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基本信息

項(xiàng)目名稱：
大型鑄件用自硬型聚氨酯系粘結(jié)劑的合成及性能研究
小類：
能源化工
簡(jiǎn)介：
本項(xiàng)目合成了一種能夠用于大型鑄件生產(chǎn)的改性樹(shù)脂粘結(jié)劑，使用改性后的粘結(jié)劑能夠使砂型的可使用時(shí)間達(dá)到60分鐘左右，強(qiáng)度達(dá)到2.0Mpa以上，砂型整體固化,能夠滿足大型鑄件的生產(chǎn)需要。研究的各項(xiàng)指標(biāo)在實(shí)驗(yàn)室均達(dá)到進(jìn)口粘結(jié)劑指標(biāo)，可替代進(jìn)口粘結(jié)劑。
詳細(xì)介紹：
本研究是根據(jù)寧夏共享化工實(shí)際生產(chǎn)中遇到的問(wèn)題開(kāi)展的，寧夏共享化工目前生產(chǎn)的樹(shù)脂主要為糠醇樹(shù)脂，采用酸固化催化，鑄造過(guò)程中因砂型的可使用時(shí)間短（小于20分鐘），模具不能整體固化，達(dá)到終強(qiáng)度所需時(shí)間較長(zhǎng)，只能用于中小型鑄鋼件型砂模具使用，無(wú)法滿足大型鑄鋼件的使用要求。該公司通過(guò)調(diào)研無(wú)法在國(guó)內(nèi)找到滿足此種要求的樹(shù)脂。經(jīng)過(guò)實(shí)驗(yàn)室研究，我們合成了一種改性的樹(shù)脂粘結(jié)劑，并對(duì)配方進(jìn)行了調(diào)整和優(yōu)化，尤其是選用的溶劑，對(duì)砂型的可使用時(shí)間和強(qiáng)度指標(biāo)有了大幅度的提高，使強(qiáng)度達(dá)到2.0Mpa以上，可使用時(shí)間達(dá)到60分鐘左右，砂型整體固化,能夠滿足大型鑄件的生產(chǎn)需要。 改性樹(shù)脂粘結(jié)劑的合成過(guò)程無(wú)污染物產(chǎn)生，生產(chǎn)原料易得環(huán)保，合成工藝所需設(shè)備簡(jiǎn)單，工藝條件容易控制，容易移植到工業(yè)生產(chǎn)中。研究的各項(xiàng)指標(biāo)均達(dá)到進(jìn)口粘結(jié)劑指標(biāo)，可替代進(jìn)口粘結(jié)劑。

作品圖片

  • 大型鑄件用自硬型聚氨酯系粘結(jié)劑的合成及性能研究
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  • 大型鑄件用自硬型聚氨酯系粘結(jié)劑的合成及性能研究
  • 大型鑄件用自硬型聚氨酯系粘結(jié)劑的合成及性能研究
  • 大型鑄件用自硬型聚氨酯系粘結(jié)劑的合成及性能研究

作品專業(yè)信息

設(shè)計(jì)、發(fā)明的目的和基本思路、創(chuàng)新點(diǎn)、技術(shù)關(guān)鍵和主要技術(shù)指標(biāo)

