(一)酸催化樹(shù)脂自硬砂用的樹(shù)脂

　　常用粘結(jié)劑為呋喃樹(shù)脂和熱固性酚醛樹(shù)脂。所用呋喃樹(shù)脂除常用脲呋喃、脲一酚呋哺、酚醛呋喃這類(lèi)樹(shù)脂外，也有采用酮醛樹(shù)脂與糠醇的混合物(AR/FA)、糠醇.甲醛聚合體(FA/F)、糠醇與其它活性化合物的混和物(’FA/c)。糠醇含量越高，氮和水的含量會(huì)愈低，粘結(jié)劑的質(zhì)量也愈好，但價(jià)格也高。近年來(lái)，主要發(fā)展方向是在保持合適性能的基礎(chǔ)上，盡量少加糠醇;另一發(fā)展方向是盡量降低或盡量使呋喃樹(shù)脂不含游離甲醛和酚，并提高其反應(yīng)活性，這是因?yàn)橛坞x甲醛和游離酚污染環(huán)境;反應(yīng)活性高使樹(shù)脂的固化有可能用低硫甚至不含硫不含磷的酸

　　催化劑：自硬砂用樹(shù)脂是在室溫硬化，為加快硬化速度，設(shè)計(jì)這類(lèi)樹(shù)脂結(jié)構(gòu)時(shí)多側(cè)重反直能力。 ’

　　在鑄造生產(chǎn)中，用于鑄鋼件的樹(shù)脂，多要求氮胸質(zhì)量分?jǐn)?shù)小于3%，甚至用無(wú)氮樹(shù)脂，主要是因?yàn)橘|(zhì)量分?jǐn)?shù)大于3%時(shí)，鑄件易發(fā)生氣孔，耐火度也會(huì)降低，但價(jià)格較便宜：我國(guó)有些鑄鋼廠也使用氮質(zhì)量分?jǐn)?shù)達(dá)7.5%的呋喃樹(shù)脂，因?yàn)樗麄儾捎昧司哂衅帘涡缘暮线m涂料。對(duì)鋁、鎂合金來(lái)說(shuō)，則宜用含氮高的樹(shù)脂，既可使高溫強(qiáng)度降低，也有利于出砂。

　　(二)酸催化樹(shù)脂自硬砂用的催化劑

　　在酸催化劑自硬法中，催化劑對(duì)硬化過(guò)程的控制起著決定性作用。一種好的樹(shù)脂必須有合適的催化劑與之配合，才能充分發(fā)揮其粘結(jié)效率，獲得比較理想的工藝性能。通常自硬法用催化劑應(yīng)符合以下要求：

　　①保證該工藝過(guò)程所規(guī)定的硬化速度和強(qiáng)度。

　　②具有低的粘度的液體，不產(chǎn)生沉淀;長(zhǎng)期貯存時(shí)，以及溫度在0～36℃范圍內(nèi)，性能不變。

　　③如冬季運(yùn)輸引起冷凝，隨后加熱熔化時(shí)性能可回復(fù)。

　　④價(jià)格合理、經(jīng)濟(jì)。

　　從呋喃系、酚醛系樹(shù)脂自硬砂用酸性催化劑看，與熱芯盒法造芯用的催化劑的主要差別是不采用潛

　　伏型催化劑，而是采用活性催化劑，其本身就是強(qiáng)酸或中強(qiáng)酸，一般采用芳基磺酸、無(wú)機(jī)酸、以及它們的復(fù)合物。常用的無(wú)機(jī)酸為磷酸、硫酸單酯、硫酸乙酯;芳基磺

　　酸為對(duì)甲苯磺酸(吣A)、苯磺酸(BSA)、二甲苯磺酸、苯酚磺酸、萘磺酸、對(duì)氯苯磺酸等。其中二甲苯磺酸在我國(guó)應(yīng)用較多。從催化效果來(lái)看，強(qiáng)酸使樹(shù)脂砂硬化速度快，

