《苏州兴业服务万里行》系列论文
胺法冷芯盒工艺100问（7）
吉祖明 王骏康 主编
编者按：苏州兴业材料科技股份有限公司从2010年年初，开展《苏州兴业服务万里行》活动，编辑出版服务万里行技术丛书，力图归纳总结多年来苏州兴业在技术服务中所沉淀的一些感悟、经验和案例，力求突出怎样做、为什么要这样做点到为止。《胺法冷芯盒树脂工艺100问》是服务万里行技术丛书的第二分册，由吉祖明、王骏康、马晓锋、朱文英等负责编写，现分期选登，敬请评说。
61、原砂水分达到0.50%时， 强度下降近60%是真的吗？
答：原砂水分对冷芯盒砂芯强度有着重要影响。如果水分高，不仅降低混合料可使用时间，降低砂芯本身的质量，而且还会使铸件产生气孔、起皮等由水分而导致的缺陷，因此须对原砂含水量进行严格控制，以不大于0.15%为宜，当环境温度大于30℃时推荐不大于0.1%。经试验，如下图，含水量为0.15%左右的原砂所制砂芯初强度比含水量为0.05%左右的原砂所制砂芯初强度略低0.2Mpa，水分的影响与温度还有密切关系，当在高温、高湿环境中，水分对强度的破坏程度将成倍增加，当水分达到0.30%时，强度下降30%，当水分达到0.50%时， 强度下降近60% ，且存放性大大降低。
（大林砂，树脂占砂重2.0%，组分I：组分II=1：1，温度15℃，湿度70%RH）
62、为何控制压缩空气中的水分特别重要？
答：控制射砂和清洗过程所用压缩空气中的水分是冷芯盒工艺以控制水分为主线的一个关键问题。众所周知，冷芯盒所用三乙胺催化剂在常温下是液体，吹胺时，以压缩空气为载体，加热汽化。如果压缩空气中水分含量高，其后果比原砂中水分高还要严重得多，如前所述，三乙胺在催化两个组份树脂高速反应的同时，也使水与—N=C=O基团的反应速率提高了47倍。据介绍，即使射砂和清洗过程所用压缩空气只含有中等含量的水分，就会使破坏砂芯树脂粘结力所需的应力降为正常状态下打破树脂粘结桥所需应力的50～80%，砂芯在存储、搬运过程中的破损率和浇注过程中的报废率将明显上升。另外，含有水分的射砂用压缩空气作用于混制好的混合料时，大量的水分会聚集在射砂网上，将会减少射砂循环后压缩空气从此处排除的流量，就增加了维护工作量。为避免类似问题产生，需要对射砂和清洗用压缩空气进行去湿处理，常压下压缩空气的露点应按砂芯的种类、复杂程度来选择，薄壁高强度复杂砂芯露点应尽量低，一般应≤-45℃，简单厚大砂芯露点可以稍高一些，一般应≤-15℃。
63、如何控制涂料溶剂对砂芯强度的影响？
答：刚起模的冷芯盒砂芯初强度一般为终强度的60～70%，此时树脂膜中憎水的溶剂开始从砂粒间隙中向外挥发，在挥发的过程中，可以有效地阻止水分向砂芯内部渗透，但是，这种挥发过程所经历的时间一般小于1.5小时。所以如需要上水基涂料的冷芯盒砂芯应尽快涂覆，涂覆越快，憎水溶剂的阻碍效应越明显。如在憎水溶剂基本挥发完毕以后上水基涂料，涂料中的水分会通过砂芯的毛细管间隙渗透到内部，损伤树脂粘接桥，与未反应的II组份聚异氰酸酯发生水解而失效。使用水基涂料，砂芯就需要烘干，尽可能使砂芯残余水分降至最低。砂芯烘干温度也是影响砂芯最终质量和铸件质量的一个重要因素，一般原则是在保证砂芯烘干的前提下，温度越低越好。尤其是烘干初期，因为水分浓度高，蒸发快，水蒸气饱和后，会形成饱和蒸气膜，不易于砂芯内层水分烘干。所以初期温度不宜过高，适当减缓水分蒸发，避免形成饱和蒸气膜。
如使用醇基涂料，则与水基涂料相反，不宜砂芯出盒后立即涂覆，这是因为冷芯盒溶剂憎水但可溶于醇类有机物，醇基涂料常用溶剂为异丙醇或工业用乙醇，它们对砂芯的渗透能力非常强，每秒钟渗透深度可达10毫米，渗入砂芯的醇类有机物将树脂已经交联的缩聚物阻塞在体型结构中，使大量活性基团不能参与反应破坏后期固化，所以上醇基涂料应在树脂溶剂基本挥发完毕后进行，涂好后需立刻点燃。
64、 如何控制落芯以后水分对质量的影响？
答：冷芯盒砂芯落入潮模铸型后，往往会由于铸型、砂芯之间的温差发生水分迁移，在砂芯表面发生水分结露，损伤树脂粘接桥。使砂芯表面水分增大，强度下降。
我们在试验中发现，水分的发气量大约是冷芯树脂的100倍。所以如果将冷芯盒砂芯落入湿型铸型后，数小时不浇注，将特别容易使铸件产生冲砂、砂孔、气孔、粘砂等缺陷，存放时间越长，产生上述缺陷的机率就越大。
落芯后应尽快浇注
65、为何吹气固化是整个工艺过程中最主要的工艺过程？
答：冷芯盒工艺的过程实际是一种化学、物理过程，其中化学过程起着决定性的作用。研究和分析其过程的影响参数，进行优化组合，达到预定的工艺目标。冷芯盒工艺吹气固化是整个工艺过程中最主要的工艺过程，它在一定的温度、压力条件下，使催化剂“雾化”，历经一定的时间，充满并均布整个型腔，使型腔中的砂粒和树脂之间形成粘结力，砂芯固化成型。这一过程可以再细分成“射砂”和“吹气”二个过程，合理设置这两个过程工艺参数将有助于使制芯生产平稳，废品率维持在最低水平，并使生产环境改善。
