湿度对自硬酚脲烷树脂砂工艺性能的影响

自硬酚脲烷树脂砂不仅对原砂中的水分比较敏感,而且对空气中的水分(即环境湿度)也比较敏感。在制芯过程中以及把制出砂芯置于高湿度空气中存放时,吸湿现象比较严重。

图5-26所示为环境湿度对硬化特性的影响。从图中可以看出,空气湿度较小时,随着硬化时间的延长,强度先是迅速增加,然后基本保持不变,终强度略高于初强度；当湿度较大时,强度先是提高,然后逐渐下降,终强度低于初强度,并大大低于湿度较小时的终强度。

由图5-27也可看出,试样强度随环境相对湿度的上升而急剧下降。

究其原因,这是因为环境湿度大时,一是由于空气中的水分子与异氰酸反应消耗一部分—NCO基团,同时生成缩二脲等发泡体,而它的强度低于粘结剂两组分的反应产物氨基甲酸乙酯的强度,使树脂本身强度削弱；二是空气中水分子极性强、体积小,对砂粒的吸附力强,因此水分子透过树脂膜侵入到砂粒界面,起到解吸附作用,使树脂膜对砂粒界面的吸附作用削弱,从而形成弱界面层,在外力作用下,树脂接触点便从砂粒界面脱开。

图5-26 环境湿度对硬化特性的影响

注:树脂1.5%,催化剂1.5%(占组分I质量分数),组分比1∶1。(www.xing528.com)

图5-27 湿度对强度的影响

注:树脂2%,组分比1∶0.7。

用扫描电子显微镜观察证实,高湿度条件下固化的树脂膜断口平滑,呈附着破裂,说明树脂膜和砂粒间的附着力较小；低湿度时为复合断裂。另外湿度越大,硬化速度越慢,这是因为组分Ⅱ的—NCO与水的反应速度大于与树脂的交联速度。

实践证明,硅烷可提高树脂砂的抗湿性。

综上所述,自硬酚脲烷树脂砂最佳的制芯工艺参数为:原砂砂温20～27℃,原砂中水分含量0.2%,原砂含泥量0.3%,树脂加入量1.5%～2.0%,树脂配比组分Ⅰ/组分Ⅱ为50/50～55/45,催化剂加入量1.5%～1.8%(占组分Ⅰ质量分数)；砂芯(型)在相对湿度为60%以内存放为宜。