　　脫模時(shí)問(wèn)的關(guān)系

　　樹(shù)脂中氮的質(zhì)量分?jǐn)?shù)7.O%，制樹(shù)脂砂樣的環(huán)境溫度24℃，相對(duì)濕度700k，

　　但終強(qiáng)度較低;弱酸硬化速度慢，但終強(qiáng)度較高。幾種不同的酸，其酸性強(qiáng)弱次從出，在相同濃度、相同用量及相同條件下，使用不同的催化劑，樹(shù)脂砂的硬化特性不同，硬化速度的次序是硫酸單酯>硫酸乙酯≥苯磺酸>對(duì)甲苯磺酸>磷酸。其樹(shù)脂砂終強(qiáng)度則相反：硫酸單酯<硫酸乙酯<對(duì)甲苯磺酸<苯磺酸<磷酸。不過(guò)在該條件下，磷酸的起模時(shí)問(wèn)長(zhǎng)達(dá)180rain，工藝上一般是不希望的;而硫酸乙酯與苯磺酸的起模時(shí)間相近，但終強(qiáng)度苯磺酸卻要比硫酸乙酯高很多。

　　磷酸是生產(chǎn)上常用的催化劑，但多用于高氮呋喃樹(shù)脂，而很少用于低氮呋喃村脂。這是因?yàn)榈偷呖反紭?shù)脂采用磷酸作催化劑時(shí)，硬化速度過(guò)慢，脫模時(shí)間過(guò)長(zhǎng)。而高氮低糠醇樹(shù)脂使用磷酸作催化劑仍可獲得必要的硬化速度。而且，高氮低糠醇樹(shù)脂采用磷酸作催化劑可獲得很好的終強(qiáng)度，而低氮高糠醇用磷酸作催比劑時(shí)終強(qiáng)度較低。

　　造成上述結(jié)果的原因主要是由于磷酸與糠醇互溶性差，而與水的親和力大，

　　使得樹(shù)脂和催化劑中所含水分以及樹(shù)脂在縮聚反應(yīng)中生成的水不易擴(kuò)散排出，正以磷酸為核心成長(zhǎng)為水滴，殘存于樹(shù)脂膜中，破壞了樹(shù)脂膜的致密性，故強(qiáng)度低。而高氮樹(shù)脂與水的互溶性好，各種水分不易以磷酸為核心集中為水滴，樹(shù)脂膜結(jié)構(gòu)好，故強(qiáng)度高。

　　磷酸作催化劑，砂芯(型)有好的表安性，熱強(qiáng)度高，鑄鋼件也不易熱裂：存在的問(wèn)題是砂芯澆注后形成的磷酸鹽殘存于舊砂中，隨著舊砂回用次數(shù)的增加而逐漸增多，將引起硬化速度加快，鑄型強(qiáng)度降低，并使鑄件容易產(chǎn)生氣孔。

　　硫酸酯是生產(chǎn)中常用的酸性最強(qiáng)的無(wú)機(jī)酸催化劑，只有當(dāng)用磷酸作催化劑硬化速度達(dá)不到工藝要求時(shí)才考慮使用，可以單獨(dú)用作催化劑，最好按各種不同的比例與磷酸混合后使用。硫酸酯的比例越高，樹(shù)脂砂的硬化速度越快，可使用時(shí)間愈短。硫酸酯能加速硬化速度，縮短脫模時(shí)間，同時(shí)對(duì)防止砂芯長(zhǎng)期存放過(guò)程中的軟化有利。但殘存于樹(shù)脂膜中的硫酸酯對(duì)樹(shù)脂膜有腐蝕作用，而且硬化和脫水速度快，樹(shù)脂膜易產(chǎn)生應(yīng)力和裂紋，使終強(qiáng)度降低，表安性也差一些;澆注過(guò)

