幾種常用自硬砂工藝的應(yīng)用與發(fā)展

中國鑄造協(xié)會(huì)顧問 李傳

幾種常用自硬砂工藝的應(yīng)用與發(fā)展

目前，各國鑄造行業(yè)中，大中型鑄件多采用自硬砂工藝制造，也有一些鑄件采用吹CO2硬化的工藝制造，但數(shù)量不多。

進(jìn)入21世紀(jì)以來，鑄造行業(yè)面對著兩個(gè)方面的挑戰(zhàn)：一是對鑄件質(zhì)量的要求不斷提高；二是環(huán)境保護(hù)和清潔生產(chǎn)方面的要求日趨嚴(yán)格。雖然，各種自硬砂的推廣應(yīng)用，已經(jīng)使我們在大中型鑄件的質(zhì)量、生產(chǎn)效率等方面都有了大幅度的提高，但是，從這兩項(xiàng)要求看來，不少工藝都有其不盡如人意之處，進(jìn)一步改進(jìn)和創(chuàng)新的工作迫在眉睫。

針對這些問題，各主要工業(yè)國家，在改進(jìn)現(xiàn)有的自硬工藝、開發(fā)新型黏結(jié)劑方面，都進(jìn)行了大量的研究工作，新的成果也不斷問世。

在這里，想就幾種常用自硬砂工藝發(fā)展的情況作簡單的介紹，供參考。

一、呋喃樹脂自硬砂

呋喃樹脂，以糠醇為基本組分，并以糠醇分子結(jié)構(gòu)中特有的呋喃環(huán)而得名。

呋喃樹脂是鑄造行業(yè)最早采用的自硬砂黏結(jié)劑，具有很多優(yōu)點(diǎn)，如：用以配制的自硬砂對多種酸性硬化劑的適應(yīng)性都很好；自硬砂的強(qiáng)度高，硬化易于控制，舊砂易于再生、回用等。50多年來，經(jīng)過了各種黏結(jié)劑競相發(fā)展的拼比，迄今為止，各國鑄造行業(yè)中，呋喃樹脂仍然是應(yīng)用范圍最廣、用量最大的自硬砂黏結(jié)劑。

可以預(yù)見，呋喃樹脂還將是最重要的自硬砂黏結(jié)劑。

早期的呋喃樹脂，不少品種是由糠醇、尿素、甲醛和苯酚為主要原材料共聚而成的。改變所用原材料的比例，可制成適用于不同條件的樹脂。

這樣的呋喃樹脂，可以認(rèn)為其中包含糠醇、脲醛和酚醛三種組分。根據(jù)對樹脂性能的要求，各組分所占的份額可在相當(dāng)大的范圍內(nèi)變動(dòng)。樹脂中的三組分，對自硬砂性能的影響見附表。

由表中可見，總體而言，樹脂中苯酚與甲醛縮合而成的酚醛組分，對樹脂性能的貢獻(xiàn)并不很大，而游離的苯酚又是有害的污染物，因而在呋喃樹脂發(fā)展的過程中，苯酚的用量會(huì)越來越少。

1. 呋喃樹脂的質(zhì)量控制

對于自硬砂用的呋喃樹脂，其質(zhì)量要求，可以參照相關(guān)的標(biāo)準(zhǔn)和制造廠商提供的規(guī)格進(jìn)行考核，以下提出的幾項(xiàng)，是鑄造廠有必要進(jìn)行全面分析、權(quán)衡的指標(biāo)，供參考。

（1）游離甲醛和苯酚的含量甲醛是對人類健康非常有害的物質(zhì)，可是在呋喃樹脂中，甲醛與尿素合成的脲醛組分對改善樹脂的質(zhì)量作用很大。因而，在呋喃樹脂中，甲醛是不可或缺的原材料，但卻必須使游離甲醛盡可能地減少。

