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铸造用粘结剂知识汇总 在铸造生产中, 造型材料占有十分重要的地位。近几十年来, 随着科学技术的发展, 铸造粘结材料已经由原始的粘土发展到了其它无机、有机或无机与有机相结合的系列粘结剂。40 年代末出现了CO2-钠水玻璃法, 60 年代又发明了有机或无机基团相结合的有机粘结剂冷硬砂, 80 年代, 有机冷硬砂进入成熟期, 使传统的粘土砂和有机热芯盒工艺受到了有力的挑战。从砂芯( 砂型) 强度、环境污染和费用等多个角度衡量, 新型的无机、有机冷硬砂都有明显的优越性。有人对各种造型、制芯方法的材料费用作了比较, 如表1 所示。 注: 表中系指纯材料费、制芯过程中的费用, 不含浇注、清理、环保费 有机、无机及粘土粘结剂在各种制芯、造型方法的应用比例也随着时代的推进而改变。70 年代末, 国外有人作了一次调查 , 在造型方面采用粘土类材料的约占63% ; 采用其它无机粘结剂材料的占13%; 采用有机粘结剂材料的占24%; 在制芯方法方面, 首先综合了应用无机粘结剂的各种制芯方法, 其总和占总重量的21. 6% ; 冷硬合成树脂法占26. 3% ;而热硬法占51. 6% 。进入80 年代以来, 树脂自硬砂工艺在欧美、日本等发达国家发展很快, 它已广泛应用于这些国家的机床、重型与矿山机械、造船及通用机械行业的大、中型铸件生产中。英国70% 以上的铸铁件和20%以上的铸钢件是采用呋喃树脂自硬砂工艺生产的, 最大件重达100 t, 在美国, 化学粘结砂占全部型砂的20%以上, 其中, 40% 左右为树脂自硬砂( 不包括壳型壳芯、热芯盒、冷芯盒) ; 在日本大型铸件生产中, 50% 以上是采用树脂自硬砂, 树脂自硬砂工艺已占其铸造生产的第二位, 仅次于湿型砂工艺; 在欧洲树脂自硬砂最大应用者为德国, 据原西德铸造工程协会( VDG) 调查, 在其会员厂中, 1986 年采用树脂自硬砂造型的比例已由1975 年的19. 4% 提高到30. 2% 。 我国于70 年代开始研究和应用树脂自硬砂, 在/ 六五0、/ 七五0期间, 通过技术改造, 已有十几家机床厂先后建起了树脂自硬砂生产线, 所生产的铸件质量明显提高, 使其机床铸件或机床产品打入了国际市场。同时, 对酯硬化酚醛树脂砂也开展了研究工作。如, 沈阳铸造研究所于80 年代后期, 成功地开发了新型酚醛树脂粘结剂[ 6] 。90 年代, 我国在温芯盒、低毒无公害气硬冷芯盒法、近无余量铸造方面进行了技术攻关, 也取得了令人满意的效果。但应看到, 我国目前80% 以上的单件小批量铸件生产厂, 大多数还是采用粘土砂工艺, 树脂自硬砂工艺还有待于加速研究和推广应用。 为了方便广大铸造工作者正确选择和使用铸造粘结剂, 曾有许多人对铸造粘结剂进行过分类, 以前苏联里雅斯的分类较为科学和实用[ 8] 。但是几十年过去了, 造型材料领域已发生了很大变化, 出现了许多新型粘结剂。随着生产的进步, 铸件质量的要求越来越高, 原先的分类就显得不够了。我们借鉴里雅斯分类的方法, 按粘结剂的性质、固化方式、机理等对现今型砂粘结剂进行了分类, 目的在于使人们能够直接方便地对粘结剂的类型有个清晰的认识。见表2。  1 粘结剂的分类 无论是有机还是无机粘结剂都有亲水和憎水之分。所谓憎水材料既不溶于水也不被水湿润, 反之称为亲水材料。 粘结剂的固化、强度的形成机理, 随粘结剂的性质而异。一部分粘结剂在型砂的固化过程中发生化学变化, 形成一层固化薄膜, 建立了强度, 把砂粒彼此连接起来, 它们不可能返回到初始态时, 称之为不可逆固化; 当部分返回到初始态时, 称之为中间固化; 当可以完全返回到初始态时, 称之为可逆固化。这三种方式在冷、热硬砂中都存在。 1．1 含氮类有机粘结剂 中、高氮类有机粘结剂一般来说不适用于铸钢,其原因是这类粘结剂在钢铸件中易产生氮气孔。但其工艺性能好、强度高、价格低, 多用于有色合金铸件及铸铁件。最典型的就是亲水的脲醛树脂。但亲水的树脂砂在存放的过程中易吸收空气中的水分, 使强度下降。 以糠醇为基的呋喃树脂, 当糠醇含量达50% 以上时适用于作酸自硬树脂, 50% 以下则适用于作热硬树脂。它们硬化后形成不被水溶解的植物油膜类的薄膜, 具有不可逆固化特性。含氮树脂中脲醛含量越高, 其价格越便宜, 含氮量也随之升高, 常温自硬强度好。但易产生气孔, 高温强度下降。 1.2 无氮类有机粘结剂 近年来发展的无氮树脂种类较多, 如酚醛-糠醇树脂、酚醛树脂、亲水的苯酚树脂等。它们突出的优点就是无氮、发气量小, 能有效地减少气孔缺陷,适用于铸钢生产。但它们又各有不足。如酚醛树脂:有游离苯酚、存放期短、粘度高, 落砂性差, 工艺性也不如呋喃树脂。 改性的苯酚树脂或新型酚醛树脂能够克服以上缺点, 在生产中应用得较好。如FB