CO2硬化碱性酚醛树脂交联剂的研究

黄娣HUANG Di

（辽宁地质工程职业学院，丹东 118008）

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

0 引言

在铸造材料领域里，气硬化酚醛树脂粘结剂是适应绿色环保要求的一种极有前途的新型材料，其粘结剂的主要成分是水溶性的碱性甲阶酚醛树脂和含氧酸盐。[1]

1 试验的材料、仪器及方法

1.1 试验的材料和仪器 试验所用原砂为S/100（0）大林擦洗砂。试剂主要有甲醛、苯酚、KOH、硅烷、硼砂等。

试验的仪器主要有电动搅拌器、三口烧瓶、铁架台、温度计、电子炉、电子秤、冷凝管、烧杯、滴定管、锤击式制样机、转子流量计等。

1.2 试样的制备 先取1000g 原砂，然后按一定比例加入粘结剂，混制3min 后出砂。按照GB2684-81 规定，将混制好的树脂砂在制样机上锤击3 次，制成尺寸为Ø50mm×50mm 的试样[2]，然后将样筒置于吹气装置上，吹CO2气体60s 将其硬化，即完成试样的制备。

1.3 试样强度测试 测试气硬碱性酚醛树脂砂硬化后的抗拉强度。需测试试样制备完成后立即测定的初强度，放置4 小时后的中强度以及放置24 小时后的终强度。

2 气硬碱性酚醛树脂交联剂的组成及其工艺性能

综合考虑各方面因素，本实验以硅烷、硼砂、KOH，作为气硬碱性酚醛树脂交联剂的主要成分。

表1 KOH 含量对试样抗压强度影响

2.1 氢氧化钾含量对试样抗压强度的影响 表1 和图1 为树脂：硼砂：硅烷=100：16：1%（质量比），氢氧化钾分别以30g、45g、60g、75g 加入时，测试得到的试样强度。由此可知，随着氢氧化钾加入量的提高，试样的抗压强度先增大，再减小，氢氧化钾的最佳含量应控制在45g-60g 之间。

表2 硼砂含量对试样抗压强度的影响（MPa）

2.2 硼砂含量对试样抗压强度的影响表2 及图2 为树脂：KOH=100：45，硼砂分别 以 10g、16g、20g、24g 加入时，测试得到的试样强度。由此可知，硼砂对试样的抗拉强度影响比较大。随着硼砂加入量的提高，试样的抗压强度先增大，后减小，硼砂的最佳含量应控制在16g-20g 之间。

2.3 硅烷加入量对试样抗压强度的影响 表3 和图3为树脂：KOH：硼砂=100：45：16，硅烷分别以0.5%、1.0%、1.5%、2.0%加入时，测试得到的试样强度。由此可知，随着硅烷加入量的提高，试样的抗压强度先增大，后减小，硅烷的最佳含量应控制在1%-1.5%之间。（表3）

表3 硅烷含量对试样抗压强度的影响

2.4 小结 通过实验得出，当加入100g 树脂时，KOH的最佳含量应控制在45g-60g 之间；偶联剂硅烷的最佳含量应控制在1%-1.5%之间；硼砂的最佳含量应控制在16g-20g 之间。

2.5 树脂砂交联剂的最佳配比 为了研究硅烷、KOH、硼砂的配比情况，用正交实验来选择最佳配比工艺。[3]表4 为各因素水平设计。

对表4 所列的三个因素三个水平进行实验。从表5 可知，氢氧化钾对实验结果影响最大，硼砂影响较大，硅烷影响次之。为了使指标达到最优，得到的最佳工艺组合应为A3B2C3，即氢氧化钾的加入量为60g，硼砂的加入量为18g，硅烷的加入量1.5%。

表4 正交因素水平设计

表5 正交实验结果

3 结论

本课题中树脂合成采用的工艺为碱性法分段升温滴定合成工艺。采用硅烷作为偶联剂，硼砂作为交联剂，氢氧化钾作为分散剂，通过试验得出硅烷随着含量的增大，试样强度则先增大，后减小，最佳的加入量控制在1%～1.5%之间，硼砂随着含量的增大，试样抗压强度先增大，后减小，最佳的加入量控制在16g～20g，氢氧化钾随着含量的增大，试样抗压强度先增大，后减小，最佳的加入量控制在45g～60g 之间，它们的最佳配比为：树脂：KOH：硼砂：硅烷=100：60：18：1.5%。硅烷的加入量为粘结剂的1.5%。

[1]李英民，石娜，刘伟华.CO2硬化碱性酚醛树脂粘结剂的研究[J].铸造工程，2008，32（2）.

[2]刘伟华，任玉艳.铸造用CO2硬化酚醛树脂粘结剂系统的优化[J].机械工程学报，2008，44（12）.

[3]张颖杰.CO2硬化碱性酚醛树脂材料及工艺的研究[D].2007.