热（温）芯盒树脂黏结剂的应用及优势

1.热芯盒用树脂

热芯盒用树脂有呋喃树脂和酚醛树脂，大多数是以脲醛、酚醛和糠醇改性为基础的一些化合物，根据所使用的铸造合金及砂芯的不同以及市场供应情况进行树脂的选择。一般使用的呋喃树脂按糠醇含量分为三级，即低糠醇量（质量分数为40%～60%）、中糠醇量（质量分数为60%～80%）和高糠醇量（质量分数大于或等于80%）。常用的呋喃树脂如下。

（1）脲呋喃（UF/FA）树脂 脲呋喃树脂是用糠醇改性的液态脲醛树脂，是应用最广泛的一类树脂。热芯盒法用脲呋喃树脂中含氮的质量分数，用于非铁合金铸件有高达18%以上的，国内一般铸铁件常用的呋喃-Ⅰ型树脂的氮的质量分数高达15.5%，国外常用的氮的质量分数为9%～14%。有些质量要求高的或较复杂的一些铸铁件或非铁合金铸件，要求树脂的氮含量（质量分数）为5%～8%，甚至更低，这时常采用脲酚呋喃树脂或采用酚脲醛树脂。

（2）酚呋喃（PF/FA）树脂 酚呋喃树脂是用糠醇改性的液态酚醛树脂，由苯酚、甲醛和糠醇三种单体缩合而成。在酚呋喃树脂中，增加糠醇含量可提高砂芯强度，减少脆性，改善硬透性（throughcure），延长树脂储存期，扩大适应性，但成本将有所提高。此类树脂不含氮或含极少量的氮，主要用于制造铸钢件和球墨铸铁件，硬透性较脲呋喃树脂稍差。我国的呋喃-Ⅱ型热芯盒树脂属于这类树脂中的一种。

（3）脲-酚呋喃共聚物（UF/PF/FA） 脲-酚呋喃共聚物由糠醇、苯酚、尿素和甲醛缩聚而成。由于加入了脲醛，因此改善了酚呋喃树脂的硬化性能。此类树脂中氮的质量分数在1.0%左右的，常用作铸铁件、铸钢件用砂芯的芯砂黏结剂；含氮高的树脂主要用于铸铁件，也可用于非铁合金铸件。

热芯盒法用的酚醛树脂，对截面细薄的小型砂芯，常直接使用上述壳型采用的由热塑性酚醛树脂加乌洛托品配制的覆膜砂制成实体砂芯。为降低酚醛树脂成本，减少砂芯脆性，可采用由脲醛改性的以酚醛为基础的酚脲树脂（PP/UF），常用的为氮的质量分数为7%左右的酚脲醛树脂。

各种树脂的性能主要取决于树脂中尿素、苯酚、糠醇的含量及其甲醛的摩尔比，同时也取决于树脂的合成工艺。树脂原料对热芯盒树脂砂工艺性能的影响见表3-74。

表3-74 树脂原料对热芯盒树脂砂工艺性能的影响

①树脂成本为一类树脂对另一类树脂的价格比。如果以脲醛为1.0，则酚醛为1.5，糠醇为2.75。

根据JB/T 3828—2013《铸造用热芯盒树脂》的规定，铸造用热芯盒树脂分别按含氮量和游离甲醛含量分级，见表3-75和表3-76。

表3-75 铸造用热芯盒树脂按含氮量分级

表3-76 铸造用热芯盒树脂按游离甲醛含量分级

铸造用热芯盒树脂其他有关性能指标应符合表3-77的规定。

表3-77 铸造用热芯盒树脂其他有关的性能指标

2.热芯盒树脂用固化剂

热芯盒法使用的固化剂在室温下处于潜伏状态，一般采用在常温下呈中性或弱酸性的盐（这有利于混合好的树脂砂的存放，即可使用时间长），其在加热时激活成强酸，可促使树脂迅速硬化。生产中常用的为氯化铵、硝酸铵、磷酸铵水溶液，也可采用对甲苯磺酸铜盐及对甲苯磺酸铵盐。(www.xing528.com)

国内对呋喃Ⅰ型树脂（高氮树脂）砂最常用的固化剂是氯化铵和尿素的水溶液，其配比（质量比）为氯化铵：尿素：水=1：3：3。氯化铵是酸性盐，在水中离解，加热时因水解产物分解，酸性增强。固化剂的配制方法是：首先将水加热到60～70℃，然后加入尿素，再加入氯化铵，当它们溶解吸热而温度下降时，再将溶液加热，并继续搅拌，直到全部溶解成透明的液体。其密度为1.15～1.18g/cm³，pH值为6.0～6.4，用量一般为树脂质量的20%左右。

对于中氮树脂，固化剂一般为铜盐（硝酸铜、硫酸铜等）水溶液；对于低氮树脂或无氮树脂，固化剂一般为铜盐和磺酸盐的混合物。固化剂的结构对热芯盒树脂的工艺性能和使用性能影响很大。

国内生产热芯盒树脂的主要厂商有：济南圣泉集团股份有限公司、武进HA江南铸造化工有限公司、十堰一和化工有限公司、常州有机化工厂等。表3-78为国产部分热芯盒树脂的性能指标，表3-79为国产部分热芯盒树脂配套固化剂的性能指标。

表3-78 国产部分热芯盒树脂性能指标

表3-79 国产部分热芯盒树脂配套固化剂性能指标

3.温芯盒树脂及固化剂

热芯盒由于加热温度高，致使劳动条件差和模具变形大，能耗高，为此国外已开发出固化温度在180℃以下的温芯盒工艺。我国也做过这方面的研究，但目前还没有成熟的产品。温芯盒树脂是一种高糠醇含量、低水分，巨结构活性基团比较活泼的呋喃树脂，以磺酸盐和铜盐为复合固化剂。表3-80和表3-81为温芯盒树脂及与之配套的固化剂性能指标。温芯盒树脂的合成原理和硬化机理与热芯盒树脂类似。

表3-80 温芯盒树脂的性能指标

表3-81 温芯盒树脂配套固化剂的性能指标

4.烘干硬化酚醛树脂黏结剂

烘干硬化树脂是为了代替植物油和合脂油黏结剂而开发的黏结剂，它具有更高的黏结强度，更好的劳动条件，成本也较低，适用于制造一些要求较特殊的型芯。常用的烘干硬化树脂有烘干硬化酚醛树脂、丙烯酸烘干硬化树脂和改性聚乙烯醇烘干硬化黏结剂等三种。其中，丙烯酸烘干硬化树脂是一种含有强极性基团的高分子材料，具有无毒、硬化温度低、发气量低和溃散性好的特点。目前，铸造行业应用的这类黏结剂有两种，一种是改性聚丙烯酰胺，另一种是聚丙烯酰胺和聚丙烯酸铵的混合物（也叫JD复合黏结剂）。

烘干硬化酚醛树脂属于热固性的水溶性酚醛树脂，结构中有活性的次甲基和羟甲基，在加热的条件下会很快缩聚成网状体型结构并固化。烘干硬化酚醛树脂具有很好的耐热性，无氮、抗湿性好、成本低，因此是理想的烘干黏结体系。这种酚醛树脂的缺点是保存期短，一般在要在20℃的条件下存放。该树脂的固化温度范围为150～250℃。表3-82为烘干硬化酚醛树脂性能指标。

表3-82 烘干硬化酚醛树脂性能指标