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三乙胺冷芯盒工艺在铸造生产中的应用与研究的开题报告
一、研究背景
三乙胺冷芯盒是一种新型铸造材料，可显著提高铸件质量和生产效率。
因此，它在铸造生产中得到了广泛应用。
然而，在实际应用中，不同的生产工艺会对其性能产生一定的影响，因此有必要对其工艺参数进行研究，以提高生产效率和产品质量。
二、研究目的
本研究旨在探究三乙胺冷芯盒在铸造生产中的应用和工艺参数对其性能的影响，为进一步提高铸件质量和生产效率提供理论依据和技术支持。
三、研究内容
1、三乙胺冷芯盒在铸造生产中的应用情况分析和概述；
2、研究三乙胺冷芯盒的制备工艺，包括材料配比、混合、成型、硬化等步骤的优化；
3、探究不同工艺参数对三乙胺冷芯盒性能的影响，包括压缩强度、抗拉强度、抗弯强度等性能；
4、研究三乙胺冷芯盒的耐高温性能和耐化学腐蚀性能，并对其应用范围进行评价；
5、研究三乙胺冷芯盒在不同铸造条件下的应用效果和生产成本。
四、研究方法
本研究采用实验方法，按照不同的工艺参数对三乙胺冷芯盒的性能进行测试和分析，包括定量分析和定性分析。
同时，采用SEM和XRD等分析方法对其微观结构和组成进行观察和探究。
五、预期成果
通过本研究，将进一步明确三乙胺冷芯盒在铸造生产中的应用范围和优势，提高生产效率和产品质量。
同时，将为相关企业的生产和技术提供理论依据和科学支持。
冷芯盒树脂
特点
1、树脂粘度低，芯砂流动性好，更低的射砂压力，更高的砂芯表面质量；
2、卓越的脱模性能，制芯效率提高20%以上；
3、砂芯初强度高、抗变形性能好，更少的树脂加入量
4、更高的抗吸湿性能，砂芯存放时间延长30%
5、更好的高温韧性，更低的铸件废品率，铸件尺寸更精确；
6、低气味，低发烟，改善车间环境，更环保。
使用指南
1. 混砂工艺
两组分的比例可在55/45至50/50的范围内调整，组分1多，则树脂砂初强度高；树脂总加入量一般为1.0-2.0%（占砂重）。
间歇式混砂机先将砂子与组分1混1分钟，再加入组分Ⅱ混2分钟，混匀后出砂制芯。
2. 工艺参数的选择
本系列产品采用三乙胺硬化方法制芯，三乙胺与载体气体混合，一般在0.2Mpa压力下吹入芯盒，吹气时间根据砂芯尺寸大小、几何形状而定。
输送1公斤三乙胺约需7公斤载体气体，硬化1吨芯砂约0.45-0.8公斤三乙胺。
三乙胺法冷芯盒制芯工艺的应用及探讨潍坊柴油机有限责任公司邹化仲=摘要>为进一步推广应用三乙胺法冷芯盒制芯工艺,对在此工艺中存在的问题作了分析,并提出了改进措施。
1国内外三乙胺法冷芯盒工艺的发展应用三乙胺法冷芯盒工艺即酚醛氨基甲酸乙酯工艺,是冷芯盒制芯工艺方法中目前应用最广泛的一种,开发于1968年。
其制芯工艺过程是,在定量原砂中按工艺配比加入组分Ñ酚醛树脂和组分Ò聚异氰酸酯的双组分粘结剂,在混砂机中混均匀后得到冷芯砂,利用射芯机紧实到芯盒中,再藉助气体发生器,以干燥的压缩空气或氮气等为载体将定量的雾化或汽化的三乙胺催化剂通过吹气板吹入芯盒,将双组分粘结剂中的羟基和异氰酸催化变成尿烷而硬化,继而靠载体气体清洗出芯砂中残余的三乙胺,得到具有一定强度、满足工艺要求的砂芯。
冷芯盒法制芯工艺用的芯盒不需加热,免去了芯盒热变形,砂芯精度高,芯盒寿命长,芯盒材质可视生产批量大小等条件选用钢、铸铁、铝、塑料、木材等。
冷芯盒制芯工艺化学反应迅速,固化周期短,生产效率高,砂芯发气量较低,溃散性好,易清砂,铸件表面光洁,废品率低,综合成本低,易于组织自动化生产,经济效益显著。
因此,在近20年的发展中,日益取代油砂法、热芯盒法、壳芯法等传统制芯工艺。
在欧美等有些工厂采用三乙胺法冷芯盒制芯工艺生产的砂芯重量达砂芯总重量的70%以上。
为适应铸造工艺各方面的不同要求,特别是提高现行三乙胺法冷芯盒砂芯的热强度,防止在浇注金属高温作用下,砂芯过早溃散、变形、开裂造成废品,美国有关部门研究出高热强度三乙胺冷芯盒工艺,将现行三乙胺法冷芯盒工艺用的粘结剂组分Ñ酚醛树脂改为酚醛多元醇树脂,其他不变。
这样,溃散时间从不到100s延迟到400s。
另一方面,德国、美国、意大利、西班牙、日本等各国对三乙胺法冷芯盒工艺配套设备,射芯机、气体发生器、芯砂混砂机、空气干燥器、砂加热冷却器、废气净化装置等的研究逐步深入,不断采用新技术、新专利形成各具特色的系列化生产。
行业标准《铸造用三乙胺冷芯盒法树脂》解读1 标准概况三乙胺冷芯盒法树脂工艺由于其具有生产效率高、节约能源、芯（型）强度高、尺寸精确、芯（型）砂溃散性好等优点，已经得到了铸造业的广泛使用。
