消失模工艺，最佳常温强度的黏结剂用量事多少？

摘要：通过实验，分析了影响消失模涂料常温强度的主要因素，确定了不同因素的影响趋势，找到了获得最佳常温强度的黏结剂的用量。本研究以消失模涂料的常温强度为考察指标，分析其主要影响因素及影响趋势，以期找到获得最佳强度的黏结剂及其加入量。

1、实验部分

1.1实验原料及仪器

实验原料：石英粉(200目，Si02≥99%，河南锐石投资集团有限公司)、鳞片石墨(100目，固定炭≥90%，青岛天和达石墨有限公司)、白云母[白度≥85%，w(A1203)≥60%]、钠基膨润土(信阳市平桥区豫龙膨润土厂)、Binda1 H(巩义市永达化工有限公司)、丙烯酸酯胶黏剂(上海摩田化学有限公司)、PVA-205(广州市淇盛化工有限公司)、BYK-141消泡剂(济南森利源化工贸易有限公司)、六偏磷酸钠(郑州鸿祥化工有限公司)、1，2一苯并异噻唑啉一3-西同(广州冠志化工有限公司)、脂肪醇聚氧乙烯西迷(济南金辉化工有限公司)、软水(自制)，所用原料均为工业级。

   实验仪器：实验室分散砂磨机(上海众石机械有限公司)、电热鼓风干燥箱(南通金石实验仪器有限公司)、智能型砂强度机(无锡市三峰仪器设备有限公司)等。

 

1.2涂料样品的制备

将钠基膨润土与水按质量比1：4混合，完全分散均匀，制得预处理凹凸棒土浆[5]。

将PVA-205与水在搅拌下按质量比1：5混合，然后加热至80°C，使其完全溶解，制得PVA预处理液。

向分散罐中加入足量的水，然后加BYK-141消泡剂、1，2一苯并异噻座啉一3一西同和脂肪醇聚氧乙烯西迷，搅拌下加入六偏磷酸钠、钠基膨润土浆和PVA预处理液，分散一定时间后，加Binda1 H、丙烯酸西言胶黏剂等黏结剂，分散一定时问后，加入石英粉、鳞片石墨以及白云母，分散均匀后，加适量水稀释至一定波美度(°Be)，出料。

 

1.3涂料性能分析

    消失模涂料的常温强度采用抗弯强度这一指标来表征，具体测量方法如下：加水将涂料稀释至(60±2)°Be，充分搅拌均匀后，浸涂尺寸为25mmx25mmx172mm的EPS模样试块，然后放入预设温度为55°C的电热鼓风干燥箱中烘干。待试块烘干后，重复上述浸涂操作，烘干后，放置至室温，用智能型砂强度机测定试块的抗弯强度(读取试块出现裂纹时的强度数据值)。

 

2、结果与讨论

2.1消失模涂料强度影响因素筛选

消失模涂料的强度取决于其组分中的黏结剂，不同的黏结剂所起的黏结作用相差很大，为制得常温强度高、附着性好的消失模涂料，必须筛选出黏结性能优良的黏结剂[6]。为此，对一些水性黏结剂展开涂膜实验，其结果如表1所示。

粘结剂	实验结果
PVA-205	强度一般，有较高的刚性
黄原胶	强度一般，附着性差
丙烯酸酯胶黏剂	强度低，附着性好
改性淀粉	附着性差，不稳定，易变质
糊精	附着性差
Binda1 H	强度高，图层呈刚性，附着性一般

△表1：消失模涂料黏结剂的筛选实验结果

由表1可见：丙烯酸酯胶黏剂能够赋予涂层良好的附着力；Binda1 H能明显提升涂层的刚性；糊精、改性淀粉等的附着性较差；PVA、黄原胶和聚醋酸乙烯乳液的强度低。

通过前期的筛选实验，我们确定了三种对消失模涂料强度提升有明显作用的黏结剂，它们分别为Binda1H、丙烯酸酯胶黏剂和PVA-205。其中Binda1 H对提升涂层的刚性有决定性作用，而丙烯酸酯胶黏剂对涂层的韧性有决定性作用。

 

2.2 Bindal H用量对消失模涂料性能的影响

为确定Binda1 H用量对消失模涂料抗弯强度的影响趋势，将丙烯酸酯胶黏剂的用量固定为1%，PVA-205的用量固定为0.5%，Binda1 H用量分别取0、0.2%、0.5%、1.0%和2.0%，实施单因素实验，结果见图1。