共聚呋喃樹脂中三種組分對自硬砂一些主要性能的影響

近二十年來，我國呋喃樹脂的進(jìn)步和發(fā)展是令人欣喜的：在產(chǎn)量方面，不但充分滿足了世界第一鑄造大國的需求，而且還大量出口到國外；在質(zhì)量方面，游離甲醛的含量已降到很低的水

平，一般都可達(dá)到≤0.3%。

目前，一般的呋喃樹脂中，酚醛組分的含量很少，游離苯酚不是一個(gè)問題。對于用量很少的含酚醛組分的呋喃樹脂，還必須嚴(yán)格規(guī)定游離苯酚的含量，一般應(yīng)控制在0.5%以下。

（2）氮含量制備呋喃樹脂的主要原材料中，除尿素外，均不含氮。尿素中含氮約46.6%，樹脂的含氮量全部都是由尿素帶入的。

對用于自硬砂的呋喃樹脂，脲醛組分對改善樹脂的質(zhì)量至關(guān)重要。但是，脲醛組分是由尿素和甲醛形成的，樹脂中含有脲醛組分，就必然含有氮。

樹脂中的氮含量對自硬砂受熱后的潰散性影響很大，對氮含量的要求也就因鑄件的澆注溫度而有所不同：用于澆注溫度比較低的鋁合金鑄件時(shí)，為了改善落砂性能，樹脂中的氮含量宜在10%以上；用于澆注溫度高的鑄鋼件時(shí)，為避免澆注后自硬砂過早潰散，樹脂中的氮含量不宜超過2%；用于各種鑄鐵件時(shí)，可按照要求的鑄件澆注溫度，將樹脂中的氮含量控制在2%～6%之間。

此外，氮也有可能導(dǎo)致鑄件產(chǎn)生氣孔缺陷，但是在熔煉工藝正常的情況下，用量很少的樹脂中少量的氮不是產(chǎn)生缺陷的主要原因。

但是，降低樹脂中的氮含量，自硬砂的性能就會(huì)受到影響，價(jià)格較高還只是第二位的問題。因此，過分強(qiáng)調(diào)氮會(huì)導(dǎo)致鑄件產(chǎn)生氣孔缺陷，要求樹脂走向低氮、甚至無氮，是十分片面的。即使用于制造高合金鋼鑄件，也沒有追求樹脂完全無氮的必要。

（3）樹脂中的水分呋喃樹脂中水分的來源有兩個(gè)方面：一是原材料甲醛是以水溶液供應(yīng)的，加入甲醛會(huì)帶進(jìn)大量的水；二是呋喃樹脂的合成過程是縮聚反應(yīng)，要釋放水分。要求制成的樹脂完全脫水是不可能的，也是不必要的，但樹脂中的水分必須嚴(yán)格控制。

呋喃樹脂自硬砂的硬化是樹脂的縮聚過程，是要釋放水的。釋放的水不能及時(shí)排除，硬化反應(yīng)就不能繼續(xù)進(jìn)行。樹脂中含有的水分高，就會(huì)抑制釋放水的排除，從而使自硬砂的硬化能力、硬透性惡化，導(dǎo)致鑄件出現(xiàn)多種質(zhì)量問題。

但是，樹脂中的水分也不宜太低，否則樹脂太易于發(fā)生硬化反應(yīng)，導(dǎo)致可儲(chǔ)存期縮短，硬化過程不穩(wěn)定而難以控制等問題。

用于生產(chǎn)鋼、鐵鑄件的樹脂，水分宜控制在5%左右。近來，我國有些樹脂供應(yīng)廠商為了降低生產(chǎn)成本，將樹脂中的水分提高到10%，甚至更高，這是很不應(yīng)該的，對此，鑄造廠應(yīng)該予以嚴(yán)格的考核。

