基本信息
- 项目名称：
- 大型铸件用自硬型聚氨酯系粘结剂的合成及性能研究
- 来源：
- 第十一届“挑战杯”国赛作品
- 小类：
- 能源化工
- 大类：
- 科技发明制作A类
- 简介：
- 本项目合成了一种能够用于大型铸件生产的改性树脂粘结剂，使用改性后的粘结剂能够使砂型的可使用时间达到60分钟左右，强度达到2.0Mpa以上，砂型整体固化,能够满足大型铸件的生产需要。研究的各项指标在实验室均达到进口粘结剂指标，可替代进口粘结剂。
- 详细介绍：
- 本研究是根据宁夏共享化工实际生产中遇到的问题开展的，宁夏共享化工目前生产的树脂主要为糠醇树脂，采用酸固化催化，铸造过程中因砂型的可使用时间短（小于20分钟），模具不能整体固化，达到终强度所需时间较长，只能用于中小型铸钢件型砂模具使用，无法满足大型铸钢件的使用要求。该公司通过调研无法在国内找到满足此种要求的树脂。经过实验室研究，我们合成了一种改性的树脂粘结剂，并对配方进行了调整和优化，尤其是选用的溶剂，对砂型的可使用时间和强度指标有了大幅度的提高，使强度达到2.0Mpa以上，可使用时间达到60分钟左右，砂型整体固化,能够满足大型铸件的生产需要。 改性树脂粘结剂的合成过程无污染物产生，生产原料易得环保，合成工艺所需设备简单，工艺条件容易控制，容易移植到工业生产中。研究的各项指标均达到进口粘结剂指标，可替代进口粘结剂。
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作品专业信息
设计、发明的目的和基本思路、创新点、技术关键和主要技术指标
- 发明目的：目前宁夏共享铸钢使用的糠醛树脂在铸造过程中，采用酸催化固化，存在可使用时间短，模具不能整体固化，达到终强度所需时间较长等问题，只能用于中小型铸钢件型砂模具使用，无法满足大型铸钢件的使用要求。 该公司通过调研无法在国内找到满足此种要求的树脂。所以急需研发一种工艺过程简单、反应时间短、分子量分布窄，特别是无废物排出的新型树脂，既能满足环保要求，又能解决大型铸钢件的模具使用要求。 基本思路：首先选用双组份自硬砂体系的方案，固定异氰酸酯为组分Ⅰ，以可使用时间，24h强度，脱模时间为筛选条件对酚醛树脂、尿烷树脂、呋喃树脂以及醇酸树脂进行筛选,确定组分Ⅱ。其次确定树脂合成的条件，研究开发出一种工艺过程简单、反应时间短、分子量分布适宜且无污染物排放的改性树脂；第三，按照大型铸钢件专用树脂基本要求对双组份自硬砂树脂的配方进行调整，通过加入流动性改进剂、阻化剂增加自硬砂树脂流动性，使其可使用时间达到60min以上，且2h之内整体固化，24h强度达2.0Mpa以上。 创新点：将改性醇酸树脂运用于大型模具铸造行业，型砂模具可使用时间可控，形成专有配方。 技术关键：树脂与异氰酸酯加入型砂后，要保持1小时内不发生粘结作用，而1小时后要快速发生反应产生粘结作用，且型砂模具达到强度要求。 主要技术指标:合成的改性树脂粘结剂对环境无污染，流动性较好，混砂后可使用时间为60分钟左右，强度在2.0Mpa以上，脱模时间为2小时左右，砂型整体固化，满足大型铸件的生产。
科学性、先进性
- 粘结剂被广泛的应用于铸造行业之中，经过调查目前国内生产的粘结剂主要用于小型的铸件生产，而大型铸件生产所用的粘结剂均依赖于进口，改性树脂粘结剂的研究将为国内铸造企业创造巨大的经济效益。 粘结剂的合成和使用过程无污染物产生，体现了绿色化学的理念。选择的溶剂使树脂粘结剂的各项指标有了较大的提高，满足大型铸件的生产要求，各项指标已达到进口水平，可替代进口产品。
获奖情况及鉴定结果
- 作品在2009年4月经宁夏共享化工技术部鉴定各项指标达到厂方要求。
作品所处阶段
