黃娣HUANG Di

（遼寧地質(zhì)工程職業(yè)學(xué)院，丹東 118008）

（Liaoning Geology Engineering Vocational College，Dandong 118008，China）

0 引言

在鑄造材料領(lǐng)域里，氣硬化酚醛樹脂粘結(jié)劑是適應(yīng)綠色環(huán)保要求的一種極有前途的新型材料，其粘結(jié)劑的主要成分是水溶性的堿性甲階酚醛樹脂和含氧酸鹽。[1]

1 試驗(yàn)的材料、儀器及方法

1.1 試驗(yàn)的材料和儀器 試驗(yàn)所用原砂為S/100（0）大林擦洗砂。試劑主要有甲醛、苯酚、KOH、硅烷、硼砂等。

試驗(yàn)的儀器主要有電動(dòng)攪拌器、三口燒瓶、鐵架臺(tái)、溫度計(jì)、電子爐、電子秤、冷凝管、燒杯、滴定管、錘擊式制樣機(jī)、轉(zhuǎn)子流量計(jì)等。

1.2 試樣的制備 先取1000g 原砂，然后按一定比例加入粘結(jié)劑，混制3min 后出砂。按照GB2684-81 規(guī)定，將混制好的樹脂砂在制樣機(jī)上錘擊3 次，制成尺寸為?50mm×50mm 的試樣[2]，然后將樣筒置于吹氣裝置上，吹CO2氣體60s 將其硬化，即完成試樣的制備。

1.3 試樣強(qiáng)度測(cè)試 測(cè)試氣硬堿性酚醛樹脂砂硬化后的抗拉強(qiáng)度。需測(cè)試試樣制備完成后立即測(cè)定的初強(qiáng)度，放置4 小時(shí)后的中強(qiáng)度以及放置24 小時(shí)后的終強(qiáng)度。

2 氣硬堿性酚醛樹脂交聯(lián)劑的組成及其工藝性能

綜合考慮各方面因素，本實(shí)驗(yàn)以硅烷、硼砂、KOH，作為氣硬堿性酚醛樹脂交聯(lián)劑的主要成分。

表1 KOH 含量對(duì)試樣抗壓強(qiáng)度影響

2.1 氫氧化鉀含量對(duì)試樣抗壓強(qiáng)度的影響 表1 和圖1 為樹脂：硼砂：硅烷=100：16：1%（質(zhì)量比），氫氧化鉀分別以30g、45g、60g、75g 加入時(shí)，測(cè)試得到的試樣強(qiáng)度。由此可知，隨著氫氧化鉀加入量的提高，試樣的抗壓強(qiáng)度先增大，再減小，氫氧化鉀的最佳含量應(yīng)控制在45g-60g 之間。

表2 硼砂含量對(duì)試樣抗壓強(qiáng)度的影響（MPa）

2.2 硼砂含量對(duì)試樣抗壓強(qiáng)度的影響表2 及圖2 為樹脂：KOH=100：45，硼砂分別 以 10g、16g、20g、24g 加入時(shí)，測(cè)試得到的試樣強(qiáng)度。由此可知，硼砂對(duì)試樣的抗拉強(qiáng)度影響比較大。隨著硼砂加入量的提高，試樣的抗壓強(qiáng)度先增大，后減小，硼砂的最佳含量應(yīng)控制在16g-20g 之間。

2.3 硅烷加入量對(duì)試樣抗壓強(qiáng)度的影響 表3 和圖3為樹脂：KOH：硼砂=100：45：16，硅烷分別以0.5%、1.0%、1.5%、2.0%加入時(shí)，測(cè)試得到的試樣強(qiáng)度。由此可知，隨著硅烷加入量的提高，試樣的抗壓強(qiáng)度先增大，后減小，硅烷的最佳含量應(yīng)控制在1%-1.5%之間。（表3）

表3 硅烷含量對(duì)試樣抗壓強(qiáng)度的影響

2.4 小結(jié) 通過實(shí)驗(yàn)得出，當(dāng)加入100g 樹脂時(shí)，KOH的最佳含量應(yīng)控制在45g-60g 之間；偶聯(lián)劑硅烷的最佳含量應(yīng)控制在1%-1.5%之間；硼砂的最佳含量應(yīng)控制在16g-20g 之間。

2.5 樹脂砂交聯(lián)劑的最佳配比 為了研究硅烷、KOH、硼砂的配比情況，用正交實(shí)驗(yàn)來選擇最佳配比工藝。[3]表4 為各因素水平設(shè)計(jì)。

對(duì)表4 所列的三個(gè)因素三個(gè)水平進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。從表5 可知，氫氧化鉀對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果影響最大，硼砂影響較大，硅烷影響次之。為了使指標(biāo)達(dá)到最優(yōu)，得到的最佳工藝組合應(yīng)為A3B2C3，即氫氧化鉀的加入量為60g，硼砂的加入量為18g，硅烷的加入量1.5%。

表4 正交因素水平設(shè)計(jì)

表5 正交實(shí)驗(yàn)結(jié)果

3 結(jié)論

本課題中樹脂合成采用的工藝為堿性法分段升溫滴定合成工藝。采用硅烷作為偶聯(lián)劑，硼砂作為交聯(lián)劑，氫氧化鉀作為分散劑，通過試驗(yàn)得出硅烷隨著含量的增大，試樣強(qiáng)度則先增大，后減小，最佳的加入量控制在1%～1.5%之間，硼砂隨著含量的增大，試樣抗壓強(qiáng)度先增大，后減小，最佳的加入量控制在16g～20g，氫氧化鉀隨著含量的增大，試樣抗壓強(qiáng)度先增大，后減小，最佳的加入量控制在45g～60g 之間，它們的最佳配比為：樹脂：KOH：硼砂：硅烷=100：60：18：1.5%。硅烷的加入量為粘結(jié)劑的1.5%。

[1]李英民，石娜，劉偉華.CO2硬化堿性酚醛樹脂粘結(jié)劑的研究[J].鑄造工程，2008，32（2）.

[2]劉偉華，任玉艷.鑄造用CO2硬化酚醛樹脂粘結(jié)劑系統(tǒng)的優(yōu)化[J].機(jī)械工程學(xué)報(bào)，2008，44（12）.

[3]張穎杰.CO2硬化堿性酚醛樹脂材料及工藝的研究[D].2007.