用于生產(chǎn)鋁合金鑄件的高氮、低糠醇樹脂，水分可以在12%左右。

2. 呋喃樹脂的改進(jìn)工作

近期，呋喃樹脂的改進(jìn)工作主要有以下兩個(gè)方面。

（1）進(jìn)一步降低游離甲醛含量甲醛的氣味強(qiáng)烈，對接觸人員的健康影響很大，降低游離甲醛的含量一直是制造廠商的重要課題。這方面情況也在不斷改善中，我國有的廠家已經(jīng)推出了“生態(tài)呋喃樹脂”，其中的游離甲醛含量可降低到0.05%以下。

（2）提高樹脂的反應(yīng)能力 這也是呋喃樹脂改進(jìn)工作的重點(diǎn)。反應(yīng)能力提高后有以下好處。

一是硬化速度提高，從而可縮短起模時(shí)間，提高造型的生產(chǎn)率。

二是改善硬透性。

三是減少硬化劑（芳香烴磺酸）用量，從而可減少鑄型或砂芯中的含硫量，同時(shí)還可減少有害物質(zhì)的散發(fā)量。

在這方面，美國Ashland公司開發(fā)了一種以糠醇為基礎(chǔ)的新型黏結(jié)劑，用其配制自硬砂，硬化快，起模時(shí)間短，排放的氣體少，而且生產(chǎn)的鑄件質(zhì)量也有所提高。

二、水玻璃自硬砂

水玻璃是一種硅酸鈉系的復(fù)合材料，雖然十分常見，但是迄今為止，我們對其實(shí)際組成還不十分清楚，仍有待進(jìn)一步的探索。水玻璃并不簡單地是硅酸鈉的水溶液，而是復(fù)雜的Na2OSiO2-H2O三元系，其中，能證實(shí)其存在的硅酸鈉水合物至少有11種。

水玻璃是一種無毒、無害且價(jià)廉物美的材料，其應(yīng)用、發(fā)展的前景非常被看好。但是，作為鑄造型砂的黏結(jié)劑，其應(yīng)用還存在很大的難題，今后，要充分發(fā)揮它的作用，還需要做大量的研究工作，首先要切實(shí)地了解、掌

握其特性。

酯硬化水玻璃自硬砂工藝的問世，顯著地增強(qiáng)了水玻璃在鑄造用型砂黏結(jié)劑中的地位。同時(shí)，也使鑄造行業(yè)徹底告別了用粉狀硬化劑的自硬砂工藝。

我國鑄鋼行業(yè)中，酯硬化水玻璃自硬砂（以下簡稱水玻璃自硬砂）的應(yīng)用從20世紀(jì)80年代初開始，隨后的發(fā)展很快，目前應(yīng)用的范圍仍然很廣。

酯硬化水玻璃自硬砂的硬化機(jī)制不是縮合反應(yīng)，而是有機(jī)酯在堿性介質(zhì)中分解成有機(jī)酸和醇，有機(jī)酸再與硅酸鹽作用，改變其分子結(jié)構(gòu)，形成含水的硅酸凝膠，起黏結(jié)作用。

采用水玻璃自硬砂工藝有很多優(yōu)點(diǎn)，對鑄造行業(yè)而言，主要是：在鑄件生產(chǎn)的全過程中，從混砂、造型、制芯、組型、澆注，到落砂取出鑄件的各生產(chǎn)環(huán)節(jié)，水玻璃和有機(jī)酯都不排放有害氣體，也不散發(fā)令人厭惡的氣味，確實(shí)是一種環(huán)境友好材料。

采用水玻璃自硬砂當(dāng)然也有很多問題，而最大、最難解決的問題是舊砂難以再生、回用。

水玻璃是由硅砂和堿合成的，與硅砂的親和力很強(qiáng)，能很牢固地附著在砂粒表面，且經(jīng)硬化的水玻璃黏結(jié)膜韌性很好，要將砂粒表面上已經(jīng)硬化的水玻璃黏結(jié)膜剝離，是很不容易的。特別是鑄件-鑄型的界面附近的型砂，澆注后經(jīng)高溫作用，水玻璃黏結(jié)膜可能與砂粒熔合成一體，要將其剝離就更是不可能的了。