根据2011年中国机械工业联合会下发的2011年行业标准制修订计划，《铸造用三乙胺冷芯盒法树脂》行业标准由苏州兴业材料科股份有限公司负责起草，全国铸造标准化技术委员会归口管理。
在2011年第三批行业标准制修订计划中，标准名称为《铸造用三乙胺法冷芯盒树脂》，在标准征求意见时，经标准起草小组一致同意，将标准名称确定为《铸造用三乙胺冷芯盒法树脂》。
2 标准的主要内容2.1 范围本标准适用于铸造用三乙胺冷芯盒法制芯（型）用树脂。
2.2 术语和定义参照GB/T 5611《铸造术语》“铸造用三乙胺冷芯盒法树脂 TEA cured cold-box resin for foundry”，将铸造用三乙胺冷芯盒法树脂定义为“在室温下吹入三乙胺等叔胺类催化剂气体，使双组分粘结剂的酚醛树脂和聚异氰酸酯交联成固态的氨基甲酸酯，从而使砂芯（型）硬化的冷芯盒用树脂。
”2.3 分类和牌号铸造用三乙胺冷芯盒法树脂是目前广泛使用的制芯、造型用有机粘结剂，在用户现场使用时主要根据强度判断产品优良，因此标准以强度等级分级为普通型、抗湿型和高强度型。
铸造用三乙胺冷芯盒法树脂按使用条件不同分类及分类代号见表1。
铸造用三乙胺冷芯盒法树脂的牌号表示方法如下:示例SLⅠ-G：表示铸造用三乙胺冷芯盒法树脂组分Ⅰ高强度型树脂。
2.4 技术要求2.4.1 铸造用三乙胺冷芯盒法树脂的理化性能应符合表2的规定。
因为组分Ⅰ刚生产出来时为淡黄色，遇光易变棕红色，但不影响性能，所以本标准规定组分Ⅰ为淡黄色至棕红色透明液体。
为促进技术进步，出于对职业健康和环境保护的需要，同时考虑到国内有代表性厂家的现状，对组分Ⅰ中的游离甲醛进行了分级规定，≤0.5%为合格品，≤0.3%为优级品。
三乙胺冷芯盒树脂砂工艺的特点是什么三乙胺冷芯盒树脂砂工艺的特点是什么此工艺的主要特点是:? 硬化速度快，硬透性好，生产效率高;? 芯盒不需要加热;劳动条件好，芯盒生产成本低。
三乙胺冷芯盒法的原材料主要有:硅砂、树脂和催化剂。
此法对硅砂要求甚严，特别是含水量要求,0.2%, 含泥量要求,0.3%(均为指质量分数)。
所用的树脂由两个组分组成:组分?为聚苯醚酚醛树脂，组分?为聚异氰酸酯。
为了降低树脂对硅砂及环境湿度的敏感性和适用于低温浇注铝合金铸件的需要，近年来，又开发了抗吸湿性树脂和铝合金专用树脂(多元醇)。
催化剂为液态的三乙胺或二甲基乙胺。
为了能使砂芯均匀硬化，液态三乙胺需要先雾化或汽化，再与载体气混合(常用空气或氮气)，吹入芯盒，使砂芯硬化，以防止三乙胺浓度过大而引起爆炸。
胺雾化主要有两种方法:? 吹泡法。
直接向胺液吹载体气，使胺激烈搅拌而雾化。
此法设备简单，缺点是硬化气中胺的浓度难以控制。
? 喷雾法。
使胺液在压力作用下喷出并雾化于经脱湿的压缩空气(或其载体气)管道中，然后送往芯盒。
三乙胺冷芯盒法制芯均在专用的冷芯盒射芯机上完成，所用射芯机的结构与普通射芯机相似，但增加了吹气机构和前后工序配套设备。
前工序配套设备有:混砂机、砂加热器、气体发生器、压缩空气干燥除湿系统、三乙胺雾化装置等。
后工序配套设备包括废气净化系统。
制芯工序为:硅砂加热至25~35摄氏度，将组分?加入砂中，混制1~2分钟，再加入组分?，继续混制1~2分钟。
通常两组分加入量各为砂的质量分数的0.75% 。
然衙在0.3~0.35MPA射砂压力下,把砂子射入芯盒,再将与载体混合\体积分数为2%的三乙胺气体在于0.2MPA压力下吹入芯盒,使砂芯迅速硬化,硬化时间一般为几秒或几十秒.砂芯硬化后,紧接着通过原来吹气系统,再吹入洁净干燥的空气,以便清洗砂芯中的残胺,并可进一步提高它的强度.最后,打开芯盒,取出已硬化的砂芯,使可进行下一轮程序.吹气硬化时经芯盒排出的气体和硬化后用压缩空气清洗残存硬化气时排出的气体统称尾气.尾气中含有胺,必须处理后才能排放大气中.胺是碱性的而且易燃,故可用酸洗涤吸收法或燃烧法除去尾气中的胺.酸洗涤塔是最常用的处理装置(见图5-17).含胺的尾气从下部进入洗涤塔,在向上方流动的途中,经2或3 层硬塑料块构成的阻尼层,结果使气流分散而且路径曲折.浓度为8%~10%的稀硫酸自上而下喷淋,也通过阻尼层.这样,尾气中的胺充分和酸作用,到达塔上方时,胺浓度很低,可大气排放.。
892FO U N D R V造型材料Vol.68 No.8 2019国产与进口三乙胺冷芯盒树脂性能对比研究何龙，崔刚，张宏凯，韩文，张茜(宁夏共享化工有限公司，宁夏银川750021 )摘要：对国产冷芯盒树脂和进口冷芯盒树脂的常规性能指标以及非常规性能指标如抗湿性、可使用时间、超低树脂加入量等进行研究对比。
结果表明，国产树脂主要常规性能指标与进口树脂差距小于5%,无明显差异。
24 h高湿抗拉强度、可使用时间等指标与进口树脂差距在5%以上，存在一定差异。
