探究呋喃樹脂的硬化特性及溫度、濕度對(duì)樹脂砂性能的影響

石家莊屬溫帶大陸性季風(fēng)氣候，常年空氣較干燥，冬季寒冷，夏季炎熱，春秋雖氣候溫和，但時(shí)間短，早晚溫差較大，春、秋兩季平均氣溫一般在10~25℃，夏季在20~38℃，濕度較大，冬季則在-10~5℃，較干燥，24怦均溫差約10~15℃。上述條件，雖然有些對(duì)樹脂砂生產(chǎn)有利比如干燥），但常年生產(chǎn)過程中，溫度、濕度變化很大，如果控制不好，會(huì)給樹脂砂生產(chǎn)帶來不利的影響，使鑄件廢品上升，甚至不能生產(chǎn)。為此，針對(duì)上述氣候條件，我們作了系列試驗(yàn)研究。

1試驗(yàn)所用材料性能及配制工藝

試驗(yàn)用原砂為圍場(chǎng)河北承德標(biāo)準(zhǔn)砂，粘結(jié)劑為呋喃樹脂，固化劑為磺酸類，其性能指標(biāo)分別見表1~表3。

呋喃樹脂自硬砂配制工藝為：呋喃樹脂加入范圍0.8%~1.5%（占砂重），固化劑加入范圍30%～70%（占樹脂），在S2004碗式混砂機(jī)中混制，混制工藝為：

2試驗(yàn)方法

2.1試驗(yàn)1溫度對(duì)型砂性能的影響

當(dāng)樹脂加入量為1.2%，固化劑加入量為50%，相對(duì)濕度為40%不變時(shí)，研究不同環(huán)境溫度下，樹脂砂起模時(shí)間及初、終強(qiáng)度，其結(jié)果如表4，可以看出，在相對(duì)濕度不變的情況下，溫度升高，固化速度加快，可用期縮短，起模時(shí)間減少，并且終強(qiáng)度在溫度20℃附近時(shí)達(dá)到最高值。

2.2試驗(yàn)2濕度對(duì)型砂性能的影響

在固定溫度20℃、樹脂加入量1.2%和固化劑加入量50%的條件下，相對(duì)濕度對(duì)起模時(shí)間及初、終強(qiáng)度的影響如表5

試驗(yàn)表明，在溫度相同的條件下，濕度越大，固化速度越慢，強(qiáng)度則降低，環(huán)境濕度在50%，終強(qiáng)度達(dá)最高值。

3試驗(yàn)結(jié)果及分析

3.1溫度對(duì)樹脂砂性能的影響

呋喃樹脂自硬砂的硬化速度跟溫度有關(guān)，溫度越高，硬化速度越快，可用期和脫模時(shí)間縮短。溫度降低，可用期和脫模時(shí)間延長，會(huì)造成硬化不良，終強(qiáng)度降低。樹脂自硬砂較理想的環(huán)境溫度為20～30℃。當(dāng)溫度低于5℃時(shí)，自硬速度很慢，即使固化劑的加入量增加到80%固化速度也很慢，并且終強(qiáng)度降低。當(dāng)溫度升至300C時(shí)，自硬速度加快。因我廠鑄件實(shí)際生產(chǎn)中80%應(yīng)用再生砂，砂溫較高，尤其是夏天，在每天開爐的情況下很難降到室溫，如在33～37℃環(huán)境溫度下操作，一出砂就開始硬化，幾乎無可使用時(shí)間，樹脂砂強(qiáng)度低，幾乎不能生產(chǎn)。而我廠環(huán)境溫度變化較大，夏天溫度高，冬天溫度偏低。所以在北方夏季與冬季溫度變化較大是樹脂砂生產(chǎn)不易控制的季節(jié)。

