砂面覆膜固化剂的作用机理及加入量要求

为了使热塑性酚醛树脂在制造壳型、壳芯过程中由线型转变成体型结构,必须补充酚醛树脂分子间连接苯酚的次甲基—CH₂—,通常为加入固化剂(含有—CH₂—基团或析出甲醛的物质)并加热。常用的固化剂为六亚甲基四胺((CH₂)6 N₄),它是甲醛和氨的反应产物。

加入乌洛托品后树脂的固化机理一般认为是,乌洛托品中一个氮原子上连接的三个化学键相继打开,并与三个二阶树脂的分子链反应生成体型结构分子,同时释放出NH₃(见图5-32)；也有文献认为,乌洛托品先与树脂中游离酚(一般为5%)生成二(羟基苄)胺或三(羟基苄)胺的中间产物,而过渡产物并不稳定,在较高固化温度下进一步与游离酚反应,释放出NH₃以形成次甲基键交联树脂。

覆膜砂在模具或芯盒内的硬化方式为:酚醛树脂+乌洛托品+热硬。当覆膜砂受模温作用时,树脂膜引起3个阶段的化学反应和物理转移,如图5-32所示。

阶段1:热塑性树脂开始熔融,树脂膜的粘度下降,混在凝胶化的树脂中的乌洛托品开始分解出甲醛。

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图5-32 酚醛树脂从热塑性向热固性的转变曲线

阶段2:在热塑性的B阶段的树脂,放出少量的副产物——水,此时,由乌洛托品放出的甲醛与酚醛反应缩合,向热固性的C阶段进行。粘结剂流过砂粒间,使砂粒间形成架桥。

阶段3:随着酚醛消耗掉由乌洛托品放出的甲醛的过程中,酚醛树脂逐步完全硬化,由可熔可溶的热塑性树脂向热固性的树脂转换,就在此时完成。

热塑性酚醛树脂中,如果加入的乌洛托品量过少,则带入的氮少,但是残存的未交联成体型结构的酚醛树脂较多,型、芯在浇注金属热的作用下,未成体型结构的树脂会重新软化或熔化,增大型、芯变形量,但是抗开裂能力增强；乌洛托品加入量过多,型、芯的线膨胀系数增大,变形量小,较易开裂,且由于乌洛托品含40%的氮,促使壳型浇注铸钢件易产生皮下气孔。