关键词：冷芯盒树脂；性能对比；抗湿性；超低加入量三乙胺冷芯盒法制芯工艺由亚什兰公司（Ashland)于1968年推出，因其具有砂芯尺寸精度高、生产效率高、不用热源、工装容易更换且维修保养简便、良好的砂特性等特点['受到铸造行业的欢迎并迅速发展。
国内的铸造企业在20世纪七八十年代开始进行三乙胺冷芯盒制芯工艺的研究，开展了大量的试验研究工作但国产冷芯盒树脂与进口树脂相比性能仍存在明显差距，进口树脂树脂砂常规强度比国产树脂高20%〜40%,抗湿性比国产树脂高50%~ 100%[51。
常州有机化工厂1984年底引进了亚什兰公司的三乙胺冷芯盒粘结剂制造技术[6]。
近些年来，以济南圣泉和苏州兴业为代表的国内铸造辅材生产企业加大研发力度，在三乙胺冷芯盒树脂的合成技术上取得突破性进展。
国内三乙胺冷芯盒树脂的性能与进口冷芯盒树脂的差距逐渐缩小，主要性能指标已经达到进口树脂水平，部分性能指标已超越进口树脂水平。
为了对比国产冷芯盒树脂和进口冷芯盒树脂的技术指标差异，对国产冷芯盒树脂和进口三乙胺冷芯盒树脂的常规性能指标以及其他性能指标如抗湿性、可使用时间、超低加入量等进行了对比研究。
作者简介：何龙（ 1982-),男，本科,高级工程师，从事铸造辅 材的研发及质量管理工作。
E-mail:zhxl-025@ 中图分类号：TG221文献标识码：A文章编号：10014977(2019) 08-0892-04收稿曰期：2019-01-22收到初稿，2019-03-26收到修订稿。
胺法冷芯盒制芯工艺研究三乙胺冷芯盒工艺自1968年在美国铸造学会举办的展览会上展出以来，因其很高的生产率颇具竞争性和实用性，而且在此基础上出现了制芯中心，型芯的尺寸精度进一步提高，受到了铸造业内人士的普遍关注，尤其是在汽车、拖拉机、内燃机等大批大量生产行业得到了极其广泛的发展和应用。
据报道，美国铸造行业所用的各类铸造粘结剂中，冷芯盒树脂的年用量最大，约占粘结剂总量的44%。
我国七十年代初，一拖工艺材料研究所和安阳塑料厂率先开始了胺法冷芯盒制芯树脂及工艺的研究，但当时国内无专用设备及配套材料供应，使该工艺无法推广。
1985年，常州有机化工厂从美国Ashland公司引进了胺法冷芯树脂生产技术，一汽铸造一厂从美国B﹠P公司引进了全套冷芯盒制芯设备，接着一拖、上柴又分别从德国、美国引进了两套冷芯盒制芯专用装备，使胺法冷芯技术在国内获得生产性应用。
到目前为止，国内已形成了冷芯盒全套设备、工艺装备、树脂及配套辅料等近百家设计、制造单位的年产值数十亿元的产业链。
1.冷芯盒树脂砂的工作原理和化学特性1.1冷芯盒树脂砂工作原理冷芯盒树脂有二个组份，即：Ⅰ组份是宽分布线性酚醛树脂。
它是用苯酚、甲醛经过化学反应获得的含有羟甲基（-CH2OH）与醚键（R-O-R）的线性聚合体。
适量的羟甲基数,可保证型芯获得必要的初强度，适当的醚键可保证充分的终强度。
Ⅱ组份是用高沸点的相溶性优良的溶剂而改性的含有适量（—N=C=O）基团的聚异氰酸酯。
冷芯盒工艺的固化原理是酚醛树脂中的羟甲基（-CH2OH）和聚异氰酸酯中的（—N=C=O）基团在三乙胺的催化作用下，数秒内反应生成固态的尿烷树脂。
实际使用时，需要混砂和制芯两个过程：首先是树脂的两种组分通过混砂过程均匀地包覆在砂粒表面；然后将混好的混合料射入芯盒，再吹入三乙胺气体，使均匀包覆在砂粒表面的树脂膜从液态变成固态，在砂粒与砂粒之间建立粘结桥，形成强度。
1.2冷芯盒树脂砂的化学特性1.2.1 Ⅱ组份聚异氰酸酯中—N=C=O基团在碱性或微碱性环境中容易水解，放出CO2生成胺化合物，其反应活性受浓度、温度、催化剂的影响。
分类号：TQ320密级：公开104244 U D C：单位代码：1042学位论文三乙胺冷芯盒树脂合成及影响树脂砂性能因素的研究伊宁申请学位级别：硕士学位专业名称：化学工艺指导教师姓名：黄仁和职称：教授山东科技大学二零一一年六月论文题目：三乙胺冷芯盒树脂合成及影响树脂砂性能因素的研究作者姓名：伊宁入学时间：2008年9月专业名称：化学工艺研究方向：资源清洁利用技术指导教师：黄仁和职称：教授论文提交日期：2011年5月论文答辩日期：2011年6月日授予学位日期：RESEARCH ON SYNTHESIS OF RESIN FORTRIETHYLAMINE COLD BOX AND THESAND’’SFACTORS S OF RESIN BONDED SAND INFLUENCING FACTORPERFORMANCEA Dissertation submitted in fulfillment of the requirements of the degree ofMASTER OF PHILOSOPHYfromShandong University of Science and Technologyb yYi NingSupervisor:Professor HUANG Ren-heCollege of Chemical and Environmental EngineeringJue2011声明本人呈交给山东科技大学的这篇硕士学位论文，除了所列参考文献和世所公认的文献外，全部是本人在导师指导下的研究成果。
