酚醛树脂的在铸造领域的应用
摘要：酚醛树脂有热塑性酚醛和热固性两类。

作为铸造砂粘结材料制作树脂砂，两种工艺完全不同，两种树脂砂也不同的特性和在造型时的差别，本文作一些详细的介绍。

关键词：酚醛树脂、铸造树脂、覆膜砂、冷芯盒、热固性树脂
1 前言
酚醛树脂是一种应用较早的工业化合成树脂之一，已有近百年的历史。

酚醛树脂是由酚类和醛类在酸或碱催化剂存在下缩合而成的高分子聚合物。

根据催化剂的不同，缩合成不同类型的结构。

在酸性条件下，酚类和醛类会缩聚成线性直链的热塑性树脂；而在碱性条件下会缩聚成含羟甲基支链的热固性树脂。

酚醛树脂由于原料便宜，合成工艺简单，设备要求不高，并且具有耐热性、耐摩擦性、阻燃性、电绝缘性、易成型加工等优良性能而被广泛使用。

苯酚主要介绍热塑性酚醛树脂在铸造行业、印刷行业和电子领域的应用。

2 铸造用酚醛树脂
由于酚醛树脂的耐热性好，在铸造上使用它作为砂粘结剂。

使用酚醛树脂作型砂粘结剂有两种工艺，一种热覆膜法，一种冷覆膜法。

两种不同的工艺使用不同类型的酚醛树脂。

热覆膜法使用热塑性酚醛树脂（novolac型），冷覆膜法使用液态热固性酚醛树脂（resol型）。

铸造用酚醛树脂主要以苯酚和甲醛为原料合成的酚醛树脂，也有使用其他酚类或醛类作为原料合成性能更好或更便宜的树脂。

铸造用材料除了树脂粘结剂外，还有铸造用砂，固化剂，偶联剂，滑剂以及其他防粘砂助剂等。

其中铸造用砂性能很关键，对覆膜砂性能起到重要作用；其次是树脂的性能，对覆膜砂的性能也是否关键。

2.1热塑性酚醛树脂
热塑性酚醛树脂制作覆膜砂的工艺过程：原料称重→砂加热→加入树脂炼制→加入乌洛托品水冷却→送风冷却→破碎→分筛→包装。

铸造原砂对覆膜砂性能的影响因素简单的介绍一下。

原砂的外形的角形因数，角形因数越大，砂圆整度越差，覆膜砂强度越低。

砂表面的平整度，越平整越好。

砂的粒度大小对覆膜砂强度、透气性有一定影响。

砂的成分决定耐火度，热膨胀性。

除去原砂的特性外，影响覆膜砂性能的最主要的因素就是铸造用树脂的特性了。

热塑性铸造用酚醛树脂根据性能区分有多种类型，如高强度树脂，快固化树脂，低膨胀树脂，低氨气树脂和倒空型树脂等。

酚醛树脂本身表现出来的性能通过树脂的流动性、固化速度、软化点以及游离酚含量来体现。

树脂上述特性是由树脂分子结构、分子量大小决定的。

由同样单体缩合而成的直链线性结构的酚醛树脂，随着分子量的增加，流动性变短，固化速度加快，软化点升高，相互关系如图1；随着分子量的增加，做出的覆膜砂的强度逐渐降低，覆膜砂融点升高，固化速度加快，相互关系见图2。

图1.树脂流动性、软化点—Mw关系
图2.覆膜砂强度、融点—Mw关系
热塑性酚醛树脂分子量大小对覆膜砂混砂时树脂加入时刻砂温有不同的要求。

分子量高树脂
的软化点就高，树脂入砂时砂温要高。

通常树脂加热融化后，树脂的粘度随温度升高而减小，一般热塑性酚醛树脂合适的覆膜粘度约为500～1200mPa.s。

为了提高树脂性能通常在树脂中加入一些改性剂。

如加入硅烷偶联剂提高树脂与砂间的粘结性能；如加入流平剂增加树脂流动性，提高树脂覆膜效果。

在缩合酚类原料中添加苯酚外其他酚类参与缩合来改变热塑性酚醛树脂的链的结构得到的树脂具有吸收砂加热产生的膨胀体积，这种树脂制作的覆膜砂具有低膨胀性；如果加快树脂的固化速度和提高树脂软化点，那么使用这样树脂做出来覆膜砂适用做倒空型砂芯；降低树脂低臭气的方法有降低树脂中游离酚含量，添加除臭剂或臭气覆盖剂，使用替代乌洛托品的硬化剂减少氨气产生。

另外还有易溃散树脂，热韧性树脂等。

2.2热固性酚醛树脂
酚类和醛类在碱性条件下缩合反应生成热固性酚醛树脂。

常用催化剂有氢氧化钠、氨水、氧化铅，环烷酸铅，氢氧化钙等。

苯酚和甲醛的物质的量一般是甲醛过量。

热固性酚醛树脂的直链上含有羟甲基基团，羟甲基不稳定，会发生树脂分子间或与其他物质结合。

热固性酚醛树脂在脱水结束后通常加入溶剂制成液态树脂形式，通常使用芳香烃溶剂为主溶剂，配合其他一些如妥尔油脂肪酸，二元酸酯混合物等。

除上述热固性树脂与溶剂配成树脂组分外，还需与树脂发生固化反应的组分，通常有异氰酸酯类加入芳香烃溶剂配成。

两种组分都是液态的，树脂覆膜到砂表面时不需要对砂加热。

冷芯盒树脂砂的制作过程：砂称重→树脂称重→树脂加入砂种炼制→湿态的树脂砂形成。

冷芯盒树脂砂制芯时将湿态树脂砂吹入金型，可以用三乙胺吹入金型中使树脂发生固化，然后从金型中取出造型。

冷芯盒工艺由于树脂覆膜时不需要加热砂，所以更加节能，工艺变得简单。

冷芯盒树脂砂的缺点：其一，树脂砂湿态的，砂充填性不好，适宜做体积较大构造不太复杂的造型；其二，树脂是热固性的，树脂砂保存时间短，通常冷芯盒树脂砂及时制作，及时制芯。

参考文献
[1] 黄发荣，焦杨声.酚醛树脂及其应用.化学工业出版社2003.1
[2]李远才等.覆膜砂及制型（芯）技术.机械工业出版社，2007.12。