胺固化酚醛尿烷树脂自硬砂型的优化技术

酚醛尿烷树脂黏结剂系统中，采用了一种专利的苯基醚酚醛（PEP）树脂故这种工艺简称为Pep-Set法。该法在北美、西欧应用十分广泛。目前我国也有同类树脂供应，使用范围在不断扩大，使用量逐年增加。

1.组成与特点

黏结剂由三部分组成：组分Ⅰ——苯基醚酚醛树脂；组分Ⅱ——聚异氰酸脂；组分Ⅲ——三乙胺催化剂。组分Ⅰ中的羟基与组分Ⅱ中的异氰酸根在组分Ⅲ的催化作用下发生加成缩合反应，生成脲烷缩合物，从而使砂型（芯）硬化。

树脂中组分Ⅰ与组分Ⅱ的加入比例（质量比）一般为1∶1，也可以根据工艺要求作适当调整，如55∶45，60∶40。其中组分Ⅰ占的比例越高，含氮量越低高温稳定性越好。为适应铝合金铸件对型（芯）砂高溃散性的特殊要求，可选择组分Ⅱ占的比例高的Pep-Set5000系列黏结剂。固化剂的选择主要根据环境温度、砂温和工艺要求的硬化速度来确定。

与其他自硬树脂砂比，该类自硬砂的主要特点如下：

1）可使用时间长。型（芯）砂的流动性好，有利于混合料硬化前的造型（芯）操作，能适应较复杂铸件的造型和制芯。

2）由于硬化是加成缩合反应，硬化过程不产生任何副产物，同时，硬化反应几乎是在表面和内部同时进行的，硬化进行得很快，而且不受形状或壁厚的制约，因而，有利于缩短起模时间，提高生产效率。

Pep-Set法适用于钢、铁、非铁合金等各类金属的各种铸件，尤其适用于生产批量较大的中小尺寸复杂铸件（如汽车、农机的缸体、缸盖等）的自硬砂生产。

2.配方及混制工艺

典型配方（质量份）如下：

1）原砂100［大都采用新砂与再生砂掺和使用，如按质量比30∶70等；再生砂微粉含量（质量分数）≤0.8％，灼烧减量（质量分数）≤3.0％，水分（质量分数）≤0.2％；新砂和再生砂温度20～30℃，由砂温加热器和冷却器调节］。

2）组分Ⅰ为砂重量的0.7％～1.0％。

3）组分Ⅱ为砂重量的0.7％～1.0％。(https://www.xing528.com)

4）组分Ⅲ一般为组分Ⅰ重量的0.4％～10％，随环境和所用原砂而定。

为了保证树脂的黏结效率得到充分发挥，混砂机必须高效混砂，使多组分分布均匀；每次混碾后，要保持最小的残留砂，以免残留砂硬化堵塞混砂机生产线上一般采用连续式混砂机，其能力与速度与整条生产线各工序应同步为保持适当的流动性，使定量准确，混砂均匀，树脂和催化剂都要加热并保持在18～30℃的范围内。树脂齿轮泵的定量精度范围为±2％，催化剂定量泵精度范围为±1％。

某汽车厂Pep-Set自硬砂配方见表2-15。原砂采用擦洗砂，新砂与旧砂的质量比为30∶70，砂平均的抗拉强度为0.9MPa，平均发气量为10mL／g。

表2-15 某汽车厂Pep-Set自硬砂配方

3.造型（制芯）工艺

混砂机每次开始混砂的头砂，往往均匀性较差，应用小铲接出作背砂使用造型（或制芯）的紧实一般用振击方法，以缸盖、凸轮轴造型为例，振动频率为45～55Hz，振击力为40～60kN，振击时间为7～10s；型（芯）砂的硬化速度与环境温度和湿度有很大关系，在新砂和再生砂温度控制在25～30℃的情况下主要通过催化剂的数量和种类来调节硬化速度。

起模时间可用砂型B型硬度计控制。当B型硬度达到70～80时，砂型（芯）还有一定的韧性，正好起模。当硬度过大（如90时），往往由于刚性过大，造成起模困难。该类自硬砂的硬化特征与酯硬化碱性酚醛树脂砂的硬化特征相似：当硬化开始，型（芯）内外几乎同时硬化。

为了加速硬化，便于随后的下芯操作，起模后的砂型（芯）应通过连续式气流烘干炉，在100～150℃烘烤10min。

由于Pep-Set黏结剂系统在高温下会分解出光亮碳，具有一定的防粘砂能力，很多情况下不必上涂料。在需要上涂料时，自干或点火烘干的醇基涂料应在起模后至少硬化10min才能涂覆，以防损坏型（芯）表面。水基涂料则可在起模后立即涂覆，并直接在烘炉中烘干，烘干温度为100～150℃，烘干时间为40～60min。

为了降低材料消耗和成本，通常将砂铁质量比控制在0.8∶1.0～2.5∶1.0的范围内，它主要取决于铸件复杂程度，以及是否采用砂箱等因素。

模样或芯盒材料选用的范围较宽，常用的有铝、木材、环氧树脂、尿烷塑料、铸铁等。所用模具清洁剂和脱模剂必须与模具材料相适应，以减少模具的化学腐蚀。