该论文资料尚没有呈交于其它任何学术机关作鉴定。
硕士生签名：日期：AFFIRMATIONI declare that this dissertation,submitted in fulfillment of the requirements for the award of Master of Philosophy in Shandong University of Science and Technology,is wholly my own work unless referenced of acknowledge.The document has not been submitted for qualification at any other academic institute.Signature:Date:摘要三乙胺冷芯盒制芯法在国内外铸造工艺中已经有着重要地位和很大比重。
与传统的铸造技术相比，三乙胺冷芯盒工艺有着诸多优点，例如该法的树脂砂强度较高，气硬化速度快效率高，铸件的表面光洁度和尺寸精度好，环境污染较小，能耗和生产成本相对较低等。
因此，三乙胺冷芯盒工艺符合铸造技术未来发展的要求，拥有广阔的前景，尤其是在大批量生产的汽车铸件产业中极具竞争力。
但是，引进国外的技术不能完全适应我国国情；国内三乙胺冷芯盒工艺的自主研发停滞，相关研究资料的匮乏，以及生产原料价格变化的局限，导致该工艺的发展已经无法突破瓶颈。
例如，在实际生产，以及笔者的初步实验中，三乙胺冷芯盒工艺存在的问题有：组分Ⅰ苯醚型酚醛树脂的合成反应终点判断较为模糊；冷芯盒法的树脂砂耐热性能不高；两组分中溶剂的种类和比例研究仍属空白；影响树脂砂的可使用时间的众多因素尚需探究；树脂砂在存放时的抗潮性能较差等。
因此，在我国，三乙胺冷芯盒工艺需要更加完整和创新性的研究，已解决存在的问题。
本课题对三乙胺冷芯盒工艺存在的问题做了以下研究：①确定合成苯醚型酚醛树脂的较佳工艺条件，尝试利用折光率法监控反应的进行，并得出具有最佳树脂性能的折光率条件；②通过酚醛树脂的改性剂的加入，提高树脂砂普通强度和热强度，并做改性机理方面的研究；③通过单因素试验和正交试验，分析讨论冷芯盒树脂两组分中的溶剂的种类和比例对树脂砂抗拉强度和抗弯强度的影响及其原因；④从催化剂的浓度、溶剂的组成、延缓剂和改性剂等方面考察其对可使用时间影响，延长树脂砂的可使用时间；⑤提高三乙胺法树脂砂的抗潮性能，探究抗潮剂的抗潮机理。
通过以上几个方面的研究，使三乙胺冷芯盒工艺生产更清洁，更容易操作；使树脂砂更有强度和韧性，耐热性能和抗潮性能更好，可使用时间更长。
并且使三乙胺冷芯盒法的成本较为低廉，符合市场的要求。
关键词：三乙胺冷芯盒；折光率；溶剂；可使用时间；抗潮ABSTRACTISOCURE process has played an important role and occupied a large proportion in the domestic and foreign foundry pares with the traditional casting technique, ISOCURE process has many merits.For example，the intensity of the resin bonded sand is high,and it has high efficiency and hardens speed.The casting’s surface is smooth and size precision is perfect.The pollution of the environment is small,and the energy consumption and the cost are lower relatively.Consequently,it meets the casting technique development requirement,and has the broad prospect,and