既然水玻璃是硅酸鈉的水溶液，是親水性的，采用濕法再生工藝，是不是易于將砂粒表面殘留的黏結(jié)膜溶解呢？回答也是否定的。液態(tài)的水玻璃是可以與水互溶的，但是，使硬化以后的固態(tài)水玻璃膜溶于水就很不容易。經(jīng)高溫作用脫除了結(jié)構(gòu)水的水玻璃膜，使其溶于水的難度更大，只有在高壓釜中較高的溫度下，才有可能實(shí)現(xiàn)。

40多年前，國外就有鑄造廠采用濕法再生工藝，雖然再生效果略優(yōu)于干法機(jī)械再生，但是設(shè)備復(fù)雜，運(yùn)轉(zhuǎn)費(fèi)用高昂。至于熱濕法再生的可行性，仍有待進(jìn)一步的探討。

水玻璃是復(fù)合的硅酸鈉，堿性很強(qiáng)，且是水溶性的，如果隨意排放的話，鈉離子經(jīng)由雨水長時(shí)間的作用和傳送，就會(huì)破壞周邊的生態(tài)環(huán)境、污染地下水。即使是排放到荒涼的山溝里，其對附近植被的影響、污染地下水等問題也不能忽視。

一種環(huán)境友好型的造型材料，但排放難以再生處理的舊砂卻又成了環(huán)境的禍害。

水玻璃配制的型砂，目前仍然受到鑄造行業(yè)普遍重視，主要原因之一是其符合環(huán)保要求。但是，如果不能切實(shí)解決舊砂再生的問題，又會(huì)因?yàn)榕欧艔U棄砂而有害于環(huán)境，從而導(dǎo)致水玻璃砂不受歡迎。這可真是：“成也蕭何，敗也蕭何”。

我國鑄鋼行業(yè)中，采用水玻璃砂的企業(yè)仍然很多。在當(dāng)前砂再生問題還未能妥善解決的條件下，每年排放的廢棄砂估計(jì)不下400萬t。有的地方，廢棄水玻璃砂已經(jīng)將山溝填滿。對此，絕對不可掉以輕心。

水玻璃黏結(jié)砂難以再生的原因，大致可作如下的分析：

水玻璃黏結(jié)砂，無論是吹CO2硬化，還是與有機(jī)酯作用后硬化，這類硬化反應(yīng)都會(huì)使水玻璃的分子結(jié)構(gòu)改變，即使未經(jīng)高溫的作用，也無法使之恢復(fù)到原來的狀態(tài)。此外，殘留在再生砂中的結(jié)構(gòu)改變了的水玻璃，對再次加入水玻璃配成的型砂的性能影響很大。

水玻璃對砂粒表面的附著很牢，不易剝落，如果鑄造鋼、鐵鑄件，界面處的砂粒經(jīng)受高溫的作用時(shí)，水玻璃還可能與砂粒表面熔合，要將其自砂粒表面剝離幾乎是不可能的。

澆注金屬液后，靠近鑄件表面的型砂，由于高溫的作用，水玻璃膜不僅脫除了自由水，而且脫除了牢固結(jié)合水和結(jié)構(gòu)水，強(qiáng)度很高，又有一定的韌性，也難以脫除。這樣的水玻璃膜，無論采用什么方法，都不可能恢復(fù)原來的狀態(tài)。

近十多年來，德國的同行對硅酸鹽系黏結(jié)劑進(jìn)行了全面而系統(tǒng)的研究開發(fā)工作，由許多大型企業(yè)分工合作，歷時(shí)將近10年，從2011年GIFA的展出看來，成果是令人鼓舞的?？梢哉f，已經(jīng)使硅酸鹽系黏結(jié)劑的應(yīng)用進(jìn)入了一個(gè)嶄新的紀(jì)元。

