摘　要：介紹了一種完全用植物和農作物的下腳料做原材料，完全不含游離甲醛與苯酚的改性酚醛樹脂，及其綠色環保、舊砂再生率高和舊砂再生成本低的特點；通過數據對比說明了這種樹脂的成本優勢和在型砂強度、潰散性等使用性能方面的優勢。生產實踐證明，使用該樹脂后，鑄件表面質量較高，且澆注產生的刺激氣味明顯減少。
關鍵詞：改性酚醛樹脂；舊砂再生；成本；使用性能

　　鑄鋼件生產中應用的型砂粘結劑通常有酯硬化水玻璃、酯硬化堿酚醛樹脂和呋喃樹脂三種；近兩年來，有一種改性酚醛樹脂(以下簡稱“B樹脂”)也在一些鑄鋼企業得到了應用。這種樹脂采用酸性硬化劑，雖仍屬于甲階酚醛樹脂，但因含有高分子結構，有二次硬化過程；其舊砂的可再生性大致與呋喃樹脂相同，混砂造型過程中有特殊氣味，而澆注時產生的煙比呋哺樹脂、堿酚醛樹脂砂小得多；其技術指標如表1所示。

　　使用B樹脂，鑄件的清理工作量大幅度降低、表面質量優良且澆注產生的氣味大幅度減 。另外，僅用一級干法再生設備即可實現B樹脂砂的舊砂再生，再生率達95％，舊砂灼燒減量僅為1.53％；與水玻璃砂、堿酚醛樹脂砂的熱法再生相比，不僅再生率是高的，且再生費用也大大降低了。

1　B樹脂的特點

1.1　“綠色”
　　我國因鑄造所產生的污染是令人震驚的，其中廢砂排放與粘結劑中有害氣體的排放是大的污染源之一，因此，研制和應用綠色材料是我國邁向鑄造強國的重要課題，“綠色材料”的概念由此而生。即，資源與能源消耗小、生態環境影響小、再生循環利用率高、實用性強又可降解的新型材料被稱為綠色材料。
　　根據綠色材料的特點，綠色鑄造用粘結劑應達到如下要求：
　　(1)在樹脂生產中，不產生或少產生有害的氣體、廢水和固態廢棄物，并對少量廢棄物要進行有效處理。
　　(2)在操作過程中，樹脂具有無毒或低毒、無腐蝕性、無刺激味，直接接觸時沒有傷害皮膚的成分。
　　(3)樹脂在加熱分解后，不產生有害氣體，不對生態環境產生有害影響。
　　(4)在鑄造生產中，要求舊砂能反復使用，提高型砂的再生率。
　　鑄造粘結劑發展的方向是提高鑄件質量和滿足環保與清潔生產的要求。上著名的兩家粘結劑制造企業――美國的ASHLAND公司和德國的HA公司，都將環保型鑄造用粘結劑新產品的研制置于非常重要的地位，美國、德國及日本等國皆在不含甲醛與苯酚的樹脂的研制上作了多方面的努力，但迄今為止，尚未見有突破性效果的報道。而我國自行研制的B樹脂卻實現了這一突破。
　　B樹脂完全用植物和農作物的下腳料做原材料，完全不含游離甲醛與苯酚，因此無毒化生產、無毒化排放、無毒化應用是其主要的特點。這個特點對于樹脂生產企業、樹脂應用企業及大氣環境的保護都具有重大的意義，而且用可再生資源代替從石油中提煉出的甲醛與苯酚等不可再生資源，也為用量極大的鑄造粘結劑的發展奠定了可持續發展的基礎。
1.2　舊砂再生率高
　　B樹脂砂的舊砂再生率高達90％～95％，為不可再生的硅砂的循環使用創造了良好條件。在無錫鑄造廠有限公司的使用情況證實，其舊砂的再生率由水玻璃砂的77.5％提高至95.4％，具體數據見表2。在再生率為93％～95％的情況下，還顯示了舊砂灼減量平均只有1.53％的優點。
　　目前我國原砂的開采與供應已呈緊張趨勢，型砂的循環利用問題日益嚴峻，提高舊砂再生率的已刻不容緩。

1.3　舊砂再生成本低
　　水玻璃砂與堿酚醛樹脂砂需采用熱法再生才能達到再生率為85％的要求，但熱法再生的裝置投資高，設備折舊率也高，而且其1 t再生砂的加熱再生成本遠高于B樹脂砂。表3是對鑄鋼常用自硬砂的再生成本的對比。
　　由表3可知，水玻璃砂與堿酚醛樹脂砂在舊砂再生成本上比B樹脂砂高3倍左右，如果再加上添加新砂的費用、再生裝置的費用，B樹脂在再生成本方面的優勢是顯而易見的。
　　用舊砂再生砂混制堿酚醛樹脂時，型砂強度隨著舊砂再生次數的增加而逐漸降低，與用新砂混制的型砂相比，強度逐漸從100％降低到50％，因此，必須相應提高樹脂和固化劑的加入量。而采用B樹脂混制的型砂不存在這一問題，在樹脂加入量相同的條件下，用舊砂再生砂混制的型砂強度等于或稍高于用新砂混制的型砂強度。

