铸造用CO2硬化酚醛树脂粘结剂系统的优化.pdfVIP

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铸造用CO:硬化酚醛树脂粘结剂系统的优化 铸造用C02硬化酚醛树脂粘结剂系统的优化 刘伟华,李英民,任玉艳 (沈阳工业大学材料科学与工程学院,沈阳110023) 摘要:本文在优化铸造用CO:硬化碱性酚醛树脂合成工艺的基础上,以抗压强度为主要考察指标, 通过对粘结剂中碱、硼砂和硅烷加入量进行正交试验,得出优化的配比,组成了稳定的粘结剂系 统,吹入COz气体硬化后得到了较高强度。另外还通过对有机活性助剂的引入,进一步改善了粘结 剂的性能,最后通过电镜对有机活性助剂的增强机理进行了简要的分析。 关键词:酚醛树脂;CO:硬化;正交试验;有机活性助剂; 前言 在铸造生产中,传统的冷芯盒工艺如三乙胺法、sO:法等均常采用对人体和环境有毒、有害的 气体作催化剂或固化剂,不利于绿色铸造生产,也使其推广应用受到了严格的限制,因此开发对人 体无毒、对环境无污染的新型冷芯盒制芯材料及工艺具有重要意义…。 COz固化的碱性酚醛树脂冷芯盒工艺首次给铸造业带来了环境保护和技术两方面的利益㈦引。 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(如硼酸盐、锡酸盐、和铝酸盐 等),在COz的作用下,含氧酸盐的负离子与甲阶酚醛树脂的酚羟基和羟甲基形成一种稳定的配合 物而发生交联固化H1。限制其推广应用的主要原因是制造的砂芯的常温强度较低,树脂的加入量偏 大,而导致制芯的成本提高。研制能够与低活性的COz发生化学反应,吹入COz气体能够迅速凝胶 并建立起较高的初强度和终强度的新型酚醛树脂粘结剂系统,是该工艺广泛应用的技术关键。 本文在优化铸造用CO:硬化碱性酚醛树脂合成工艺的基础上¨】,以强度为主要考察指标,通过 对粘结剂中碱加入量、硼砂加入量和偶联剂加入量进行正交试验,得出优化的配比,组成了稳定的 粘结剂系统,使其在吹CO:气体硬化后获得较高强度。通过醚类活性助剂的引入,进一步改善了树 脂的性能,最后通过扫描电镜(SEM)对砂样的粘结桥断口形貌进行了观察,并对有机活性助剂的 改性机理进行了简要的分析。 1 试验方法 1.1 原料和仪器 试验用主要化学试剂有自制的碱性甲阶酚醛树脂、硼砂、氢氧化钾、硅烷偶联剂KH550、一种 高级溶剂a剂、一种醚类有机活性助剂b剂等;原砂为铸造检测用标准砂;锤击式制样机、可控流 量的吹气装置、水泥胶砂搅拌机、SWY一万能型砂强度测试仪、扫描电镜(SEM)。 1.2 粘结剂的组成和制备 取100克自制的碱性甲阶酚醛树脂,先按比例加入KOH,经搅拌使其溶解,再按比例加入硼砂, 搅拌至完全溶解,最后按比例加入有机活性助剂以及硅烷偶联剂搅拌均匀,即得到粘结剂。 1.3 CO:硬化碱性酚醛树脂粘结剂试样的制备 先称量1000克标准砂,加入混砂机中,启动混砂机开始搅拌,然后加入酚醛树脂粘结剂30 克,混制1~2min,混匀出砂。将混合好的树脂砂在锤击式制样机上冲击三次,冲制成函50mm× ——497‘___。—— 2006中国铸造活动周论文集 50mm标准试样,制好的试样在样筒中以0.7。0.8m,/h的流量下吹人COz气体,吹气时间为60s, 然后取出试样备用。 1.4 抗压强度测定 试验中主要测试的工艺参数是CO:硬化碱性酚醛树脂型砂硬化后的强度。试样制备完成后立即 测定的抗压强度为初强度(仃o),放置24小时后再测定的抗压强度为终强度(盯24)。 I.5 SEM分析用试块的制备 取吹气固化24小时后的砂样,放在强度试验机上进行抗压强度的测量。然后沿着试样压断后 的断面,切割截面为10mm×10mm的一小块试样,用锡纸包好,露出断口表面。然后在断口处喷金, 使粘结剂的同化膜导电,以备电镜观测。 2 试验结果及讨论 2.1 粘结剂各组分最佳配比的确定 2.1.1 正交实验因素以及水平的选取 粘结剂的凝胶化作用主要来自于甲阶酚醛树脂与硼酸钠的交联反应,相对应一定数量的酚醛树 脂,应该存在一个最佳的硼酸钠比例。 碱对甲阶酚醛树脂/硼砂水溶液的稳定性有绝对的影响,只有在强碱性条件下,酚醛树脂和交联 剂才能够稳定存在,本研究选用KOH,恰当的加入量可使其起到充分分散以及增强的作用。 偶联剂在铸造树脂中应用较广泛,本研究中选择了型号为KH一550的硅烷偶联剂。 最后酚醛树脂1009,选择KOH、硼砂以及硅烷KH

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