ASK公司和HA公司等世界知名的黏結(jié)劑生產(chǎn)廠商，都很重視在硅酸鹽系黏結(jié)劑方面的創(chuàng)新和研究開發(fā)工作。ASK公司推出的INOTEC黏結(jié)劑、HA公司推出的Cordis黏結(jié)劑，都以硅酸鹽為主要組分，目前都已成功地用于大批量生產(chǎn)汽車鑄件。為改善鑄件的質(zhì)量，這類新型黏結(jié)劑中還

加入了一些附加物，如粉狀非晶態(tài)硅質(zhì)材料之類。

Laempe & Mossner公司，研制了適用于用硅酸鹽系黏結(jié)劑、大批量自動(dòng)化制芯的設(shè)備。

TU礦業(yè)研究院鑄造研究所則對硅酸鹽系黏結(jié)劑舊砂的再生問題進(jìn)行了全面的研究。

此外，三家世界知名的大型汽車制造廠商承擔(dān)實(shí)際應(yīng)用工藝的研究，并在生產(chǎn)中考核。

雖然與此相關(guān)的具體技術(shù)內(nèi)容尚未公開，但是，從許多生產(chǎn)廠家的情況介紹中，我們大致可以得知，要解決水玻璃黏結(jié)砂的再生、回用問題，必須遵循以下兩條原則：

（1）鑄型或砂芯不能經(jīng)受太高溫度的作用，不能使水玻璃膜失去其中的牢固結(jié)合水和結(jié)構(gòu)水，更不能有與砂粒熔合的情況。目前，只能用于生產(chǎn)鋁合金鑄件或某些澆注溫度更低的合金鑄件。

（2）鑄型、砂芯制成后，只能借助于脫除自由水使之成為凝膠而硬化。目前，歐洲采用的硬化方法是在制芯后吹110～120℃的熱空氣使之脫水硬化，不能有任何材料與水玻璃發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，落砂得到的舊砂中應(yīng)不含反應(yīng)產(chǎn)物。

BMW（寶馬）是世界上第一家全部采用硅酸鹽系黏結(jié)劑INOTEC代替有機(jī)黏結(jié)劑制芯、生產(chǎn)汽車用鋁合金鑄件的廠家，2006年開始試生產(chǎn)，以確認(rèn)這一工藝的可行性，不久就正式投入生產(chǎn)?，F(xiàn)已確認(rèn)：在生態(tài)、產(chǎn)品質(zhì)量、經(jīng)濟(jì)等方面都獲得了很好的效益。

大眾汽車公司，采用Cordis黏結(jié)劑制芯、DISA線造型，生產(chǎn)鋁合金缸蓋等重要鑄件，目前已生產(chǎn)各種產(chǎn)品250萬件以上。

Diamler公司位于Mettingen的輕合金鑄造廠，用INOTEC黏結(jié)劑制芯，也取得了很好效果。

我國一汽鑄造公司已于幾年前引進(jìn)了這項(xiàng)工藝技術(shù)。

很明顯，這種工藝并不是自硬砂工藝，但是，通過他們長時(shí)間、大量的研究工作，使我們對水玻璃作為黏結(jié)劑的特性有了進(jìn)一步的認(rèn)識(shí)。今后，要使這種環(huán)境友好型黏結(jié)劑在鑄造行業(yè)中起更重要的作用，這種認(rèn)識(shí)的提升是大有裨益的。

由以上簡要介紹的情況可見，水玻璃是一種前景極好的黏結(jié)劑，鑄造行業(yè)對其應(yīng)予以高度的關(guān)注。但是，目前用于生產(chǎn)鋼、鐵鑄件的自硬砂，仍然存在很大的難題，有待進(jìn)一步的探討和研究。