2　B樹脂砂與常用砂種的成本比較

2.1　清理成本比較
　　表4和表5是無錫鑄造廠有限公司對B樹脂和水玻璃兩種粘結劑的清理效果和清理耗材的對比統計，由表可見，采用B樹脂做粘結劑，改善了清理效果，不僅縮短了清理周期，還降低了生產成本。

2.2　型砂綜合成本比較
2.2.1　與水玻璃砂的對比
　　表6為采用B樹脂和水玻璃兩種不同粘結劑的型砂綜合成本對比，由表可知，若均生產1 t鑄鋼件，采用B樹脂砂的型砂綜合成本比采用水玻璃砂的低63.18元。

2.2.2　與堿酚醛樹脂砂的對比
　　B樹脂砂與堿酚醛樹脂砂的綜合成本對比見表7。由表7可知，每生產1 t鑄鋼件，B樹脂砂的型砂綜合成本比堿酚醛樹脂砂的低220.8元，且尚未計算堿酚醛樹脂熱法再生的設備投資與設備折舊費用。

3　B樹脂砂的使用性能

3.1　型砂強度
3.1.1　常態型砂強度
　　在生產中，B樹脂的加入量通常在1.1％～1.2％即可滿足工藝要求。將標準砂、東山砂與B樹脂進行混制，其型砂強度如表8、表9和表10所示。

　　與水玻璃砂、堿酚醛樹脂砂相比，B樹脂砂初始強度較高，利于起模、搬運；終強度不高，有利于落砂與再生。因B樹脂有二次硬化過程，即使終強度在0.5 MPa左右時，也從未發生因型砂強度不足而產生的廢品。
3.1.2　梅雨季節的型砂強度
　　B樹脂砂在濕度高達98％的梅雨季節仍能保持一定的硬化速度與初始強度，克服了水玻璃砂吸濕、硬化速度緩慢產生的問題。B樹脂砂在高濕度下的型砂強度如表11。

3.1.3　二次硬化前后的型砂強度
　　B樹脂是改性的甲階酚醛樹脂，具有二次硬化的特點。
　　在溫度為28℃、濕度為75％的條件下，向東山砂中加入質量分數為1.2％的B樹脂，C20固化劑的加入量占樹脂的35％，試樣起模時間為25 min，將制好的試樣放置1 h后測型砂的抗拉強度，再將放置1 h的試樣刷涂酒精，點燃并讓其燃燒，再測型砂的抗拉強度。根據以上試驗方法，測得B樹脂在二次硬化的過程中型砂強度的變化如表12所示。由表12可見，上過醇醛涂料并燃燒后的B樹脂砂鑄型的強度與鑄型的表面穩定性有很大的改善。

3.2　潰散性
　　B樹脂砂在澆注后打箱時有良好的落砂性能，而且在打箱時即可看見鑄型表面大片型砂的脫落（見圖1）。表13為加入樹脂的型砂高溫殘留強度比較。
　　另外，在生產現場看到，B樹脂砂在起模時具有一定的韌性，起模時鑄型不易損壞。

4　B樹脂砂對鑄鋼件表面質量的影響

　　B樹脂應用在鑄鋼件生產中，有兩個對鑄件質量有利的特性。先，樹脂的高溫下發生熱解時形成光亮碳，此光亮碳在鑄型與金屬界面上形成還原性氣氛，從而避免了金屬表面的氧化；在鑄鋼件打箱后，可明顯地看出鑄件表面無氧化現象，如圖2所示。其次，由于B樹脂砂的強度高、鑄型表面穩定性好、使金屬表面不產生氧化的作用，也促進了鑄件表面粗糙化的細化。圖3說明用B樹脂砂生產的鑄鋼件具有良好的表面質量。

5　結　論

　　（1）B樹脂砂用農作物與植物下腳料做原料，不含游離甲醛與苯酚，是實現無毒化生產、無毒化排放、無毒化應用的綠色鑄造事業的一大突破。
　?。?）B樹脂砂的再生率高達90％~95％，使不可再生的原砂能得到充分的循環利用，大幅度地降低了廢砂排放。
　?。?）B樹脂砂的再生裝置僅為一級再生機械裝置，所以再生成本低于水玻璃砂和堿酚醛樹脂砂。
　?。?）B樹脂砂具有良好的使用性能，能生產出表面質量較高的鑄鋼件，且澆注產生的刺激氣味顯著降低。