呋喃樹(shù)脂再生砂微粉含量對(duì)樹(shù)脂砂強(qiáng)度的影響

目前由于呋喃樹(shù)脂再生砂質(zhì)量下滑，砂型透氣性下降、發(fā)氣量增大，鑄件經(jīng)常出現(xiàn)嗆火、氣孔、表面氣癟子等問(wèn)題，不僅增加了鑄件的廢品率，更影響產(chǎn)品的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力。所以，提高鑄件表面質(zhì)量是亟待解決的問(wèn)題，鑄件的表面質(zhì)量與呋喃樹(shù)脂再生砂微粉含量和樹(shù)脂加入量等密切相關(guān)，因此，研究呋喃樹(shù)脂再生砂微粉含量和樹(shù)脂加入量就顯得尤為重要。本試驗(yàn)主要從呋喃樹(shù)脂再生砂微粉含量對(duì)樹(shù)脂砂強(qiáng)度的影響入手，確定呋喃樹(shù)脂再生砂微粉含量對(duì)樹(shù)脂加入量的影響。

1試驗(yàn)方法

1.1試驗(yàn)設(shè)備

NRJ-411水泥膠砂攪拌機(jī)及其程控儀、YP102N電子天平、10kg臺(tái)秤、SWY液壓式萬(wàn)能強(qiáng)度試驗(yàn)機(jī)、震擺式篩砂機(jī)、滴定管、小燒杯、毛刷、小勺、8字試塊芯盒。

1.2試驗(yàn)方法

在樹(shù)脂和固化劑加入量一定的情況下，在呋喃樹(shù)脂再生砂中強(qiáng)行加入不同含量的微粉，在攪拌機(jī)中混勻后制成8字試樣，再在液壓強(qiáng)度試驗(yàn)機(jī)上測(cè)出抗拉強(qiáng)度。

試驗(yàn)時(shí)加料順序不可顛倒，混砂時(shí)間不能過(guò)長(zhǎng)或過(guò)短，否則會(huì)出現(xiàn)硬化不勻或可使用時(shí)間過(guò)短的問(wèn)題，造成測(cè)試試樣作廢。因此，先將砂和固化劑混勻60s后，再加入樹(shù)脂繼續(xù)混60s。抗拉試驗(yàn)取5塊試樣，去掉一個(gè)最高值和一個(gè)最低值后，將剩下的3個(gè)值取平均值，做為試樣抗拉強(qiáng)度。這3個(gè)數(shù)值中任意一個(gè)都不應(yīng)與平均值相差超過(guò)10%，否則測(cè)定值作廢。

判斷呋喃樹(shù)脂再生砂質(zhì)量的主要技術(shù)指標(biāo)有：微粉含量、抗拉強(qiáng)度、pH值、灼減量、發(fā)氣量等。

1.3試驗(yàn)條件

呋喃樹(shù)脂再生砂灼減量小于3%；采用圣泉公司生產(chǎn)的樹(shù)脂固化劑；試驗(yàn)強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)為0.8~1.6MPa；室溫10~15℃，濕度50%~60%。

2試驗(yàn)結(jié)果及分析

2.1微粉含量對(duì)樹(shù)脂砂強(qiáng)度的影響

由于微粉含量過(guò)多會(huì)使呋喃樹(shù)脂再生砂比表面積顯著增大，砂粒直徑減小一半，同樣質(zhì)量的砂表面積增大1倍。也就是說(shuō)，在樹(shù)脂加入量一定的情況下，微粉要消耗一部分粘結(jié)劑（樹(shù)脂），使有效粘結(jié)劑量減少，從而導(dǎo)致樹(shù)脂砂強(qiáng)度降低。

筆者公司要求樹(shù)脂砂中樹(shù)脂加入量在0.8%~1.2%之間，從圖1的趨勢(shì)可以看出，在樹(shù)脂加入量一定的情況下，樹(shù)脂砂抗拉強(qiáng)度隨呋喃樹(shù)脂再生砂微粉含量的增高而降低。當(dāng)樹(shù)脂加入量0.8%~0.9%時(shí)，微粉超過(guò)1.0%，24h抗拉強(qiáng)度開(kāi)始不達(dá)標(biāo)；當(dāng)樹(shù)脂加入量1.0%~1.2%時(shí)，微粉超過(guò)2.0%，24h抗拉強(qiáng)度開(kāi)始不達(dá)標(biāo)。