　　程中，將產(chǎn)生SO，氣體，不僅污染環(huán)境，而且易引起鋼液增流，導(dǎo)致脆性和球墨鑄鐵球化不良：

　　采用芳基磺酸作催化劑可得到與相立的無(wú)機(jī)酸同樣的硬化速度，且終強(qiáng)度較高，酸的殘存率比無(wú)機(jī)酸低.對(duì)再生砂有利;但在澆注過(guò)程中，易被鑄件的高溫所破壞：從芳基磺酸催化村g旨硬化產(chǎn)生的強(qiáng)度看，苯磺酸的強(qiáng)度最高。在苯磺酸的結(jié)構(gòu)中，如果在苯環(huán)的自由r活性、位置引入取代基，例如一cH(甲苯磺酸)、一OH(苯酚磺酸1、一c】_寸氯苯磺酸)等，由于電子密度重新分布和

　　s0，曠基中氫鍵加強(qiáng)，使酸的強(qiáng)鏖減低，也就是隨取代基增多，會(huì)使樹(shù)脂硬化速度減慢。通常酚醛樹(shù)脂用苯磺酸作催化劑非常有效，酚.呋喃共聚物、低氮或高

　　酚醛含量樹(shù)脂也用芳基磺酸(例如苯磺酸、對(duì)甲苯磺酸)作催化劑，同樣非常有效。這是因?yàn)檫@些樹(shù)脂與這類(lèi)催化劑有好的互溶性。另外，用芳基磺酸作催化劑，混砂時(shí)常散發(fā)出難聞味;在澆注過(guò)程中用甲苯磺酸作催化劑時(shí)會(huì)產(chǎn)生少量s0，和}{，s，也會(huì)使球墨鑄鐵、蠕墨鑄鐵鑄件出現(xiàn)異常表層組織和鋼件增流。溶解或稀釋酸催化劑的溶劑常為水或甲醇、乙醇等，這類(lèi)溶劑也影響硬化速度。

　　(三)可使用時(shí)間和脫模時(shí)間

　　這是自硬樹(shù)脂砂和所有化學(xué)粘結(jié)劑砂的很重要的性能指標(biāo)。

　　可使用時(shí)間(bench life，working time)是指自硬樹(shù)脂砂(其它化學(xué)粘結(jié)劑也相同)混砂后能夠制出合格砂芯的那一段時(shí)問(wèn)。脫模時(shí)間(st卻ping time)是指從混砂結(jié)束開(kāi)始，在芯盒內(nèi)制的砂芯(或未脫模的砂型)硬化到能滿(mǎn)意地將砂芯從芯盒中取出(或脫模)，而不致發(fā)生砂芯(或砂型)變形所需的時(shí)間間隔。

　　影響可使用時(shí)間、脫模時(shí)間的因素很多。實(shí)驗(yàn)表明，所采用的原砂、樹(shù)脂、催化劑的類(lèi)型、質(zhì)量和加入量，混砂工藝，環(huán)境溫度和濕度，均對(duì)可使用時(shí)間和攬模時(shí)問(wèn)有明顯的影響，影響最大的為環(huán)境溫度和催化劑加入量。當(dāng)催化劑加入量相同，室溫不同時(shí)，溫度低時(shí)可使用時(shí)間長(zhǎng);溫度高時(shí)可使用時(shí)間短。

　　在自硬樹(shù)脂砂試驗(yàn)中，常將硬化24h的抗拉強(qiáng)度稱(chēng)為終強(qiáng)度，實(shí)際上這僅是一個(gè)檢定的標(biāo)志，并非真正的最終強(qiáng)度值，也不一定是最大強(qiáng)度值。

　　(四)偶聯(lián)劑——硅烷

　　在冷硬呋哺樹(shù)脂砂中加入少量的硅烷作偶聯(lián)劑，可以明顯地提高樹(shù)脂砂強(qiáng)度、熱穩(wěn)定性和抗吸濕性。國(guó)內(nèi)用于冷硬呋喃樹(shù)脂(也可以用于熱芯盒法等的樹(shù)脂)的硅烷種類(lèi)很多，例如采用KH一550，即7.氨基丙基三乙氧基甲硅烷}LN一(cH)、一&一(OQ乩)，;KH一560，即了.縮水甘油丙醚三甲氧基硅烷cH：——cH—cHO(cI{1)。一si(0c心)，;南大一42，即苯胺甲基三乙氧基甲硅烷等。KH一550和KH一560的下腳料也可作偶聯(lián)劑使用。這些硅烷能溶于大部分的有機(jī)溶液中，微溶于水。硅烷應(yīng)封存于深色瓶中，用后蓋嚴(yán)，以防止在空氣中逐漸水解縮合和防止見(jiàn)光顏色逐漸變深，導(dǎo)致偶聯(lián)效果減弱。

