第三章有机化学粘结剂类型(芯)砂

第三章有机化学粘结剂类型（芯）砂第一节合脂及合脂砂第二节植物油及油砂第三节树脂及树脂砂第四节自硬树脂砂第五节覆膜砂及壳型芯1、砂芯的作用及分级在铸造生产中，常用有机材料作为造型材料的粘结剂来制作型（芯）砂，如合脂类、树脂类、油类等。砂芯的作用：主要是用来形成铸件的内腔、孔洞、槽沟和凹坑等砂芯的分级：在铸造生产中，为便于管理，通常将砂芯分为五级2、砂芯的特点、要求●Ⅰ级砂芯的特点：▲大部分表面被金属包围；▲形状复杂，断面细薄、芯头窄小；▲所形成的铸件内腔表面质量好，不需要加工；●Ⅰ级砂芯的要求：▲较高的干强度、断裂韧性、高温强度；▲良好的透气性，较低的发气性；▲较高的抗粘砂性和好的出砂性；2、砂芯的特点、要求●Ⅱ级砂芯的特点：▲大部分表面被金属包围；▲形状较复杂，断面较大、芯头稍大；▲局部有细薄的肋片和凸起▲所形成铸件内腔表面质量好，甚至不加工；●Ⅱ级砂芯的要求：▲较高的干强度、流动性好；▲良好的透气性，较低的发气性；▲具有一定的湿强度和好的出砂性；2、砂芯的特点、要求●Ⅲ级砂芯的特点：▲形状中等复杂，没有很薄的部分、芯头较大；▲局部有棱角、凸缘、肋片；▲在铸件中构成不加工表面；●Ⅲ级砂芯的要求：▲较高的湿强度和表面强度；▲良好的透气性和容让性；▲好的出砂性；2、砂芯的特点、要求●Ⅳ、Ⅴ级砂芯的特点：▲Ⅳ级砂芯形状不复杂，体积中等；▲Ⅴ级砂芯形状较简单，体积较大；●Ⅳ、Ⅴ级砂芯的要求：▲较高的湿强度；▲良好的透气性；▲一定的干强度；▲好的退让性和出砂性；3、砂芯粘结剂的分类按粘结剂的比强度将砂芯用粘结剂分为三组▲比强度＞0.5●对亲水有机类——脲醛、脲呋喃●对憎水有机类——酚醛、酚呋喃●对有机无机混合类—有机酯—水玻璃▲比强度=0.3~0.5●对亲水有机类——糊精●对憎水有机类——合脂、渣油●对亲水无机类——水玻璃、磷酸盐3、砂芯粘结剂的分类▲比强度＜0.3●对亲水有机类——糖浆●对憎水有机类——沥青、松香●对亲水无机类——水泥、粘土●对有机无机混合类——硅酸—乙醚比强度

指每1％的粘结剂可获得芯砂干拉强度值也可以按其硬化工艺及硬化温度进行分类4、砂芯粘结剂的选用▲根据砂芯特点选用●Ⅰ、Ⅱ级砂芯：选用1、2组粘结剂●Ⅲ级砂芯：芯选用2、3组粘结剂●Ⅳ、Ⅴ级砂芯：选用水玻璃粘结剂▲根据生产条件选用●大批量生产时：Ⅰ~Ⅲ级砂芯常采用树脂粘结剂●小批量生产时：Ⅰ~Ⅲ级砂芯通常采用干性油、合脂、渣油作粘结剂第一节合脂及合脂砂一、合脂1、合脂及其组成合脂的概念：“合成脂肪酸蒸馏残渣”的简称。即用石蜡为原料，经过氧化、皂化分离、真空蒸馏制取合成脂肪酸过程中的残渣。合脂的组成

●稀碱液可溶成分————高碳脂肪酸和羟基酸●稀碱液不溶但可皂化——羟基酸和缩聚物。其中：羟基酸分子中既含有羧基—COOH,又含有羟基OH的有机化合物，也称醇酸

缩聚物是羟基酸与羟基酸和羟基酸与脂肪酸形成的酸类一、合脂●稀碱液不溶又不皂化——中性氧化物及少量的未氧化石蜡等。合脂中的不溶但可皂化成分使合脂具有较强的粘结力，加热时能够快速硬化，具有较高的强度，是合脂中起粘结硬化作用的主要组成部分。在铸造用合脂中，可皂化成分含量越高，合脂的质量越好。一、合脂2、合脂的物理特性：●在常温下，呈黑褐色膏状物●在温度较低时，呈固体块状3、合脂的使用：●为便于混砂，合脂在使用前，通常用溶剂稀释。●常用溶剂为煤油，加入量：一般为44～50％（质量分数）●合脂经煤油稀释后就成为铸造用合脂粘结剂。一、合脂4、合脂的硬化机理：合脂的硬化——属于化学硬化是由低分子化合物转变成高分子化合物的过程。过程包含：

