無(wú)酚中氮熱芯盒粘結(jié)劑的制造工藝制造技術(shù)

無(wú)酚中氮熱芯盒制芯粘結(jié)劑及工藝是鑄造用輔助材料及工藝。這種粘結(jié)劑由粘度小、含氮量適中、游離甲醛低和不含對(duì)人體有害苯酚的樹(shù)脂配以不同季節(jié)使用的三種復(fù)合固化劑組成。在常溫時(shí)不釋放酸性物質(zhì)，當(dāng)加熱到一定溫度后則強(qiáng)烈釋放酸性，使樹(shù)脂快速固化并可降低芯盒溫度。采用本粘結(jié)劑制芯效率可提高３５％以上，有害氣體的釋放大幅度減少，砂芯冷熱態(tài)強(qiáng)度明顯提高。本發(fā)明專(zhuān)利技術(shù)可使樹(shù)脂耗量下降２０％，固化時(shí)間短，有極大的推廣價(jià)值。（*該技術(shù)在2012年保護(hù)過(guò)期，可自由使用*）

【技術(shù)實(shí)現(xiàn)步驟摘要】
本專(zhuān)利技術(shù)無(wú)酚中氮熱芯盒制芯粘結(jié)劑及工藝屬于鑄造用輔助材料及工藝領(lǐng)域。熱芯盒射芯法是六十年代發(fā)展起來(lái)的鑄造制芯工藝，該工藝適用于大批量生產(chǎn)和對(duì)砂芯要求較高的行業(yè)，比如廣泛應(yīng)用于汽車(chē)、拖拉機(jī)、柴油機(jī)等行業(yè)的砂芯制造。在本專(zhuān)利技術(shù)之前，熱芯盒法制芯，在國(guó)內(nèi)外雖有30多年的歷史，但目前仍存在著不少問(wèn)題，在傳統(tǒng)的熱芯盒制芯用芯砂粘結(jié)材料中，樹(shù)脂的氮含量一般在12-13.5%范圍內(nèi)。高氮含量的芯砂在澆注時(shí)，易在鑄件表面產(chǎn)生氣孔和皮下針孔，同時(shí)，樹(shù)脂中游離甲醛含量較高，這不僅縮短了樹(shù)脂貯存期還在制芯過(guò)程中，釋放出有刺激性氣味的氣體，惡化操作環(huán)境，這類(lèi)芯砂粘結(jié)材料樹(shù)脂一般采用呋喃改性脲醛樹(shù)脂，固化劑主要是氯化銨尿素的水溶液，目前這類(lèi)芯砂粘結(jié)材料在我國(guó)還相當(dāng)普遍的應(yīng)用于汽車(chē)、拖拉機(jī)等許多行業(yè)的熱芯盒法制芯。隨著鑄造技術(shù)的發(fā)展，近十年來(lái)在歐美、日本等一些工業(yè)發(fā)達(dá)國(guó)家中，熱芯盒制芯粘結(jié)材料發(fā)生較大的變化，主要表現(xiàn)為樹(shù)脂的氮含量、游離甲醛含量由高變低，粘度降低，眾多有機(jī)材料在樹(shù)脂合成時(shí)被采用，樹(shù)脂用固化劑改變了以往芯砂的固化方式，延長(zhǎng)芯砂使用的時(shí)間。美國(guó)Q.O公司W(wǎng)illiamJ.Mckillip撰寫(xiě)的《Improvementsinheatedboxhighproductioncoremaking》一文中介紹了一種新型的熱芯盒用粘結(jié)材料，樹(shù)脂的氮含量為2.5%，糠醇含量70%，粘度為65mpa·s，固化劑為50%對(duì)甲苯磺酸銅水溶液，混制的芯砂在芯盒溫度為230℃下，30秒成型。德國(guó)Bakelite公司生產(chǎn)的脲醛改性的酚醛樹(shù)脂，氮含量為7-8%，游離甲醛為0.5%，粘度為1600mpa·s。盡管熱芯盒制芯有了較大發(fā)展，但目前仍存在著固化速度慢、芯盒加熱溫度高(230℃以上)、熱芯盒樹(shù)脂中含對(duì)人體有害的苯酚、固化劑中含氮量較高等缺點(diǎn)。本專(zhuān)利技術(shù)的目的是針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的上述缺點(diǎn)所研制的無(wú)苯酚、快速硬化、新型中氮熱芯盒樹(shù)脂及潛活性不同季節(jié)配套使用的復(fù)合固化劑，采用本專(zhuān)利技術(shù)樹(shù)脂及固化劑制芯，生產(chǎn)效率提高35%以上，有害氣體的釋放大幅度減少，砂芯的冷熱態(tài)強(qiáng)度明顯提高。