薛永軍，高永軍

（山西汾西重工有限責(zé)任公司，山西太原 030027）

1 背景

近年來(lái)，隨著國(guó)家對(duì)鑄造行業(yè)環(huán)保要求的不斷提高，一些對(duì)環(huán)境有污染，不能滿(mǎn)足環(huán)保要求的鑄造材料、鑄造工藝已經(jīng)不能適應(yīng)行業(yè)發(fā)展的需求。

鋁合金薄壁鑄件壁厚薄，但在薄壁部位存在一些大型的厚大的凸臺(tái)、孔座等結(jié)構(gòu)，使鑄件凝固過(guò)程中各個(gè)部位的凝固時(shí)間、收縮阻力等有所不同，所以鑄件在凝固過(guò)程中收縮阻力要小，避免由于收縮阻力造成鑄件在凝固過(guò)程中產(chǎn)生較大的內(nèi)應(yīng)力甚至裂紋缺陷，這就要求芯砂有良好的退讓性。澆注完成后，為防止鑄件變形，在清理過(guò)程中要避免鑄件受力，這就要求芯砂有良好的潰散性。

對(duì)于上述芯砂的性能要求，前期使用的酚脲烷自硬樹(shù)脂砂能夠很好的滿(mǎn)足鋁合金薄壁鑄件的生產(chǎn)要求，而且砂芯的緊實(shí)度均勻，其缺點(diǎn)是制芯過(guò)程中會(huì)揮發(fā)出一定量的有刺鼻性氣味的氣體，在鑄件澆注完成后，樹(shù)脂受熱分解會(huì)產(chǎn)生大量有刺鼻性氣味的氣體，嚴(yán)重影響環(huán)境，而且對(duì)操作人員的健康不利。因此，需要尋找一種既能滿(mǎn)足環(huán)保要求，又能滿(mǎn)足鋁合金薄壁殼體鑄件生產(chǎn)要求的粘結(jié)劑來(lái)取代以前的酚尿烷樹(shù)脂粘結(jié)劑。

2 聚丙烯酸鈉樹(shù)脂的特點(diǎn)

聚丙烯酸鈉樹(shù)脂是一種無(wú)酚無(wú)醛的無(wú)毒液體，可以用作水處理劑和食品添加劑，具有氣硬冷芯盒的優(yōu)點(diǎn)，使用此粘結(jié)劑制芯效率高、節(jié)約能源、工人勞動(dòng)條件好，芯盒使用壽命長(zhǎng)。聚丙烯酸鈉樹(shù)脂砂無(wú)毒無(wú)味，不污染環(huán)境，潰散性好，發(fā)氣量小，熱膨脹系數(shù)小。另外，聚丙烯酸鈉樹(shù)脂砂具有良好的退讓性和熱塑性，可以防止鑄造裂紋類(lèi)缺陷的產(chǎn)生，提高鑄件質(zhì)量。

3 聚丙烯酸鈉樹(shù)脂的硬化機(jī)理

聚丙烯酸鈉樹(shù)脂在使用過(guò)程中，要采用氫氧化鈣為固化劑，通過(guò)吹入CO2氣體進(jìn)行固化。這種樹(shù)脂砂的固化分為兩個(gè)階段。

第一階段為聚丙烯酸鈉中的鈉離子Na+與CO2反應(yīng)，生成碳酸鈉，氫氧化鈣與聚丙烯酸鈉中的羧酸根反應(yīng)，生成的鈣鹽將高分子鏈鉸鏈在一起，使樹(shù)脂產(chǎn)生起模強(qiáng)度。

第二階段以物理脫水為主，砂芯脫模后，樹(shù)脂中的水分通過(guò)物理蒸發(fā)自然排除，使砂芯的強(qiáng)度繼續(xù)升高，達(dá)到最終強(qiáng)度。

4 聚丙烯酸鈉樹(shù)脂砂的混制

聚丙烯酸鈉樹(shù)脂砂混制用原砂為烘干的大林砂，粒度50/100 目，角形系數(shù)≤1.3，含泥量≤0.3。采用碗式混砂機(jī)進(jìn)行混砂，每次混砂量50～100kg。硅砂、聚丙烯酸鈉樹(shù)脂、固化劑的比例見(jiàn)表1。