不饱和脂肪酸的氧化聚合反应和羟基酸的脱水缩聚反应●两个分子的羟基和羧基脱水：一个羟基酸分子中的羟基与羧基分别与另一个分子中的羧基与羟基互相进行缩聚反应，反应生成化学上的“交脂”●羧基酸本身的羟基和羧基脱水：反应式中的两个羟基酸中的羟基与羧基还可以与其他羟基酸中的羧基与羟基继续进行脱水聚合生成长链状的聚合物一、合脂●

羟基酸在加热过程中因脱水形成不饱和酸。继续加热使不饱和脂肪酸发生氧化聚合反应

氧化聚合反应和脱水缩聚反应的结果：

使合脂的相对分子质量增大，粘结膜从液态转变为溶胶，进一步脱水缩聚转变成凝胶，最后变为坚硬的弹性薄膜，使砂芯具有较高的强度一、合脂5、合脂的质量指标◆酸值：酸值表明合脂中羟基酸含量的多少酸值高：●高碳脂肪酸含量相对高；●羟基酸的含量相对较低；●可皂化成分含量相对较低；因此，铸造用合脂的酸值不易过高一、合脂◆粘度：粘度在一定程度上反映了合脂组成和特性。粘度随合脂中羟基酸含量的增加而提高，粘度大，工艺试样的干拉强度高◆皂化值：反映了合脂中可皂化成分的含量皂化值大，说明可皂化成分含量相对高，不皂化物含量相对少，有利于合脂砂的硬化一、合脂6、合脂的牌号国家标准《铸造用合脂粘结剂》（GB12216-90)按粘度值分为三级，按抗拉强度值分为二级。HZ－×××－×ד合脂”的首拼音字母粘度等级代号工艺试样抗拉强度等级代号如HZ－80－17表2-66铸造用合脂粘结剂按粘度值分级（s）等级代号4080120粘度值（N-6，30）≥15~40＞40~80＞80~120等级代号1417工艺试样抗拉强度值

≥1.4≥1.7表2-67铸造用合脂粘结剂按干拉强度值分级（Mpa）

二、合脂砂1、合脂砂的配制配比工艺：合脂加入量：2.5～4.5％；混砂工艺：砂+粘土等干粉料干混1～2min+水混1～2min+合脂混2～4min

出砂总的混碾时间：≯12min。2、合脂砂的烘干工艺烘干温度：180~240℃，最适宜的烘干温度：200~220℃烘干时间：2~3h，最适宜的烘干时间应视砂芯的大小和壁厚、合脂的加入量及所选择的烘干温度而灵活掌握二、合脂砂3、合脂砂的特性（1）湿强度低：一般只有2.0~4.0KPa。增加合脂加入量，湿强度降低。提高合脂砂湿强度的措施：▲加入少量的粘土，加入量一般为0.5~2%但每增加1%的粘土，合脂砂的干强度则会下降10~15%▲同时加入膨润土和糊精加入量：膨润土—1.5~2.0%；糊精—1.0~1.8%湿强度可高达12~20KPa；同时干强度下降也减少▲加少量天然粘土砂（红砂），可有效改善和提高湿强度；同时使合脂砂松软；不粘附芯盒但加入量过多，会影响合脂砂的透气性二、合脂砂（2）流动性差合脂在常温下粘度大，流动性差，造芯时不易紧实。解决合脂砂流动性差的方法：▲尽可能减少合脂的使用量▲在合脂砂中加入少量（≯0.5%）的油类粘结剂▲选用粒度分布较均匀，杂质含量较少的圆形原砂▲降低合脂粘度正确控制稀释比，改煤油为汽油作稀释剂▲控制粉状材料加入量▲可用脱模剂或用煤油擦洗芯盒，预防粘附芯盒二、合脂砂（3）蠕变性大