三、酚醛樹脂自硬砂

酚醛樹脂自硬砂的發(fā)展過程真可謂是一波三折，隨著樹脂的改進(jìn)，經(jīng)歷了三個(gè)階段。

1. 甲階酚醛樹脂自硬砂

20世紀(jì)60年代中期，石油的價(jià)格不高，國際市場上甲階酚醛樹脂的價(jià)格低于呋喃樹脂，歐洲和美國都著手研究將其用于自硬砂工藝，以期替代價(jià)格高的呋喃樹脂。

早期，由于這種樹脂的硬化較慢，而且硬透性也不能令人滿意，其應(yīng)用范圍不大。后來，由于芳香基磺酸的問世，顯著改善了硬化緩慢的問題，同時(shí)甲階酚醛樹脂本身也在不斷改進(jìn)。1974年，出現(xiàn)世界性第二次糠醇短缺，呋喃樹脂的價(jià)格飆升，甲階酚醛樹脂自硬砂的應(yīng)用一度發(fā)展很快。

以甲階酚醛樹脂為黏結(jié)劑的型砂，受熱后有二次硬化的過程，型砂的高溫強(qiáng)度比用呋喃樹脂者高，因而多用于生產(chǎn)鑄鋼件。80年代中期，筆者曾在當(dāng)時(shí)的聯(lián)邦德國造訪過幾家高檔次的鑄鋼廠，無一例外地全都采用甲階酚醛樹脂自硬砂。

90年代以后，石油的價(jià)格不斷上漲，甲階酚醛樹脂的價(jià)格反而高于呋喃樹脂，而有些性能又不及呋喃樹脂，因而其應(yīng)用范圍日見縮小。

甲階酚醛樹脂中的水分本來就較高，再加以硬化過程中縮合反應(yīng)釋放的水，會(huì)稀釋酸性硬化劑而使硬化過程減慢，故必須使用強(qiáng)酸性的硬化劑，以保證合適的硬化速度和厚砂型硬透的能力。

樹脂中的游離甲醛含量也比較低。

酸硬化的甲階酚醛樹脂，主要的缺點(diǎn)有：儲(chǔ)存穩(wěn)定性不好；對硬化劑的品種非常敏感，只能用芳香基磺酸作硬化劑；在低溫下硬化反應(yīng)緩慢，環(huán)境溫度低于15℃時(shí)，型砂的硬化速度也明顯減慢，在10℃以下，經(jīng)2～3h仍不能具有脫模所需的強(qiáng)度；澆注后釋放的煙、氣較多。因此，傳統(tǒng)的甲階酚醛樹脂很難適應(yīng)不斷發(fā)展的鑄造行業(yè)的要求，各國都在其化學(xué)改性處理方面進(jìn)行了研究開發(fā)工作。

2. 堿性酚醛樹脂自硬砂

這種樹脂是以甲階酚醛樹脂為基礎(chǔ)，是使甲醛和苯酚在強(qiáng)堿性條件下經(jīng)縮聚反應(yīng)而制得的，是一種改性的甲階酚醛樹脂。樹脂的堿性很強(qiáng)，其中含有KOH、NaOH等強(qiáng)堿性成分，所以通常稱之為堿性酚醛樹脂。

堿性酚醛樹脂自硬砂工藝由英國Borden公司開發(fā)，1981年獲得專利。配制自硬砂時(shí)，所用的硬化劑不是酸，而是有機(jī)酯。多種低級(jí)酯都可以用作硬化劑，應(yīng)用較廣的是碳酸丙烯酯。這種自硬砂工藝也稱為α-Set工藝。

（1）自硬砂的硬化機(jī)制混砂后，首先是樹脂中的堿與酯反應(yīng)，形成堿金屬的碳酸鹽，釋放醇。樹脂中的堿轉(zhuǎn)變?yōu)樘妓猁}后，在常溫下即發(fā)生交聯(lián)反應(yīng)，使型砂具有必要的強(qiáng)度。也可以認(rèn)為：有機(jī)酯在堿性條件下分解為有機(jī)酸和醇，再由酸與樹脂中的堿作用，從而發(fā)生交聯(lián)反應(yīng)。

