摘　要：介绍了一种完全用植物和农作物的下脚料做原材料，完全不含游离甲醛与苯酚的改性酚醛树脂，及其绿色环保、旧砂再生率高和旧砂再生成本低的特点；通过数据对比说明了这种树脂的成本优势和在型砂强度、溃散性等使用性能方面的优势。生产实践证明，使用该树脂后，铸件表面质量较高，且浇注产生的刺激气味明显减少。
关键词：改性酚醛树脂；旧砂再生；成本；使用性能

　　铸钢件生产中应用的型砂粘结剂通常有酯硬化水玻璃、酯硬化碱酚醛树脂和呋喃树脂三种；近两年来，有一种改性酚醛树脂(以下简称“B树脂”)也在一些铸钢企业得到了应用。这种树脂采用酸性硬化剂，虽仍属于甲阶酚醛树脂，但因含有高分子结构，有二次硬化过程；其旧砂的可再生性大致与呋喃树脂相同，混砂造型过程中有特殊气味，而浇注时产生的烟比呋哺树脂、碱酚醛树脂砂小得多；其技术指标如表1所示。

　　使用B树脂，铸件的清理工作量大幅度降低、表面质量优良且浇注产生的气味大幅度减 。另外，仅用一级干法再生设备即可实现B树脂砂的旧砂再生，再生率达95％，旧砂灼烧减量仅为1.53％；与水玻璃砂、碱酚醛树脂砂的热法再生相比，不仅再生率是高的，且再生费用也大大降低了。

1　B树脂的特点

1.1　“绿色”
　　我国因铸造所产生的污染是令人震惊的，其中废砂排放与粘结剂中有害气体的排放是大的污染源之一，因此，研制和应用绿色材料是我国迈向铸造强国的重要课题，“绿色材料”的概念由此而生。即，资源与能源消耗小、生态环境影响小、再生循环利用率高、实用性强又可降解的新型材料被称为绿色材料。
　　根据绿色材料的特点，绿色铸造用粘结剂应达到如下要求：
　　(1)在树脂生产中，不产生或少产生有害的气体、废水和固态废弃物，并对少量废弃物要进行有效处理。
　　(2)在操作过程中，树脂具有无毒或低毒、无腐蚀性、无刺激味，直接接触时没有伤害皮肤的成分。
　　(3)树脂在加热分解后，不产生有害气体，不对生态环境产生有害影响。
　　(4)在铸造生产中，要求旧砂能反复使用，提高型砂的再生率。
　　铸造粘结剂发展的方向是提高铸件质量和满足环保与清洁生产的要求。上著名的两家粘结剂制造企业――美国的ASHLAND公司和德国的HA公司，都将环保型铸造用粘结剂新产品的研制置于非常重要的地位，美国、德国及日本等国皆在不含甲醛与苯酚的树脂的研制上作了多方面的努力，但迄今为止，尚未见有突破性效果的报道。而我国自行研制的B树脂却实现了这一突破。
　　B树脂完全用植物和农作物的下脚料做原材料，完全不含游离甲醛与苯酚，因此无毒化生产、无毒化排放、无毒化应用是其主要的特点。这个特点对于树脂生产企业、树脂应用企业及大气环境的保护都具有重大的意义，而且用可再生资源代替从石油中提炼出的甲醛与苯酚等不可再生资源，也为用量极大的铸造粘结剂的发展奠定了可持续发展的基础。
1.2　旧砂再生率高
　　B树脂砂的旧砂再生率高达90％～95％，为不可再生的硅砂的循环使用创造了良好条件。在无锡铸造厂有限公司的使用情况证实，其旧砂的再生率由水玻璃砂的77.5％提高至95.4％，具体数据见表2。在再生率为93％～95％的情况下，还显示了旧砂灼减量平均只有1.53％的优点。
　　目前我国原砂的开采与供应已呈紧张趋势，型砂的循环利用问题日益严峻，提高旧砂再生率的已刻不容缓。

1.3　旧砂再生成本低
　　水玻璃砂与碱酚醛树脂砂需采用热法再生才能达到再生率为85％的要求，但热法再生的装置投资高，设备折旧率也高，而且其1 t再生砂的加热再生成本远高于B树脂砂。表3是对铸钢常用自硬砂的再生成本的对比。
　　由表3可知，水玻璃砂与碱酚醛树脂砂在旧砂再生成本上比B树脂砂高3倍左右，如果再加上添加新砂的费用、再生装置的费用，B树脂在再生成本方面的优势是显而易见的。
　　用旧砂再生砂混制碱酚醛树脂时，型砂强度随着旧砂再生次数的增加而逐渐降低，与用新砂混制的型砂相比，强度逐渐从100％降低到50％，因此，必须相应提高树脂和固化剂的加入量。而采用B树脂混制的型砂不存在这一问题，在树脂加入量相同的条件下，用旧砂再生砂混制的型砂强度等于或稍高于用新砂混制的型砂强度。

