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碱酚醛与呋喃树脂的优势对比

http://jyccbd.com 发布日期:[ 2016-04-04 ] 共阅[ 3032 ]次

1碱酚醛树脂砂

1.1碱酚醛树脂、酯固化的基本原理

碱性酚醛树脂酯固化自硬砂是 20世纪70年代由英国Borden公司发明。主要应用于铸造不锈钢、合金钢和球墨铸铁的生产。酯固化碱酚醛树脂是苯酚和甲醛在强碱催化下缩聚而成的酚醛树脂,由于其pH值达到12~14,呈强碱性,因此得名碱性酚醛。

酯固化碱酚醛树脂固化剂采用有机酯(甘油醋酸酯为主)。固化剂的加入量并不能改变其硬化速度,而只能通过调节酯的种类来达到改变硬化速度的目的。

1.2碱酚醛树脂砂的性能优点

1)具有呋喃树脂自硬砂具有的所有优点。

2)高温性能好,浇注时具有呋喃树脂没有的热塑性和高温二次硬化,保证铸件尺寸精度,同时能克服用呋喃树脂自硬砂生产时产生的粘砂、脉纹和毛刺等缺陷。酯固化碱酚树脂自硬砂固化剂为有机酯。有机酯固化剂室温下直接与碱酚醛进行胶连反应,在浇注过程中,未胶连的碱酚醛发生缩聚反应,产生刚性网状结构,称之为二次硬化。这种先表现出塑性,然后转化成刚性,产生高温强度的硬化热点,是碱酚树脂自硬砂具有的独特性能。

3)粘结剂和固化剂中不含N、P、S等有害元素,因而可以有效防止铸钢件气孔、裂纹等缺陷,同时能克服球墨铸铁采用呋喃树脂自硬砂时产生的球化不良的缺点。

1.3碱酚醛树脂砂的缺点

1)碱酚树脂自硬砂的比强度偏低,因而树脂加入量较大(呋喃树脂0.8%~1.2%,碱酚醛树脂1.3%~1.5%)。

2)由于碱酚醛树脂自硬砂的碱性很高,树脂中含有较多的碱,浇注时树脂中的碱易与硅砂作用生成低熔点的硅酸盐,熔融的硅酸盐牢固的粘附在砂 粒上,不易去除,造成旧砂再生困难,所以旧砂回收率低,只能达到80%,而呋喃树脂自硬砂可达到90%。

2呋喃树脂砂

2.1呋喃树脂、与磺酸固化剂的基本原理

呋喃树脂是指以具有呋喃环的糠醇和糠醛作原料生产的树脂类的总称,其在强酸作用下固化为不溶和不熔的固形物。糠醇树脂是由糠醇为主体与甲醛缩聚而成的,外观为深褐色至黑色的液体或固体,在生产使用中多以液体居多。生产糠醇树脂的主要原材料是糠醇、甲醛和尿素,催化剂有氢氧化钠和醋酸。

呋喃树脂一般按氮质量分数分类,分为:W(无氮)N󰀁0.3%;D(低氮)N>0.3%~2.0%;Z(中氮)N>2.0%~5.0%;G(高氮)>5.0%~13.5%。铸造普通碳钢、球墨铸铁、高牌号灰铸铁多以选用中、低氮树脂生产,低牌号灰铸铁多采用高氮呋喃树脂。呋喃自硬树脂固化剂采用磺酸固化剂,它是由甲苯、二甲苯经过磺化制成的磺酸盐溶液。通过改变苯类和其配比、溶剂的种类和控制固化剂的主要技术指标,制成不同固化速度的磺酸固化剂,以适应不同季节的生产条件。

2.2呋喃树脂砂的性能优点

1)铸件的尺寸精度高、外观质量好。

2)流动性好型砂易紧实,溃散性好铸件易清理等,大幅度降低劳动强度。2.3󰀁呋喃树脂砂的缺点

1)造型和浇注现场,在生产过程中有刺激性气味、对工人身体有危害,而且不环保。

2)树脂中含氮和氮的化合物,浇注后分解出的原子氮和氢进入金属液,冷凝时溶入的气体来不及析出,形成针孔。

3)浇注薄壁铸件时,树脂砂型不能被烧透,形成一层坚固的结焦残碳层,阻碍铸件收缩,产生热

4)生产球铁时,会出现球化不良的现象,这与磺酸固化剂中的硫渗入有关。

3成本对比分析

3.1碱酚醛树脂砂

树脂加入量平均为1.5%,固化剂加入量占树脂的25%,树脂价格约为9000元/t,固化剂为16000元/t(市场价格),采用面、被砂工艺。砂的回收率80%,砂铁比4:1(正常的砂铁比,如果高于4:1,则要考虑改造砂箱)。以下计算按照每吨铸件来核算成本:

