[00244114]高抗湿性三乙胺冷芯盒树脂研发

一、课题来源、背景 目前在气硬树脂砂领域应用较多、并且技术比较成熟的是三乙胺冷芯盒法。早在1972年，全世界就有15个国家的165家铸造厂进行正式使用，它的应用范围相当广泛，包括铸铁、铸钢及轻合金等。 我国七十年代初开始三乙胺法冷芯盒制芯树脂及工艺研究，但当时国内无专用设备及配套材料供应，使该工艺没能及时推广。1985年国内从美国AshIand公司引进了胺法树脂生产技术、制芯设备、模具及应用软件，之后几家汽车厂、拖拉机厂、柴油机厂先后从美国、德国引进多套冷芯盒制芯专用装备，从而使吹胺冷芯技术在国内获得推广应用。到目前为止，国内已形成了冷芯盒全套设备、工艺装备、树脂及配套辅料等近百家，设计、制造单位的年产值数十亿元的产业链。 2013年7月，共享集团与中国南车集团，在四川省资阳市合资新建了四川南车共享铸造有限公司项目，该项目投产后，设计年产铸件40000吨，其中冷芯盒射芯工艺占2/3以上，预计年使用冷芯盒树脂600吨、冷芯盒配套固化剂600吨，三乙胺60吨，每年将产生2000万元采购金额。共享化工通过多年的技术创新，在自硬呋喃树脂及碱性酚醛树脂等领域积累了大量的技术经验。三乙胺冷芯盒树脂也属于酚醛树脂领域，在开发该树脂的过程中，可以很好的借鉴碱性酚醛树脂已有的技术，减少研发难度，加快研发进度。 三乙胺冷芯盒树脂项目研发，不但能掌握该树脂的关键技术、形成专利，填补公司在该树脂领域的技术空白，而且能够满足集团使用需求，实现对外销售，提升公司的核心竞争力，为公司带来更加广阔的市场，提高经济效益。 二、技术原理及性能指标 冷芯盒树脂主要由两组分构成，组分Ⅰ为多羟基化合物，目前对于铸铁件造型或制芯来说，是由极性与非极性溶剂溶解的苯醚型酚醛树脂；组分Ⅱ为非极性溶剂稀释的多异氰酸酯（PAPI）。两组分与砂混好射芯于模具后，利用空气作载体将气雾化的三乙胺吹入芯盒硬化砂型。由于苯醚型酚醛树脂是强极性，具有较大分子和较高粘度的预聚合体，PAPI则是非极性粘度稍大的液体，需要加入溶剂使二者具有较好的相容性，才能充分反应并获得较好的树脂砂强度。同时为使冷芯盒树脂保持足够低的粘度，以便于混砂时具有较好的流动性，也需要加入溶剂。 本项目研发的高抗湿型三乙胺冷芯盒树脂组分Ⅰ型号为KPC-Ⅰ-K，组分Ⅱ型号为KPC-Ⅱ-K，通过对树脂组分Ⅰ酚醛比、金属离子催化剂进行试验，并对两组分的溶剂、极性增塑剂种类及比例等进行选择，对组分Ⅱ进行阻聚、抑制改进，旨在得到一种粘度＜210mpa.s、型砂即时抗拉强度＞ 1.0MPa、高湿抗拉强度＞ 1.3MPa、型砂可使用时间满足现场使用的三乙胺冷芯盒树脂。 三、技术的创造性与先进性 1.工艺采用固体多聚甲醛替代液体甲醛水溶液，合成苯醚型酚醛树脂，很大程度减少了生产过程中废水的排放，工艺环保性能好，能耗低； 2.交叉对比了几种不同厂家树脂的型砂性能，找到并通过在固化剂中加入阻聚剂、阻燃剂，固化剂保存期延长了3倍，型砂可使用时间延长了1/3； 3.通过红外对比，分析几种树脂谱图结构，在合成中引入乙酸锌作为反应催化剂，并加入氢氟酸捕捉未反应的催化剂，型砂强度提高了10%，进一步延长了型砂可使用时间； 4.实验确定了组分Ⅱ中PAPI的最佳比例，不但保证了较高的型砂强度，还有效增强了树脂砂的抗湿型能； 5.实验在组分Ⅰ树脂加入了极性增塑剂，可以一定程度上提高树脂砂的强度，并延长了型砂的可使用时间； 6.该工艺的成功开发，积累了一定酚醛热固性树脂合成的经验，为研发类似树脂积累了一定经验。 四、技术的成熟程度，适用范围和安全性 项目树脂在车间共进行了3次放大试生产，与实验室样品对比，外观较深，型砂性能指标相当，树脂粘度优于实验室样品。树脂性能对比达到国内外同行业水平。 本项目研发的产品，经过山西三联铸造检验，符合顾客技术标准、规范要求，现场对比达到圣泉树脂水平。产品 7项主要指标通过沈阳铸造研究所检测合格。产品经共享装备快速成型中心冷芯盒射芯机现场批量试用，满足射芯机现场使用要求，后续铸件质量合格。 五、应用情况及存在问题 项目产品冷芯盒树脂在共享装备快速成型中心射芯工部进行了多次试用：经现场测试调整，树脂组分Ⅰ、组分Ⅱ加入量均为砂重的0.8%，三乙胺加入量为树脂的2%。在此条件下射砂制芯生产多件，砂芯起膜后硬化均匀、测量砂芯表面硬度大于90，能够满足现场生产使用。 目前存在的主要问题是：1. 项目冷芯盒树脂主要应用在汽车铸造行业中，未来汽车行业朝着轻量化、低能耗方向发展，也就要求冷芯盒树脂要满足铸铝件生产的要求，所以，未来冷芯盒树脂要侧重于这方面的研究；2. 树脂组分Ⅱ中异氰酸酯（PAPI）国内生产很少（烟台万华公司是国内目前最大的生产厂家），主要依靠从日本进口，一定程度上制约了冷芯盒树脂的发展，随着石油工业的发展，可寻找合适的替代物质。 六、历年获奖情况 无