探究呋喃树脂的硬化特性及温度、湿度对树脂砂性能的影响

石家庄属温带大陆性季风气候，常年空气较干燥，冬季寒冷，夏季炎热，春秋虽气候温和，但时间短，早晚温差较大，春、秋两季平均气温一般在10~25℃，夏季在20~38℃，湿度较大，冬季则在-10~5℃，较干燥，24怦均温差约10~15℃。上述条件，虽然有些对树脂砂生产有利比如干燥），但常年生产过程中，温度、湿度变化很大，如果控制不好，会给树脂砂生产带来不利的影响，使铸件废品上升，甚至不能生产。为此，针对上述气候条件，我们作了系列试验研究。

1试验所用材料性能及配制工艺

试验用原砂为围场河北承德标准砂，粘结剂为呋喃树脂，固化剂为磺酸类，其性能指标分别见表1~表3。

呋喃树脂自硬砂配制工艺为：呋喃树脂加入范围0.8%~1.5%（占砂重），固化剂加入范围30%～70%（占树脂），在S2004碗式混砂机中混制，混制工艺为：

2试验方法

2.1试验1温度对型砂性能的影响

当树脂加入量为1.2%，固化剂加入量为50%，相对湿度为40%不变时，研究不同环境温度下，树脂砂起模时间及初、终强度，其结果如表4，可以看出，在相对湿度不变的情况下，温度升高，固化速度加快，可用期缩短，起模时间减少，并且终强度在温度20℃附近时达到最高值。

2.2试验2湿度对型砂性能的影响

在固定温度20℃、树脂加入量1.2%和固化剂加入量50%的条件下，相对湿度对起模时间及初、终强度的影响如表5

试验表明，在温度相同的条件下，湿度越大，固化速度越慢，强度则降低，环境湿度在50%，终强度达最高值。

3试验结果及分析

3.1温度对树脂砂性能的影响

呋喃树脂自硬砂的硬化速度跟温度有关，温度越高，硬化速度越快，可用期和脱模时间缩短。温度降低，可用期和脱模时间延长，会造成硬化不良，终强度降低。树脂自硬砂较理想的环境温度为20～30℃。当温度低于5℃时，自硬速度很慢，即使固化剂的加入量增加到80%固化速度也很慢，并且终强度降低。当温度升至300C时，自硬速度加快。因我厂铸件实际生产中80%应用再生砂，砂温较高，尤其是夏天，在每天开炉的情况下很难降到室温，如在33～37℃环境温度下操作，一出砂就开始硬化，几乎无可使用时间，树脂砂强度低，几乎不能生产。而我厂环境温度变化较大，夏天温度高，冬天温度偏低。所以在北方夏季与冬季温度变化较大是树脂砂生产不易控制的季节。

3,2相对湿度对树脂砂性能的影响

湿度对树脂自硬砂性能的影响主要是水分活性分子析出树脂砂界面，从而形成一个弱界面层。水分主要来源于3方面：①原材料中国有的水分；②树脂薄膜吸收大气水分；③由于呋喃树脂砂硬化过程是一个缩聚反应，反应时生成水分。如果空气中湿度大，试样中水的扩散将受到阻碍，硬化速度便会降低，这就延长了可用期与脱模时间。当湿度超过一定限度，可能造成不硬或硬化强度大幅度下降的趋势。通过试验可以看出当环境相对湿度为50%时，可获得较高的终强度：当相对湿度小于50%时，终强度则随湿度的减少而降低，固化速度快，体现在起模时间短。当相对湿度大于50%时，终强度随湿度增大而降低，固化速度慢，起模时间长。我厂所处环境相对湿度在20%～70%之间，大部分时间属较干燥气候，对树脂砂硬化是较为有利的，但是在夏天雨季，湿度较大，较难控制。

3.2实际生产中环境温度、湿度的控制

我厂树脂砂所用型砂主要为再生砂（占80%，其余20%为新砂），一共有S524和S528两条生产线，针对冬天冷，固化慢，砂型强度低，采取以下措施：①控制砂温，开启供暖设备，加热循环水，使砂温升高到20℃左右，最适宜的砂温10～30℃②控制环境温度，车间采用供暖设备；③因造型生产线采用模板化，可以通过加热底板来提高劳动生产率④采用酸值高的固化剂提高固化速度；⑤控制打箱的时间，使再生砂及时的流入造型区域，通过严格控制，每年冬天从未因天气变化而降低铸件产量，铸件质量也得以保证。

夏天气温高，因砂温过高，固化速度过快，砂型强度降低，造成铸型疏松，砂粒脱落，铸件易产生，诸如粘砂、胀箱、毛刺等缺陷。尤其当气温在∞oC以上时，为保证铸件质量，我们主要采用循环水冷却砂温，并严格控制工人操作，安排夜班工人把第2天要用的砂子提前降温储备到砂斗，储量基本够厌生产。另外，车间开启通风设备控制环境温度，并采用酸值低的固化剂，调整树脂固化剂的加入量，提高砂型强度以满足生产要求。针对夏天雨季湿度较大的特点，因湿度大固化慢、型砂强度低，采用加入硅烷来调节，加入量为树脂的1%。～2%，大大提高了强度和固化速度。

4结论

(1)北方春天秋天气候条件对树脂砂的生产非常有利，温度湿度较适合，在这个季节生产树脂砂砂型的终强度高，固化速度好控制，生产出的铸件缺陷少，生产效率高。

（2）北方夏天与冬天气候变化较大，给生产带来不利的影响，根据不同的温度、湿度等条件，结合现场实际生产情况，通过培训生产人员、对设备、生产环境的改善，已经掌握了一套应对措施，使生产能够顺利进行，废品也减少到较低限度。

（3）除温度、湿度对呋喃树脂自硬砂有一定的影响外，其他因素如原砂的质量，再生砂的再生效果，以及树脂固化剂的加入量等都对树脂砂的性能变化起作用。