　　硅烷能提高樹(shù)脂的強(qiáng)度，主要是靠硅烷在樹(shù)脂與砂粒這兩種性質(zhì)差異很大的材料的表面之問(wèn)架一個(gè)“中間橋梁”，以獲得良好的結(jié)合，因此常稱(chēng)硅烷為偶聯(lián)劑。要達(dá)到樹(shù)脂與偶聯(lián)劑之問(wèn)以及偶聯(lián)劑與砂粒之問(wèn)結(jié)合，其可能的途徑有：

　　1)通過(guò)簡(jiǎn)單的溶解(分子間力粘合強(qiáng)度為2.1～4.2kJ/t001)。

　　2)通過(guò)強(qiáng)度為21～42kJ/tool的硅烷醇的氫鍵。

　　3)通過(guò)強(qiáng)度為210～420kJ/mol的共價(jià)鍵橋。

　　三者中最好的是成共價(jià)鍵結(jié)合。這就要求偶聯(lián)劑分子的化學(xué)結(jié)構(gòu)含有兩部分性質(zhì)不同的基團(tuán)，一端基團(tuán)能與砂子表面發(fā)生很好的結(jié)合(化學(xué)的或物理的)，另一端的基團(tuán)能與樹(shù)脂的有關(guān)基團(tuán)有良好的結(jié)合(化學(xué)的或物理的)。上述硅烷偶聯(lián)劑的結(jié)構(gòu)通式為R。six，。，式中R為能與樹(shù)脂粘結(jié)劑起作用的有機(jī)基團(tuán)，例如氨基(一NHl)、乙烯基(一CH：cH2)、環(huán)氧基等;x為乙氧基(一0C：}{5)等易于水解的基團(tuán)，水解后能與砂子表面結(jié)合，從而使樹(shù)脂與砂粒兩種性質(zhì)差異很大的材料能夠“偶聯(lián)”起來(lái)，大大提高樹(shù)脂膜在硅砂表面的附著力。

　　(五)酸自硬樹(shù)脂砂鑄件常見(jiàn)缺陷及其預(yù)防措施

　　采用樹(shù)脂砂可以提高鑄件質(zhì)量，但是也容易產(chǎn)生某些鑄造缺陷，主要是毛刺、皮下氣孔、機(jī)械粘砂及熱裂。這里只對(duì)機(jī)械粘砂、熱裂予以說(shuō)明。

　　1.機(jī)械粘砂由于樹(shù)脂在500℃左右熱解，使砂粒問(wèn)粘結(jié)橋破壞，高溫強(qiáng)度降低，在金屬液靜壓力作用下，該處砂粒有可能自由移動(dòng)，孔隙增大，因此金屬很容易滲入，形成機(jī)械粘砂。

　　預(yù)防措施：(1)涂敷耐火涂料及降低澆注溫度。

　　(2)提高樹(shù)脂本身的耐熱性，例如加硅烷，增加糠醇含量等。

　　(3)在樹(shù)脂砂申入質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.5%～2%的氧化鐵粉或加入一定的石英粉，以提高熱強(qiáng)度。(I采用在高溫下能固體燒結(jié)的原砂，如采用鉻鐵礦砂。

　　另外使用超過(guò)可使用時(shí)間的樹(shù)脂砂;或緊實(shí)不夠、或使用的原砂過(guò)粗、過(guò)集中(最好使用分布在3～4個(gè)篩號(hào)的砂)，也會(huì)引起機(jī)械粘砂，這時(shí)可采取相的措施予以解決。

　　2.熱裂當(dāng)澆注薄鑄件時(shí)，冷硬樹(shù)脂砂芯(型)不能被燒透而形成一層

　　固的碳化層，阻礙鑄件收縮，引起熱裂。

　　預(yù)防措施：

　　①降低樹(shù)脂加入量，不目追求過(guò)高的砂芯(型)強(qiáng)度。

　　②加入適量過(guò)氧化物，以破壞碳化層的形成。