蠕变性：是指制作好的合脂砂型（芯），在湿态下放置时或在烘干过程中逐渐变形的现象。合脂砂的蠕变性大是由于合脂的粘度特性所决定的：粘度大—流动性差—紧实度低—湿强度低—在自重作用下砂粒下滑—引起型芯变形防止方法：▲在芯砂中加入糊精等附加物，以提高湿强度▲增加砂芯中的芯骨或改变芯骨形状▲烘干时采用成型烘芯板▲湿态砂芯要轻拿轻放▲烘干时采用高温入炉，快速加热即使表面快速硬化▲造芯时尽量舂紧二、合脂砂（4）吸湿性差合脂是憎水材料，其硬化反应是不可逆的，因此，在不加其他水溶性附加物时，合脂砂吸湿性很小。但通常合脂砂中常加入某些水溶性材料，如糊精、纸浆等，故吸湿性明显增大。（5）发气量大合脂砂的发气量是随着烘干温度的变化而变化的。烘干温度低，发气量大；烘干温度高，发气量低。（6）容让性和出砂性良好当合脂粘结剂在＞300℃时发生快速分解；500℃时开始燃烧；至600℃时开始失去强度，故其容让性和出砂性良好。二、合脂砂4、合脂砂的应用及注意问题合脂砂通常用于制作砂芯。使用时应注意下列问题▲注意烘干温度和烘干工艺▲烘干时，废气尽快排出炉外，以免影响烘干效果▲较大砂芯出炉后冷却较慢，仍有冒烟现象，应注意通风与排烟▲合脂硬化主要是靠羟基酸的缩聚反应，烘干时不存在氧不足现象▲砂芯在烘干未冷却时，干强度不足，不应搬动，以免损坏砂芯第二节植物油及油砂1、植物油及其化学成分植物油是油脂中的一种主要组成：由三个脂肪酸分子和一个丙三醇分子构成其中，丙三醇［］又称甘油甘油的成分是固定不变的，所以各种油类的特性主要取决于脂肪酸的特性脂肪酸又分为饱和脂肪酸和不饱和脂肪酸1、植物油及其化学成分饱和脂肪酸的分子通式为［］碳原子间以单键链接，结构比较稳定，不易与其他化学元素反应。如软脂酸（十六烷酸）、硬脂酸（十八烷酸）不饱和脂肪酸的通式为：［；；］碳原子间以双键链接，结构不稳定，其化学活性较强，很容易由于破键而以单键形态与外来原子发生氧化聚合反应第二节植物油及油砂2、植物油的硬化机理植物油的硬化主要是依靠不饱和脂肪酸的氧化聚合反应反应大致分为三个阶段：●挥发：型芯在烘干过程中的水分蒸发和碳氢化合物的挥发●氧化：型芯在烘干过程中，由于双键的不稳定，空气中的氧进入双键部分与碳原子结合形成过氧化物●聚合：过氧化物极不稳定，很容易与含有双键的其他分子发生聚合反应，使油的分子增大，粘度增加。2、植物油的硬化机理氧化聚合反应的结果：●从低分子状态逐渐转变成网状高分子化合物●由液态逐渐变稠，最后形成坚硬的固体，从而使植物油砂具有很高的干强度

氧化聚合（硬化）过程是不可逆的第二节植物油及油砂3、植物油的硬化条件●油分子中必须具有双键结构双键越多，越容易在氧化聚合反应中形成网状结构，油砂的强度越高●硬化过程必须有氧参加供氧越充分，硬化速度越快，硬化强度越高●加热是硬化加速的重要条件但温度过高，会使油发生分解或烧损第二节植物油及油砂4、植物油的质量指标▲碘值：每100g油所能吸收碘的毫克数碘值越大，不饱和程度越大，硬化速度越快植物油按碘值不同分为：干性油（碘值＞150如桐油、亚麻油等）半干性油（碘值100～150）不干性油（碘值＜100如花生油、猪油等）铸造生产中常用：干性油、半干性油4、植物油的质量指标▲酸值：中和1g油脂中的游离脂肪酸所需KOH毫克数酸值越小，游离脂肪酸越少，油的品质越好▲皂化值：中和1g油脂水解后生成的脂肪酸总量所需KOH毫克数皂化值越小，说明油脂中杂质越多，脂肪酸平均分子量越大，油的品质越不理想▲比强度：是衡量粘结能力的重要指标植物油的比强度一般在0.8～1.0MPa。第二节植物油及油砂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％（和适量水）——加粘土的目的，主要为提高油砂的湿强度注意：粘土会严重降低油砂的干强度（每加入1％的粘土相当于损失掉0.15～0.25％的油）5、植物油砂的配制——加糊精的目的，不仅能提高湿强度，还能改善表面强度、容让性和出砂性。注意：加糊精的同时需加适量的水——每加1%糊精需加水0.4～0.6％通常情况下：用于Ⅰ级砂芯，不加附加物；用于Ⅱ级砂芯，可加入水溶性附加物；用于Ⅲ级砂芯，可在纸浆残液中加少量植物油5、植物油砂的配制▲配制工艺：加料顺序：先加水，使干粉料和砂被水充分湿润后，再加油，使油更容易均匀的分布在砂粒表面