 

由图1可见：随着Binda1 H用量的增加，涂料强度一直呈增加趋势，且增幅非常明显，当其用量达到1.2%时，强度增幅趋缓。合适的Binder H的用量为0.5%~1.5%。

2.3丙烯酸酯月交黏剂用量对消失模涂料性能的影响

同样地，为确定丙烯酸酯胶黏剂用量对消失模涂料抗弯强度的影响趋势，将Binda1 H的用量固定为1%，PVA-205的用量固定为0.5%，丙烯酸酯胶黏剂的用量分别取0、1.0%、2.0%、3.0%和5.0%，实施单因素实验，结果见图2。

 

 

由图2可见：丙烯酸酯酸黏剂对抗弯强度的增加不如Binda1 H那么明显，并且存在抗弯强度最高的最佳用量。不同于Binda1 H，丙烯酸酯胶黏剂主要是从影响涂料的韧性方面来增加涂料的强度，而韧性超过一定值后，强度降低。合适的丙烯酸酯胶黏剂的用量为1%~3%。

2.4正交实验一一消失模涂料常温强度的优化

经过上述实验及分析，初步确定了黏结剂的大致水平。为使涂料强度达到最高，确定各主要组分的最佳加入比例，将配比最优化，选用Binda1 H、丙烯酸酉言胶黏剂和PVA-205三个因素，各取三个水平，另加一个空白列以消除实验误差，列出因素水平表，如表2所示。

表2因素水平表

水平	因素
	Binda1  H	空白列	丙烯酸酯胶黏剂	PVA-205
	A	B	C	D
水平1	0.5	1	1.0	0.3
水平2	1.0	2	2.0	0.5
水平3	1.5	3	3.0	0.7

 

根据以上因素水平表，设计如表3所示的正交实验表，取抗弯强度作为考察指标，并实施实验，然后对实验结果用极差分析法进行分析。实验结果及结果分析如表3、表4所示。

 

表3Lg(34)正交实验表及实验结果

实验号	BindalH/%	空白列	丙烯酸酯胶黏剂/%	PVA-205/%	抗弯强度/MPa
	A	B	C	D
1	1（0.5）	1（-）	1（1.0）	1（0.3）	1.493
2	1	2（-）	2（2.0）	2（0.5）	2.147
3	1	3（-）	3（3.0）	3（0.7）	1.541
4	2（1.0）	2	1	3	1.737
5	2	3	2	1	1.927
6	2	1	3	2	1.268
7	3（1.5）	3	1	3	2.713
8	3	1	2	2	2.381
9	3	2	3	1	2.986

 

表4Lg(34)正交实验结果分析

检测性能	BindalH	空白列	丙烯酸酯胶黏剂	PVA-205	实验结果
	A	B	C	D
K1	1.727	1.981	1.714	2.159	因素主次结果
K2	1.644	2.151	2.313	2.042	A＞C＞D
K3	2.717	1.955	2.060	1.886	优组合（望大）
极差（R）	1.073	0.196	0.600	0.273	A3C2D1
排序	1	4	2	3

由表4中不同因素的R值（极差）大小可知，对消失模涂料抗弯前度的影响因素顺序为：BindalH＞丙烯酸酯胶黏剂＞PVA-205。图3是消失模涂料抗弯强度的主效应图。

由图3可见：随着Binda1 H用量的增加，抗弯强度先降低，后明显增加；随着丙烯酸酯胶黏剂用量的增加，抗弯强度先增加，达到最高值后又降低；随着PVA-205用量的增加，抗弯强度呈下降趋势，但变化不明显。不考虑这三个因素间的交互作用，抗弯强度越大越好。考察目标抗弯强度取最大值，最佳水平组合为A3C2D，，即Binda1 H用量为1.5%，丙烯酸酯胶黏剂用量为2.0%，PVA-205用量为0.3%。

 

3、结语

（1）通过实验确定了对消失模涂料强度提升有明显作用的三种黏结剂，分别为Binda1 H、丙烯酸酯胶黏剂和PVA-205。其中Binda1 H对提升涂层的刚性有决定性作用，丙烯酸酯胶黏剂对涂层的韧性有决定性作用。

（2）取Binda1 H用量为1.5%，丙烯酸酯胶黏剂用量为2.0%，PVA-205用量为0.3%，所配制的消失模涂料具有最佳的抗弯强度。

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