particularly it will have the competitive power in automobile casting of batch quantity production.But,the technology which is introduced from foreign country is not able to adapt our national condition completely,and domestic research and development of ISOCURE stagnate. The related research material is deficient and the limitations of price variety of raw material in production,cause the development of ISOCURE process to be unable to break through the bottleneck.For example,in the reality,as well as in author's preliminary experiments, ISOCURE process existed question includes:the end point judgment of the build ing-up reaction of the phenylate phenolics in component one is fuzzier;heat-resisting performance of ISOCURE process'resin bonded sands is not high;the research of the solvents’type and proportion in two components are still blank;the related factors that have effect on the resin bonded sands’bench life should be studied;the moisture resistant performance of the resin bonded sands is bad when they are deposited and so on.Therefore,the ISOCURE process needs more complete and innovative researches and many problems will be resolved.This subject has done the following researches on the problems of ISOCURE process:①better conditions are determined for the synthesis of phenylate phenolics,and the method of index of refraction is used to monitor the reaction to obtain the index of refraction condition with the best resin performance;②the modifier is joined to enhance the ordinary strength and thermal strength of resin bonded sand,and its mechanism is studied;③single-factor and orthogonal tests were carried out to analyze and discuss the impacts of the kinds and proportion of the solvents on the tensile strength,bending strength of resin bonded sand;④service life of the resin bonded sand is extended,from the impacts of quantity of catalyst concentration,solvent composition,retardants and modifier;⑤moisture resistance property of the resin