發(fā)明目的：目前寧夏共享鑄鋼使用的糠醛樹(shù)脂在鑄造過(guò)程中，采用酸催化固化，存在可使用時(shí)間短，模具不能整體固化，達(dá)到終強(qiáng)度所需時(shí)間較長(zhǎng)等問(wèn)題，只能用于中小型鑄鋼件型砂模具使用，無(wú)法滿足大型鑄鋼件的使用要求。 該公司通過(guò)調(diào)研無(wú)法在國(guó)內(nèi)找到滿足此種要求的樹(shù)脂。所以急需研發(fā)一種工藝過(guò)程簡(jiǎn)單、反應(yīng)時(shí)間短、分子量分布窄，特別是無(wú)廢物排出的新型樹(shù)脂，既能滿足環(huán)保要求，又能解決大型鑄鋼件的模具使用要求。 基本思路：首先選用雙組份自硬砂體系的方案，固定異氰酸酯為組分Ⅰ，以可使用時(shí)間，24h強(qiáng)度，脫模時(shí)間為篩選條件對(duì)酚醛樹(shù)脂、尿烷樹(shù)脂、呋喃樹(shù)脂以及醇酸樹(shù)脂進(jìn)行篩選,確定組分Ⅱ。其次確定樹(shù)脂合成的條件，研究開(kāi)發(fā)出一種工藝過(guò)程簡(jiǎn)單、反應(yīng)時(shí)間短、分子量分布適宜且無(wú)污染物排放的改性樹(shù)脂；第三，按照大型鑄鋼件專用樹(shù)脂基本要求對(duì)雙組份自硬砂樹(shù)脂的配方進(jìn)行調(diào)整，通過(guò)加入流動(dòng)性改進(jìn)劑、阻化劑增加自硬砂樹(shù)脂流動(dòng)性，使其可使用時(shí)間達(dá)到60min以上，且2h之內(nèi)整體固化，24h強(qiáng)度達(dá)2.0Mpa以上。 創(chuàng)新點(diǎn)：將改性醇酸樹(shù)脂運(yùn)用于大型模具鑄造行業(yè)，型砂模具可使用時(shí)間可控，形成專有配方。 技術(shù)關(guān)鍵：樹(shù)脂與異氰酸酯加入型砂后，要保持1小時(shí)內(nèi)不發(fā)生粘結(jié)作用，而1小時(shí)后要快速發(fā)生反應(yīng)產(chǎn)生粘結(jié)作用，且型砂模具達(dá)到強(qiáng)度要求。 主要技術(shù)指標(biāo):合成的改性樹(shù)脂粘結(jié)劑對(duì)環(huán)境無(wú)污染，流動(dòng)性較好，混砂后可使用時(shí)間為60分鐘左右，強(qiáng)度在2.0Mpa以上，脫模時(shí)間為2小時(shí)左右，砂型整體固化，滿足大型鑄件的生產(chǎn)。

科學(xué)性、先進(jìn)性

粘結(jié)劑被廣泛的應(yīng)用于鑄造行業(yè)之中，經(jīng)過(guò)調(diào)查目前國(guó)內(nèi)生產(chǎn)的粘結(jié)劑主要用于小型的鑄件生產(chǎn)，而大型鑄件生產(chǎn)所用的粘結(jié)劑均依賴于進(jìn)口，改性樹(shù)脂粘結(jié)劑的研究將為國(guó)內(nèi)鑄造企業(yè)創(chuàng)造巨大的經(jīng)濟(jì)效益。 粘結(jié)劑的合成和使用過(guò)程無(wú)污染物產(chǎn)生，體現(xiàn)了綠色化學(xué)的理念。選擇的溶劑使樹(shù)脂粘結(jié)劑的各項(xiàng)指標(biāo)有了較大的提高，滿足大型鑄件的生產(chǎn)要求，各項(xiàng)指標(biāo)已達(dá)到進(jìn)口水平，可替代進(jìn)口產(chǎn)品。

獲獎(jiǎng)情況及鑒定結(jié)果

作品在2009年4月經(jīng)寧夏共享化工技術(shù)部鑒定各項(xiàng)指標(biāo)達(dá)到廠方要求。

作品所處階段

小試已經(jīng)完成，并取得廠方認(rèn)可的結(jié)果，正在與長(zhǎng)方協(xié)商進(jìn)行中試試驗(yàn)，中試實(shí)驗(yàn)方案已確定。

技術(shù)轉(zhuǎn)讓方式

小試成果已轉(zhuǎn)讓給廠方

作品可展示的形式

產(chǎn)品，研究報(bào)告，照片圖片

使用說(shuō)明,技術(shù)特點(diǎn)和優(yōu)勢(shì),適應(yīng)范圍,推廣前景的技術(shù)性說(shuō)明,市場(chǎng)分析,經(jīng)濟(jì)效益預(yù)測(cè)

使用說(shuō)明：合成的樹(shù)脂用于鑄造生產(chǎn)過(guò)程中，樹(shù)脂與固化劑按一定比例和鑄造用砂混合，塑型固化后進(jìn)行脫模。 作品的技術(shù)特點(diǎn)和優(yōu)勢(shì)：樹(shù)脂的合成過(guò)程無(wú)污染物產(chǎn)生，生產(chǎn)原料易得環(huán)保，選擇的溶劑有助于提高樹(shù)脂的各項(xiàng)指標(biāo)，尤其是對(duì)強(qiáng)度的提高。合成工藝所需設(shè)備簡(jiǎn)單，工藝條件容易控制，容易移植到工業(yè)生產(chǎn)中。 作品的適應(yīng)范圍：合成的粘結(jié)劑適合于國(guó)內(nèi)鑄造企業(yè)，用于大中型鑄件的生產(chǎn)需要。 推廣前景的技術(shù)性說(shuō)明：經(jīng)過(guò)調(diào)查用于生產(chǎn)大型鑄件的粘結(jié)劑市場(chǎng)需求巨大，具有廣闊的前景。樹(shù)脂合成工藝所需設(shè)備簡(jiǎn)單，工藝條件容易控制，易于推廣到工業(yè)生產(chǎn)中。 市場(chǎng)分析：自2000年起，我國(guó)各類鑄件總產(chǎn)量已連續(xù)7年穩(wěn)居世界各國(guó)的首位。中國(guó)鑄造企業(yè)數(shù)超過(guò)12000家，2006年各類鑄件產(chǎn)量達(dá)2800余萬(wàn)噸，年產(chǎn)經(jīng)濟(jì)效益超過(guò)2500億元。有以上數(shù)據(jù)可知，樹(shù)脂粘結(jié)劑的市場(chǎng)需求巨大，具有廣闊的市場(chǎng)前景。 經(jīng)濟(jì)效益預(yù)測(cè)：合成的樹(shù)脂粘結(jié)劑成本略高于國(guó)內(nèi)生產(chǎn)的呋喃樹(shù)脂，但低于進(jìn)口粘結(jié)劑，能夠節(jié)約企業(yè)的生產(chǎn)成本，提高企業(yè)的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力。

