三個階段:●揮發:型芯在烘干過程中的水分蒸發和碳氫化合物的揮發●氧化:型芯在烘干過程中,由于雙鍵的不穩定,空氣中的氧進入雙鍵部分與碳原子結合形成過氧化物●聚合:過氧化物極不穩定,很容易與含有雙鍵的其他分子發生聚合反應,使油的分子增大,粘度增加。2、植物油的硬化機理氧化聚合反應的結果:●從低分子狀態逐漸轉變成網狀高分子化合物●由液態逐漸變稠,最后形成堅硬的固體,從而使植物油砂具有很高的干強度
氧化聚合(硬化)過程是不可逆的第二節植物油及油砂3、植物油的硬化條件●油分子中必須具有雙鍵結構雙鍵越多,越容易在氧化聚合反應中形成網狀結構,油砂的強度越高●硬化過程必須有氧參加供氧越充分,硬化速度越快,硬化強度越高●加熱是硬化加速的重要條件但溫度過高,會使油發生分解或燒損第二節植物油及油砂4、植物油的質量指標▲碘值:每100g油所能吸收碘的毫克數碘值越大,不飽和程度越大,硬化速度越快植物油按碘值不同分為:干性油(碘值>150如桐油、亞麻油等)半干性油(碘值100~150)不干性油(碘值<100如花生油、豬油等)鑄造生產中常用:干性油、半干性油4、植物油的質量指標▲酸值:中和1g油脂中的游離脂肪酸所需KOH毫克數酸值越小,游離脂肪酸越少,油的品質越好▲皂化值:中和1g油脂水解后生成的脂肪酸總量所需KOH毫克數皂化值越小,說明油脂中雜質越多,脂肪酸平均分子量越大,油的品質越不理想▲比強度:是衡量粘結能力的重要指標植物油的比強度一般在0.8~1.0MPa。第二節植物油及油砂5、植物油砂的配制▲配方:植物油:1~3%(占砂重)水:<2%粘土:1~2%糊精:1~2%(和適量水)——加粘土的目的,主要為提高油砂的濕強度注意:粘土會嚴重降低油砂的干強度(每加入1%的粘土相當于損失掉0.15~0.25%的油)5、植物油砂的配制——加糊精的目的,不僅能提高濕強度,還能改善表面強度、容讓性和出砂性。注意:加糊精的同時需加適量的水——每加1%糊精需加水0.4~0.6%通常情況下:用于Ⅰ級砂芯,不加附加物;用于Ⅱ級砂芯,可加入水溶性附加物;用于Ⅲ級砂芯,可在紙漿殘液中加少量植物油5、植物油砂的配制▲配制工藝:加料順序:先加水,使干粉料和砂被水充分濕潤后,再加油,使油更容易均勻的分布在砂粒表面
混砂工藝:原砂+粘土或糊精干混2~3分鐘+水(或含水材料)濕混2~3分鐘+植物油混勻后出砂注意:混砂時間不易過長,以防止由于材料發熱使水分蒸發,造成型芯砂性能變壞。第二節植物油及油砂6、植物油砂芯的烘干烘干溫度:200~220℃,不能超過300℃。烘干時間:1~2h烘干程度:通常情況下,視砂芯表面顏色而定表面呈深黃色或棕黃色——為烘干適宜表面呈杏黃色——為烘干不足表面呈棕黑色——為烘干過度(過燒)為使油砂在制芯過程中逐漸提升濕強度和縮短烘干時間,可采用金屬干燥劑(如環烷酸鈷)與氧化劑(如高錳酸鉀)配合,能使油砂在室溫下快速硬化第二節植物油及油砂7、植物油砂的工藝特性及控制干強度較高由于砂粒表面形成的油質粘結薄膜在加熱時由低分子氧化聚合成網狀高分子化合物,因此,固態油膜堅硬,油砂的干強度較高提高干強度的途徑:
