环保型生物基呋喃树脂的开发及应用
时间:2019-08-14 09:36:41  

呋喃树脂砂的工艺应用现状


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    我国长期以来一直采用湿型砂造型(芯),存在生产周期长,劳动条件差,生产效率低,铸件质量差等许多问题。到 20 世纪 50 年代末我国开始采用CO2 水玻璃砂法, 该方法的生产成本低,设备简单,操作方便,使用灵活,当时在许多铸造企业得到应用。不过该工艺在使用过程中暴露出铸件表面质量低,芯砂溃散性差,铸件清砂十分困难,旧砂还不能再生回用等许多问题。到了 80 年代,我国铸造工作者积极推广应用树脂砂工艺,尤其是呋喃树脂砂工艺,占我国树脂砂工艺的 80%以上。

    尽管呋喃树脂砂工艺在铸铁件生产中获得了较好的效果和广泛的应用,但是,采用它生产铸钢件和铸铝件时,出现了许多问题亟待解决,从而导致呋喃树脂砂工艺在铸钢和铸铝件生产中的应用受到了一定的限制。对于铸钢件来说,由于呋喃树脂砂发气量和发气速度大、导热性差、高温强度高及固化剂含硫等问题,使铸钢件产生许多铸造缺陷,导致其质量难以控制。对于铸铝件来说,高温强度高,铝铸件热裂倾向严重,清砂十分困难。

呋喃树脂砂工艺极待解决的问题


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   1)呋喃树脂的污染严重,原材料依靠短缺的石油资源。

    目前在铸造生产中使用的呋喃树脂,是采用苯酚、甲醛、尿素和糠醇等材料缩聚而成的。由于树脂中含有苯酚、甲醛、尿素和糠醇等对人体有毒、有害的物质,在高温金属液浇注和铸件落砂清理时都会大量的释放出来,污染环境。为了解决呋喃树脂的污染和扩大原材料的资源,近年来,国外已采用(5-HMF)来取代糠醇,作为呋喃树脂的主要组分,不仅能大幅度减少糠醇用量,而且还能提高呋喃树指砂的工艺性能。但是这一工艺还存在产出率低、耗能高、成本大等问题,还未能应用于生产。

   (2)磺酸硬化呋喃树脂砂对球铁件表层球化不良的影响。

    球墨铸铁经过多年的发展,现已成为一种不可替代的金属材料,它的产量和所占铸件的比例逐年增加,而且,我国也是世界上球墨铸铁件产量最多的国家。

但是,呋喃树脂砂型使用磺酸类作催化剂时生产球铁件,在铸件表层常出现变异组织,其表层硫含量大大高于铸件中心。铸件表层出现异常组织导致试件的冲击值等力学性能显著降低。因此,研究解决磺酸类固化剂硬化呋喃树脂砂对球铁件表层组织变异的问题,对于我国球铁件的今后发展有着积极的作用。目前,已开发的防渗硫涂料,技术还不成熟,也未成为商品出售。

               呋喃树脂砂工艺面临的挑战                

    有机粘接剂在我国铸造生产中的使用,有力地推动了造型制芯方法的进步,其中以自硬树脂发展最为迅速,尤以呋喃系树脂砂,在型砂粘接剂中占有非常重要的地位,也是我国应用最多的一种树脂砂。由于呋喃树脂具有许多优点而获得了广泛的应用。随着呋喃树脂砂的应用日益广泛,不断研发出了许多不同需要的新型改性呋喃树脂。但是呋喃树脂存在的问题还很多,例如,生产出的铸件缺陷多(热裂、渗碳、渗硫、气孔等)、污染重,仍需进一步改进与提高。

    为此,我国面临的挑战是,在系统研究呋喃树脂合成反应机理的共性技术的基础上,强化对呋喃树脂的改性,开发环保型呋喃树脂体系,降低生产成本,缩短固化时间,提高生产效率,改善作业环境,进一步扩宽呋喃树脂砂的应用领域。

                呋喃树脂砂要实现的目标                

    目前,铸造用的改性呋喃树脂主要是以石油资源中获得苯酚、甲醛和尿素等为原始材料,随着石油等不可再生资源的大量消耗,原油价格不断上升,以石油为主导的化工工业的成本将不断地提高。同时,生物质,如 5- 羟甲基糠醛(5-HMF), 是一种可持续性资源,数量巨大,价格低廉,可被生物降解,并且可不断再生,采用它作为呋喃树脂生产的原始材料,是解决目前资源和能源危机的重要方法。

    开发应用与呋喃树脂配套使用的低硫磺酸固化剂和防增碳、渗硫涂料,以解决呋喃树脂砂使用磺酸类作催化剂生产球铁件时,铸件表层出现的变异组织,其导致铸件冲击韧性等力学性能显著降低。




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