自硬呋喃树脂磺酸固化剂的特性及其对树脂砂强度的影响

合成磺酸类固化剂就是将甲苯和(或)二甲苯与浓硫酸或发烟硫酸、三氧化硫及氯磺酸等的一种或两种发生磺化反应生成对甲苯磺酸和(或)二甲苯磺酸。通过改变苯类及其配比、溶剂的种类和控制固化剂的主要技术指标,制成不同固化速度的磺酸固化剂,以适应不同季节的生产条件。

磺酸类固化剂的物化性能指标包括密度、粘度、总酸度、游离酸含量等。一般采用固化剂的总酸度来衡量固化剂的活性,总酸度是指固化剂中质子含量的多少,由于磺酸中磺酸基为—SO₃H,一般以H₂SO₄含量作为总酸度计算。不同季节对固化剂酸度的要求是不一样的。夏季由于气温高,有利于树脂砂固化,因此达到工艺要求所需的固化剂酸度相对较低；冬季由于天气寒冷,不利于砂型固化反应的进行,因此需要高活性的固化剂；春秋两季居中。

在总酸度基本保持一致的前提下,游离酸含量越低,型砂的抗拉强度越高；固化剂的磺化率越高,越有利于型砂强度的提高(见表5-10)。

表5-10 型砂强度、总酸度和游离酸含量的比较

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注:总酸度、游离酸含量和磺化率均为质量分数。

采用芳基磺酸作固化剂可得到与相应的无机酸同样的硬化速度,但终强度较高。而且在浇注过程中,易被铸件的高温所破坏,酸的残存率比无机酸低,对再生砂有利。从芳基磺酸固化树脂产生的强度看,苯磺酸的强度最高。在苯磺酸的结构中,如果在苯环的自由(活性)位置引入取代基,例如-CH₃(甲苯磺酸)、-OH(苯酚磺酸)、Cl(对氯苯磺酸)等,则由于电子密度重新分布和SO₃ H-基中氢键加强,使酸的强度降低。也就是随取代基增多,会使树脂硬化速度减慢。

另外,用芳基磺酸作固化剂,混砂时,常散发难闻气味。在浇注过程中用甲苯磺酸作固化剂时会产生少量SO₂和H₂ S,也会使球墨铸铁、蠕墨铸铁铸件出现异常表层组织和使钢件增硫。溶解或稀释酸固化剂的溶剂常为水或甲醇、乙醇等。