鑄造呋喃樹脂砂用固化劑的工藝分析

寧柯

【摘要】本文基于濃硫酸液相磺化工藝法，制造出主要有效成分是二甲苯磺酸、硫酸酯的呋喃樹脂砂用固化劑，解讀影響樹脂砂用固化過程的主要因素。利用該工法合成制造出的固化劑有可用時(shí)間長(zhǎng)久、固化迅速、型砂強(qiáng)度偏高、硫含量較低等優(yōu)勢(shì)，促進(jìn)了鑄造用固化劑批量化生產(chǎn)過程。

【關(guān)鍵詞】鑄造 樹脂砂 固化劑 磺化工藝

采用呋喃樹脂砂制芯塑性有強(qiáng)度大、尺寸準(zhǔn)確度高、硬化過程快速、提效降本等優(yōu)勢(shì)特征，迎合了鑄造技術(shù)現(xiàn)代化發(fā)展的現(xiàn)實(shí)需求，有成為我國(guó)鑄造業(yè)未來幾年主流工藝的苗頭。樹脂固化劑品質(zhì)是影響呋喃樹脂砂發(fā)展前景的主要因素之一，在很大程度上決定了呋喃樹脂砂性能的優(yōu)劣。近些年，有研究發(fā)現(xiàn)，和樹脂相配套的固化劑存在著硫含量較高、催化效能較弱、砂型固化過程較遲緩等問題，噬待改善，直至消除，以防降低呋喃樹脂砂的生產(chǎn)質(zhì)量，削弱其實(shí)用性。

一、試驗(yàn)

（一）材料與儀器

材料以濃硫酸、二甲苯、乙醇（均為工業(yè)級(jí)）以及大林標(biāo)準(zhǔn)砂為主。

儀器裝備有磁力攪拌器、液壓強(qiáng)度試驗(yàn)機(jī)、芯砂混砂機(jī)、天平、溫度計(jì)等。

（二）方法

首先，設(shè)定原材料的配制比，等同于二甲苯、濃硫酸及甲醇各自的加入量（具體合成流程見圖1）。其次，將適量濃硫酸溶液滴加二甲苯溶液內(nèi)，當(dāng)檢測(cè)其上升至一定溫度（95～110℃）后，予以磺化處理，規(guī)劃攪拌狀態(tài)下對(duì)應(yīng)的反應(yīng)時(shí)間長(zhǎng)度。最后，將甲醇滴加至磺化反應(yīng)完成后獲得的液相內(nèi)，把溫度以及時(shí)間均調(diào)控在預(yù)設(shè)區(qū)間內(nèi)（其中溫度降至60～70℃），進(jìn)而促錦酯化反應(yīng)順利推進(jìn)，并且反應(yīng)徹底（在以上過程中攪拌操作持續(xù)進(jìn)行）。將反應(yīng)溫度降至40℃后，提取試驗(yàn)樣本，檢測(cè)相關(guān)性能指標(biāo)。

二、統(tǒng)計(jì)與分析結(jié)果

（一）二甲苯磺酸工藝

己知，二甲苯持有鄰、間、對(duì)三種異構(gòu)體，在進(jìn)行磺化反應(yīng)過程中，三種二甲苯均會(huì)形成與其結(jié)構(gòu)相匹配的二甲苯磺酸，且均能與和呋喃樹脂實(shí)現(xiàn)交聯(lián)固化，因?yàn)殚g二甲苯持有的定位功效統(tǒng)一，而其他兩種二甲苯的定位作用存在一定出入，故而相比之下間二甲苯被磺化的概率最高磺化反應(yīng)式：

濃硫酸、二甲苯兩者發(fā)生磺化反應(yīng)期間，二甲苯投入量、硫酸投入量、反應(yīng)溫度及時(shí)間等均是影響磺化程度及效果的主要因素。

（二）酯化工藝

從宏觀層面上分析，酯化工藝是醇與含氧酸作用生成酯與水的過程。對(duì)本試驗(yàn)中固化劑制取進(jìn)行分析，合成硫酸酯過程較為簡(jiǎn)易、快捷，將適量乙醇滴入磺化后的反應(yīng)溶液內(nèi)，便能生成硫酸乙酯。在整個(gè)反應(yīng)過程中，乙醇不僅是酯化反應(yīng)的原材料之一，也是固化劑產(chǎn)品的溶劑。

（三）固化劑型砂性能

自混合制取樹脂砂時(shí)便有固化反應(yīng)出現(xiàn)?；旌煤蟮纳鞍仓靡欢螘r(shí)間后，就有粘性增加、流動(dòng)性降低表現(xiàn)，直接誘導(dǎo)型砂自體強(qiáng)度降低，甚至難以投用到造型生產(chǎn)過程中。樹脂砂的可用時(shí)間和脫模時(shí)間之間存在正相關(guān)性，在現(xiàn)實(shí)生產(chǎn)中兩者比值越大，則通常提示型砂合成的效果越優(yōu)良。

本試驗(yàn)檢測(cè)砂型的可使用、脫模時(shí)間，對(duì)比了固化劑活性。具體見表1。分析表中數(shù)據(jù)后，認(rèn)為砂溫、空氣相對(duì)濕度和環(huán)境溫度對(duì)型砂可用時(shí)間形成的影響存在著由強(qiáng)至弱的順序，而以上三個(gè)因素對(duì)型砂固化快慢的影響存在由弱到強(qiáng)的次序

為提升K值，降低環(huán)境溫度與砂溫兩者的溫度差均是有效辦法。

三、結(jié)束語

固化劑生產(chǎn)階段，選定的磺化反應(yīng)溫度是100℃，不會(huì)引起二甲苯散發(fā)較大氣溫的問題，且反應(yīng)中投入過量的硫酸，歷經(jīng)2h就能保證二甲苯反應(yīng)的成分性。固化劑合成階段，采用先磺化、后酯化的順序，有產(chǎn)品硬化快、砂型產(chǎn)品硬度較高等優(yōu)勢(shì)。合格階段選用醇基，而未投用外來水，促進(jìn)了樹脂硬化過程，且抗?jié)裥阅茌^強(qiáng)，砂型硬化速率有20%左右的提升幅度，符合多樣環(huán)境工藝生產(chǎn)要求。

參考文獻(xiàn)：

[1]李興文，王軍，張科峰，等.高端球鐵件綠色鑄造方案[J].中國(guó)鑄造裝備與技術(shù)，2018，53（01）：61-65.

[2]潘航，陳蓉.鑄造用陶粒砂的抗壓強(qiáng)度分析[J].鑄造設(shè)備與工藝，2017，（03）：30-31+47.

[3]白雷.呋喃樹脂砂鑄造過程中應(yīng)注意的問題及影響因素[J].科技創(chuàng)新與應(yīng)用，2016，（01）：78-79.