摘要﹕通過實(shí)驗(yàn)研究了酚醛樹脂粘溫特性以及混有固化劑樹脂的粘度變化曲線對(duì)覆膜砂強(qiáng)度和抗脫殼性的影響。根據(jù)酚醛樹脂的粘度特性定義了恒粘溫度（４５泊時(shí)溫度）和最小粘度。確定了覆膜溫度等于恒粘溫度＋４０℃的
　　
　　控制原則。分析了軟化點(diǎn)、最小粘度和強(qiáng)度的關(guān)系，指明了合成高軟化點(diǎn)、高強(qiáng)度酚醛樹脂的研究方向。分析了覆膜砂脫殼的原理以及根據(jù)粘度變化曲線判斷樹脂抗脫殼性的原理。
　　
　　在熱法覆膜加工條件下，酚醛樹脂的物理狀態(tài)發(fā)生了從片狀玻璃態(tài)到薄膜粘流態(tài)的轉(zhuǎn)化，在此狀態(tài)下加入固化劑后，降溫再轉(zhuǎn)變到薄膜玻璃態(tài)。樹脂物理狀態(tài)隨溫度而轉(zhuǎn)變的行為稱為熱行為。樹脂熱行為具備唯一性，即﹕可檢驗(yàn)性。酚醛樹脂的熱行為對(duì)覆膜砂的強(qiáng)度、抗脫殼性能、熔點(diǎn)等性能有重要影響。本文研究了酚醛樹脂的粘溫特性對(duì)覆膜過程及覆膜砂性能的影響。
　　
　　１實(shí)驗(yàn)
　　
　　１﹒１實(shí)驗(yàn)用主要原材料
　　
　　主要合成原材料為﹕苯酚、３７％甲醛水溶液、草酸。
　　
　　覆膜砂原材料﹕圍場(chǎng)擦洗砂５０／１００目，濃度３３％的六亞甲基四胺水溶液、硬脂酸鈣、ＫＨ５５０。
　　
　　１﹒２實(shí)驗(yàn)方法
　　
　　１﹒２﹒１樹脂合成
　　
　　合成裝置包括自動(dòng)控溫磁力攪拌加熱器、三口燒瓶、水浴加回流裝置、真空脫水裝置。反應(yīng)工藝流程如圖１。實(shí)驗(yàn)室制備了四種樹脂Ｒ１Ｒ２、Ｒ３、Ｒ４，軟化點(diǎn)分別為７１﹒５、８０﹒５、９０﹒５和９７℃，測(cè)試它們粘溫曲線。
　　
　　
　　選擇三種樹脂，軟化點(diǎn)分別為﹕７１﹒５、８０﹒５和９０﹒５℃。分別測(cè)試它們（加１０％ＨＭＴＡ，１５０℃）的粘度隨時(shí)間變化曲線。
　　
　　１﹒２﹒２樹脂粘溫特性測(cè)試方法
　　
　　將樹脂在某溫度熔融，用ＢＲＯＯＫＦＩＥＬＤＬＶＤＶ－Ⅱ粘度計(jì)測(cè)試該溫度粘度。分別改變測(cè)試溫度，得到粘溫特性曲線。在固定溫度下（１５０℃）測(cè)試樹脂加固化劑的粘度變化曲線。
　　
　　１﹒２﹒３覆膜砂混配工藝
　　
　　原砂溫度１４５℃，加入２％樹脂，混砂６０ｓ，溫度降至１１０℃，加烏洛脫品溶液（占樹脂質(zhì)量１２％）。鼓風(fēng)冷卻６０～７０ｓ之后，加５％（占樹脂質(zhì)量）硬脂酸鈣，１０ｓ后，砂溫降至７０～８０℃。放料。
　　
　　１﹒２﹒４覆膜砂抗彎強(qiáng)度測(cè)試方法
　　
　　抗彎試樣制備﹕參照鑄造覆膜砂標(biāo)準(zhǔn)ＪＢ／Ｔ８５８３－１９９７進(jìn)行。
　　
　　測(cè)試方法﹕將抗彎試樣放置在強(qiáng)度試驗(yàn)機(jī)的兩支點(diǎn)刃口上（支點(diǎn)距離為１５０ｍｍ），加載的單刃口則垂直于試樣的中部進(jìn)行均勻加載，直到試樣折裂。從測(cè)試儀直接讀出強(qiáng)度值。
　　
　　１﹒２﹒５抗脫殼性能測(cè)試方法
　　