本專(zhuān)利技術(shù)的內(nèi)容一、樹(shù)脂的合成1、成分及配比成分糠醇、甲醛、尿素樹(shù)脂中，糠醇(重量%)50-70尿素與糠醇摩爾比1∶2.0-2.7尿素與甲醛摩爾比1∶2.0-2.72、合成工藝樹(shù)脂合成采用堿性反應(yīng)，中間脫水反應(yīng)、酸性反應(yīng)和脫水反應(yīng)四個(gè)階段完成。其主要合成原理是甲醛與尿素在堿性物質(zhì)催化下進(jìn)行親核加堿反應(yīng)，生成各種分子形態(tài)的羥甲基脲混合物，然后再與糠醇在酸性物質(zhì)催化下發(fā)生縮聚反應(yīng)生成尿醛改性呋喃樹(shù)脂。合成時(shí)首先按上述摩爾比將甲醛、尿素加入反應(yīng)器中，進(jìn)行堿性階段反應(yīng)，所用的堿性催化劑可以是氫氧化鈉、氫氧化鉀、氫氧化鈣、氨水等，稀釋成25-5%水溶液加入，堿性階段反應(yīng)PH值可控制在PH＝8-10范圍內(nèi)，反應(yīng)液在回流狀態(tài)下進(jìn)行反應(yīng)10-60分鐘，堿性反應(yīng)結(jié)束后，進(jìn)行中間減壓脫水，脫水量可控制為反應(yīng)液總量的14-30%。然后按前述范圍的尿素與糠醇的摩爾比的量加入糠醇到反應(yīng)器中，進(jìn)行酸性反應(yīng);所用的酸性催化劑可以是鹽酸、硫酸、草酸、醋酸等稀釋成10-2%水溶液加入，酸性階段反應(yīng)的PH值可控制在4-6.5范圍內(nèi)，反應(yīng)溫度為90-110℃，反應(yīng)時(shí)間為1-3小時(shí)。酸性反應(yīng)結(jié)束后反應(yīng)液的PH值應(yīng)調(diào)整為中性，進(jìn)行減壓脫水反應(yīng)脫水的數(shù)量可根據(jù)樹(shù)脂粘度來(lái)加以控制，用φ4漏斗在35-40℃溫度下測(cè)定樹(shù)脂粘度值，其控制范圍為15-40秒。樹(shù)脂合成的工藝流程見(jiàn)附附圖說(shuō)明圖1按上述流程合成的樹(shù)脂主要技術(shù)性能指標(biāo) ※芯盒溫度為210°±5℃二、固化劑的合成工藝過(guò)程及性能指標(biāo)1、本專(zhuān)利技術(shù)所用的固化劑十分突出的特點(diǎn)是它在常溫時(shí)是潛活性的，而當(dāng)芯盒溫度達(dá)到80℃以上時(shí)，又強(qiáng)烈地釋放出酸活物質(zhì)，使樹(shù)脂硬化，它的化學(xué)成份為有機(jī)磺酸鹽。主要合成原理是有機(jī)磺酸與金屬氧化物發(fā)生酸堿反應(yīng)生成鹽。所用的有機(jī)磺酸可以是對(duì)甲苯磺酸、二甲苯磺酸、苯磺酸、萘磺酸等。金屬氧化物可以是氧化鋅、活性氧化鋁、氧化鐵、氧化銅等。固化劑的合成工藝將磺酸加入反應(yīng)釜中，加水溶解，然后緩慢加入金屬氧化物，進(jìn)行酸堿反應(yīng)，反應(yīng)溫度為90-100℃，反應(yīng)時(shí)間為30分鐘，反應(yīng)結(jié)束后，冷卻結(jié)晶，用離心機(jī)進(jìn)行固液分離，得到磺酸鹽晶體與對(duì)甲苯磺酸、甲醇、水地行復(fù)配得到成品固化劑。固化劑合成工藝流程見(jiàn)附圖22、固化劑的成分配比(重量%比) 3、固化劑合成用原材料 4、按上述合成工藝合成的固化劑主要技術(shù)指標(biāo) 制成本專(zhuān)利技術(shù)粘結(jié)劑所用樹(shù)脂的量可比常規(guī)減少20-30%，配以占樹(shù)脂用量25-35%的固化劑即可。