CN110842133B - 自硬呋喃树脂砂自控仪用固化剂及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种自硬呋喃树脂砂自控仪用固化剂及其制备方法，所述自硬呋喃树脂砂自控仪用固化剂包括高酸固化剂和低酸固化剂；所述自硬呋喃树脂砂自控仪用固化剂的化学成分包括硫酸、二甲苯及溶剂；所述高酸固化剂的化学成分中的的溶剂为乙醇；所述低酸固化剂的化学成分中的溶剂为水；本发明铸造自硬呋喃树脂砂自控仪用固化剂是通过选择二甲苯磺酸作为高、低酸固化剂的主要组分，本发明的产品可以有效的达到固化剂控制仪的要求，满足造型、制芯生产的稳定，并给出了各种型砂可使用时间条件下的自硬呋喃树脂砂自控仪用固化剂加入比例与温度的函数关系，与自控仪匹配良好，该高、低酸固化剂产品与自控仪设备运行良好。

Description

自硬呋喃树脂砂自控仪用固化剂及其制备方法
技术领域
本发明涉及铸造领域，具体的涉及一种自硬呋喃树脂砂自控仪用固化剂及其制备方法。
背景技术
对于自硬呋喃树脂造型、制芯技术来说，铸造行业中目前广泛使用酸性催化剂，如磷酸、硫酸、苯磺酸、甲苯磺酸、二甲苯磺酸以及硫酸酯类等。不管选择哪种固化剂，面对铸造现场一年四季环境温度、湿度及砂温变化大的特点，这些对自硬呋喃树脂砂的可使用时间、硬化速度都产生很大影响，很难实现完美稳定的造型、制芯生产。
因此，在铸造自硬呋喃树脂用磺酸固化剂的国家标准中，按照砂温由低到高的不同，将固化剂酸度规定了多个牌号，低牌号总酸度10%左右，高牌号总酸度达到40%左右，之所以将总酸度设定这么大的区间，就是来应对铸造现场多变的砂温及环境温度、湿度等因素。但是，实际运行中，混砂造型、制芯产生缺陷存在滞后性，等到砂型起模损坏报废后再进行调整，就显得不够灵活。
铸造自硬呋喃树脂砂造型、制芯推广的自控仪技术，就是为了实现铸造现场灵活调整固化剂的总酸度，从而达到稳定生产的目的，其工作原理是在混砂机上安装固化剂调节仪，混砂机上配备高、低两种酸度的固化剂，通过控制调节仪，来调节高、低固化剂配比，以实现实时调整，稳定造型、制芯生产。
发明内容
基于此，有必要针对现有技术存在的不足，本发明提供了一种自硬呋喃树脂砂自控仪用固化剂及其制备方法。本发明通过选择二甲苯磺酸作为高、低酸固化剂的主要组分，有效的达到了固化剂控制仪的要求，满足造型、制芯生产的稳定，并试验给出了型砂可使用时间条件下的高酸加入比例与温度的函数关系，并与自控仪匹配良好。
为解决上述不足，本发明采用的技术方案为：
一种自硬呋喃树脂砂自控仪用固化剂，所述自硬呋喃树脂砂自控仪用固化剂包括高酸固化剂和低酸固化剂；所述自硬呋喃树脂砂自控仪用固化剂的化学成分包括硫酸、二甲苯及溶剂。
进一步，所述高酸固化剂的化学成分中的溶剂为乙醇；所述高酸固化剂的化学成分按照重量百分含量计算，具体为60~65%的硫酸、20~28%的二甲苯和11~16%的乙醇。
进一步，所述乙醇为工业酒精；所述工业酒精的纯度为≥95%。
进一步，所述高酸固化剂的总酸度为35~40%，游离硫酸为10~14%。
进一步，所述低酸固化剂的化学成分中的溶剂为水；所述低酸固化剂的化学成分按照重量百分含量计算，具体为18~25%的硫酸、8~12%的二甲苯和65~72%的水。
进一步，所述低酸固化剂的总酸度为10~15%，游离硫酸为2~4%。
一种用于制备如上任一项所述的自硬呋喃树脂砂自控仪用固化剂的方法，包括如下步骤：
a.称取硫酸加入反应釜中，向反应釜中加入二甲苯，启动搅拌机；
b.开蒸汽阀，将釜内温度升至70~80℃，保温进行磺化反应；
c.开冷却水阀，将釜内温度降低至50~60℃时，缓慢加入溶剂，加完后搅拌15min；
d.继续降温至40℃以下，取样送检，检测合格后，计量包装入库。
