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我国长期使用湿型砂(芯)存在生产周期长、劳动条件差、生产效率低、铸件质量差等诸多问题。到20世纪50年代末,树脂砂生产线开始采用CO2水玻璃砂法,这种方法具有生产成本低、设备简单、操作方便、使用灵活等优点,在当时很多铸造企业得到应用。但在使用过程中暴露出铸件表面质量低、芯砂溃散性差、铸件清砂非常困难、旧砂无法回收等诸多问题。80年代,我国铸造工作者积极推广应用树脂砂技术,特别是呋喃树脂砂技术,占我国树脂砂技术的80%以上。
虽然呋喃树脂砂技术在树脂砂生产线铸铁件生产中取得了良好的发展和广泛的应用,但在用于生产铸钢件和铝铸件时,还有许多亟待解决的研究问题,这可能导致呋喃树脂砂技术在铸钢件和铝铸件生产中的应用技术受到企业一定程度的制约。对于铸钢件,由于使用呋喃树脂砂时存在发气量大、速度快、导热性差、高温工作强度高、含硫固化剂等问题,铸钢件产生了很多中国铸件产品的缺陷,质量管理难以有效控制。对于铝铸件来说,高温作用强度大,铝铸件热裂倾向严重,清砂非常重要,也非常困难。
(1)呋喃树脂污染严重,其原料依赖短缺的石油资源。
目前树脂砂生产线铸造用呋喃树脂是苯酚、甲醛、尿素、糠醇的缩聚物。由于树脂中含有对人体有毒有害的苯酚、甲醛、尿素和糠醇,在高温液态金属浇注和铸件清理过程中会释放出来,污染环境。为解决呋喃树脂污染问题,扩大原料来源,近年来,国外已采用(5-hmf)代替糠醇作为呋喃树脂的主要成分,不仅可以大幅度降低糠醇的用量,还可以提高呋喃指砂的加工性能。但该工艺存在收率低、能耗高、成本高等问题,尚未应用于生产实践。
(2)磺酸硬化呋喃树脂砂对球墨铸铁表层球化不良的影响。
经过多年的发展,球墨铸铁已经成为我国不可替代的金属结构材料,其产量和铸件的比例都在逐年增加。此外,我们的企业也是世界上球墨铸铁产量zui大的国家。
但呋喃树脂砂型用磺酸作催化剂生产球墨铸铁时,铸件表层往往有异常组织,表层硫含量远高于铸件中心。铸件表面的异常结构导致机械性能如冲击强度的下降。因此,研究磺酸硬化剂呋喃树脂砂对我国球墨铸铁件表面组织的影响具有积极的意义。目前开发的抗硫涂层技术还不成熟,尚未成为商品。
有机粘结剂在我国铸造生产中的应用,极大地推动了树脂砂生产线造型制芯方法的进步。其中自硬树脂发展zui快,尤其是呋喃树脂砂,在型砂粘结剂中占有非常重要的地位,也是我国应用zui广泛的树脂砂之一。呋喃树脂因其诸多优点而得到广泛应用。随着呋喃树脂砂用量的增加,开发出了许多不同要求的新型改性呋喃树脂。然而,呋喃树脂有许多缺陷(热裂、渗碳、硫化、多孔等)。)和污染严重,有待进一步改善。
因此,我国面临着在系统研究呋喃树脂合成反应机理共性技术的基础上,加强呋喃树脂改性,开发环境友好的呋喃树脂体系,降低生产成本,缩短固化时间,提高生产效率,改善工作环境,进一步拓宽呋喃树脂砂应用领域的挑战。
目前铸造用改性呋喃树脂的主要成分是从中国石油企业资源中获取的苯酚、甲醛和尿素作为原始数据资料。随着我国石油等不可再生资源的时间消耗,原油市场价格水平持续发展和上涨,以石油为主的化工机械行业成本将持续增加。同时,生物质如5-羟甲基糠醛(5-HMF)是一种数量巨大、价格低廉的可持续资源,可以被生物技术降解并不断再生。它可以作为呋喃树脂生产的原料,是解决当前社会资源和能源经济危机的重要途径。
结合呋喃树脂的低硫酸固化剂和防渗碳渗硫涂料的开发应用,旨在解决树脂砂生产线使用呋喃树脂砂作催化剂生产球墨铸铁铸件时,铸件表面组织异常,降低铸件冲击韧性等力学性能的问题。
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