混砂工艺：原砂+粘土或糊精干混2~3分钟+水（或含水材料）湿混2~3分钟+植物油混匀后出砂注意：混砂时间不易过长，以防止由于材料发热使水分蒸发，造成型芯砂性能变坏。第二节植物油及油砂6、植物油砂芯的烘干烘干温度：200～220℃，不能超过300℃。烘干时间：1～2h烘干程度：通常情况下，视砂芯表面颜色而定表面呈深黄色或棕黄色——为烘干适宜表面呈杏黄色——为烘干不足表面呈棕黑色——为烘干过度（过烧）为使油砂在制芯过程中逐渐提升湿强度和缩短烘干时间，可采用金属干燥剂（如环烷酸钴）与氧化剂（如高锰酸钾）配合，能使油砂在室温下快速硬化第二节植物油及油砂7、植物油砂的工艺特性及控制干强度较高由于砂粒表面形成的油质粘结薄膜在加热时由低分子氧化聚合成网状高分子化合物，因此，固态油膜坚硬，油砂的干强度较高提高干强度的途径：

●选用中等粒度（21组、30组）、含泥量少、表面光滑、圆形硅砂；●油的粘度不易过大；●加入量在1.5~2.0%为宜。7、植物油砂的工艺特性及控制湿强度较低油砂的湿强度一般只有3.4~5KPa提高湿强度的途径：●可加适量的粘土1~2%注意：加粘土同时，要适量增加油的加入量●当加粘土后影响到干强度时，可改加1~2%注意：加糊精同时要补加适量的水7、植物油砂的工艺特性及控制发气性大油砂的发气性大，适当降低油的加入量，可减少发气性流动性好油砂的流动性很好，容易紧实，适用于制造形状复杂的砂型（芯）溃散性好油在300℃时开始分解或燃烧，其残留强度较低，出砂性较好，旧砂再生容易第三节树脂及树脂砂一、树脂的种类、硬化机理及选用▲树脂的分类：铸造用树脂粘结剂的种类很多按树脂的基本组成可分为三大体系：呋喃树脂、酚醛树脂、脲烷树脂大多是以脲醛、酚醛和改性糠醇为基础的化合物一、树脂的种类、硬化机理及选用▲树脂的选用原则：●根据铸造合金的种类选择●根据铸件的结构特征及其复杂程度选择●根据生产条件和生产工艺选择一、树脂的种类、硬化机理及选用铸造上常用树脂有：呋喃树脂和酚醛树脂呋喃树脂——是以糠醇为基础的，因在其结构上特有的“呋喃环”而得名。呋喃树脂按其基本成分分为：糠醇呋喃树脂