●選用中等粒度(21組、30組)、含泥量少、表面光滑、圓形硅砂;●油的粘度不易過大;●加入量在1.5~2.0%為宜。7、植物油砂的工藝特性及控制濕強度較低油砂的濕強度一般只有3.4~5KPa提高濕強度的途徑:●可加適量的粘土1~2%注意:加粘土同時,要適量增加油的加入量●當加粘土后影響到干強度時,可改加1~2%注意:加糊精同時要補加適量的水7、植物油砂的工藝特性及控制發氣性大油砂的發氣性大,適當降低油的加入量,可減少發氣性流動性好油砂的流動性很好,容易緊實,適用于制造形狀復雜的砂型(芯)潰散性好油在300℃時開始分解或燃燒,其殘留強度較低,出砂性較好,舊砂再生容易第三節樹脂及樹脂砂一、樹脂的種類、硬化機理及選用▲樹脂的分類:鑄造用樹脂粘結劑的種類很多按樹脂的基本組成可分為三大體系:呋喃樹脂、酚醛樹脂、脲烷樹脂大多是以脲醛、酚醛和改性糠醇為基礎的化合物一、樹脂的種類、硬化機理及選用▲樹脂的選用原則:●根據鑄造合金的種類選擇●根據鑄件的結構特征及其復雜程度選擇●根據生產條件和生產工藝選擇一、樹脂的種類、硬化機理及選用鑄造上常用樹脂有:呋喃樹脂和酚醛樹脂呋喃樹脂——是以糠醇為基礎的,因在其結構上特有的“呋喃環”而得名。呋喃樹脂按其基本成分分為:糠醇呋喃樹脂
脲呋喃樹脂
酚呋喃樹脂甲醛呋喃樹脂
脲—酚呋喃共聚物一、樹脂的種類、硬化機理及選用1、糠醇呋喃樹脂主要是由糠醇單體在酸催化作用下縮聚而成的線性分子結構的糠醇樹脂硬化機理:糠醇分子在加熱或催化作用下,呋喃環中的一個雙鍵被打開,發生加聚反應后形成不溶的三維結構而硬化。用這種樹脂做粘結劑,型砂性能并不理想,而且,價格昂貴,一般不用。一、樹脂的種類、硬化機理及選用2、脲醛呋喃樹脂:(呋喃Ⅰ型)主要是由糠醇、尿素和甲醛在烏洛托品的催化作用下縮合而成的液態先行樹脂。即由糠醇改性的液態脲醛樹脂摩爾比約為:尿素:甲醛:糠醇=1:2.95:0.92其中,糠醇是一種改性材料,可提高其耐熱性能,獲得高熱強度●物理特性:淡黃色~深褐色、粘稠液體●硬化機理:由于呋喃環上的不飽和雙鍵等活性反應基團的存在,通過加熱或在某些酸性催化劑作用下,分子間連續發生脫水縮聚以及雙鍵間聚合等交聯反應,反應的結果由粘稠液體轉變為大分子質量的體型結構而導致迅速硬化。一、樹脂的種類、硬化機理及選用●脲醛呋喃樹脂特點:綜合性能好,價格低廉,硬化速度容易控制,應用較為廣泛。但是:在加熱時,脲醛逸出NH3,氨又分解成氮和氫,同時向金屬中擴散。所以,樹脂含氮量越高,鑄件產生氣孔缺陷的可能性越大。——增加糠醇含量,意味著樹脂中,氮的含量降低,可提高樹脂的熱強度,降低發氣性,降低吸濕性,延長存儲期,但增加砂芯脆性。——我國的呋喃Ⅰ型屬于這一類樹脂一、樹脂的種類、硬化機理及選用●
脲醛呋喃樹脂的用途:用于鑄鐵件——含氮量約15.5%有色合金件——含氮量約18%一、樹脂的種類、硬化機理及選用3、酚醛呋喃樹脂:(呋喃Ⅱ型)主要是由糠醇、苯酚和甲醛三種單體在二價金屬離子的作用下,生成高鄰位線性結構的液態縮聚樹脂。即由糠醇改性的液態酚醛樹脂——我國的呋喃Ⅱ型熱芯盒屬于這一類樹脂●
特點:這種樹脂強度低,脆性大,潰散性和流動性較差。●增加糠醇含量,可提高砂芯強度,改善硬透性,延長樹脂存儲期。但成本提高。●