此項(xiàng)工藝中，作為硬化劑的有機(jī)酯是與樹脂中的堿發(fā)生反應(yīng)的組分，不同于硬化劑只起催化作用而不參與反應(yīng)的其他樹脂自硬砂，因此不能通過改變硬化劑的加入量來調(diào)整自硬砂的硬化速率和起模時(shí)間。有機(jī)酯加入量一般為樹脂的20%～25%，因樹脂和硬化劑的品種而略有不同。

有機(jī)酯硬化的酚醛樹脂砂，在有機(jī)酯的作用下，樹脂在常溫下只發(fā)生部分交聯(lián)反應(yīng)，起模時(shí)型砂仍然保持一定的塑性，澆注初期還有一短暫的、因受熱而再次發(fā)生交聯(lián)反應(yīng)的過程，也就是通常所說的二次硬化。

（2）堿性酚醛樹脂自硬砂工藝的優(yōu)點(diǎn)堿性酚醛樹脂自硬砂的優(yōu)點(diǎn)很多，主要有：起模性能好，型砂不易黏附在模具上；混砂、造型、澆注時(shí)散發(fā)的煙氣較少；由于有二次硬化的特性，砂型的熱穩(wěn)定性較好，厚壁鑄件表面上也很少出現(xiàn)脈狀紋缺陷；砂型澆注后潰散性較好。

（3）堿性酚醛樹脂自硬砂工藝存在的問題再生砂的循環(huán)使用會(huì)導(dǎo)致自硬砂的強(qiáng)度降低，這是影響這項(xiàng)工藝推廣應(yīng)用的最大障礙。

樹脂發(fā)生交聯(lián)反應(yīng)的產(chǎn)物之一是堿金屬碳酸鹽。加熱到510℃以上，堿金屬鹽轉(zhuǎn)變?yōu)閴A性金屬氧化物，此種氧化物又可以與硅砂作用，在砂粒表面上形成玻璃狀堿金屬復(fù)合硅酸鹽薄膜。這種薄膜是金屬氧化物與砂粒作用而形成的，對砂粒的附著很牢固。采用廣泛用于各種樹脂自硬砂的干態(tài)摩擦再生方式，舊砂進(jìn)行再生處理時(shí)，很難將薄膜充分脫除。

再生砂中加入樹脂重新混砂時(shí)，樹脂難以均勻地附著于砂粒表面的薄膜上，因而再黏結(jié)的性能不佳，用再生砂配制的自硬砂的強(qiáng)度明顯下降。目前，世界各國再生砂的回用量一般都不超過80%，有的鑄造廠不得不全部用新砂配制面砂。

摩擦再生的效果不好，熱法再生是否可行？實(shí)際上，許多試驗(yàn)、研究的結(jié)果也都未能證實(shí)熱法再生方式的穩(wěn)定有效。

熱法再生的難點(diǎn)是：舊砂再生時(shí)，如溫度超過650℃，玻璃狀薄膜可使砂粒在焙燒爐中燒結(jié)，惡化砂粒的流動(dòng)性，從而影響再生處理的效果。實(shí)際上，生產(chǎn)中所用的熱法再生設(shè)備，多數(shù)都難以準(zhǔn)確地控制溫度。

此外，由于樹脂的堿性很強(qiáng)，廢棄砂的排放也必須審慎處理，這也是一個(gè)棘手的問題。

3. 邦尼樹脂（改性甲階酚醛樹脂）

邦尼樹脂，是我國邦尼公司以滿足環(huán)保與清潔生產(chǎn)的要求為目標(biāo)，在甲階酚醛樹脂和堿性酚醛樹脂的基礎(chǔ)上研制的。在原材料的選用方面，首先是立足于可再生資源，其次則是從源頭上抑制有害物料進(jìn)入產(chǎn)業(yè)鏈。