脲呋喃树脂

酚呋喃树脂甲醛呋喃树脂

脲—酚呋喃共聚物一、树脂的种类、硬化机理及选用1、糠醇呋喃树脂主要是由糠醇单体在酸催化作用下缩聚而成的线性分子结构的糠醇树脂硬化机理：糠醇分子在加热或催化作用下，呋喃环中的一个双键被打开，发生加聚反应后形成不溶的三维结构而硬化。用这种树脂做粘结剂，型砂性能并不理想，而且，价格昂贵，一般不用。一、树脂的种类、硬化机理及选用2、脲醛呋喃树脂：(呋喃Ⅰ型）主要是由糠醇、尿素和甲醛在乌洛托品的催化作用下缩合而成的液态先行树脂。即由糠醇改性的液态脲醛树脂摩尔比约为：尿素：甲醛：糠醇=1：2.95：0.92其中，糠醇是一种改性材料，可提高其耐热性能，获得高热强度●物理特性：淡黄色~深褐色、粘稠液体●硬化机理：由于呋喃环上的不饱和双键等活性反应基团的存在，通过加热或在某些酸性催化剂作用下，分子间连续发生脱水缩聚以及双键间聚合等交联反应，反应的结果由粘稠液体转变为大分子质量的体型结构而导致迅速硬化。一、树脂的种类、硬化机理及选用●脲醛呋喃树脂特点：综合性能好，价格低廉，硬化速度容易控制，应用较为广泛。但是：在加热时，脲醛逸出NH3，氨又分解成氮和氢，同时向金属中扩散。所以，树脂含氮量越高，铸件产生气孔缺陷的可能性越大。——增加糠醇含量，意味着树脂中，氮的含量降低，可提高树脂的热强度，降低发气性，降低吸湿性，延长存储期，但增加砂芯脆性。——我国的呋喃Ⅰ型属于这一类树脂一、树脂的种类、硬化机理及选用●

脲醛呋喃树脂的用途：用于铸铁件——含氮量约15.5％有色合金件——含氮量约18％一、树脂的种类、硬化机理及选用3、酚醛呋喃树脂：(呋喃Ⅱ型）主要是由糠醇、苯酚和甲醛三种单体在二价金属离子的作用下，生成高邻位线性结构的液态缩聚树脂。即由糠醇改性的液态酚醛树脂——我国的呋喃Ⅱ型热芯盒属于这一类树脂●

特点：这种树脂强度低，脆性大，溃散性和流动性较差。●增加糠醇含量，可提高砂芯强度，改善硬透性，延长树脂存储期。但成本提高。●

用途：这类树脂因不含氮或含极少量氮，因此，主要用于铸钢件和球墨铸铁件一、树脂的种类、硬化机理及选用4、甲醛呋喃树脂主要由甲醛和糠醇缩合而成糠醇含量通常在90%以上●

特点：——常温及高温强度高——贮存稳定性较好——价格较高（糠醇含量高）●

用途：适用于大型铸钢件和高合金钢铸件。一、树脂的种类、硬化机理及选用5、脲醛、酚醛共聚呋喃树脂主要是由尿素、苯酚、甲醛和糠醇四种成分缩聚而成的呋喃树脂，简称共聚树脂。

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特点：这种树脂具有脲呋喃和酚呋喃的共同优点，由于加入了脲醛，从而改善了酚呋喃树脂的硬化性能，型砂综合性能好，应用性广。

●

用途：用于球铁件和铸钢件：含氮量在1.0％左右；用于铸铁件和有色合金件：含氮量＞1.0%第三节树脂及树脂砂二、呋喃树脂的技术指标呋喃树脂按糠醇含量分成三级呋喃树脂按含氮量分为四级1、粘度粘度低，能使树脂有效地包覆砂粒表面，并在各砂粒的接触点形成较好的树脂缩颈，有利于提高树脂砂的强度。通常情况下：树脂的粘度应控制在0.01~0.1Pa·s，当温度在20℃时，粘度应控制在应<0.05Pa·s二、呋喃树脂的技术指标2、游离甲醛含量在操作时，游离甲醛通常以蒸汽形式散发于空气中，刺激性气味恶化了工作环境，影响人体健康，因此，要求其含量尽可能低。3、游离酚含量（属于酚醛树脂的一个指标）游离酚能提高硬化反应速度、降低树脂粘度，游离酚有毒，因此，一般控制在<2.0~2.5%二、呋喃树脂的技术指标4、含水量水分能降低树脂粘度；减慢硬化速度；降低树脂砂强度因此，应严格控制树脂中的水分。通常要求：对无氮树脂：<2％对中氮树脂：<5％对高氮树脂：<10%5、pH值：因在酸性介质中合成的树脂中残留一部分酸，在树脂的存储期间会发生缓慢的硬化反应，结果使树脂变稠。因此，树脂合成后，应将pH值调至7左右或呈弱碱性（以中和掉残留酸）6、密度：一般控制在1.15～1.25g/cm3第三节树脂及树脂砂三、催化剂催化剂又称硬化剂、固化剂