本專(zhuān)利技術(shù)與現(xiàn)有技術(shù)相比所具備的優(yōu)點(diǎn)本專(zhuān)利技術(shù)樹(shù)脂具有粘度小、含氮量適中、游離甲醛低和不含對(duì)人體有害的苯酚等特點(diǎn)，配以不同季節(jié)使用的三種復(fù)合固化劑，在常溫時(shí)不釋放酸性物質(zhì)，當(dāng)加熱到一定溫度后則強(qiáng)烈釋放酸性，使樹(shù)脂快速固化，并可降低芯盒溫度(一般為180-210℃)。采用本專(zhuān)利技術(shù)熱芯盒制芯粘結(jié)材料制芯效率可提高35%以上，有害氣體的釋放大幅度減少，砂芯的冷熱態(tài)強(qiáng)度明顯提高。生產(chǎn)本專(zhuān)利技術(shù)樹(shù)脂每噸獲利稅2000元，目前我國(guó)每年消耗熱芯盒樹(shù)脂約5000噸，如替代50%，則每年需生產(chǎn)該樹(shù)脂2500噸，可獲利500萬(wàn)元。使用本專(zhuān)利技術(shù)技術(shù)每噸芯砂樹(shù)脂耗量將下降20%，同樣代替50%計(jì)算，則每年節(jié)省樹(shù)脂500噸，價(jià)值約450萬(wàn)元。由于該樹(shù)脂固化時(shí)間短，生產(chǎn)同樣數(shù)量的砂芯，設(shè)備開(kāi)動(dòng)時(shí)間將縮短，初步計(jì)算可縮短30%，以一臺(tái)40公斤射芯機(jī)，每小時(shí)電耗150千瓦時(shí)，以每班開(kāi)動(dòng)7小時(shí)，年工作日為300天計(jì)算則每年耗電315萬(wàn)千瓦時(shí)，開(kāi)工率減少30%，節(jié)電94.5萬(wàn)千瓦時(shí)。具體實(shí)施例方式實(shí)施例1，稱(chēng)取200kg尿素、37%甲醛溶液701kg加入反應(yīng)釜中，開(kāi)動(dòng)攪拌，使尿素完全溶解。用16.5%氯氧化鈉水溶液調(diào)整PH值，使PH＝9.5，升溫至98℃，回流反應(yīng)30分鐘，反應(yīng)體系接通真空脫水裝置，進(jìn)行減壓脫水，在真空度為0.08Mpa以下脫水150kg。脫水后向三口瓶中加入690kg糠醇，用2%鹽酸水溶液調(diào)整PH值，使PH值＝5.5。升溫至95-100℃，保溫反應(yīng)1.5小時(shí)，降溫至70℃，反應(yīng)體系接通真空脫水裝置，進(jìn)行減壓脫水。在真空度為0.08Mpa以下脫水550kg，也可按φ4漏斗粘度為34S/37℃控制脫水量。稱(chēng)取3000g標(biāo)準(zhǔn)砂，加到實(shí)驗(yàn)室用輾輪式混砂機(jī)中，加入18g復(fù)合固化劑，混制2分鐘，然后加入60g例1合成出的樹(shù)脂，混制2分鐘，出砂。稱(chēng)取混制好的芯砂180g加入到在樣筒下端帶有φ12mm小孔的φ50mm圓柱形樣筒中，在SYC型錘式制樣機(jī)上，使重錘沖擊試樣十次，計(jì)錄下由小孔流出芯砂的重量，作為流動(dòng)性數(shù)據(jù)。混制好的芯砂在Z861型試樣熱芯盒射芯機(jī)上制樣，芯盒溫度為210±5℃，分別在不同時(shí)間制樣測(cè)定試樣的冷熱態(tài)抗拉強(qiáng)度。試驗(yàn)結(jié)果 實(shí)施例2稱(chēng)取尿素175kg、37%甲醛溶液65kg加入反應(yīng)釜中，開(kāi)動(dòng)攪拌，使尿素完全溶解。用8.5%氯氧化鈉水溶液調(diào)整PH值，使PH＝9.0，升溫至98℃，回流反應(yīng)30分鐘，反應(yīng)體系接通真空脫水裝置，進(jìn)行減壓脫水，在真空度為0.08Mpa以下，脫水170kg。脫水后向三口瓶中加入690kg糠醇，用2%鹽酸水溶液調(diào)整PH值，使PH值＝5.5。升溫至95-100℃，保溫反應(yīng)1小時(shí)，降溫至70℃，反應(yīng)本文檔來(lái)自技高網(wǎng)...

