環(huán)保型生物基呋喃樹(shù)脂的開(kāi)發(fā)及應(yīng)用
呋喃樹(shù)脂砂工藝應(yīng)用現(xiàn)狀
我國(guó)長(zhǎng)期以來(lái)一直采用濕型砂造型（芯），存在生產(chǎn)周期長(zhǎng)，勞動(dòng)條件差，生產(chǎn)效率低，鑄件質(zhì)量差等許多問(wèn)題。到 20 世紀(jì) 50 年代末我國(guó)開(kāi)始采用CO2 水玻璃砂法， 該方法的生產(chǎn)成本低，設(shè)備簡(jiǎn)單，操作方便，使用靈活，當(dāng)時(shí)在許多鑄造企業(yè)得到應(yīng)用。不過(guò)該工藝在使用過(guò)程中暴露出鑄件表面質(zhì)量低，芯砂潰散性差，鑄件清砂十分困難，舊砂還不能再生回用等許多問(wèn)題。到了 80 年代，我國(guó)鑄造工作者積極推廣應(yīng)用樹(shù)脂砂工藝，尤其是呋喃樹(shù)脂砂工藝，占我國(guó)樹(shù)脂砂工藝的 80％以上。
盡管呋喃樹(shù)脂砂工藝在鑄鐵件生產(chǎn)中獲得了較好的效果和廣泛的應(yīng)用，但是，采用它生產(chǎn)鑄鋼件和鑄鋁件時(shí)，出現(xiàn)了許多問(wèn)題亟待解決，從而導(dǎo)致呋喃樹(shù)脂砂工藝在鑄鋼和鑄鋁件生產(chǎn)中的應(yīng)用受到了一定的限制。對(duì)于鑄鋼件來(lái)說(shuō)，由于呋喃樹(shù)脂砂發(fā)氣量和發(fā)氣速度大、導(dǎo)熱性差、高溫強(qiáng)度高及固化劑含硫等問(wèn)題，使鑄鋼件產(chǎn)生許多鑄造缺陷，導(dǎo)致其質(zhì)量難以控制。對(duì)于鑄鋁件來(lái)說(shuō)，高溫強(qiáng)度高，鋁鑄件熱裂傾向嚴(yán)重，清砂十分困難。
呋喃樹(shù)脂砂工藝亟待解決問(wèn)題
（1）呋喃樹(shù)脂的污染嚴(yán)重，原材料依靠短缺的石油資源。
目前在鑄造生產(chǎn)中使用的呋喃樹(shù)脂，是采用苯酚、甲醛、尿素和糠醇等材料縮聚而成的。由于樹(shù)脂中含有苯酚、甲醛、尿素和糠醇等對(duì)人體有毒、有害的物質(zhì)，在高溫金屬液澆注和鑄件落砂清理時(shí)都會(huì)大量的釋放出來(lái)，污染環(huán)境。為了解決呋喃樹(shù)脂的污染和擴(kuò)大原材料的資源，近年來(lái)，國(guó)外已采用（5-HMF）來(lái)取代糠醇，作為呋喃樹(shù)脂的主要組分，不僅能大幅度減少糠醇用量，而且還能提高呋喃樹(shù)指砂的工藝性能。但是這一工藝還存在產(chǎn)出率低、耗能高、成本大等問(wèn)題，還未能應(yīng)用于生產(chǎn)。
（2）磺酸硬化呋喃樹(shù)脂砂對(duì)球鐵件表層球化不良的影響。
球墨鑄鐵經(jīng)過(guò)多年的發(fā)展，現(xiàn)已成為一種不可替代的金屬材料，它的產(chǎn)量和所占鑄件的比例逐年增加，而且，我國(guó)也是世界上球墨鑄鐵件產(chǎn)量最多的國(guó)家。
但是，呋喃樹(shù)脂砂型使用磺酸類作催化劑時(shí)生產(chǎn)球鐵件，在鑄件表層常出現(xiàn)變異組織，其表層硫含量大大高于鑄件中心。鑄件表層出現(xiàn)異常組織導(dǎo)致試件的沖擊值等力學(xué)性能顯著降低。因此，研究解決磺酸類固化劑硬化呋喃樹(shù)脂砂對(duì)球鐵件表層組織變異的問(wèn)題，對(duì)于我國(guó)球鐵件的今后發(fā)展有著積極的作用。目前，已開(kāi)發(fā)的防滲硫涂料，技術(shù)還不成熟，也未成為商品出售。
呋喃樹(shù)脂砂工藝面臨的挑戰(zhàn)
有機(jī)粘接劑在我國(guó)鑄造生產(chǎn)中的使用，有力地推動(dòng)了造型制芯方法的進(jìn)步，其中以自硬樹(shù)脂發(fā)展最為迅速，尤以呋喃系樹(shù)脂砂，在型砂粘接劑中占有非常重要的地位，也是我國(guó)應(yīng)用最多的一種樹(shù)脂砂。由于呋喃樹(shù)脂具有許多優(yōu)點(diǎn)而獲得了廣泛的應(yīng)用。隨著呋喃樹(shù)脂砂的應(yīng)用日益廣泛，不斷研發(fā)出了許多不同需要的新型改性呋喃樹(shù)脂。但是呋喃樹(shù)脂存在的問(wèn)題還很多，例如，生產(chǎn)出的鑄件缺陷多（熱裂、滲碳、滲硫、氣孔等）、污染重，仍需進(jìn)一步改進(jìn)與提高。
為此，我國(guó)面臨的挑戰(zhàn)是，在系統(tǒng)研究呋喃樹(shù)脂合成反應(yīng)機(jī)理的共性技術(shù)的基礎(chǔ)上，強(qiáng)化對(duì)呋喃樹(shù)脂的改性，開(kāi)發(fā)環(huán)保型呋喃樹(shù)脂體系，降低生產(chǎn)成本，縮短固化時(shí)間，提高生產(chǎn)效率，改善作業(yè)環(huán)境，進(jìn)一步擴(kuò)寬呋喃樹(shù)脂砂的應(yīng)用領(lǐng)域。
呋喃樹(shù)脂砂要實(shí)現(xiàn)的目標(biāo)
目前，鑄造用的改性呋喃樹(shù)脂主要是以石油資源中獲得苯酚、甲醛和尿素等為原始材料，隨著石油等不可再生資源的大量消耗，原油價(jià)格不斷上升，以石油為主導(dǎo)的化工工業(yè)的成本將不斷地提高。同時(shí)，生物質(zhì)，如 5- 羥甲基糠醛（5-HMF）， 是一種可持續(xù)性資源，數(shù)量巨大，價(jià)格低廉，可被生物降解，并且可不斷再生，采用它作為呋喃樹(shù)脂生產(chǎn)的原始材料，是解決目前資源和能源危機(jī)的重要方法。
開(kāi)發(fā)應(yīng)用與呋喃樹(shù)脂配套使用的低硫磺酸固化劑和防增碳、滲硫涂料，以解決呋喃樹(shù)脂砂使用磺酸類作催化劑生產(chǎn)球鐵件時(shí)，鑄件表層出現(xiàn)的變異組織，其導(dǎo)致鑄件沖擊韌性等力學(xué)性能顯著降低。
資料來(lái)源：《鑄造技術(shù)路線圖》
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