2　B树脂砂与常用砂种的成本比较

2.1　清理成本比较
　　表4和表5是无锡铸造厂有限公司对B树脂和水玻璃两种粘结剂的清理效果和清理耗材的对比统计，由表可见，采用B树脂做粘结剂，改善了清理效果，不仅缩短了清理周期，还降低了生产成本。

2.2　型砂综合成本比较
2.2.1　与水玻璃砂的对比
　　表6为采用B树脂和水玻璃两种不同粘结剂的型砂综合成本对比，由表可知，若均生产1 t铸钢件，采用B树脂砂的型砂综合成本比采用水玻璃砂的低63.18元。

2.2.2　与碱酚醛树脂砂的对比
　　B树脂砂与碱酚醛树脂砂的综合成本对比见表7。由表7可知，每生产1 t铸钢件，B树脂砂的型砂综合成本比碱酚醛树脂砂的低220.8元，且尚未计算碱酚醛树脂热法再生的设备投资与设备折旧费用。

3　B树脂砂的使用性能

3.1　型砂强度
3.1.1　常态型砂强度
　　在生产中，B树脂的加入量通常在1.1％～1.2％即可满足工艺要求。将标准砂、东山砂与B树脂进行混制，其型砂强度如表8、表9和表10所示。

　　与水玻璃砂、碱酚醛树脂砂相比，B树脂砂初始强度较高，利于起模、搬运；终强度不高，有利于落砂与再生。因B树脂有二次硬化过程，即使终强度在0.5 MPa左右时，也从未发生因型砂强度不足而产生的废品。
3.1.2　梅雨季节的型砂强度
　　B树脂砂在湿度高达98％的梅雨季节仍能保持一定的硬化速度与初始强度，克服了水玻璃砂吸湿、硬化速度缓慢产生的问题。B树脂砂在高湿度下的型砂强度如表11。

3.1.3　二次硬化前后的型砂强度
　　B树脂是改性的甲阶酚醛树脂，具有二次硬化的特点。
　　在温度为28℃、湿度为75％的条件下，向东山砂中加入质量分数为1.2％的B树脂，C20固化剂的加入量占树脂的35％，试样起模时间为25 min，将制好的试样放置1 h后测型砂的抗拉强度，再将放置1 h的试样刷涂酒精，点燃并让其燃烧，再测型砂的抗拉强度。根据以上试验方法，测得B树脂在二次硬化的过程中型砂强度的变化如表12所示。由表12可见，上过醇醛涂料并燃烧后的B树脂砂铸型的强度与铸型的表面稳定性有很大的改善。

3.2　溃散性
　　B树脂砂在浇注后打箱时有良好的落砂性能，而且在打箱时即可看见铸型表面大片型砂的脱落（见图1）。表13为加入树脂的型砂高温残留强度比较。
　　另外，在生产现场看到，B树脂砂在起模时具有一定的韧性，起模时铸型不易损坏。

4　B树脂砂对铸钢件表面质量的影响

　　B树脂应用在铸钢件生产中，有两个对铸件质量有利的特性。先，树脂的高温下发生热解时形成光亮碳，此光亮碳在铸型与金属界面上形成还原性气氛，从而避免了金属表面的氧化；在铸钢件打箱后，可明显地看出铸件表面无氧化现象，如图2所示。其次，由于B树脂砂的强度高、铸型表面稳定性好、使金属表面不产生氧化的作用，也促进了铸件表面粗糙化的细化。图3说明用B树脂砂生产的铸钢件具有良好的表面质量。

5　结　论

　　（1）B树脂砂用农作物与植物下脚料做原料，不含游离甲醛与苯酚，是实现无毒化生产、无毒化排放、无毒化应用的绿色铸造事业的一大突破。
　　（2）B树脂砂的再生率高达90％~95％，使不可再生的原砂能得到充分的循环利用，大幅度地降低了废砂排放。
　　（3）B树脂砂的再生装置仅为一级再生机械装置，所以再生成本低于水玻璃砂和碱酚醛树脂砂。
　　（4）B树脂砂具有良好的使用性能，能生产出表面质量较高的铸钢件，且浇注产生的刺激气味显著降低。