　　使用自行研制的覆膜砂抗脫殼儀器，見圖２（ａ），測(cè)定覆膜砂的抗脫殼性能。操作步驟如下﹕將抗脫殼性能測(cè)試儀的模具升溫到２５０℃，將制好的覆膜砂３ｋｇ倒入模具中，６０ｓ后抽開模具底板，未發(fā)生粘結(jié)的覆膜砂落漏出在接砂盤上，立即將這些覆膜砂倒出，并將接砂盤復(fù)位，將倒出的覆膜砂稱量并記為Ｗ１。再過６０ｓ，如覆膜砂發(fā)生脫殼，對(duì)脫殼砂稱量并記為Ｗ２。計(jì)算脫殼率、固化率的公式如下﹕
　　
　　
　　２結(jié)果與討論
　　
　　２﹒１樹脂粘溫特性與覆膜砂強(qiáng)度的關(guān)系
　　
　　四種樹脂的粘溫特性測(cè)試結(jié)果見圖３，四種樹脂對(duì)應(yīng)的覆膜砂強(qiáng)度見表１。從測(cè)試結(jié)果可以看出﹕四種樹脂具有類似的粘度變化趨勢(shì)。隨著溫度的升高，樹脂的粘度逐漸減少。當(dāng)溫度繼續(xù)升高到一定程度時(shí)，粘度降低趨勢(shì)開始變緩，此時(shí)粘度大約在４５泊左右。本文定義此時(shí)的溫度為樹脂恒粘溫度。其實(shí)從曲線上看，高于恒粘溫度樹脂粘度還會(huì)繼續(xù)下降，只不過下降速度越來越慢。在實(shí)驗(yàn)范圍內(nèi)，可以近似地認(rèn)為粘度達(dá)到一個(gè)恒定值，稱之為最小粘度，此值可以在樹脂的粘溫曲線上讀出來。
　　
　　
　　在樹脂和原砂混合工序中，樹脂的粘度是能否均勻覆膜的關(guān)鍵因素。樹脂的粘溫特性曲線恰恰說明了樹脂從玻璃態(tài)到粘流態(tài)轉(zhuǎn)變過程的特性，即軟化程的特性。有關(guān)統(tǒng)計(jì)分析的結(jié)果說明，酚醛樹脂軟化點(diǎn)和覆膜砂強(qiáng)度并沒有直關(guān)系，一個(gè)重要的原因就是樹脂軟化點(diǎn)并不能完全準(zhǔn)確的說明樹脂的軟化過程[１]，而粘溫曲線比較真實(shí)的反應(yīng)了樹脂的軟化過程。因此，傳統(tǒng)上經(jīng)常使用的樹脂軟化點(diǎn)加４０～５０℃來確定覆膜溫度的方法可能需要修正，而使用樹脂的恒粘溫度確定覆膜工藝參數(shù)中的覆膜溫度更為科學(xué)。
　　
　　從表１可看出，樹脂軟化點(diǎn)越高，恒粘溫度越高，最小粘度越大。Ｒ１和Ｒ２樹脂的軟化點(diǎn)有較大的差距，而最小粘度卻很接近，他們的強(qiáng)度度也較高。這說明樹脂的軟化點(diǎn)和強(qiáng)度并沒有因果關(guān)系。這個(gè)結(jié)果為合成高軟化點(diǎn)、高強(qiáng)度的樹脂指明了方向，即合成高軟化點(diǎn)、低粘度的樹脂，就可以達(dá)到強(qiáng)度高又不結(jié)團(tuán)的目的。
　　
　　四種樹脂的恒粘溫度即４５泊時(shí)溫度有較大差距。如果要想獲得接近最小粘度的樹脂粘度，覆膜溫度即加工溫度應(yīng)該重點(diǎn)參考恒粘溫度，再加上加工條件的因素來確定。四種樹脂中Ｒ２混制的覆膜砂強(qiáng)度最高，因此可以確定覆膜溫度等于恒粘溫度＋４０℃的控制原則。
　　
　　２﹒２樹脂加固化劑的粘度變化曲線與抗脫殼性能的關(guān)系
　　
　　在射芯充填熱壓成型的過程中，覆膜砂表面的樹脂膜受熱軟化的同時(shí)，在固化劑的作用下，也在同時(shí)發(fā)生固化反應(yīng)。軟化和固化的綜合作用決定了覆膜砂的抗脫殼性能。為了更好的表征樹脂的抗脫殼性能，把砂粒表面樹脂膜發(fā)生的軟化和固化反應(yīng)抽象出來，單獨(dú)使用樹脂和固化劑混合，測(cè)試粘度變化曲線。結(jié)果見圖４所示。
