呋喃树脂砂强度影响因素研究

樊武明， 史国庆，严江波，杨霄峰

（1.陕西柴油机重工有限公司，陕西兴平 713100；2.陕西柴油机重工有限公司，陕西兴平 713100）

呋喃树脂砂强度影响因素研究

樊武明1， 史国庆2，严江波2，杨霄峰2

（1.陕西柴油机重工有限公司，陕西兴平 713100；2.陕西柴油机重工有限公司，陕西兴平 713100）

通过对影响自硬呋喃树脂砂强度的研究，对影响树脂砂强度的主要因素进行了总结。认为树脂加入量超过1.7%时，树脂砂强度将降低；固化剂加入量也应根据砂温和对砂型硬化速度的不同要求而不同，一般控制在38%～55%之间为宜；随着季节的不同，必须严格控制好砂温。

树脂砂强度; 树脂加入量;固化剂加入量;砂温;紧实度;微粉含量;含水量

自硬呋喃树脂砂铸造生产工艺主要有以下优点：铸件表面光洁、棱角清晰、尺寸精度高， 型砂流动性好，铸型强度高等特点。在生产实践过程中，树脂砂的强度作为工艺要求的重要指标，直接决定了铸件的表面品质。我们通过大量试验研究，认为影响树脂砂强度的因素主要有：树脂加入量、固化剂加入量、砂温、紧实度、微粉含量、灼烧减量、含水量等，各种因素对树脂砂强度的影响具有一定规律。

1 树脂加入量的影响

我们采用大林40～70目的水洗砂子作为原砂，树脂和固化剂采用湖北某树脂厂的配套产品，固化剂加入量为树脂加入量的45%，树脂加入量分别定为0.9%,1.0%,1.1%，1.2%，1.3%，1.4%～2.0%，分十组实验条件对全新砂的抗拉强度进行研究，获取的实验数据如图1。

图 1 树脂含量对树脂砂强度的影响

随着树脂加入量的不断提升，树脂砂的强度在一定范围内呈线性规律提升，采用大林40～70目砂子作为原砂，在固化剂加入量45%的条件下，树脂加入量在1.2%～1.7%范围内，树脂砂强度随加入量明显提升，1.7%时树脂砂的24 h终强度最高，超过1.7%时砂强度开始呈下降趋势。

2 固化剂加入量的影响

结合生产实践，我们就固化剂加入量对树脂砂强度的影响进行了研究，正常生产中考虑到树脂加入量过大会造成型砂发气量增加，一般选取1.0%～1.3%之间的树脂加入量，在试验中我们采用全新砂，树脂加入量为1.2%，分别对不同固化剂加入量下的24 h终强度进行了研究，获取的试验数据如图2。

图 2 固化剂含量对树脂砂强度的影响

从图中可以看出，在树脂加入量以及其它条件不变的情况下，随固化剂加入量的提高，树脂砂强度逐渐升高，当加入量45%时强度达到峰值，伴随着加入量的不断提高，强度开始下降。这一原因主要在于当固化剂加入量超过45%左右时，酸度过强，树脂和固化剂的聚缩反应速度过快，树脂交联结构不完整，树脂膜和粘结剂桥变脆，促使树脂砂终强度大幅降低；当固化剂加入量为45%时，酸性比较适中，聚缩反应最充分，树脂砂的强度效果最佳。

3 砂温的影响

通过大量生产实践研究，在环境温度保持不变的条件下，树脂砂的强度受砂温的变化影响非常明显，我们对生产中的某台混砂机采样数据进行了分析研究，如表1。

表 1 不同砂温下的树脂砂24 h抗拉强度

图 3 砂温对树脂砂强度的影响

当砂温控制在15℃～35℃之间时，能够获得较为理想的树脂砂强度，随着砂温的不断提高，树脂砂的强度呈大幅下降趋势，从图3中可以看出砂温对强度的影响是比较大的。砂温对树脂砂强度的影响作用主要表现在对固化剂的影响以及对聚缩反应速率的影响，随着砂温的提高，树脂和固化剂的聚缩反应速度不断加快，聚缩过程产生的应力不断增加，应力过高会造成原砂之间的胶合链断裂，反而树脂砂变脆、强度降低；当砂温过高时，固化剂中的酸性物质会随温度的升高而产生不同程度的挥发，造成树脂的反应不够充分，一定程度影响了树脂砂强度。

