CO2硬化堿性酚醛樹脂交聯劑的研究

黃娣HUANG Di

（遼寧地質工程職業學院，丹東 118008）

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

0 引言

在鑄造材料領域里，氣硬化酚醛樹脂粘結劑是適應綠色環保要求的一種極有前途的新型材料，其粘結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 試驗的材料、儀器及方法

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

試驗的儀器主要有電動攪拌器、三口燒瓶、鐵架臺、溫度計、電子爐、電子秤、冷凝管、燒杯、滴定管、錘擊式制樣機、轉子流量計等。

1.2 試樣的制備 先取1000g 原砂，然后按一定比例加入粘結劑，混制3min 后出砂。按照GB2684-81 規定，將混制好的樹脂砂在制樣機上錘擊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 試樣強度測試 測試氣硬堿性酚醛樹脂砂硬化后的抗拉強度。需測試試樣制備完成后立即測定的初強度，放置4 小時后的中強度以及放置24 小時后的終強度。

2 氣硬堿性酚醛樹脂交聯劑的組成及其工藝性能

綜合考慮各方面因素，本實驗以硅烷、硼砂、KOH，作為氣硬堿性酚醛樹脂交聯劑的主要成分。

表1 KOH 含量對試樣抗壓強度影響

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

表2 硼砂含量對試樣抗壓強度的影響（MPa）

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

2.3 硅烷加入量對試樣抗壓強度的影響 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，測試得到的試樣強度。由此可知，隨著硅烷加入量的提高，試樣的抗壓強度先增大，后減小，硅烷的最佳含量應控制在1%-1.5%之間。（表3）

表3 硅烷含量對試樣抗壓強度的影響

2.4 小結 通過實驗得出，當加入100g 樹脂時，KOH的最佳含量應控制在45g-60g 之間；偶聯劑硅烷的最佳含量應控制在1%-1.5%之間；硼砂的最佳含量應控制在16g-20g 之間。

2.5 樹脂砂交聯劑的最佳配比 為了研究硅烷、KOH、硼砂的配比情況，用正交實驗來選擇最佳配比工藝。[3]表4 為各因素水平設計。

對表4 所列的三個因素三個水平進行實驗。從表5 可知，氫氧化鉀對實驗結果影響最大，硼砂影響較大，硅烷影響次之。為了使指標達到最優，得到的最佳工藝組合應為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 正交因素水平設計

表5 正交實驗結果

3 結論

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。采用硅烷作為偶聯劑，硼砂作為交聯劑，氫氧化鉀作為分散劑，通過試驗得出硅烷隨著含量的增大，試樣強度則先增大，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劑的1.5%。

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

[2]劉偉華，任玉艷.鑄造用CO2硬化酚醛樹脂粘結劑系統的優化[J].機械工程學報，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.