目前樹(shù)脂砂中實(shí)際樹(shù)脂加入量在1.0%～1.2%，所以要想保證型（芯）砂終強(qiáng)度穩(wěn)定在0.8~1.6MPa，呋喃樹(shù)脂再生砂微粉含量必須控制在2.0%以下。

2.2微粉含量對(duì)樹(shù)脂加入量及發(fā)氣量的影響

微粉含量較多時(shí)，雖然可能增加砂粒鑲嵌程度，但這將使樹(shù)脂砂的透氣性下降，并且對(duì)樹(shù)脂消耗量的影響非常顯著。樹(shù)脂加入量過(guò)多，增加了樹(shù)脂膜厚度，多余的樹(shù)脂就會(huì)流到砂粒之間的空隙中，造成透氣性下降，發(fā)氣量增大，舊砂再生困難，成本提高。因此，呋喃樹(shù)脂再生砂微粉含量增高對(duì)樹(shù)脂砂的危害是十分大的。

2.2.1微粉含量對(duì)樹(shù)脂砂發(fā)氣量的影響

目前呋喃樹(shù)脂再生砂狀態(tài)是微粉時(shí)有超標(biāo)（＞1.0%），有時(shí)達(dá)到2.0%以上。在這種情況下，如果混砂機(jī)操作者能夠根據(jù)砂狀態(tài)對(duì)樹(shù)脂加入量做出調(diào)整，這樣即使型（芯）砂強(qiáng)度達(dá)到要求，但由于樹(shù)脂加入量的提高也會(huì)使發(fā)氣量進(jìn)一步增大。樹(shù)脂加入量越高，樹(shù)脂砂發(fā)氣量就越大。試驗(yàn)證明，隨樹(shù)脂加入量的增加，發(fā)氣量也相應(yīng)增加，發(fā)氣時(shí)間也將延長(zhǎng)，但發(fā)氣量的增加率與樹(shù)脂加入量不成正比，如圖2所示。因此，只要樹(shù)脂砂強(qiáng)度能滿足型芯對(duì)強(qiáng)度的最低要求，應(yīng)盡可能減少樹(shù)脂加入量。這樣，除降低生產(chǎn)成本，有利于舊砂再生回用外，還可以減少樹(shù)脂砂總發(fā)氣量，以利于防止嗆火、氣孔等缺陷的產(chǎn)生。

2.2.2微粉含量對(duì)樹(shù)脂加入量的影響

根據(jù)將抗拉強(qiáng)度固定在最低工藝要求（0.8MPa）的標(biāo)準(zhǔn)，并結(jié)合圖1所示的呋喃樹(shù)脂再生砂微粉含量對(duì)抗拉強(qiáng)度的影響，可以得出，不同微粉含量所對(duì)應(yīng)樹(shù)脂消耗量的關(guān)系。由圖1（a）可見(jiàn)，當(dāng)樹(shù)脂加入量為0.8%、呋喃樹(shù)脂再生砂微粉含量超過(guò)1.0%時(shí)，抗拉試樣24h強(qiáng)度曲線明顯呈下降趨勢(shì)，并且低于0.8MPa；由圖1（b）可見(jiàn)，當(dāng)樹(shù)脂加入量為0.9%、呋喃樹(shù)脂再生砂微粉含量超過(guò)1.4%時(shí)，抗拉試樣24h強(qiáng)度曲線明顯呈下降趨勢(shì)，并且低于0.8MPa；由圖1（c）可見(jiàn)，當(dāng)樹(shù)脂加入量為1.0%、呋喃樹(shù)脂再生砂微粉含量超過(guò)2.2%時(shí)，抗拉試樣24h強(qiáng)度曲線明顯呈下降趨勢(shì)，并且低于0.8MPa；由圖1（d）可見(jiàn)，當(dāng)樹(shù)脂加入量為1.1%、呋喃樹(shù)脂再生砂微粉含量超過(guò)2.4%時(shí)，抗拉試樣24h強(qiáng)度曲線明顯呈下降趨勢(shì)，并且低于0.8MPa；由圖1（e）可見(jiàn)，當(dāng)樹(shù)脂加入量為1.2%、呋喃樹(shù)脂再生砂微粉含量超過(guò)2.4%時(shí)，抗拉試樣24h強(qiáng)度曲線明顯呈下降趨勢(shì)，并且低于0.8MPa；由圖1（f）可見(jiàn)，當(dāng)樹(shù)脂加入量為1.3%、呋喃樹(shù)脂再生砂微粉含量超過(guò)2.8%時(shí)，抗拉試樣24h強(qiáng)度曲線明顯呈下降趨勢(shì)，并且低于0.8MPa；由圖1（g）可見(jiàn)，當(dāng)樹(shù)脂加入量為1.4%、呋喃樹(shù)脂再生砂微粉含量超過(guò)3.6%時(shí)，抗拉試樣24h強(qiáng)度曲線明顯呈下降趨勢(shì)，并且低于0.8MPa；由圖1（h）可見(jiàn)，當(dāng)樹(shù)脂加入量為1.5%、呋喃樹(shù)脂再生砂微粉含量超過(guò)4.0%時(shí)，抗拉試樣24h強(qiáng)度曲線明顯呈下降趨勢(shì)，并且低于0.8MPa。微粉含量越高，所消耗的樹(shù)脂就越多。所以，根據(jù)目前樹(shù)脂砂平均樹(shù)脂加入量（1.0%~1.2%），要想保證型（芯）砂終強(qiáng)度穩(wěn)定在0.8~1.6MPa，必須嚴(yán)格控制呋喃樹(shù)脂再生砂中微粉含量在2.0%以下。