制造樹脂所用的醛，不用性質(zhì)活潑、毒性很強(qiáng)的甲醛，而是選用自農(nóng)產(chǎn)品下腳料提取的性質(zhì)比較穩(wěn)定、相對分子質(zhì)量高的醛類。

制造樹脂所用的酚，不用自石油中提取的、毒性很強(qiáng)的苯酚，而是選用自植物中提取的酚。其分子結(jié)構(gòu)中，既有活潑的酚羥基，具有酚類的性質(zhì)，還有高分子的烯屬碳鏈，因而同時(shí)又具有脂肪族化合物的柔性。樹脂中完全不含游離甲醛和游離酚。

制備過程中，使這種酚和醛在特定的條件下發(fā)生加成反應(yīng)、縮聚反應(yīng)，同時(shí)再加入多種材料，進(jìn)行改性處理。從樹脂分子結(jié)構(gòu)看來，應(yīng)該是一種經(jīng)改性的“甲階酚醛樹脂”。

邦尼樹脂硬化的機(jī)制與甲階酚醛樹脂相同，也采用酸性硬化劑。經(jīng)實(shí)際生產(chǎn)考核，已經(jīng)確認(rèn)用邦尼樹脂配制的自硬砂有以下特點(diǎn)：

（1）具有甲階酚醛樹脂砂

的特點(diǎn)，而硬化特性比甲階酚醛樹脂好得多。受熱后也有二次硬化作用，起模時(shí)型砂的強(qiáng)度不太高，具有一定的韌性，加以樹脂中含有高分子的烯屬碳鏈，砂型表面得到滑潤，因而起模性能優(yōu)于其他各種自硬砂。

（2）砂型、砂芯的表面柔韌，穩(wěn)定性好，刷涂料時(shí)不出現(xiàn)浮砂。

（3）由于二次硬化的作用，高溫下鑄型的剛度較好，制造厚截面球墨鑄鐵件時(shí)，產(chǎn)生收縮缺陷的傾向減小。

（4）澆注后的落砂性能很好，與呋喃樹脂自硬砂相當(dāng)。

（5）舊砂再生回用的性能好，再生率可達(dá)95%左右。無錫鑄造廠用國產(chǎn)的摩擦再生設(shè)備，再生砂的灼燒減量可控制在1.5%以下。用95%再生砂、5%新砂，加樹脂1.2%、硬化劑0.3%配制的型砂，終抗拉強(qiáng)度在1.0MPa以上。

（6）由于樹脂中不含甲醛和苯酚，在采用專用酸性硬化劑的條件下，澆注過程中產(chǎn)生的煙和氣味遠(yuǎn)低于其他樹脂自硬砂。

目前，邦尼樹脂已經(jīng)成功地用于鑄造各種鑄鋼件，較大的鑄件都是船用件，有重60t的尾座、170t的掛舵臂等鑄件。就目前應(yīng)用看來，澆注后落砂、清理都很方便，鑄件表面質(zhì)量很好。在制造鑄鐵件方面，邦尼—I型樹脂也已在實(shí)際生產(chǎn)中應(yīng)用。

但是，邦尼樹脂畢竟是一項(xiàng)新事物，不可能一問世就能夠面面俱到，今后的持續(xù)發(fā)展，關(guān)鍵在于不斷從生產(chǎn)實(shí)踐中發(fā)現(xiàn)問題，逐步深化對它的認(rèn)識(shí)，從而使其不斷優(yōu)化。

這樣一種我國自主創(chuàng)新的、適應(yīng)可持續(xù)發(fā)展要求的樹脂，我相信一定會(huì)得到我國鑄造行業(yè)同仁的關(guān)懷和愛護(hù)，而最好的關(guān)懷、愛護(hù)，應(yīng)該是在用其所長的同時(shí)不斷提出改進(jìn)意見，使其能與我國鑄造行業(yè)同步發(fā)展。

20150118