改进碱性酚醛树脂性能的国内外研究进展及效果

酯硬化碱性酚醛树脂砂用树脂是以苯酚和甲醛为主要原料,在碱性条件下(NaOH、KOH、LiOH作为催化剂)缩聚而成的甲阶水溶性酚醛树脂。

碱性酚醛树脂的外观为棕红色液体,粘度为50～280mPa·s,pH>12,含固量41%～50%(质量分数)。图5-10所示为pH=14时碱性酚醛树脂的结构,其结构中具有大量羟甲基,且部分苯环以甲醚桥相连,其树脂砂具有较高的即时强度与终强度。酚醛树脂的相对分子质量一般在800～2000之间。

图5-10 pH=14条件下合成的碱性酚醛树脂的结构

最初碱性酚醛树脂存在的主要问题是:

1)碱性大、粘度大。这将影响定量泵的加料与混砂效果,且树脂砂的流动性差、强度低,导致树脂加入量多,成本偏高。

2)由于碱性酚醛树脂的二次硬化后失去了塑性,又因树脂加入量多,浇注后酚醛树脂受热焦化而可能形成坚硬的碳化骨架而使之热强度大、退让性差,箱形、薄壁铸钢件易产生热裂。

3)再生性能差。

进入到20世纪90年代,改性的树脂以降低粘度、提高粘结强度、提高旧砂回用率为主。其主要措施是:

1)对碱性酚醛树脂的相对分子质量进行合理的级配,以提高树脂的粘结强度。(www.xing528.com)

2)用多元酚对其进行共聚改性,提高粘结强度、韧性和抗湿性等。其改性效果分别见表5-26和表5-27。

表5-26 不同相对分子质量分布的树脂粘度与其24h强度的关系

表5-27 添加多元酚和相对分子质量级配对碱性树脂强度与粘度的影响

20世纪90年代初日、美、英等国纷纷开始研究润湿特性好的新型酯硬化酚醛树脂,所研制的新型树脂比普通型树脂存放性好,终强度高出30%左右,可使用时间特性、热变形特性、再生砂回用性等均优于普通酚醛树脂砂。

据有关资料介绍,树脂溶液的润湿特性与其相对分子质量有关。相对分子质量小,润湿特性好,但是其与酯的反应性差,硬化特性不足；反之,相对分子质量大,含固量较低,碱性弱的树脂溶液具有良好的反应特性、润湿特性。但是含固量低的树脂,其终强度低且含水量高,又影响反复再生特性。

Ashland化学有限公司研制成一种名为Alkaphen300的新型ECP树脂,并申请了专利；英国Foseco公司的Fentec系列产品RS800CB的性能也与Ashland公司的专利产品相似。这类树脂高、低相对分子质量并存,树脂粘度降到100mPa·s,含固量中等,碱性中低,树脂反应特性好,终强度高。

美国West Homestead工程与机器有限公司Park分部与Borden公司合作于1993年研制一种新型ECP树脂粘结剂,商品牌号为ECP-2。这种树脂含有钠,不含钾。用其制作的铸型热传导速度比普通钾基ECP树脂快,有利于提高铸件的表面品质和内在品质。