●催化剂的作用：与粘结剂共同作用促进硬化反应

●对催化剂的要求：——在室温下应处于潜伏状态，常采用中性或弱酸性盐——在特定条件下被激活成强酸，促使树脂砂迅速硬化三、催化剂●催化剂的种类：国内常用催化剂有：无机酸、有机酸——无机酸主要是磷酸如氯化铵、硝酸铵、磷酸铵的水溶液——有机酸主要是磺酸如苯磺酸、对甲苯磺酸、对氯苯磺酸、酚磺酸、萘磺酸三、催化剂1、氯化铵和尿素的水溶液用途：主要用于呋喃Ⅰ型树脂砂作热芯盒配比：氯化铵：尿素：水＝1：3：3密度：1.15～1.18g/cm3pH值：6.0～6.4三、催化剂配制:

▲将水加热60~70℃；▲加入尿素，并搅拌；▲加入氯化铵并继续搅拌；▲当因溶解吸热而使温度下降时，再加热搅拌直至全部溶解至透明的液体为止。三、催化剂作用：氯化铵主要起硬化作用硬化机理：氯化铵是酸性盐，水解后使酸性增强，同时与呋喃Ⅰ型树脂中的游离甲醛反应生成强酸，促使树脂砂硬化；尿素的作用：是与树脂在硬化反应中逸出的甲醛起反应，从而减少甲醛的刺激性气味，改善劳动环境加入量：一般为20%（占树脂质量）三、催化剂2、无机酸铸造常用无机酸是浓度为75~85%磷酸水溶液用于高氮树脂时，树脂砂强度较高；用于低氮树脂时，常温强度比用有机酸较低，但高温强度较高。

但是，旧砂及再生砂中残留磷酸盐较多，旧砂再利用时会使强度有所下降三、催化剂3、有机酸：主要是有机磺酸，如对氯苯磺酸、酚磺酸、对甲苯磺酸、萘磺酸、苯磺酸有机酸在再生砂中的残留酸量很少。如对甲苯磺酸在400℃时能全部烧掉——催化能力的顺序是：对氯苯磺酸＜酚磺酸＜萘磺酸＜对甲苯磺酸＜苯磺酸

酸性催化剂的用途：有机、无机酸催化剂主要用于自硬树脂砂三、催化剂→很多有机磺酸是固态的→使用时需配制成溶液→常用的溶剂有：水、酒精等→研究表明，磷酸也是一种很好的溶剂。三、催化剂4、溶剂对催化剂性能的影响催化剂的作用是促进硬化，使树脂砂具有一定的强度溶剂对树脂砂的终强度基本上没有影响，但对树脂砂的硬化速度（脱模时间）却影响很大实验表明，磷酸使树脂砂的硬化速度比水大8倍之多不同的溶剂对树脂砂硬化速度的影响三、催化剂5、催化剂对树脂砂硬化特性的影响（1）催化剂用量对树脂砂强度的影响在树脂加入量固定不变的情况下：●当催化剂加入量很少时，树脂砂的强度很低原因是：其有效浓度不足以使树脂发生完全的交联反应，而树脂在交联反应的同时所析出的水又使催化剂稀释，从而限制了反应的加速进行。催化剂对树脂砂硬化特性的影响●随着催化剂加入量增加，树脂砂硬化强度开始升高●当强度达到高峰值时，再增加催化剂加入量，则强度急剧下降。其主要原因是：交联反应速度太快，所形成的树脂结构膜不完整，甚至导致粘结膜和粘结桥脆化（断裂）的缘故催化剂对树脂砂硬化特性的影响（2）催化剂用量对树脂砂可使用时间的影响可使用时间是指从混砂结束到仍能用于制出合格的铸型（芯）的极限为止的一段时间●当树脂的加入量不变时，树脂砂的可使用时间随着催化剂加入量的增加而缩短●当改变树脂加入量时，树脂砂的可使用时间随着催化剂加入比例（占树脂）的增加而缩短催化剂对树脂砂硬化特性的影响（3）不同催化剂对树脂砂硬化特性的影响●对于不同的树脂，由于其成分的不同，在同一种催化剂作用下，树脂砂的硬化特性亦不同——用磷酸做催化剂时，各种树脂达到强度最大值所需要的催化剂加入量基本不变（40%）——用（对甲苯）磺酸做催化剂时，随树脂中含氮量的增加，树脂砂达到强度最大值时所需催化剂加入量明显增多催化剂对树脂砂硬化特性的影响——糠醇含量高的树脂，树脂砂强度最大值亦高——在糠醇含量相同时，用磷酸做催化剂，其树脂砂强度最大值比用对甲苯磺酸低10-20%，这与磷酸催化作用较弱有关●对于同一种树脂，不同的催化剂由于其催化活性不同，树脂砂硬化速度和硬化强度亦不同三、催化剂