新砂用量:1000󰀁20%󰀁4=800(kg)、800󰀁0.3=240(元)(砂子价格按照300元计算)。

树脂用量一般来说新砂加入为1.3%,旧砂加入为1.45%:800×1.3%+3200×1.45%=56.8(kg),56.8×9=511.2(元

固化剂为树脂的25%,即56.8×25%=14.2(kg).14.2󰀁16=227(元)。

则采用碱酚醛树脂砂的吨铸件造型材料成本为:240+511.2+227=978(元)。

3.2呋喃树脂砂

树脂加入量平均为1.0%,固化剂加入量占树脂的40%,树脂价格约为20000元/t,固化剂为5500元/t(市场价格),采用单一砂工艺。砂的回收率90%,砂铁比4:1(正常的砂铁比,如果高于4:1,则要考虑改造砂箱)。以下计算按照每吨铸件来核算成本:

新砂用量:1000*10%*4=400(kg)、400*0.3=120(元)(砂子价格按照300元计算)。

树脂用量一般为1.1%,砂加入为4000*1.0%=40(kg),40󰀁20=800(元)(正常加入量一般在1.0%,然而目前市场树脂因糠醇含量不够85%,所以加入量都大于1.0%,有的甚至到1.3%

固化剂为树脂的40%,即40*50%=20(kg).20*5.5=110(元

则采用呋喃树脂砂的吨铸件造型材料成本为:120+800+110=1030(元)。

4碱酚醛与呋喃的几个重要特点对比分析:

4.1成本对比:

1)按照目前市场的糠醇价格对比,见以上计算,则呋喃的材料成本比碱酚醛树脂每吨铸件高出52元。在以前,呋喃树脂相对碱酚醛树脂的最大优势就是价格便宜很多,现在这个优势彻底不存在了。

2)相对而言,碱酚醛树脂属于化工产品,市场价格比较稳定,没有大起大落,而糠醇的价格居高不下。

我们知道,呋喃树脂中糠醇的含量应该在85%以上,因此糠醇的价格直接导致呋喃树脂的价格飙升,许多供应商为了保证利润,不得不降低糠醇的含量,有些甚至只有70%,则导致生产中树脂砂强度不够,现在好多企业的树脂加入量已经超过1.0%,甚至达到1.5%。4.2󰀁性能对比:

1)呋喃树脂的优点碱酚醛都具备,如溃散性好、砂流动性好等。

2)呋喃树脂砂生产的铸件热裂倾向明显,砂的退让收缩性比碱酚醛树脂砂差。

3)碱酚醛树脂砂再生困难,只能达到80%,这个指标其实在过去,呋喃树脂价格低的话,则更突显出其缺点,主要是成本的问题。在上面的成本计算中已经充分考虑其回收率的问题,并在计算中把回收率差涉及的成本加进去。其实任何工艺都有其优缺点,碱酚醛树脂砂如何避免再生困难的问题,只要做到以下几点就可以解决:󰀁必须采用面背砂工艺,因为碱酚醛树脂砂再生很困难,还没有太好的再生方法,再生砂的回收率80%左右,因此适合采用面背砂,而且树脂加入量面砂与背砂相差0.1%~0.2%,背砂的加入量多点,好多企业因舍不得卸掉旧砂,不断回用,导致后期出现强度上不去,树脂加入量增大,发气量大,恶性循环,出现铸件批量报废等问题;󰀁不管是搓擦再生,还是离心再生,其实都不能非常有效的起到很好的再生效果,本文认为重点关注除尘系统与砂温控制,这两点是非常关键的。

4)其实无论是呋喃树脂砂还是碱酚醛树脂砂,如果在成本相当的前提下,靠近铸件表面采用新砂做面砂,则会产生最好的效果。

5)对于呋喃树脂砂,造型与浇注散发出的刺激气味,生产环境差,这已经是铸造行业公认的,而碱酚醛树脂则被行业公认的比较环保的造型材料。目前国家对环保要求越来越高,因此,碱酚醛树脂是发展的必然趋势。

5结论

采用碱酚醛树脂脂硬化工艺无论在成本还是性能上都明显优于呋喃树脂,从长远来看,随着工厂对碱酚醛树脂的逐步了解,越来越多的企业会逐步淘汰呋喃工艺。这是大趋势。

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