用途:這類樹脂因不含氮或含極少量氮,因此,主要用于鑄鋼件和球墨鑄鐵件一、樹脂的種類、硬化機理及選用4、甲醛呋喃樹脂主要由甲醛和糠醇縮合而成糠醇含量通常在90%以上●
特點:——常溫及高溫強度高——貯存穩定性較好——價格較高(糠醇含量高)●
用途:適用于大型鑄鋼件和高合金鋼鑄件。一、樹脂的種類、硬化機理及選用5、脲醛、酚醛共聚呋喃樹脂主要是由尿素、苯酚、甲醛和糠醇四種成分縮聚而成的呋喃樹脂,簡稱共聚樹脂。
●
特點:這種樹脂具有脲呋喃和酚呋喃的共同優點,由于加入了脲醛,從而改善了酚呋喃樹脂的硬化性能,型砂綜合性能好,應用性廣。
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用途:用于球鐵件和鑄鋼件:含氮量在1.0%左右;用于鑄鐵件和有色合金件:含氮量>1.0%第三節樹脂及樹脂砂二、呋喃樹脂的技術指標呋喃樹脂按糠醇含量分成三級呋喃樹脂按含氮量分為四級1、粘度粘度低,能使樹脂有效地包覆砂粒表面,并在各砂粒的接觸點形成較好的樹脂縮頸,有利于提高樹脂砂的強度。通常情況下:樹脂的粘度應控制在0.01~0.1Pa·s,當溫度在20℃時,粘度應控制在應<0.05Pa·s二、呋喃樹脂的技術指標2、游離甲醛含量在操作時,游離甲醛通常以蒸汽形式散發于空氣中,刺激性氣味惡化了工作環境,影響人體健康,因此,要求其含量盡可能低。3、游離酚含量(屬于酚醛樹脂的一個指標)游離酚能提高硬化反應速度、降低樹脂粘度,游離酚有毒,因此,一般控制在<2.0~2.5%二、呋喃樹脂的技術指標4、含水量水分能降低樹脂粘度;減慢硬化速度;降低樹脂砂強度因此,應嚴格控制樹脂中的水分。通常要求:對無氮樹脂:<2%對中氮樹脂:<5%對高氮樹脂:<10%5、pH值:因在酸性介質中合成的樹脂中殘留一部分酸,在樹脂的存儲期間會發生緩慢的硬化反應,結果使樹脂變稠。因此,樹脂合成后,應將pH值調至7左右或呈弱堿性(以中和掉殘留酸)6、密度:一般控制在1.15~1.25g/cm3第三節樹脂及樹脂砂三、催化劑催化劑又稱硬化劑、固化劑
●催化劑的作用:與粘結劑共同作用促進硬化反應
●對催化劑的要求:——在室溫下應處于潛伏狀態,常采用中性或弱酸性鹽——在特定條件下被激活成強酸,促使樹脂砂迅速硬化三、催化劑●催化劑的種類:國內常用催化劑有:無機酸、有機酸——無機酸主要是磷酸如氯化銨、硝酸銨、磷酸銨的水溶液——有機酸主要是磺酸如苯磺酸、對甲苯磺酸、對氯苯磺酸、酚磺酸、萘磺酸三、催化劑1、氯化銨和尿素的水溶液用途:主要用于呋喃Ⅰ型樹脂砂作熱芯盒配比:氯化銨:尿素:水=1:3:3密度:1.15~1.18g/cm3pH值:6.0~6.4三、催化劑配制:
▲將水加熱60~70℃;▲加入尿素,并攪拌;▲加入氯化銨并繼續攪拌;▲當因溶解吸熱而使溫度下降時,再加熱攪拌直至全部溶解至透明的液體為止。三、催化劑作用:氯化銨主要起硬化作用硬化機理:氯化銨是酸性鹽,水解后使酸性增強,同時與呋喃Ⅰ型樹脂中的游離甲醛反應生成強酸,促使樹脂砂硬化;尿素的作用:是與樹脂在硬化反應中逸出的甲醛起反應,從而減少甲醛的刺激性氣味,改善勞動環境加入量:一般為20%(占樹脂質量)三、催化劑2、無機酸鑄造常用無機酸是濃度為75~85%磷酸水溶液用于高氮樹脂時,樹脂砂強度較高;用于低氮樹脂時,常溫強度比用有機酸較低,但高溫強度較高。
