自硬树脂砂的分类应用及发展前景
来源：全球五金网 2011-7-26
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在铸造界，造型制芯工艺一般为热固化(热芯盒)工艺、气硬快速冷固化(冷芯盒)工艺和自硬砂工艺。自上世纪五六十年代以后，有机合成粘结剂的研制和开发应用已使诸多铸造厂抛开了传统的造型工艺，根据其生产条件，如铸件种类、造型(芯)生产线规模、劳动力状况、环保与能源的要求等来选择更适合的造型制芯工艺及铸造用原辅材料。
由于全世界范围内出现的环保危机、能源危机以及日益激烈的市场竞争对铸造界的影响，迫使铸造厂寻求环保节能高效的绿色铸造方式。
自硬树脂砂造型与制芯工艺已被世界范围内大多数中小型型芯砂制造者所接受，由于其型砂紧实坚硬、易于控制、铸件尺寸精度高，故目前自硬树脂砂工艺已用于浇注所有种类的金属铸件，例如当今宇航工业以及军事工业所需的轻质合金钢、铜合金、铝合金、普通钢、高合金钢的铸造都可以采用自硬树脂砂工艺来生产。
当今，正迅猛发展的计算机自动化控制也对自硬树脂砂工艺的发展起到了推波逐澜的作用，在造型制芯方面自硬树脂砂工艺均取得了不可低估的作用和充分地显示了其本身优势。
1、铸造用自硬树脂的分类
目前用于自硬树脂砂工艺的铸造用树脂一般分为以下三类：
（1）酸催化的呋喃树脂。例如呋喃树脂，酚醛、脲醛、酚脲醛改性的呋喃树脂，这些树脂可以单独使用，必要时也可以混合使用。
（2）由异氰酸酯和多元醇组成的聚脲烷类树脂。
（3）碱性酚醛树脂。这类树脂可以与任何种类的砂混合而用于自硬砂工艺(包括橄榄石砂，由于橄榄石砂呈碱性，不能用作酸催化的呋喃树脂自硬砂)。
2、铸造自硬树脂的特性
（1）硬化特性
一般情况下，铸造用树脂是由C、H、O、N等原子以不同的形式结合而形成的液态的有机化合物。在树脂生产阶段，各种原材料分子在热和催化剂的作用下，初步聚合成具有两维空间的线性链状结构的初聚物分子，而在铸造厂使用时，由于第二种催化剂(固化剂或硬化剂)的加入，促使分子间这种聚合反应继续进行并形成具有非常大的分子量的具有三维空间结构的不溶不熔性的体形网状高分子聚合物，当三维结构聚合反应发生在砂子之间时，所形成的网状树脂结构就将砂粒彼此粘结起来，形成坚硬的骨架结构。这也就是我们通常所说的树脂产生固化反应而硬化了。
当二维空间结构的线性聚合物分子与砂子混合时，在固化剂的作用下，树脂的聚合反应开始时较慢，继而反应加速直到反应完全。刚开始的聚合反应会被砂子的流动而打断，即阻碍聚合反应生成网状结构；反之，网状聚合物的形成也阻碍了砂子的流动性，即影响造型制芯操作过程以及型砂的最终机械强度。自硬树脂在固化剂作用下由两维空间特性结构变成三维空间网状结构是其共性，每一种自硬树脂由于其分子结构不同，活性基团不同，由两维向三维转化的方式、速度、生成物均各不相同。了解各类树脂的硬化特性对铸造厂在树脂的选择时起一定的帮助。
（2）自硬树脂砂的可使用时间与可脱模时间
了解各类树脂的硬化特性，首先明确“可使用时间”和“可脱模时间”两个概念。
“可使用时间”——混好的树脂砂可以用来造型制芯的时间。
测试方法有三种。
（1）测型砂的初抗压强度值。
将混好的树脂砂立即做成若干个<50mmx50mm的型砂试样，一半样品置于密闭处，一半样品置于空气中，然后，每隔一定时间测其抗压强度，绘出的强度时间曲线。
（2）测型砂的终抗压强度值。
将混好的树脂砂置于空气中，每隔一定时间制成一个<50mmX50mm的试样，硬化24h后测其抗压强度，当某个试样最终强度只有第一个试样的70％时，那么制这个试样以前的那段时间就是可使用时间。
一般工厂均采用这种方法测可使用时间。
（3）经验判断法。
在空气干燥、通风良好的条件下，观察混合好的树脂砂在空气中其表面变化情况，如果树脂砂表面出现一层干皮，用手触摸有硬感时，这段时间为其可使用时间。
树脂砂超过了其可使用时间就不应该再使用了，如果再用，则由于砂的流动性变差会造成型芯砂的终强度降低。通常情况下，树脂和催化剂(固化剂)混合物聚合反应速度越快，其可使用时间越短。
可脱模时间一型(芯)砂可从铸模中取出的一段时间。
指混好的树脂砂从充型到脱模的时间范围。一旦铸模(芯盒)被装满树脂砂后，树脂砂应尽快地固化，以便砂型、芯能从铸模或芯盒中脱出，而不引起任何尺寸的改变或塌箱现象。即型、芯砂具有可以移动的最低强度值所需的时间。
很明显，可使用时间与脱模时间之间有冲突，互为矛盾体。可脱模时间与可使用时间均与树脂类型、固化剂类、原砂的质量、混砂机类型以及环境的温度和湿度有关。铸造厂总希望“可使用时间”越长越好，可脱模时间“越短越好”，也就是说“可使用时间与可脱模时间之比”越大越好，比值越大，脱模阶段用的时间越少，造型速率越高，生产效率越高，铸模和芯盒的周转使用率也愈高。
2．3自硬树脂砂硬化特性
（1）呋喃树脂