bonded sand of triethylamine method is improved,and the mechanism of moistureresistance mechanism is explored.T hrough above several aspects researches,the production of ISOCURE process’resin will be cleaner and easier to operate,and resin bonded sands have higher intensity and toughness,and can be used for long time,whose heat resistance and moisture resistance are better.At the same time,the cost is lower to meets market requirements.Key words:ISOCURE process;index of refraction;solvent;bench life;moisture resistance目录1绪论 (1)1.1三乙胺冷芯盒工艺研究背景 (1)1.2三乙胺冷芯盒工艺介绍及改进 (3)1.3本课题主要研究意义与目的 (11)2三乙胺冷芯盒法苯醚型酚醛树脂的合成工艺 (14)2.1实验部分 (14)2.2结果与讨论 (17)3三乙胺冷芯盒法苯醚型酚醛树脂的改性 (25)3.1改性剂的选择 (25)3.2实验部分 (25)3.3结果与讨论 (26)4三乙胺冷芯盒树脂溶剂的选择 (38)4.1两组分溶剂的选择 (38)4.2实验部分 (39)4.3结果与讨论 (40)4.4影响树脂砂强度因素 (46)5三乙胺冷芯盒树脂可使用时间的讨论 (49)5.1实验部分 (49)5.2结果与讨论 (50)6抗潮性能的提高 (56)6.1抗潮剂的种类 (56)6.2实验部分 (59)6.3实验结果与讨论 (59)7结论 (63)致谢 (65)发表论文情况 (66)参考文献 (67)C ontents1Introduction (1)1.1Background of ISOCURE process (1)1.2Introduction and improvement of ISOCURE process (3)1.3The main meaning and purpose of the subject (11)2S ynthesis process of ISOCURE process (14)2.1Experiments (14)2.2Results and discussion (17)3M odification of phenylate p henolics (25)3.1The choice of modifier (25)3.2Experiments (25)3.3Results and discussion (26)solvents s (38)4The selection of resinresin’’s solvent4.1The solvents of two components of resins (38)4.2Experiments (39)4.3Results and discussion (40)4.4Influencing factor of strength of resin bonded sand (46)5T he discussion of service life of the resin (49)5.1Experiments (49)5.2Results and discussion (50)6Enhancement of m oisture resistant performa nce (56)6.1The type of moisture resistance agents (56)6.2Experiments (59)6.3Results and discussion (59)7Conclusions (63)Acknowledgement (65)AuthorAuthor’’s Documents (66)Main Reference Documents (67)1绪论1.1三乙胺冷芯盒工艺研究背景用于铸造粘结剂的树脂有很多种，按树脂本身结构可分为呋喃树脂、环氧树脂、酚脲烷树脂、酚醛树脂、多元醇脲烷树脂和丙烯酸树脂等；按造型及制芯工艺又可分成气硬冷芯盒树脂、自硬树脂、热芯盒树脂、壳型树脂、烘干硬化树脂等。