进一步，所述b步骤中的磺化反应时间为20~60min。
一种自硬呋喃树脂砂，所述的自硬呋喃树脂砂采用如上任意一项所述的自硬呋喃树脂砂自控仪用固化剂制成。
一种用于制备如上所述的自硬呋喃树脂砂的方法，所述方法中的砂温x为10~35℃；所述自硬呋喃树脂砂的使用时间为2~10min；所述自硬呋喃树脂砂自控仪用固化剂加入量占树脂的40%。
进一步的，不同可使用时间下，高酸固化剂加入量y与砂温x的函数关系为：
（1）2min函数关系式：
y =-0.00008148x3 + 0.00606836x2 -0.17644803x +2.28140105，R² =0.99985320，其中，5≤x≤35.86；
（2）5min函数关系式：
y =-0.00008091x3 +0.00573367x2 -0.16142997x +1.94096902，R²=0.99959673，其中，5≤x≤31.89；
（3）7.5min函数关系式：
y =-0.00007943x3 +0.00538793x2 -0.14793997x +1.71700578，R²=0.99956003，其中，5≤x≤29.58；
（4）10min函数关系式：
y =-0.00008254x3 +0.00542988x2 -0.14486279x +1.60105458，R²=0.99962376，其中，5≤x≤27.71。
本发明的有益效果：
本发明铸造自硬呋喃树脂砂自控仪用固化剂是通过选择二甲苯磺酸作为高、低酸固化剂的主要组分，并给出了各种型砂可使用时间条件下的固化剂加入比例与温度的函数关系，与自控仪匹配良好，该高、低酸固化剂产品与自控仪设备运行良好。其具有以下特点：
（1）选择催化活性高的二甲苯磺酸作为高、低酸固化剂的主要组分，有利于参与呋喃树脂的交联固化，有效保证了砂型（芯）的硬化；
（2）实验确定了2~10min型砂可使用时间内，自硬呋喃树脂砂自控仪用固化剂加入比例与温度的函数关系，为自控仪的程序设定及现场自动调节提供了理论依据；
（3）通过运用自控仪及自硬呋喃树脂砂自控仪用固化剂，方便了自硬树脂砂造型现场的操作，提高了砂型（芯）质量；
（4）造型现场使用自控仪后，不同温度条件只需要使用高、低两种酸度固化剂，且根据需求时时可调整，摆脱了传统生产中多种固化剂酸度并存、更换麻烦的困扰，也便于生产管理、降低了操作难度。
附图说明
无。
具体实施方式
为了便于理解本发明，下面将参照相关实施例对本发明进行更全面的描述。实施例中给出了本发明的较佳实施方式。但是，本发明可以以许多不同的形式来实现，并不限于本文所描述的实施方式。相反地，提供这些实施方式的目的是使对本发明的公开内容理解的更加透彻全面。
除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施方式的目的，不是旨在于限制本发明。本文所使用的术语“及／或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。
一种自硬呋喃树脂砂自控仪用固化剂，所述自硬呋喃树脂砂自控仪用固化剂包括高酸固化剂和低酸固化剂；所述自硬呋喃树脂砂自控仪用的化学成分包括硫酸、二甲苯及溶剂；所述高酸固化剂的化学成分按照重量百分含量计算，具体为60~65%的硫酸、20~28%的二甲苯和11~16%的乙醇；所述乙醇为工业酒精；所述工业酒精的纯度为≥95%；所述高酸固化剂的总酸度为35~40%，游离硫酸为10~14%；所述低酸固化剂的化学成分按照重量百分含量计算，具体为18~25%的硫酸、8~12%的二甲苯和65~72%的水；所述低酸固化剂的总酸度为10~15%，游离硫酸为2~4%。
一种用于制备如上所述的自硬呋喃树脂砂自控仪用固化剂的方法，包括如下步骤：
a.称取硫酸加入反应釜中，向反应釜中加入二甲苯，启动搅拌机；