但是,舊砂及再生砂中殘留磷酸鹽較多,舊砂再利用時會使強度有所下降三、催化劑3、有機酸:主要是有機磺酸,如對氯苯磺酸、酚磺酸、對甲苯磺酸、萘磺酸、苯磺酸有機酸在再生砂中的殘留酸量很少。如對甲苯磺酸在400℃時能全部燒掉——催化能力的順序是:對氯苯磺酸<酚磺酸<萘磺酸<對甲苯磺酸<苯磺酸
酸性催化劑的用途:有機、無機酸催化劑主要用于自硬樹脂砂三、催化劑→很多有機磺酸是固態的→使用時需配制成溶液→常用的溶劑有:水、酒精等→研究表明,磷酸也是一種很好的溶劑。三、催化劑4、溶劑對催化劑性能的影響催化劑的作用是促進硬化,使樹脂砂具有一定的強度溶劑對樹脂砂的終強度基本上沒有影響,但對樹脂砂的硬化速度(脫模時間)卻影響很大實驗表明,磷酸使樹脂砂的硬化速度比水大8倍之多不同的溶劑對樹脂砂硬化速度的影響三、催化劑5、催化劑對樹脂砂硬化特性的影響(1)催化劑用量對樹脂砂強度的影響在樹脂加入量固定不變的情況下:●當催化劑加入量很少時,樹脂砂的強度很低原因是:其有效濃度不足以使樹脂發生完全的交聯反應,而樹脂在交聯反應的同時所析出的水又使催化劑稀釋,從而限制了反應的加速進行。催化劑對樹脂砂硬化特性的影響●隨著催化劑加入量增加,樹脂砂硬化強度開始升高●當強度達到高峰值時,再增加催化劑加入量,則強度急劇下降。其主要原因是:交聯反應速度太快,所形成的樹脂結構膜不完整,甚至導致粘結膜和粘結橋脆化(斷裂)的緣故催化劑對樹脂砂硬化特性的影響(2)催化劑用量對樹脂砂可使用時間的影響可使用時間是指從混砂結束到仍能用于制出合格的鑄型(芯)的極限為止的一段時間●當樹脂的加入量不變時,樹脂砂的可使用時間隨著催化劑加入量的增加而縮短●當改變樹脂加入量時,樹脂砂的可使用時間隨著催化劑加入比例(占樹脂)的增加而縮短催化劑對樹脂砂硬化特性的影響(3)不同催化劑對樹脂砂硬化特性的影響●對于不同的樹脂,由于其成分的不同,在同一種催化劑作用下,樹脂砂的硬化特性亦不同——用磷酸做催化劑時,各種樹脂達到強度最大值所需要的催化劑加入量基本不變(40%)——用(對甲苯)磺酸做催化劑時,隨樹脂中含氮量的增加,樹脂砂達到強度最大值時所需催化劑加入量明顯增多催化劑對樹脂砂硬化特性的影響——糠醇含量高的樹脂,樹脂砂強度最大值亦高——在糠醇含量相同時,用磷酸做催化劑,其樹脂砂強度最大值比用對甲苯磺酸低10-20%,這與磷酸催化作用較弱有關●對于同一種樹脂,不同的催化劑由于其催化活性不同,樹脂砂硬化速度和硬化強度亦不同三、催化劑
6、催化劑的選用
催化劑的選用應與樹脂的種類相匹配●有機磺酸可用于各種樹脂如對甲苯磺酸催化活性大,與糠醇互溶性好,樹脂膜結構致密,樹脂砂硬化強度高,出砂性好。●磷酸一般用于脲醛呋喃樹脂(高氮樹脂)磷酸催化活性差,但水溶性好,擴散、溶解容易,而呋喃Ⅰ型樹脂硬化速度快,仍能滿足強度要求第三節樹脂及樹脂砂四、樹脂砂1、熱芯盒
是由液態熱固性樹脂粘結劑和催化劑按一定比例配制而成的型、芯砂。●熱芯盒用樹脂:脲呋喃樹脂(又稱呋喃Ⅰ型)●熱芯盒用催化劑:氯化銨與尿素的水溶液(配比:氯化銨:尿素:水=1:3:3)或:烏洛托品水溶液(配比;烏洛托品:水=1:1.2)●熱芯盒用附加物:氧化鐵粉——可防止氣孔、滲碳三氯化鐵——可加快低溫下的硬化速度
