自硬酚脲烷树脂再生砂的制备与应用

酚脲烷树脂砂型在高温铁液作用下，形成三层结构，如图6-18所示。溃散层因粘结剂燃烧消失而失去强度，砂型溃散，砂粒变为黄白色；过渡层失去大部分强度，砂粒呈棕黄色；最外层基本不变色。对浇注后未经再生处理的型砂直接取样，经测定发现溃散层砂样的灼烧减量为0～0.4%；过渡层砂样为0.4%～2.0%；最外层为2.0%～4.0%。

图6-18 浇注后酚脲烷树脂砂型的三层结构

1—最外层 2—过渡层 3—溃散层

在酚脲烷树脂砂的应用中，国内某柴油机厂重型汽车发动机上的曲轴箱、正时齿轮室等较为复杂的铸件及一般铸件，从型芯到砂型全部采用再生砂；而缸体、缸盖等最为复杂的铸件，除细薄的水套芯外，其余型芯与砂型也全部采用再生砂。再生砂的树脂加入量通常为1.4%。应用再生砂若控制不当，常出现型芯强度低和铸件气孔缺陷。为此，应控制再生砂以下工艺参数。

（1）灼烧减量≤2% 灼烧减量的多少表明砂中可燃物的多少，而可燃物主要是经再生处理后混在砂中的细粉（树脂膜、炭分等）及砂粒表面包裹的残留树脂。对经再生设备系统处理后的再生砂取样筛分，将筛分出的不同筛号的再生砂进行灼烧减量测定，同时对经除尘系统抽出的200号筛以上的细粉进行灼烧减量检测，结果见表6-19。从表中可看出，砂粒越细，比表面积越大，残留树脂膜越多，灼烧减量越大；被除尘系统抽出的细粉，主要是经机械摩擦后砂颗表面剥离的树脂膜细粉、炭分，其次是石英灰分，所以该细粉灼烧减量极大。

表6-19 不同筛号再生砂灼烧减量检测结果

注：占总灼烧减量百分数（%）=筛盘中的比例×灼烧减量

灼烧减量与发气量呈正比关系，灼烧减量高，型砂发气量大，铸件易产生气孔缺陷。减小灼烧减量的途径：一是尽量采用粗砂（比表面积小，再生处理后残留树脂膜少），铸铁车间常选用40/70号筛的新砂；二是调节好除尘系统，使200号筛以上的细粉全部去除。

在铸造工艺设计时，应采用较小的砂铁比，推荐最好采用（2～3）∶1的砂铁比，特殊情况下也以不超过5∶1为宜。为实现较小的砂铁比，可将型芯做成空心，铸型在离开型腔50～100mm处也可设法掏空；其次，在浇注时应做好铸型引火工作，在高温作用下使砂型挥发出的可燃气体充分燃烧。

生产中，当再生处理后的旧砂灼烧减量＞2%时，应适当添加新砂以降低灼烧减量至规定范围。某铸造厂的经验是，再生砂灼烧减量常为1.7%～2.9%，新砂添加量为5%～10%。(www.xing528.com)

（2）含泥量≤0.4% 含泥量高会大大消耗掉加入的树脂；在同样树脂加入量的情况下，含泥量高则型芯强度低。同时含泥量高会严重影响透气性而增加气孔缺陷倾向。含泥量与型砂强度的关系如图6-19所示。生产中当含泥量超过0.4%时，可增大抽风除尘量以使之在规定范围内。有条件的工厂可使旧砂经砂温调节器处理后再使用（砂温调节器具有使旧砂沸腾除尘的功能）。

图6-19 含泥量与型砂强度的关系（树脂加入量占原砂质量分数1.4%，4h后的强度）

（3）水分≤0.25% 水分是酚脲烷树脂砂最为敏感的因素。水分高会严重降低型芯强度，水分与树脂砂试样强度的关系如图6-20所示。此外，水与聚异氰酸酯反应生成的脲衍生物受热分解，放出氮气，易导致气孔缺陷。故生产中应加强砂子烘干和检测，当水含量大于0.25%时，为保证型芯强度，可调节两种树脂比例，即增大组分Ⅱ的量，通常调至组分Ⅰ/组分Ⅱ=50∶50，以发挥出树脂砂的最好强度特性。但若铸件气孔缺陷敏感时，应采用对砂子再度烘干的办法。有条件的工厂可使砂子经砂温调节器处理后再用。砂温调节器由电加热、冷水机组、热电偶和微机系统组成，可使砂温恒定至规定范围。同时，砂温调节器还有使砂粒沸腾输送、抽风除尘的功能。砂子经砂温调节器处理后品质变好，见表6-20。

图6-20 水含量与型砂强度的关系（树脂加入量占原砂质量分数1.4%，4h后的强度）

表6-20 再生砂经砂温调节器处理后的品质变化

（4）耗酸值（ADV）耗酸值（ADV）表示砂子的碱性大小。ADV越小，砂子碱性越低。生产中ADV=0～5最好，ADV=5～20为可使用范围。ADV值高的砂子会加速固化速度，缩短树脂砂存放时间，对制芯操作不利。此外，ADV值高，型芯较脆、易碎，表面有砂粒。对反复使用的PEP SET再生砂，因该树脂与催化剂均呈微弱碱性，砂子反复使用有使ADV增高的趋势。另外，原砂中碱性杂质（CaO、MgO等）的存在也是增大ADV的因素之一。

生产中，防止ADV过高的措施是：①选择不含碱性杂质的原砂；②选用比表面积小的粗砂（铸铁件通常为40/70号筛），这样树脂与固化剂用量相对较少。同时调节再生设备除尘系统，排除200号筛以上的细粉（相当部分是树脂膜）。③当ADV值较高时，适当添加新砂以降低ADV值。

（5）氮含量 新砂的树脂加入量1.8%～2.2%，再生砂树脂加入量通常为1.1%～1.4%，在保证型芯强度的前提下，应尽量取下限。另外，组分Ⅰ/组分Ⅱ=50∶50为正常比例，强度特性最好。当气孔缺陷较敏感时，在树脂总量不变的情况下可调节组分Ⅰ/组分Ⅱ为55∶45或60∶40，即组分Ⅰ增多，组分Ⅱ减少（该组分含氮4%～7%），使再生砂中的氮含量在0.03%～0.10%以内。此时型芯强度略为下降，但通常不影响生产使用，且对防止气孔缺陷有重要作用。