b.开蒸汽阀，将釜内温度升至70~80℃，保温进行磺化反应；
c.开冷却水阀，将釜内温度降低至50~60℃时，缓慢加入溶剂，加完后搅拌15min；
d.继续降温至40℃以下，取样送检，检测合格后，计量包装入库。
进一步，所述b步骤中的磺化反应时间为20~60min。
一种自硬呋喃树脂砂，所述的自硬呋喃树脂砂采用如上任意一项所述的自硬呋喃树脂砂自控仪用固化剂制成。
一种用于制备如上所述的自硬呋喃树脂砂的方法，所述方法中的砂温x为10~35℃；所述自硬呋喃树脂砂的使用时间为2~10min；所述自硬呋喃树脂砂自控仪用固化剂加入量占树脂的40%；不同可使用时间下，高酸固化剂加入量y与砂温x的函数关系为：
（1）2min函数关系式：
y =-0.00008148x3 + 0.00606836x2 -0.17644803x +2.28140105，R² =0.99985320，其中，5≤x≤35.86；
（2）5min函数关系式：
y =-0.00008091x3 +0.00573367x2 -0.16142997x +1.94096902，R²=0.99959673，其中，5≤x≤31.89；
（3）7.5min函数关系式：
y =-0.00007943x3 +0.00538793x2 -0.14793997x +1.71700578，R²=0.99956003，其中，5≤x≤29.58；
（4）10min函数关系式：
y =-0.00008254x3 +0.00542988x2 -0.14486279x +1.60105458，R²=0.99962376，其中，5≤x≤27.71。
便于理解本发明的技术要素，请参阅以下本发明涉及的具体事例。
实施例1：
温度：20℃
型砂可使用时间要求：5min
将以上条件代入函数，求出y=0.35，即造型现场温度20℃时，若要型砂可使用时间为5min，那么通过自控仪加入到铸造砂中的高酸固化剂量为35%左右，低酸固化剂量为65%左右。
实施例2：
温度：20℃
型砂可使用时间要求：2min
将以上条件代入函数，求出y=0.53，即造型现场温度20℃时，若要型砂可使用时间为2min，那么通过自控仪加入到铸造砂中的高酸固化剂量为53%左右，低酸固化剂量为47%左右。
实施例3：
温度：20℃
型砂可使用时间要求：10min
将以上条件代入函数，求出y=0.22，即造型现场温度20℃时，若要型砂可使用时间为10min，那么通过自控仪加入到铸造砂中的高酸固化剂量为22%左右，低酸固化剂量为78%左右。
实施例4：
温度：10℃
型砂可使用时间要求：5min
将以上条件代入函数，求出y=0.82，即造型现场温度10℃时，若要型砂可使用时间为5min，那么通过自控仪加入到铸造砂中的高酸固化剂量为82%左右，低酸固化剂量为18%左右。
实施例5：
温度：30℃
型砂可使用时间要求：5min
将以上条件代入函数，求出y=0.08，即造型现场温度30℃时，若要型砂可使用时间为5min，那么通过自控仪加入到铸造砂中的高酸固化剂量为8%左右，低酸固化剂量为92%左右。
以上实施例仅是示例性实施例，本领域技术人员应理解，在不背离本发明的精神和范围的情况下，所需的型砂可使用时间在2~10min范围内时，本专利自控仪函数关系可以进行变化、替换以及改变。
1、高酸固化剂（A）、低酸固化剂（B）的不同比例，实验测得以下总酸度值、游离酸值：
A比例% 100 90 80 70 60 50 40 30 20 10 0
B比例% 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100
总酸度% 36.5 34.6 32.0 29.4 27.9 26.2 24.5 22.1 19.5 16.8 14.5