硅烷——可提高砂芯強度1、熱芯盒(1)熱芯盒樹脂砂的配制●配方:原砂:采用21組的中粒砂,加入量為100%;樹脂:加入量為2.0~3.0%(占砂重);催化劑:加入量為20%(占樹脂重);附加物:氧化鐵粉,加入量為0.35%(占砂重);●混制工藝:砂+氧化鐵粉+催化劑+樹脂出砂干混20~30s濕混40~60s混勻80~90s1、熱芯盒(2)熱芯盒的制芯工藝及制芯流程、制芯過程
●芯盒材料:鑄鐵●芯盒溫度:180~240℃,最好在210℃●射砂壓力:0.5~0.7MPa●射砂速度:20m/s●硬化溫度:140~240℃●硬化時間:小砂芯10~30s;中等砂芯60s;截面厚度大于50mm的大砂芯,不超過120s。砂芯在芯盒內結成6~10mm的一層硬殼,即可起芯1、熱芯盒(3)熱芯盒法制芯存在的問題
◆因尿素受熱分解,刺激氣味大◆厚、薄相差大的砂芯,硬化不均勻,厚處還未硬化好,薄處可能已經過燒◆用于鑄鋼件和球鐵鑄件時,容易產生皮下氣孔和針孔。可加入占原砂重量0.3~1.0%的氧化鐵◆鑄鋼件滲碳,可加入占原砂重量3~6%的氧化鐵◆必須使用金屬芯盒,成本高◆樹脂砂可使用時間有限四、樹脂砂
2、冷芯盒(擴散氣體冷芯盒)是由液態樹脂粘結劑和原砂按一定比例配制而成的樹脂砂,在氣體催化劑作用下固化的一種樹脂型、芯砂●冷芯盒用樹脂:是由兩種可溶性有機材料組成:液體苯酚樹脂(GP201)和聚異氰酸酯(GP202),(配比:1:1)●冷芯盒用催化劑:三乙胺[(C2H5)3N]氣體●固化機理:苯酚樹脂結構中的氫氧根(—OH)和聚異氰酸酯結構中的異氰酸根(—NCO)在氣體催化劑三乙胺[(C2H5)3N]作用下,結合生成氨基甲酸酯樹脂,反應的結果由液態轉變成固態,從而達到硬化目的。2、冷芯盒(1)冷芯盒樹脂砂的配制●配方:原砂:采用30組、21組、15組的中細粒砂,加入量為100%;樹脂:苯酚樹脂(GP201)、聚異氰酸酯(GP202)加入量各為:1%(占砂重)催化劑:三乙胺[(C2H5)3N]氣體●混制工藝:在高速碗式混砂機中進行砂+(GP201)混50~60s+(GP202)混50~60s出砂2、冷芯盒
(2)冷芯盒的制芯工藝
●將混好的樹脂砂迅速用于造型、制芯;●將做好的鑄型或型芯進行封閉吹胺(蓋罩法)●吹胺壓力:0.2Mpa●吹胺時間:視型芯重量而定如:20kg的砂芯,吹胺時間10s~30s●清洗壓力:0.2Mpa●清洗時間:≮20~40s三乙胺氣體與型、芯接觸時,三乙胺就被包覆在砂粒表面的樹脂所吸收,形成氨基甲酸酯樹脂(固體)2、冷芯盒
(3)冷芯盒法制芯的特點
▲出砂性良好▲可用于各類合金鑄件(鑄鋼、鑄鐵、鑄銅等)▲砂芯易吸潮,存放性差▲苯酚樹脂和聚異氰酸酯的液態混合物是易燃品,對皮膚過敏▲三乙胺氣體屬強堿性,且易燃、有毒,應在30℃以下儲存第四節自硬樹脂砂自硬樹脂砂造型(制芯)是將原砂、樹脂及催化劑混合均勻后,填充到砂箱(芯盒)中,稍加緊實,在室溫下于砂箱(芯盒)內自行硬化成形過程第四節自硬樹脂砂1、自硬砂用樹脂及催化劑▲呋喃樹脂:●脲呋喃樹脂(呋喃Ⅰ型)●酚呋喃樹脂(呋喃Ⅱ型)●脲—酚呋喃共聚物▲酚醛樹脂——(熱固性、熱塑性)▲糠醇樹脂——很少單獨使用▲自硬樹脂砂用催化劑:磷酸、磺酸第四節自硬樹脂砂