同類課題研究水平概述

目前在鑄造生產(chǎn)中得到應(yīng)用的有酸固化呋喃樹(shù)脂砂、酯固化堿性酚醛樹(shù)脂砂和酚脲烷自硬樹(shù)脂砂等。各種樹(shù)脂的性能不同，對(duì)鑄件質(zhì)量的影響不同，所以在生產(chǎn)中，它們各自的應(yīng)用范圍也就不一樣，其中酸固化呋喃樹(shù)脂砂在我國(guó)應(yīng)用最多，因?yàn)樗玫脑o材料及設(shè)備能成套供應(yīng)，積累的經(jīng)驗(yàn)也最豐富[1]。 目前國(guó)內(nèi)生產(chǎn)的鑄造用酚醛樹(shù)脂類粘結(jié)劑主要有兩種:一是固體粉末，加入固化劑并加熱固化用于殼型粘結(jié)劑和熱芯盒樹(shù)脂砂;二是液態(tài),加熱或在特殊條件下室溫固化。因液態(tài)粘結(jié)劑有混砂方便、能快速均勻分布在砂粒表面、粘結(jié)力強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)而使用較多[2]。近幾年,眾多廠家在生產(chǎn)中遇到許多問(wèn)題,一是產(chǎn)品中苯酚及甲醛含量偏高;二是產(chǎn)品中水分含量偏高;三是樹(shù)脂儲(chǔ)存一個(gè)月即出現(xiàn)渾濁;四是產(chǎn)品包裝時(shí)發(fā)現(xiàn)凝膠物。存在這些問(wèn)題的產(chǎn)品在鑄造行業(yè)無(wú)法使用。近年來(lái)越來(lái)越多的研究工作表明酚醛樹(shù)脂的分子量大小，特別是分子量分布是影響酚醛樹(shù)脂性能的關(guān)鍵因素。 Kurimoto等在美國(guó)專利6,001,949、5,929,191和5,859,168中公開(kāi)了一種采用含羥基的有機(jī)酸如酒石酸、檸檬酸等來(lái)催化苯酚與甲醛的縮合反應(yīng)而制備窄分子量分布的酚醛樹(shù)脂的方法。由于有機(jī)酸的用量高，該方法增加了酚醛樹(shù)脂制備成本。 脲烷系樹(shù)脂粘結(jié)劑一般由三種組份組成，第一組份提供活潑烴基的高分子化合物，如醇酸樹(shù)脂、酚醛樹(shù)脂，第二組份是聚異氰酸酯[3]，第三組份是催化劑，如胺類或有機(jī)金屬干燥劑。該工藝始由美國(guó)阿什蘭化學(xué)公司推出，在美國(guó)應(yīng)用較廣泛。這種樹(shù)脂砂具有良好的型砂可使用時(shí)間與起模時(shí)間的比率，適用于薄壁鑄鐵件和鋁鎂合金之類的輕金屬件[4]。 目前國(guó)內(nèi)生產(chǎn)的醇酸樹(shù)脂主要用于油漆、涂料等相關(guān)領(lǐng)域，在鑄造行業(yè)中的運(yùn)用還未見(jiàn)相關(guān)報(bào)道。 參考文獻(xiàn) [1] 王進(jìn)興.一種生態(tài)環(huán)保自硬吠喃樹(shù)脂[P].中國(guó)專利:01113670，2001. [2] 張立業(yè). 鑄造用改性酚醛樹(shù)脂的研制[J].承德石油高等專科學(xué)校學(xué)報(bào)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.
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