　　
　　
　　由圖可以看出﹕７１﹒５℃軟化點(diǎn)樹脂熔融粘度曲線的最小粘度值為１０５泊，８０﹒５℃軟化點(diǎn)樹脂的是２１０泊，９０﹒５℃軟化點(diǎn)樹脂的是２６０泊﹔７１﹒５、８０﹒５和９０﹒５℃三種樹脂熔融粘度曲線的底部平臺(tái)持續(xù)時(shí)間分別是﹕２０、１５、１０ｓ。
　　
　　實(shí)驗(yàn)測(cè)試了三種樹脂覆膜砂的抗脫殼性能，測(cè)試時(shí)覆膜砂外觀均沒有發(fā)生脫殼。按照前述方法鋸開試樣，測(cè)試了裂紋寬度，結(jié)果見表２。可以發(fā)現(xiàn)，隨熔融粘度最小值的增加，固化率逐漸減少。７１﹒５℃樹脂覆膜砂的裂紋傾向最大，這說明樹脂熔融粘度最小值越小，熔融粘度平臺(tái)時(shí)間越長(zhǎng)，覆膜砂的抗脫殼性能越差。
　　
　　
　　
　　分析脫殼機(jī)理如下﹕因?yàn)闊崴苄苑尤渲腆w時(shí)是非晶凝聚態(tài)，所以它的軟化過程是連續(xù)的和不間斷的，在５０度左右，大約５μｍ厚的樹脂膜已經(jīng)發(fā)生軟化，分子柔順性增加，擴(kuò)散能力增強(qiáng)，樹脂膜與樹脂膜之間的表面逐漸消失，導(dǎo)致覆膜砂可以互相連接。隨著時(shí)間的延長(zhǎng)，試樣的整體溫度不斷上升，處于軟化點(diǎn)溫度的區(qū)域也不斷向外推移。這時(shí)覆膜砂表面的樹脂膜一直發(fā)生著兩個(gè)變化﹕軟化和固化。軟化使樹脂膜拉長(zhǎng)，砂粒之間發(fā)生滑移，固化傾向于減少這種滑移。當(dāng)位于軟化點(diǎn)的區(qū)域距離板面（熱源）較近時(shí)，固化速度大于軟化速度，則試樣的內(nèi)部不會(huì)因?yàn)闃渲浕謱印．?dāng)軟化點(diǎn)區(qū)域遠(yuǎn)離熱源時(shí)，樹脂的軟化速度將大于固化速度，在軟化速度和固化速度相等的截面上，將出現(xiàn)分層現(xiàn)象，于是出現(xiàn)脫殼。另外因?yàn)闃渲能浕枰欢〞r(shí)間，同樣樹脂的固化也需要一定時(shí)間，時(shí)間的交錯(cuò)，使得殼型有時(shí)出現(xiàn)分層但不脫殼的現(xiàn)象。
　　
　　３結(jié)論
　　
　　（１）酚醛樹脂的粘溫曲線以及與加固化劑后的粘度變化曲線，可以作為制定混砂工藝的參考和衡量覆膜砂強(qiáng)度和抗脫殼性能的依據(jù)。
　　
　　（２）根據(jù)粘溫曲線，定義了恒粘溫度的概念，即樹脂熔融粘度達(dá)到４５泊時(shí)的溫度。提出了覆膜溫度等于恒粘溫度＋４０℃的工藝控制原則。
　　
　　（３）根據(jù)粘溫曲線，定義了樹脂最小粘度。樹脂最小粘度與覆膜砂的強(qiáng)度有直接關(guān)系。而且軟化點(diǎn)不同的樹脂，也可能具有同樣的最小粘度。為合成高軟化點(diǎn)、高強(qiáng)度的樹脂指出了研究方向。
　　
　　（４）研究了加固化劑樹脂的熔融粘度和時(shí)間的關(guān)系對(duì)樹脂抗脫殼性能的影響﹕熔融粘度最小值越低，維持最小值的時(shí)間越長(zhǎng)，樹脂的抗脫殼能力越差。