2、自硬砂的特點●鑄件尺寸精度高,表面質量好;●樹脂砂流動性好,易緊實;●潰散性好,易清理,舊砂可再生;●樹脂砂強度高,透氣性好;●鑄件缺陷少,廢品率低;●造型效率高;2、自硬砂的特點
●對原砂要求高;●環境溫度和濕度對樹脂砂硬化速度和硬化強度影響較大;●與無機粘結劑相比,發氣量較大;硬化時間較長;●造型模具需要量增多;樹脂的成本較高;第四節自硬樹脂砂3、自硬砂的性能指標▲終強度:樹脂砂硬化24h后的抗拉強度▲初始強度:混砂出砂后第一時間所得型芯在24h后的抗拉強度▲可使用時間:從混砂出砂第一時間開始到仍能用以制出合格鑄型(芯)所經歷的一段時間通常規定,從出砂到強度下降為開始試樣強度的80%所經歷的時間為樹脂砂的可使用時間3、自硬砂的性能指標▲脫模時間:從混砂出砂開始,在芯盒內的砂芯(或未脫模的鑄型)硬化到能滿意地將砂芯從芯盒中取出(或脫模),而不致使砂芯(鑄型)變形所需的一段時間。通常,從出砂到濕壓強度達0.14MPa時所經歷的一段時間稱為脫模時間。第四節自硬樹脂砂4、自硬砂對各組元的要求(一)對原砂的要求(1)碳鋼件:SiO2>97%;鑄鐵件:
SiO2>85%;(2)原砂的pH值<7;(弱酸性)(3)原砂含泥量<0.2%;(4)原砂的微粉含量<0.5%;
——微粉是指0.103mm(150目)以下的細砂4、自硬砂對各組元的要求(5)原砂耗酸值≤5;——耗酸值是指中和50g原砂中的堿性物質所消耗的濃度為0.100mol的鹽酸溶液的毫升數酸耗值大,說明原砂中堿性物質含量高——當樹脂加入量一定時,耗酸值大,樹脂砂強度低——當樹脂砂強度要求不變時,原砂耗酸值大,樹脂加入量亦增加4、自硬砂對各組元的要求(6)原砂含水量≤0.2%;(7)原砂粒形系數≤1.3;(8)對原砂粒度及比表面積的要求▲對于不刷涂料的鑄型(芯):可選用21組和15組的混合砂,比表面積控制在90~110cm2/g;▲對于刷涂料的鑄型(芯):可選用30組和21組的混合砂,比表面積控制在50~80cm2/g。4、自硬砂對各組元的要求(二)對粘結劑的要求▲酸催化樹脂自硬砂常用呋喃樹脂作粘結劑。——呋喃樹脂中的含氮量對樹脂砂的性能影響很大:▲鑄鋼件用樹脂,常用含氮量<3%或無氮樹脂這是因為,當含氮量>3%時:→鑄件產生皮下氣孔傾向增大;→由于耐火度低而使樹脂砂高溫強度降低;→隨糠醇含量增加,樹脂砂常溫強度、高溫強度和殘留強度均提高,潰散性變差4、自硬砂對各組元的要求(三)對催化劑的要求催化劑對硬化過程的控制,起著決定性的作用通常自硬樹脂砂用催化劑應符合下列要求:▲保證工藝過程所規定的硬化速度和硬化強度▲應具有不沉淀、易儲存、不變質、低粘度液體▲對因溫度低而引起的冷凝,加熱熔化后,不改變其原來性能▲價格便宜、經濟實用4、自硬砂對各組元的要求(四)注意:生產上常用的酸催化
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