6、催化剂的选用

催化剂的选用应与树脂的种类相匹配●有机磺酸可用于各种树脂如对甲苯磺酸催化活性大，与糠醇互溶性好，树脂膜结构致密，树脂砂硬化强度高，出砂性好。●磷酸一般用于脲醛呋喃树脂（高氮树脂）磷酸催化活性差，但水溶性好，扩散、溶解容易，而呋喃Ⅰ型树脂硬化速度快，仍能满足强度要求第三节树脂及树脂砂四、树脂砂1、热芯盒

是由液态热固性树脂粘结剂和催化剂按一定比例配制而成的型、芯砂。●热芯盒用树脂：脲呋喃树脂（又称呋喃Ⅰ型）●热芯盒用催化剂：氯化铵与尿素的水溶液（配比：氯化铵：尿素：水=1：3：3）或：乌洛托品水溶液（配比；乌洛托品：水=1：1.2）●热芯盒用附加物：氧化铁粉——可防止气孔、渗碳三氯化铁——可加快低温下的硬化速度

硅烷——可提高砂芯强度1、热芯盒（1）热芯盒树脂砂的配制●配方：原砂：采用21组的中粒砂，加入量为100％；树脂：加入量为2.0～3.0％（占砂重）；催化剂：加入量为20％（占树脂重）；附加物：氧化铁粉，加入量为0.35％（占砂重）；●混制工艺：砂＋氧化铁粉+催化剂+树脂出砂干混20～30s湿混40～60s混匀80～90s1、热芯盒（2）热芯盒的制芯工艺及制芯流程、制芯过程

●芯盒材料：铸铁●芯盒温度：180～240℃，最好在210℃●射砂压力：0.5～0.7MPa●射砂速度：20m/s●硬化温度：140~240℃●硬化时间：小砂芯10～30s；中等砂芯60s；截面厚度大于50mm的大砂芯，不超过120s。砂芯在芯盒内结成6～10mm的一层硬壳，即可起芯1、热芯盒（3）热芯盒法制芯存在的问题

◆因尿素受热分解，刺激气味大◆厚、薄相差大的砂芯，硬化不均匀，厚处还未硬化好，薄处可能已经过烧◆用于铸钢件和球铁铸件时，容易产生皮下气孔和针孔。可加入占原砂重量0.3～1.0％的氧化铁◆铸钢件渗碳，可加入占原砂重量3~6％的氧化铁◆必须使用金属芯盒，成本高◆树脂砂可使用时间有限四、树脂砂

2、冷芯盒（扩散气体冷芯盒）是由液态树脂粘结剂和原砂按一定比例配制而成的树脂砂，在气体催化剂作用下固化的一种树脂型、芯砂●冷芯盒用树脂：是由两种可溶性有机材料组成：液体苯酚树脂（GP201）和聚异氰酸酯（GP202），（配比：1：1）●冷芯盒用催化剂：三乙胺［（C2H5）3N］气体●固化机理：苯酚树脂结构中的氢氧根（—OH）和聚异氰酸酯结构中的异氰酸根（—NCO）在气体催化剂三乙胺［（C2H5）3N］作用下，结合生成氨基甲酸酯树脂，反应的结果由液态转变成固态，从而达到硬化目的。2、冷芯盒（1）冷芯盒树脂砂的配制●配方：原砂：采用30组、21组、15组的中细粒砂，加入量为100％；树脂：苯酚树脂（GP201）、聚异氰酸酯（GP202）加入量各为：1％（占砂重）催化剂：三乙胺［（C2H5）3N］气体●混制工艺：在高速碗式混砂机中进行砂+（GP201）混50~60s+（GP202）混50~60s出砂2、冷芯盒

（2）冷芯盒的制芯工艺

●将混好的树脂砂迅速用于造型、制芯；●将做好的铸型或型芯进行封闭吹胺（盖罩法）●吹胺压力：0.2Mpa●吹胺时间：视型芯重量而定如：20kg的砂芯，吹胺时间10s~30s●清洗压力：0.2Mpa●清洗时间：≮20~40s三乙胺气体与型、芯接触时，三乙胺就被包覆在砂粒表面的树脂所吸收，形成氨基甲酸酯树脂（固体）2、冷芯盒