2.2.3微粉含量與樹(shù)脂加入量的對(duì)應(yīng)關(guān)系

由圖1可以看出，在樹(shù)脂加入量一定的情況下，樹(shù)脂砂24h抗拉強(qiáng)度隨呋喃樹(shù)脂再生砂微粉含量的增高而降低。隨樹(shù)脂加入量的增加，樹(shù)脂砂強(qiáng)度也在上升。也就是說(shuō)，微粉含量與樹(shù)脂加入量也存在著對(duì)應(yīng)關(guān)系，見(jiàn)表1。

由表1可以看出，微粉含量越高，所需要的樹(shù)脂加入量也就越高，最終將導(dǎo)致樹(shù)脂砂使用的可靠性嚴(yán)重降低，生產(chǎn)的產(chǎn)品質(zhì)量無(wú)法保障。因此，當(dāng)呋喃樹(shù)脂再生砂微粉含量高于3.0%時(shí)，應(yīng)及時(shí)補(bǔ)加新砂，并嚴(yán)格監(jiān)控現(xiàn)場(chǎng)，必要時(shí)將不合格舊砂扔棄。

3結(jié)論

（1）根據(jù)現(xiàn)在樹(shù)脂砂平均樹(shù)脂加入量，為保證型（芯）砂終強(qiáng)度穩(wěn)定在0.8~1.6MPa，呋喃樹(shù)脂再生砂必須嚴(yán)格控制微粉含量在2.0%以下。

（2）當(dāng)抗拉強(qiáng)度一定時(shí)，微粉含量越大，所需要的樹(shù)脂加入量越多。在樹(shù)脂砂強(qiáng)度達(dá)到工藝要求強(qiáng)度（0.8MPa）的前提下，呋喃樹(shù)脂再生砂微粉含量在0~2.2%時(shí)，所需樹(shù)脂加入量0.8%~1.1%；呋喃樹(shù)脂再生砂微粉含量在2.2%~2.4%時(shí)，所需樹(shù)脂加入量1.1%~1.2%；呋喃樹(shù)脂再生砂微粉含量在2.4%~2.8%時(shí)，所需樹(shù)脂加入量1.2%~1.3%；呋喃樹(shù)脂再生砂微粉含量在2.8%~3.6%時(shí)，所需樹(shù)脂加入量1.3%~1.4%；呋喃樹(shù)脂再生砂微粉含量在3.6%~4.0%時(shí)，所需樹(shù)脂加入量1.4%~1.5%；呋喃樹(shù)脂再生砂微粉含量在4.0%以上，所需樹(shù)脂加入量1.6%以上。

（3）大量微粉的存在，不但降低樹(shù)脂砂透氣性，而且大量消耗樹(shù)脂，這勢(shì)必導(dǎo)致樹(shù)脂砂的發(fā)氣量增大，發(fā)氣時(shí)間延長(zhǎng)。