表1 芯砂配比 ωB/%

4.1 混制過(guò)程

首先將稱(chēng)量好的砂子倒入混砂機(jī)，然后啟動(dòng)混砂機(jī)，加入稱(chēng)量好的固化劑，混制30～40s 后，加入稱(chēng)量好的聚丙烯酸鈉樹(shù)脂，再混制30～40s 后出砂。

4.2 砂子可使用時(shí)間

混制好的芯砂要進(jìn)行覆蓋，與空氣隔絕，避免與空氣中的CO2氣體發(fā)生反應(yīng)而失效。保存好的芯砂的可使用時(shí)間可以達(dá)到24h 以上，大大高于酚脲烷樹(shù)脂砂的可使用時(shí)間。

4.3 砂芯的硬化

制好的砂芯需要吹CO2氣體進(jìn)行硬化，吹氣孔的多少及吹氣時(shí)間依據(jù)芯子的高低和大小有所不同，就圓柱體砂芯而言，以罐裝CO2氣體為例，根據(jù)經(jīng)驗(yàn)總結(jié)，芯子大小與吹氣孔數(shù)量及吹氣時(shí)間的關(guān)系見(jiàn)表2。

表2 芯子大小與吹氣孔數(shù)量及吹氣時(shí)間的關(guān)系

一般情況下，直徑大、高度低的砂芯，吹氣孔數(shù)量取上限，吹氣時(shí)間取下限；而直徑小、高度高的砂芯，吹氣孔數(shù)量取下限，吹氣時(shí)間取上限。

4.4 鑄件尺寸及性能

聚丙烯酸鈉樹(shù)脂砂生產(chǎn)的薄壁鋁合金鑄件，鑄件尺寸穩(wěn)定，開(kāi)箱清理過(guò)程能夠順利取件，不會(huì)對(duì)鑄件尺寸產(chǎn)生影響，經(jīng)過(guò)一段時(shí)間的應(yīng)用，鑄件沒(méi)有出現(xiàn)由于樹(shù)脂砂退讓性等原因?qū)е碌牧鸭y、尺寸不穩(wěn)定等問(wèn)題。

5 聚丙烯酸鈉樹(shù)脂砂與酚脲烷樹(shù)脂砂的對(duì)比

聚丙烯酸鈉樹(shù)脂砂流動(dòng)性較差，主要是由于加入了氫氧化鈣粉狀固化劑導(dǎo)致的；而酚脲烷樹(shù)脂砂為兩種液體與硅砂混合而成，沒(méi)有粉狀物的存在，芯砂的流動(dòng)性與硅砂相似，流動(dòng)性能良好。聚丙烯酸鈉樹(shù)脂砂的硬化依靠與CO2的化學(xué)反應(yīng)來(lái)完成，因此，硬化過(guò)程可控，可使用時(shí)間長(zhǎng)；而酚脲烷樹(shù)脂砂的硬化靠自身的化學(xué)反應(yīng)完成，可使用時(shí)間只能靠樹(shù)脂中固化劑的加入比例微調(diào)，可使用時(shí)間短。聚丙烯酸鈉樹(shù)脂砂中不含酚類(lèi)、醛類(lèi)，無(wú)毒，無(wú)味，是一種環(huán)境友好型的粘結(jié)劑；而酚脲烷樹(shù)脂砂含有酚類(lèi)、烷類(lèi)等物質(zhì)，特別是高溫后會(huì)產(chǎn)生大量的有毒有害氣體，不能滿(mǎn)足環(huán)保需求?，F(xiàn)將兩種粘結(jié)劑的主要指標(biāo)對(duì)比，如表3 所示。

表3 主要指標(biāo)對(duì)比

6 結(jié)論

（1）聚丙烯酸鈉樹(shù)脂砂的退讓性及潰散性能夠滿(mǎn)足鋁合金薄壁殼體鑄件的生產(chǎn)要求，鑄件尺寸穩(wěn)定。

（2）聚丙烯酸鈉樹(shù)脂砂通過(guò)吹CO2氣體實(shí)現(xiàn)硬化，硬化速度快，可以提高生產(chǎn)效率。

（3）聚丙烯酸鈉樹(shù)脂砂無(wú)酚、無(wú)醛，且在澆注過(guò)程中沒(méi)有有害氣體的產(chǎn)生，符合目前環(huán)保生產(chǎn)的需要，具有廣闊的應(yīng)用前景。