- 小试已经完成，并取得厂方认可的结果，正在与长方协商进行中试试验，中试实验方案已确定。
技术转让方式
- 小试成果已转让给厂方
作品可展示的形式
- 产品，研究报告，照片图片
使用说明,技术特点和优势,适应范围,推广前景的技术性说明,市场分析,经济效益预测
- 使用说明：合成的树脂用于铸造生产过程中，树脂与固化剂按一定比例和铸造用砂混合，塑型固化后进行脱模。 作品的技术特点和优势：树脂的合成过程无污染物产生，生产原料易得环保，选择的溶剂有助于提高树脂的各项指标，尤其是对强度的提高。合成工艺所需设备简单，工艺条件容易控制，容易移植到工业生产中。 作品的适应范围：合成的粘结剂适合于国内铸造企业，用于大中型铸件的生产需要。 推广前景的技术性说明：经过调查用于生产大型铸件的粘结剂市场需求巨大，具有广阔的前景。树脂合成工艺所需设备简单，工艺条件容易控制，易于推广到工业生产中。 市场分析：自2000年起，我国各类铸件总产量已连续7年稳居世界各国的首位。中国铸造企业数超过12000家，2006年各类铸件产量达2800余万吨，年产经济效益超过2500亿元。有以上数据可知，树脂粘结剂的市场需求巨大，具有广阔的市场前景。 经济效益预测：合成的树脂粘结剂成本略高于国内生产的呋喃树脂，但低于进口粘结剂，能够节约企业的生产成本，提高企业的市场竞争力。
同类课题研究水平概述
- 目前在铸造生产中得到应用的有酸固化呋喃树脂砂、酯固化碱性酚醛树脂砂和酚脲烷自硬树脂砂等。各种树脂的性能不同，对铸件质量的影响不同，所以在生产中，它们各自的应用范围也就不一样，其中酸固化呋喃树脂砂在我国应用最多，因为它所用的原辅材料及设备能成套供应，积累的经验也最丰富[1]。 目前国内生产的铸造用酚醛树脂类粘结剂主要有两种:一是固体粉末，加入固化剂并加热固化用于壳型粘结剂和热芯盒树脂砂;二是液态,加热或在特殊条件下室温固化。因液态粘结剂有混砂方便、能快速均匀分布在砂粒表面、粘结力强等优点而使用较多[2]。近几年,众多厂家在生产中遇到许多问题,一是产品中苯酚及甲醛含量偏高;二是产品中水分含量偏高;三是树脂储存一个月即出现浑浊;四是产品包装时发现凝胶物。存在这些问题的产品在铸造行业无法使用。近年来越来越多的研究工作表明酚醛树脂的分子量大小，特别是分子量分布是影响酚醛树脂性能的关键因素。 Kurimoto等在美国专利6,001,949、5,929,191和5,859,168中公开了一种采用含羟基的有机酸如酒石酸、柠檬酸等来催化苯酚与甲醛的缩合反应而制备窄分子量分布的酚醛树脂的方法。由于有机酸的用量高，该方法增加了酚醛树脂制备成本。 脲烷系树脂粘结剂一般由三种组份组成，第一组份提供活泼烃基的高分子化合物，如醇酸树脂、酚醛树脂，第二组份是聚异氰酸酯[3]，第三组份是催化剂，如胺类或有机金属干燥剂。该工艺始由美国阿什兰化学公司推出，在美国应用较广泛。这种树脂砂具有良好的型砂可使用时间与起模时间的比率，适用于薄壁铸铁件和铝镁合金之类的轻金属件[4]。 目前国内生产的醇酸树脂主要用于油漆、涂料等相关领域，在铸造行业中的运用还未见相关报道。 参考文献 [1] 王进兴.一种生态环保自硬吠喃树脂[P].中国专利:01113670，2001. [2] 张立业. 铸造用改性酚醛树脂的研制[J].承德石油高等专科学校学报2002，12(1):11-13 [3] Gerard L.Applieation of Casting Resin Sand.TheFoundryman，1997，90(12):434-437. [4] Paul R.NewMaterials in Furan Harden sand.Foundryman，1995，123(8):58-59.