（3）冷芯盒法制芯的特点

▲出砂性良好▲可用于各类合金铸件（铸钢、铸铁、铸铜等）▲砂芯易吸潮，存放性差▲苯酚树脂和聚异氰酸酯的液态混合物是易燃品，对皮肤过敏▲三乙胺气体属强碱性，且易燃、有毒，应在30℃以下储存第四节自硬树脂砂自硬树脂砂造型（制芯）是将原砂、树脂及催化剂混合均匀后，填充到砂箱（芯盒）中，稍加紧实，在室温下于砂箱（芯盒）内自行硬化成形过程第四节自硬树脂砂1、自硬砂用树脂及催化剂▲呋喃树脂：●脲呋喃树脂（呋喃Ⅰ型）●酚呋喃树脂（呋喃Ⅱ型）●脲—酚呋喃共聚物▲酚醛树脂——（热固性、热塑性）▲糠醇树脂——很少单独使用▲自硬树脂砂用催化剂：磷酸、磺酸第四节自硬树脂砂

2、自硬砂的特点●铸件尺寸精度高，表面质量好；●树脂砂流动性好，易紧实；●溃散性好，易清理，旧砂可再生；●树脂砂强度高，透气性好；●铸件缺陷少，废品率低；●造型效率高；2、自硬砂的特点

●对原砂要求高；●环境温度和湿度对树脂砂硬化速度和硬化强度影响较大；●与无机粘结剂相比，发气量较大；硬化时间较长；●造型模具需要量增多；树脂的成本较高；第四节自硬树脂砂3、自硬砂的性能指标▲终强度：树脂砂硬化24h后的抗拉强度▲初始强度：混砂出砂后第一时间所得型芯在24h后的抗拉强度▲可使用时间：从混砂出砂第一时间开始到仍能用以制出合格铸型（芯）所经历的一段时间通常规定，从出砂到强度下降为开始试样强度的80％所经历的时间为树脂砂的可使用时间3、自硬砂的性能指标▲脱模时间：从混砂出砂开始，在芯盒内的砂芯（或未脱模的铸型）硬化到能满意地将砂芯从芯盒中取出（或脱模），而不致使砂芯（铸型）变形所需的一段时间。通常，从出砂到湿压强度达0.14MPa时所经历的一段时间称为脱模时间。第四节自硬树脂砂4、自硬砂对各组元的要求（一）对原砂的要求（1）碳钢件：SiO2>97%；铸铁件：

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）以下的细砂4、自硬砂对各组元的要求（5）原砂耗酸值≤5；——耗酸值是指中和50g原砂中的碱性物质所消耗的浓度为0.100mol的盐酸溶液的毫升数酸耗值大，说明原砂中碱性物质含量高——当树脂加入量一定时，耗酸值大，树脂砂强度低——当树脂砂强度要求不变时，原砂耗酸值大，树脂加入量亦增加4、自硬砂对各组元的要求（6）原砂含水量≤0.2％；（7）原砂粒形系数≤1.3；（8）对原砂粒度及比表面积的要求▲对于不刷涂料的铸型（芯）：可选用21组和15组的混合砂，比表面积控制在90～110cm2/g；▲对于刷涂料的铸型（芯）：可选用30组和21组的混合砂，比表面积控制在50～80cm2/g。4、自硬砂对各组元的要求（二）对粘结剂的要求▲酸催化树脂自硬砂常用呋喃树脂作粘结剂。——呋喃树脂中的含氮量对树脂砂的性能影响很大：▲铸钢件用树脂，常用含氮量＜3%或无氮树脂这是因为，当含氮量＞3%时：→铸件产生皮下气孔倾向增大；→由于耐火度低而使树脂砂高温强度降低；→随糠醇含量增加，树脂砂常温强度、高温强度和残留强度均提高，溃散性变差4、自硬砂对各组元的要求（三）对催化剂的要求催化剂对硬化过程的控制，起着决定性的作用通常自硬树脂砂用催化剂应符合下列要求：▲保证工艺过程所规定的硬化速度和硬化强度▲应具有不沉淀、易储存、不变质、低粘度液体▲对因温度低而引起的冷凝，加热熔化后，不改变其原来性能▲价格便宜、经济实用4、自硬砂对各组元的要求（四）注意：生产上常用的酸催化