热塑性酚醛树脂覆膜砂的研究进展.docVIP

热塑性酚醛树脂覆膜砂的研究进展????????????????????????????陈少南1，杨国栋2，杨占峰2，朱世根1,2(1.东华大学机械工程学院,上海201620;2.东华大学材料科学与工程学院,上海201620)????摘要：叙述了壳型覆膜砂的研究现状及发展过程，着重介绍了原砂、酚醛树脂、固化剂和润滑剂对覆膜砂性?能影响的研究工作，最后对覆膜砂的研究和发展提出了建议。????关键词：覆膜砂；热塑性酚醛树脂；壳型；进展????中图分类号：TG221+.1文献标识码：A文章编号：1001-3814(2008)23-0117-03????酚醛树脂是最早人工合成的树脂，由于其优?异的性能在100多年来得到了广泛的关注。自从?1940年Johannes?Croning发明壳法铸造以来，作?为壳法铸造中型砂的粘结剂就成为酚醛树脂的重要应用之一[1-2]。????热塑性酚醛树脂在铸造工业中的用量逐年增加。以美国为例，美国平均每年用于壳型铸造的热塑性酚醛树脂量，上世纪60年代约8500t/y，70年代约25?000?t/y，80年代约34?000?t/y[3]。英国1989年生产的130万吨铸铁件中，用壳型工艺生?产的占10万吨，这还不包括用壳芯法生产的铸铁件。我国自上世纪50年代中期开始使用壳型(芯)法，60年代初曾一度停用，到60年代中期，壳型?(芯)法才又获得生产应用[4]。随着铸造技术的发展，铸件出口量的增长，尤其是汽车工业的发展，对铸件质量的要求日益提高，我国应用覆膜砂壳?法铸造工艺的范围也越来越广。90年代初全国各?地的覆膜砂厂迅速发展起来，新产品、新技术不断涌现，90年代末我国覆膜砂年产量已达20万吨，目前我国覆膜砂年产量已经超过90万吨，且还在逐年增长。????1.原砂????原砂是影响覆膜砂性能的主要因素之一。原砂中的泥和细粉、原砂的粒型、二氧化硅含量、粒度大小和分布等均对覆膜砂性能有影响[5-7]。????(1)当原砂中的泥和细粉含量比较高时，因?其无效占有大量粘结剂，降低了覆膜砂的强度，还影响了其透气性和耐火度。????(2)通常认为原砂粒型最好的是圆形。颗粒越圆时，由于比表面积小，能够紧密堆积，因此覆膜砂的强度越高。????(3)原砂的二氧化硅含量增加，耐火度增加，?可增加覆膜砂型芯的高温强度。????(4)砂粒越细，单位体积内覆膜砂的接触点增加，均匀程度提高，树脂膜的厚度减薄，增加的界面使砂粒的热膨胀均匀地释放，因而采用细砂可降低覆膜砂热膨胀率。????(5)原砂的粒度分布对覆膜砂的强度有较大?的影响。两种常用的三筛砂(即50/100目和?70/140目)用树脂覆膜时强度基本一致，但同时使?用这两种三筛砂时(特别是两种三筛砂各占一半?时)强度明显提高，这是由于细砂粒能填充粗砂粒?间的空隙，增加粘结桥的数量，从而提高强度。?为了节省树脂，国内外研究工作者在原砂表面洁净处理方面进行了许多研究，主要采取化学?处理和提高表面活性两种方法。????化学处理大都采用酸洗法。RichardSimmons?等[8]认为酸洗硅砂能提高酸促硬树脂砂的强度，?原因在于砂粒在酸洗过程中被质子化，其表面生成了有利于树脂与砂粒之间粘结的反应性基团。这些基团本身具有酸性，因而能起到类似于游离酸的效果。尽管该理论的研究对象是酸促硬树脂?砂，但对覆膜砂的酸洗研究也有一定的指导意义。刘向东等[9]认为酸洗能去除原砂中的泥分和砂粒表面的污染物，使砂粒表面包覆的树脂量相对增多(泥分表面积越大，消耗的树脂量越大)，避免了由于粉尘混杂在树脂薄膜中而破坏树脂膜的连续性。和水洗相比，酸洗能更有效地去除砂粒表面的碱性污物，显露出砂粒表面的原貌，使砂粒表面的?沟槽、微孔更清晰，树脂更容易渗入砂粒表面的沟槽、微孔中，增加了树脂与砂粒表面的接触面，使树脂与砂粒表面的机械联结和啮合增强，从而使?覆膜砂强度大幅度提高。????提高表面活性法是将经过洗涤与过筛后的原砂装入坩埚中，送入炉中进行活性处理。原砂经髙温焙烧处理后，可使覆膜砂强度提高。使用焙烧之所以能大幅度提高覆膜砂的强度，主要原因在于原砂焙烧后发生相变，产生新生表面，对改善与树脂膜的粘结有利[10]。另外，砂粒表面杂质在高温下与砂粒剥离等亦有利于原砂与树脂的粘结。焙烧处理虽然消耗了燃料，但出于节省树脂用量考虑，?其意义仍然很大。????2.酚醛树脂????最早的酚醛树脂是由德国化学家Baeyer?A于1872年合成的。当时他出于对染料技术的研究，发现了酚与醛可相互作用，并能形成树脂。但是直至1907年BaekelandL?H注册了酚醛树脂专利，酚醛树脂的商业价值才被人们意识到。1909?年BachL开发了甲阶(热固性)酚醛树脂———?“