游离酸% 12.5 11.8 10.0 9.4 8.8 7.8 6.2 5.1 4.3 3.6 2.2
2、不同温度，不同高、低酸配比条件下，型砂可使用时间检测数据：（树脂1.0%，固化剂40%）
Figure 883892DEST_PATH_IMAGE002
3、不同温度，不同高、低酸配比条件下，型砂强度检测数据：（树脂1.0%，固化剂40%）
Figure 332191DEST_PATH_IMAGE004
以上为各种高、低酸固化剂配比下总酸度、游离酸检测结果及型砂可使用时间及强度结果。
以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。
以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (8)

1.一种自硬呋喃树脂砂自控仪用固化剂，其特征在于，所述自硬呋喃树脂砂自控仪用固化剂包括高酸固化剂和低酸固化剂；
所述自硬呋喃树脂砂自控仪用固化剂的化学成分包括硫酸、二甲苯及溶剂；
所述高酸固化剂的化学成分中的溶剂为乙醇；所述高酸固化剂的化学成分按照重量百分含量计算，具体为60~65%的硫酸、20~28%的二甲苯和11~16%的乙醇；
所述低酸固化剂的化学成分中的溶剂为水；所述低酸固化剂的化学成分按照重量百分含量计算，具体为18~25%的硫酸、8~12%的二甲苯和65~72%的水。
2.根据权利要求1所述的自硬呋喃树脂砂自控仪用固化剂，其特征在于，所述高酸固化剂的总酸度为35~40%，游离硫酸为10~14%。
3.根据权利要求1所述的自硬呋喃树脂砂自控仪用固化剂，其特征在于，所述低酸固化剂的总酸度为10~15%，游离硫酸为2~4%。
4.一种用于制备如权利要求1至3中任一项所述的自硬呋喃树脂砂自控仪用固化剂的方法，其特征在于，包括如下步骤：
a.称取硫酸加入反应釜中，向反应釜中加入二甲苯，启动搅拌机；
b.开蒸汽阀，将釜内温度升至70~80℃，保温进行磺化反应；
c.开冷却水阀，将釜内温度降低至50~60℃时，缓慢加入溶剂，加完后搅拌；
d.继续降温至40℃以下，取样送检，检测合格后，计量包装入库。
5.根据权利要求4所述的自硬呋喃树脂砂自控仪用固化剂的制备方法，其特征在于，所述b步骤中的磺化反应时间为20~60min。
6.一种自硬呋喃树脂砂，其特征在于，所述的自硬呋喃树脂砂采用权利要求1至3任意一项所述的自硬呋喃树脂砂自控仪用固化剂制成。
7.一种用于制备如权利要求6中所述的自硬呋喃树脂砂的方法，其特征在于，所述自硬呋喃树脂砂的可使用时间为2~10min；所述自硬呋喃树脂砂自控仪用固化剂加入量占树脂的40%。
8.根据权利要求7所述的自硬呋喃树脂砂的方法，其特征在于，不同可使用时间下，所述高酸固化剂加入量y与砂温x的函数关系为：
（1）2min函数关系式：
y =-0.00008148x3 + 0.00606836x2 -0.17644803x +2.28140105，其中，5≤x≤35.86；
（2）5min函数关系式：
y =-0.00008091x3 +0.00573367x2 -0.16142997x +1.94096902，其中，5≤x≤31.89；
（3）7.5min函数关系式：
y =-0.00007943x3 +0.00538793x2 -0.14793997x +1.71700578，其中，5≤x≤29.58；
（4）10min函数关系式：
y =-0.00008254x3 +0.00542988x2 -0.14486279x +1.60105458，其中，5≤x≤27.71；
所述砂温x的单位为℃。
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