66、为何原砂温度控制遵循“10℃”原则？
答：砂温和大气温度对生产率和砂芯成品率会产生很大影响。温度低，树脂粘度高，不易使树脂包覆在砂粒表面，导致混砂效率降低、混砂时间延长。砂温影响遵循“10℃”原则，即砂温每增加10℃，将使树脂的反应速度加快1倍，同样砂温每降低10℃，将使树脂反应速度减慢1倍。尤其是在高湿环境中，水分更易于聚集在砂粒表面，破坏树脂与砂粒建立粘结桥。但砂温过高，一方面加剧其中溶剂挥发恶化环境，一方面缩短混合料可使用时间。所以必须采用砂温调节装置使砂温控制在15～35℃之间为宜。
67、 为何模具温度的影响往往被忽视？
答：“模具温度”对提高制芯循环生产效率和保证砂芯质量也非常重要，而且，因为是冷芯盒工艺，“模具温度”的影响往往被忽视。此处所提“模具温度”是指模具表面温度，当环境温度低时模具表面温度相应也低，此时不仅需要延长吹胺吹气时间、增加胺量和压缩空气用量，而且还会出现严重的粘模现象。为了避免出现上述现象，最好的办法是在气温较低时、开始制芯生产前，先开启气体发生器，向模具表面吹热的压缩空气5～10分钟，使模具表面预热后再开始正常的制芯循环，可以大大降低废芯和提高生产效率。
68、 为何要控制射砂压力和时间？
答：射砂，即将混制好的混合料充填射砂筒、密封射砂筒（射砂头和芯盒间的通道除外）、使射砂筒充满压力后将混合料射入芯盒中。设计良好的射砂机构应该在较低的压力下使混合料平稳充填型腔而不“沸腾”翻转。较低的射砂压力不仅可以减少压缩空气用量，减少芯盒磨损，延长芯盒使用寿命；而且可以适当减少芯盒所需排气塞数量，降低芯盒制造费用和维护费用。混合料平稳充填型腔不仅可以使砂芯密度及尺寸保持一致，而且可以适当延长混合料的可使用时间。当然，射砂压力的选取还与砂子的密度、射砂嘴的分布以及射砂路径（砂芯结构）有关，对原砂而言，通常的射砂压力取0.2～0.3MPa即可。增加射砂压力相当于增加了砂子从射砂筒射入芯盒中的速度，增加砂子的速度会使树脂“脱离”砂子而沉积在芯盒壁和排气塞处，这将加速粘模和影响排气，直接影响砂芯质量。所以，通常的经验是用较低的压力和相对较低的充型速度获取致密的砂芯，这样就减少粘模、减少清理、延长模具寿命。在实践中，采用低压射砂时，对于一些较难充型的复杂芯盒，或者是因为工作面要求无法在适宜位置开设射砂嘴及无法开设较多排气塞的芯盒，往往易出现射不满的情形，此时往往采用“二次射砂”进行补偿，结果却造成砂芯表面射口附近凹凸不平。经实践，在此情况下将射砂时间及排气时间从常规的1～5秒再延长3～5秒，即可获得表面良好的砂芯。
69、 为何要控制吹胺、吹气压力和时间？
答：吹气，吹气循环包括使催化剂进入芯盒里的砂子中开始固化和清洗固化后的砂芯中残余催化剂两个过程。也可以说，吹气循环就是以压缩空气作为载体导入必需的最少量的催化剂，并排除多余的催化剂。在此过程中使催化剂形成蒸气即雾化是至关重要的环节，设计良好的雾化设备将提供高效率的、稳定的效果而能保证安全操作和改善作业环境。其次，压力和时间的控制对砂芯质量和生产效率也很重要，必须确保压力从低压到高压连续过度，也即“低压吹胺、高压吹气”。因为刚开始导入催化剂时，砂芯还未固化，若压力过高，会导致树脂“脱离”砂粒表面，并导致会导致砂芯表面有凹坑；随着砂芯的固化，压力过度到高压并维持足够时间，一方面使催化剂贯穿砂芯截面使砂芯各部分充分固化，一方面将多余的催化剂排除型腔，保证砂芯无胺味，改善环境。
70、胺法冷芯盒八字现场工作法有哪些要点？
答：胺法冷芯盒八字现场工作法要点如下：
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工艺
参数
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材料
仓储
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混合料
配制
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射芯
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涂料
及烘干
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砂芯
仓储
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下入
铸型
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水分
（%）
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★注意防水
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★原砂：
≦0.15
★添加剂：
≦0.30
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★压缩空气露点-15～-45℃
★注意胺桶底部残留水
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★尽快上水基涂料
★2小时后上醇基涂料
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★相对湿度<80％
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★注意铸型水分对砂芯的影响
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温度
（℃）
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★
10～35
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★原砂：
15～35
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★吹胺吹气：70～120
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★水基烘干：150～200
★组芯：
180～230
★二次烘干：100-120
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★温度＞10
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★热砂芯勿下入铸型
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压力
（MPa）
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★三乙胺注意防爆
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/
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★射砂：
0.2～0.50
★吹胺
0.15～0.3
★吹气：0.30～0.55
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★醇基涂料后如需二次烘干注意防爆
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/
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/
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时间
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★注意质保期
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★混制：
60～120秒
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★射砂1～5 S
★吹胺：1～5S
★吹气：
10～50 S
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★水基烘干：
30～45分
★组芯：60～90分
★二次烘干：
15～30分
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★复杂芯：
≦10天
★一般芯：
≦15天
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★下芯至浇注小于30分钟
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