铸造用自硬呋喃树脂固化剂的合成工艺研究

论文摘要

自硬呋喃树脂砂造型制芯具有强度高,尺寸精度高、硬化速度快、生产效率高、生产成本低、劳动强度低等特点,顺应现代铸造技术的发展要求,目前在生产中应用非常广泛,被认为在未来将成为我国铸造业的主流生产工艺。与此同时,铸造用呋喃自硬树脂固化剂的质量是支持自硬呋喃树脂砂发展的重要保证,一定程度上对自硬呋喃树脂砂性能具有决定性作用。本文总结了采用浓硫酸液相磺化法,合成出一系列以二甲苯磺酸及硫酸氢甲酯为主要有效成分的铸造用呋喃树脂固化剂的研究工作。并围绕自硬呋喃树脂固化机理和固化剂的固化特性及使用工艺等做了一些工作,主要有如下结论:(1)在二甲苯磺酸型固化剂生产工艺中,采用较低的磺化温度,和较短的磺化时间实现了有效的磺化,磺化温度和磺化时间分别为80℃和4h。(2)本课题开发的固化剂在合成过程中,实现了磺化和酯化两种反应的有机结合,在得到磺酸产物的同时,还有硫酸甲酯的生成,故所得产品具有硬化速率快(20min强度高),砂型终强度较高,抗湿能力强的优点,树脂用量仅占原砂质量的1.04%,固化剂用量占树脂质量40%～50%即可满足多种环境条件生产要求。(3)结合红外谱线,验证了合成固化剂中含有芳基磺酸、磺酸酯、磺酸盐以及硫酸氢甲酯成分,说明合成过程中反应按设想的方式进行。简要介绍了合成过程中磺化及酯化两个主要反应阶段的机理。分析了磺化温度、磺化时间、酯化温度、酯化时间及搅拌效果等实验因素对合成反应造成的影响。(4)在参考相关文献的基础上,结合实验及SEM分析测试结果,简要阐述自硬呋喃树脂固化机理以及固化过程中,酸(固化剂)起到催化作用,并对固化剂固化剂活性强弱的指标进行讨论。(5)对本研究开发的GHC1#～5#及国内某公司对应型号的固化剂产品,进行了固化剂对型砂可使用时间,及固化速率的影响实验,并引入硬化特性系数K等对固化剂综合固化性能进行了比较,结果表明,本研究的系列固化剂产品综合性能优于国内同类固化剂产品。(6)对自硬呋喃树脂砂的硬化特性K值的分析表明,其值随固化剂总酸度的增大而呈下降趋势;在本研究条件下,气温因素大于环境湿度因素,在选用固化剂时,应首先根据气温确定合适型号的固化剂,再根据环境湿度情况调整固化剂加入量;最后对本研究开发的系列固化剂分别适用的温度湿度范围,以及综合使用的工艺方法做了总结和归纳。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 1 绪论
• 1.1 引言
• 1.2 自硬冷芯盒法造型（芯）简述
• 1.3 自硬呋喃树脂综述
• 1.4 铸造用自硬呋喃树脂固化剂
• 1.5 酸硬化呋喃树脂的反应机理综述
• 1.6 本课题主要研究目标及内容
• 2 实验方法
• 2.1 固化剂合成及实验用原材料和装置
• 2.2 实验方法
• 2.3 微观测试分析手段
• 3 二甲苯磺酸型固化剂的合成
• 3.1 概述
• 3.2 GHC5#的合成工艺
• 3.3 GHC4#及LSJZ 固化剂的合成工艺
• 3.4 GHC3#、GHC2#及GHC1#的合成工艺
• 3.5 本章小结
• 4 固化剂红外测试分析及其合成工艺探讨
• 4.1 红外光谱分析用试样及其谱图
• 4.2 红外测试结果分析与讨论
• 4.3 磺化工艺及其反应机理探讨
• 4.4 酯化工艺及其反应机理探讨
• 4.5 本章小结
• 5 本研究系列固化剂的促硬特性和使用工艺
• 5.1 酸在树脂固化过程中的作用
• 5.2 固化剂对呋喃树脂砂可使用时间和脱模时间的影响
• 5.3 呋喃树脂砂固化特性影响因素
• 5.4 本研究系列固化剂的使用工艺
• 5.5 本章小结
• 6 全文总结和展望
• 6.1 课题总结
• 6.2 展望与后续工作建议
• 致谢
• 参考文献