4 紧实度的影响

当砂温在15℃～35℃范围，树脂砂未曾完全开始固化时，我们从生产现场进行试样采集，部分试样不做紧实，部分试样进行紧实，通过大量试验数据对比，紧实过的树脂砂强度较未紧实的树脂砂强度可提高10%～25%。试验证明在树脂砂未完全开始聚缩反应时进行紧实，可有效提高树脂砂强度。

5 微粉的影响

实际生产过程中，由于树脂砂的可再生性，一般树脂砂使用混合砂或旧砂居多，从而也可以有效降低生产成本。但是实际生产中由于砂再生设备的除尘效果以及脱膜率影响，往往树脂砂中存在一定量的微粉，微粉含量过多会使再生砂比表面积显著增大，从而造成对粘接剂（树脂）的需求量增加，当再生砂树脂、固化剂加入量不发生改变的情况下，树脂砂的强度会随微粉含量的增加而下降。目前我公司对旧砂微粉控制在≤0.5%。

6 灼烧减量

再生砂的灼烧减量指的是树脂砂再生后残存的有机物即树脂膜，该指标也是衡量砂再生设备再生脱膜效果的一项重要指标。旧砂在重复生产使用过程中，如果砂再生设备的脱膜效果不佳，将造成旧砂灼烧减量的不断积累，当有机物遇高温灼烧时发气量会大幅增加，同时旧砂表面残存的有机物会造成旧砂表面积增大，酸耗值增加，从而一定程度影响了树脂砂的强度。目前我公司对再生砂烧减量控制在≤3.0%。

7 含水量的影响

树脂砂的含水量在生产实践中需要严格控制，含水量的增加会降低树脂的粘度，会造成固化剂的酸性降低，最终影响到固化速度和强度；日常生产过程中使用的树脂都添加有耦合剂硅烷，当水分含量过高时会造成耦合剂的分解失效，从而也会影响到树脂砂强度。

8 结论

(1) 树脂加入量超过1.7%时，树脂砂强度将降低，可根据不同复杂程度铸件、外模和型芯的不同对砂型强度的要求，选择适宜的树脂加入量；

（2）固化剂加入量也应根据砂温和对砂型硬化速度的不同要求而不同，生产实践中一般控制在38%～55%之间为宜，不能过高；

（3）砂温是生产实践中一项必须控制好的因素，夏季一般要通过砂再生设备中水冷系统将砂温降到35℃以下，冬季通过合适的落砂时间和生产周期将砂温控制在15℃以上；

（4）在生产过程中必须坚持做好紧实率的控制。特别是砂型面砂，好的紧实度不但能提高砂型表面光洁度，更能提高砂型强度；

（5）微分含量是通过合理设置除尘设备进行控制，微粉含量降的越低越好；

（6）灼烧减量是生产过程中要不断监控的指标，灼烧减量偏高将增加树脂砂的发气量；

（7）生产实践中水分含量控制，主要通过控制好新砂中水分含量、树脂和固化剂中水分含量。

[1] 冯胜山.树脂和固化剂对冷硬树脂砂高温力学性能的影响[J].铸造技术，2002（4）.

[2] 杨筱萍.温度变化对呋喃树脂砂固化剂加入量的影响[J] .兰州理工大学学报, 2001, 27(2).

[3] 柳艳,李贵茂,李金田,宋建.再生砂微粉含量对树脂砂强度的影响[J].现代铸铁,2014,34（3）.

Study to the infl uential factors of furan resin sand strength

FAN WuMing1,SHI GuoQing2,Yan JiangBo2，Yang XiaoFeng2
（1.Shaanxi diesel engine heavy industry Co., Ltd.,Xingping 713100,Shaanxi,China；2. Shaanxi diesel engine heavy industry Co., Ltd.,Xingping 713100,Shaanxi,China）

Study on the effect of the strength of self hardening furan resin sand ,The main factors affecting the strength of resin sand are summarized，That the amount of resin to add more than 1.7%,Resin sand strength will be reduced, The curing agent should be according to the different requirements of the sand and sand hardening speed and different, General control in 38% ～ 55% between the appropriate; with the different seasons, must be strictly controlled sand temperature.

. furan resin sand strength;amount of resin; amount of curing agent; sandtemperature; compactness; powder content; water content

TG221；

A；

1006-9658（2017）01-0020-03

10.3969/j.issn.1006-9658.2017.01.006

2016-07-03

稿件编号:1607-1426

樊武明（1969—），男，工程师，主要从事铸造设备及工艺的研究与管理工作.