3,2相對(duì)濕度對(duì)樹脂砂性能的影響

濕度對(duì)樹脂自硬砂性能的影響主要是水分活性分子析出樹脂砂界面，從而形成一個(gè)弱界面層。水分主要來源于3方面：①原材料中國有的水分；②樹脂薄膜吸收大氣水分；③由于呋喃樹脂砂硬化過程是一個(gè)縮聚反應(yīng)，反應(yīng)時(shí)生成水分。如果空氣中濕度大，試樣中水的擴(kuò)散將受到阻礙，硬化速度便會(huì)降低，這就延長了可用期與脫模時(shí)間。當(dāng)濕度超過一定限度，可能造成不硬或硬化強(qiáng)度大幅度下降的趨勢(shì)。通過試驗(yàn)可以看出當(dāng)環(huán)境相對(duì)濕度為50%時(shí)，可獲得較高的終強(qiáng)度：當(dāng)相對(duì)濕度小于50%時(shí)，終強(qiáng)度則隨濕度的減少而降低，固化速度快，體現(xiàn)在起模時(shí)間短。當(dāng)相對(duì)濕度大于50%時(shí)，終強(qiáng)度隨濕度增大而降低，固化速度慢，起模時(shí)間長。我廠所處環(huán)境相對(duì)濕度在20%～70%之間，大部分時(shí)間屬較干燥氣候，對(duì)樹脂砂硬化是較為有利的，但是在夏天雨季，濕度較大，較難控制。

3.2實(shí)際生產(chǎn)中環(huán)境溫度、濕度的控制

我廠樹脂砂所用型砂主要為再生砂（占80%，其余20%為新砂），一共有S524和S528兩條生產(chǎn)線，針對(duì)冬天冷，固化慢，砂型強(qiáng)度低，采取以下措施：①控制砂溫，開啟供暖設(shè)備，加熱循環(huán)水，使砂溫升高到20℃左右，最適宜的砂溫10～30℃②控制環(huán)境溫度，車間采用供暖設(shè)備；③因造型生產(chǎn)線采用模板化，可以通過加熱底板來提高勞動(dòng)生產(chǎn)率④采用酸值高的固化劑提高固化速度；⑤控制打箱的時(shí)間，使再生砂及時(shí)的流入造型區(qū)域，通過嚴(yán)格控制，每年冬天從未因天氣變化而降低鑄件產(chǎn)量，鑄件質(zhì)量也得以保證。

夏天氣溫高，因砂溫過高，固化速度過快，砂型強(qiáng)度降低，造成鑄型疏松，砂粒脫落，鑄件易產(chǎn)生，諸如粘砂、脹箱、毛刺等缺陷。尤其當(dāng)氣溫在∞oC以上時(shí)，為保證鑄件質(zhì)量，我們主要采用循環(huán)水冷卻砂溫，并嚴(yán)格控制工人操作，安排夜班工人把第2天要用的砂子提前降溫儲(chǔ)備到砂斗，儲(chǔ)量基本夠厭生產(chǎn)。另外，車間開啟通風(fēng)設(shè)備控制環(huán)境溫度，并采用酸值低的固化劑，調(diào)整樹脂固化劑的加入量，提高砂型強(qiáng)度以滿足生產(chǎn)要求。針對(duì)夏天雨季濕度較大的特點(diǎn)，因濕度大固化慢、型砂強(qiáng)度低，采用加入硅烷來調(diào)節(jié)，加入量為樹脂的1%?！?%，大大提高了強(qiáng)度和固化速度。

4結(jié)論

(1)北方春天秋天氣候條件對(duì)樹脂砂的生產(chǎn)非常有利，溫度濕度較適合，在這個(gè)季節(jié)生產(chǎn)樹脂砂砂型的終強(qiáng)度高，固化速度好控制，生產(chǎn)出的鑄件缺陷少，生產(chǎn)效率高。

（2）北方夏天與冬天氣候變化較大，給生產(chǎn)帶來不利的影響，根據(jù)不同的溫度、濕度等條件，結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際生產(chǎn)情況，通過培訓(xùn)生產(chǎn)人員、對(duì)設(shè)備、生產(chǎn)環(huán)境的改善，已經(jīng)掌握了一套應(yīng)對(duì)措施，使生產(chǎn)能夠順利進(jìn)行，廢品也減少到較低限度。

（3）除溫度、濕度對(duì)呋喃樹脂自硬砂有一定的影響外，其他因素如原砂的質(zhì)量，再生砂的再生效果，以及樹脂固化劑的加入量等都對(duì)樹脂砂的性能變化起作用。