【技術(shù)保護(hù)點(diǎn)】
一種無(wú)酚中氮熱芯盒制芯粘結(jié)劑，它是由樹(shù)脂和固化劑組成的，其特征是：樹(shù)脂的合成和配比是：成分：糠醇、甲醛、尿素樹(shù)脂中，糠醇（重量％）５０－７０尿素與糠醇摩爾比 １∶２. ０－２. ７尿素與甲醛摩爾比 １∶２. ０－２. ７其合 成工藝為：按上述摩爾比將甲醛、尿素加入反應(yīng)器中，進(jìn)行堿性階段反應(yīng)，所用的堿性催化劑可以是氫氧化鈉、氫氧化鉀、氫氧化鈣、氨水等，稀釋成２５－５％水溶液加入，堿性階段反應(yīng)ＰＨ值可控制在ＰＨ＝８－１０范圍內(nèi)，反應(yīng)液在回流狀態(tài)下進(jìn)行反應(yīng)１０－６ ０分鐘，堿性反應(yīng)結(jié)束后，進(jìn)行中間減壓脫水，脫水量可控制為反應(yīng)液總量的１４－３０％；然后按前述范圍的尿素與糠醇的摩爾比的量加入糠醇到反應(yīng)器中，進(jìn)行酸性反應(yīng)；所用的酸性催化劑可以是鹽酸、硫酸、草酸、醋酸等稀釋成１０－２％水溶液加入，酸性階段反應(yīng)的ＰＨ值可控制在４－６. ５范圍內(nèi)，反應(yīng)溫度為９０－１１０℃，反應(yīng)時(shí)間為１－３小時(shí)；酸性反應(yīng)結(jié)束后反應(yīng)液的ＰＨ值應(yīng)調(diào)整為中性，進(jìn)行減壓脫水反應(yīng)；脫水的數(shù)量可根據(jù)樹(shù)脂粘度來(lái)加以控制，用φ４漏斗在３５－４０℃溫度下測(cè)定樹(shù)脂粘度值，其控制范圍為１５－４０秒，脫水后樹(shù)脂合成完畢；固化劑的成分及配比（重量％）＊＊＊固化劑的合成工藝；將磺酸加入反應(yīng)釜中，加水溶解，然后緩慢加入金屬氧化物，進(jìn)行酸堿反應(yīng)，反應(yīng)溫度為９０－１００℃，反應(yīng)時(shí)間３０分鐘，然后冷卻結(jié)晶，用離心機(jī)進(jìn)行固液 分離，得到磺酸鹽晶體與對(duì)甲苯磺酸、甲醇、水進(jìn)行復(fù)配得到成品固化劑。...

【技術(shù)特征摘要】
1.一種無(wú)酚中氮熱芯盒制芯粘結(jié)劑，它是由樹(shù)脂和固化劑組成的，其特征是樹(shù)脂的合成和配比是成分糠醇、甲醛、尿素樹(shù)脂中，糠醇(重量%)50-70尿素與糠醇摩爾比 1∶2.0-2.7尿素與甲醛摩爾比 1∶2.0-2.7其合成工藝為按上述摩爾比將甲醛、尿素加入反應(yīng)器中，進(jìn)行堿性階段反應(yīng)，所用的堿性催化劑可以是氫氧化鈉、氫氧化鉀、氫氧化鈣、氨水等，稀釋成25-5%水溶液加入，堿性階段反應(yīng)PH值可控制在PH=8-10范圍內(nèi)，反應(yīng)液在回流狀態(tài)下進(jìn)行反應(yīng)10-60分鐘，堿性反應(yīng)結(jié)束后，進(jìn)行中間減壓脫水，脫水量可控制為反應(yīng)液總量的14-30%；然后按前述范圍的尿素與糠醇的摩爾比的量加入糠醇到反應(yīng)器中，進(jìn)行酸性反應(yīng)；所用的酸性催化劑可以是鹽酸、硫酸、草酸、醋酸等稀釋成10-2%水...

【專(zhuān)利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：劉燁，金廣明，余明偉，王巖，
申請(qǐng)(專(zhuān)利權(quán))人：機(jī)械電子工業(yè)部沈陽(yáng)鑄造研究所，
類(lèi)型：發(fā)明
國(guó)別省市：89[中國(guó)|沈陽(yáng)]