玻璃纤维增强呋喃树脂砂及其制备与应用

摘要

呋喃树脂砂是以呋喃树脂为粘接剂,并加入催化剂混制的型(芯)砂。呋喃树脂砂铸造工艺有很多优点,如:铸件表面光洁、棱角清晰、尺寸精度高;造型效率高,提高了生产效率和场地利用率,缩短了生产周期;减轻劳动强度大大改善了劳动条件和工作环境,尤其是减轻了噪声、硅尘等,减少了环境污染;节约能源,提高了铸件的成品率;旧砂回收再生容易等。呋喃树脂砂铸造工艺广泛应用于铸铁、铸钢、有色金属铸造生产等方面。
　　本文研究基于通过连续玻璃纤维增强,提升呋喃树脂砂强度的新思路。试验方案的设计上采用了正交试验设计方法,分三步探索了连续纤维增强呋喃树脂砂工艺：①连续纤维增强呋喃树脂砂工艺的初步探索试验,验证连续纤维对呋喃树脂砂的抗弯性能确实起到了增强效果,并对配方及固化工艺条件进行了初步考察；②对除纤维以外的工艺条件,进行更深一步的考察、优化得到了适宜于现有实验室条件的基本工艺条件范围；;③在得到的基本工艺条件范围内,考察可能存在交互作用的因素之间的关系,最终确定具体的工艺条件。然后以纤维量为单因素,考察其对呋喃树脂砂抗弯性能的影响。最后,观察连续纤维/树脂/砂粒间的粘接效果,从微观方面对连续纤维增强树脂砂的原因进行探讨。
　　本研究表明：⑴连续玻璃纤维对呋喃树脂砂有明显增强作用。⑵除纤维因素外,配方和基本工艺条件的最优组合为：树脂量为原砂质量的1.75％。当树脂量从占原砂质量的1.25％增加到1.75％,抗弯强度的增大幅度增加;当树脂量由1.75％增加到2.00％时,抗弯强度并未有太大变化；固化剂量为树脂质量的15％。当固化剂用量由占树脂量的15％增加到20％时,抗弯强度呈下降趋势；固化温度为130℃。在区间130℃~150℃,抗弯强度呈现上升趋势;在区间150℃~240℃,抗弯强度呈现下降趋势；固化时间为10min。在区间10min~40min区间内,固化时间对抗弯强度的影响并不显著。⑶连续玻璃纤维的数量及铺设方式对试样强度有很大影响,最优的纤维铺设方式:1层,最佳的纤维铺放量:4束。铺放层数为1,纤维束数量为1~4束时,抗弯强度呈现上升趋势,纤维束数量为4~7束时,抗弯强度逐渐下降。铺放2层纤维时,当纤维束数量1~7束时,抗弯强度呈现下降趋势。⑷SQG-550呋喃树脂对ECG751/00.7Z型玻璃纤维的接触角为48.1°,而且润湿良好。⑸抗弯试样断面的SEM测试结果表明,ECG751/00.7Z型玻璃纤维通过SQG-550呋喃树脂可以很好的与砂粒进行粘接。