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對呋喃樹脂固化機理的研究和探討

發布時間:2020年03月03日  來源:河北石家莊草莓app官网鑄造材料有限公司

        呋喃樹脂在機械工業中發揮著非常重要的作用,尤其是在鑄造生產中作粘合劑使用。液態呋喃樹脂遇熱或遇酸都會發生縮合反應,形成體型結構而固化。近年來,隨著許多新品種的出現,擴大了呋喃樹脂的使用領域。在室溫下,將一定量的酸性固化劑與鑄造用呋喃樹脂、鑄造砂等材料充分均勻混合而自行硬化製成砂型用於金屬鑄造,這大大提高了鑄件的質量。呋喃樹脂的使用性能除了和呋喃樹脂本身的性能有關外,還與呋喃樹脂配套的固化劑體係有很大的關係。因此,研究不同固化體係的固化行為,優選高性價比和便於調節固化速度的固化劑體係是非常必要的。同時,呋喃樹脂固化機理的研究有助於人們更加透徹地了解固化過程,這對改善呋喃樹脂的固化效果和綜合性能有著重要的意義。
       酸催化的呋喃樹脂聚合反應主要包括兩個步驟:(1)線型分子鏈的增長;(2)分子鏈的交聯反應。一步線型分子鏈的增長主要有兩個並行反應(a)呋喃醇分子上的羥基與另一個呋喃醇分子5號碳原子上的氫發生脫水縮合反應,反應產物為圖2中I。(b)呋喃醇分子上的羥基與另一個呋喃醇分子上羥基的氫發生脫水縮合反應,反應產物為圖2中Ⅱ。其中以反應產物I為主要產物,並且有研究表明在隨後的交聯反應中,反應產物Ⅱ的醚鍵有斷裂,所以反應產物I對固化起主要作用。
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       在使用磷酸作催化劑時,殘留磷酸導致了再生砂低劣的固化強度,並且會引起型砂硬化速度加快,鑄件容易出現氣孔。由於磷酸的這些缺點,李宗猛等采用工業磷酸(濃度85%)與氫氧化鋁合製而成磷酸鹽係固化劑,並加入一定的氯化鋁、氯化鎂提高砂芯固化速度。采用正交試驗法確定固化劑的優選配方為磷酸鹽60%、AlC13.6H2010%、MgCl2.6H2O7.5%、水分22.5%,磷酸鹽在芯砂中金屬氧化物的作用下發生聚合反應。由於改性磷酸鹽固化劑具有自身聚合作用,避免了殘存固化劑對樹脂膜強度的削弱,因而用其促硬的樹脂砂具有較高的強度。呋喃樹脂硬化過程中發生兩種類型的反應:通過羥基與活性氫原子之間的失水縮聚以及呋喃環破裂生成含有C=C、C一O基團的活性中間結構然後進一步加成的聚合反應,後者可為路易斯酸所催化,故在磷酸鹽中加入一定的氯化鋁,可提高固化劑的促硬能力。
       呋喃樹脂固化劑進行調查研究,發現都有各自的優缺點。在有機類固化劑中,芳磺酸類固化劑因可使用時間長、脫模時間短、強度高而被廣泛使用,但是其總酸度可調節範圍小,並且在固化過程中會釋放出有毒氣體,對環境和人體都有危害。無機類固化劑無有毒氣體放出、總酸度可調節範圍大、固化速率快,但是它的砂型強度較低、砂型容易掉砂。因此今後呋喃樹脂固化劑的研究任務就是將芳磺酸類和無機類固化劑的優點結合起來,努力減少它們的缺點。