Физико-химические свойства связующих материалов

Связующие материалы для формовочных и стержневых смесей

 

Во многих случаях, особенно при изготовлении стержневых сме­сей, формовочная глина не обеспечивает получение надлежащей прочности стержней, поэтому в смеси вводят связующие добавки, обладающие более высоким значением удельной прочности. Такие добавки называют связующими материалами или крепителями. Существует большое количество связующих материалов, которые в большинстве случаев являются побочными продуктами или отхода­ми при различных видах производства.

 

Основные требования, предъявляемые к связующим материалам

 

Специальные связующие материалы (добавки) вводят в формо­вочные и стержневые смеси в количествах, обеспечивающих необхо­димые качества форм и стержней. К любому связующему материалу в зависимости от условий его применения предъявляются соответствующие требования. Связующие вещества должны обладать следующими свойствами:

- равномерно распределяться по поверхности формовочных ма­териалов в течение определенного времени, что обеспечивает постоянство свойств смеси;

- предотвращать прилипаемость смеси к модели или стержневому ящику, так как прилипаемость затрудняет изготовление форм и стержней и снижает производительность труда;

- придавать смеси текучесть, необходимую для выполнения всех контуров детали, что особенно важно, если эти контуры имеют сложную конфигурацию;

- обеспечивать достаточную поверхностную и общую прочность как в сыром, так и в сухом состоянии;

- обеспечивать быстрое высыхание форм и стержня при сушке и не обладать гигроскопичностью при хранении и сборке форм;

- не выделять много газов при сушке и заливке, так как излишняя газотворная способность смеси способствует образованию газовых раковин в отливках;

- обеспечивать податливость формы или стержня, которая необ­ходима ввиду усадки металла при остывании;

- не снижать огнеупорность формовочных и стержневых смесей и не увеличивать их пригораемость, что особенно важно при отливке стальных деталей;

- обеспечивать легкое удаление стержней из отливок;

- связующий материал должен быть дешев, недефицитен и без­вреден для окружающих.

 

 

Физико-химические свойства связующих материалов

 

Связующие материалы предназначены для соединения песчинок смеси между собой. На песчинки связующие наносятся в жидком ви­де и затем затвердевают при сушке, соединяя песчинки. В литейном производстве в качестве связующего применяют вещества жидкие при комнатной температуре, переходящие в жидкое состояние при растворении их в соответствующих растворителях (таких, как вода, ацетон и т. д.), расплавляющиеся и приобретающие свойства жидко­сти при нагреве (бакелит, формальдегид и т. д.). Таким образом, про­цесс связывания частиц формовочной смеси можно рассматривать как скрепление твердых тел жидким веществом при определенных условиях.

Прочность связывания зависит от сил когезии и сил адгезии.

Адгезия (прилипание) - слипание разнородных твердых или жид­ких тел (фаз) в результате межмолекулярного взаимодействия при соприкосновении их поверхностями. Адгезию широко используют в технике для склеивания, сварки, и пайки. В некоторых случаях адге­зия вредна (например, прилипание стержня или формы к оснастке). Для устранения адгезии применяют разделительные покрытия.

- Адгезия измеряется работой, затрачиваемой на разъединение час­тиц разнородных фаз на границе раздела

Когезия (от латинского "связанный”) - сцепление, притяжение между частицами одного и того же твердого тела или жидкости, приводящее к объединению этих частиц в единое тело. Причиной когезии является межмолекулярное взаимодействие. Работа, затрачи­ваемая на преодоление сил сцепления между частицами внутри фазы, называется работой когезии.

Работа адгезии Аадг определяется из соотношения (рис. 5.1)

 

(5.1)

 

Приведенным уравнением удобно пользоваться в случае, если кон­денсированные фазы являются жидкостями. Если одна из конденсиро­ванных фаз является твердым телом, то формула (5.1) теряет практиче­ское применение, так как поверхностное натяжение твердых тел в на­стоящее время не может быть непосредственно измерено.

 

Однако если конденсированная фаза является жидкостью, то фор­мулу можно изменить и привести к виду, удобному для практическо­го применения.

Поместим каплю жидкости на твердую подложку. Капля примет определенную форму, которая будет отличаться от шарообразной (рис. 5.2).

 

 

Условие равновесия спокойно лежащей капли при отсутствии внешних полей

 

 

где 0 - краевой угол смачивания твердого тела жидкостью. Величина cos 0 называется смачиваемостью и находится экспериментально. Знак cos 0 определяется знаком разности - s13-s23. Если разность положительна, то 0° < q < 90° и 1 > cos q > 0. Это соответствует условию смачивания поверхности твердого тела жидкостью. Если разность отрицательна, то смачиваемости не наблюдается и 90° < q< 180°.

Величина адгезии зависит от строения молекул. Высокая адгезионная способность двух фаз будет тогда, когда в состав молекул входят родственные группы - полярные и неполярные. Высокую адгезию к воде имеют группы углеводородов С ООН и ОН и низкую - группы с цепочкой СН2. По этой причине не рекомендуется применять одновременно растворимые и не растворимые в воде связующие. Вода, обладающая большой адгезионной способностью к кварцу, вытесняет масла с поверхности песчинки, и они располагаются на поверхности воды в виде тонкой пленки или в виде мелких капель. Это понижает прочность смеси.

При затвердевании жидкой пленки происходит сокращение объема под действием развивающихся в пленках усадочных напряжений.

 

Свободно высыхающие верхние слои, уменьшаясь, тянут за собой нижние слои, связанные с подкладкой. При этом пленка может разрываться в виде мелких трещин. Усадка нарушает связи пленки с подкладкой. Если пленка хрупкая, а связь между пленкой и подкладкой превышает прочность хрупкой пленки, то последняя растрески­вается и затем осыпается. Хрупкие пленки образуют органические высыхающие связующие, а смеси на их основе имеют низкую по­верхностную прочность и высокую осыпаемость.

При высыхании пленки молекулы органических веществ распола­гаются длинными цепями параллельно подкладке. Наиболее прочные пленки образуются, если в них возникают пространственные трехмерные сетки.

Связующие, которые вызывают образование прочной пленки, делятся на три группы:

1) затвердевающие после расплавления (канифоль, битум и т. д.);

2) твердеющие при испарении растворителя, например, глина, патока;

3) твердеющие в результате полимеризации полимера (льняное масло, олифа, смолы).

Связующие третьей группы обеспечивают наибольшую прочность. Они дают эластичную и прочную пленку, которая не трескается, не окисляется и не отслаивается от песчинок. К этой группе относятся все масла и смолы. Они являются жидкостями, и поэтому стержневые смеси на их основе обладают низкой прочностью во влажном состоянии.

Связующие второй группы дают прочность ниже, но отличаются повышенной вязкостью: в качестве растворителя главным образом используется вода. В сочетании с глиной они обеспечивают получе­ние стержневых смесей заданной прочности во влажном состоянии.

Связующие первой группы (канифоль, битум) самостоятельно не используются, а входят в состав сложных связующих


<== предыдущая лекция | следующая лекция ==>
Устройство территории культурного пастбища | I. ПРИЧИНЫ ИНФЛЯЦИИ.




Дата добавления: 2019-10-16; просмотров: 212; ЗАКАЗАТЬ НАПИСАНИЕ РАБОТЫ


Поиск по сайту:

При помощи поиска вы сможете найти нужную вам информацию, введите в поисковое поле ключевые слова и изучайте нужную вам информацию.

Поделитесь с друзьями:

Если вам понравился данный ресурс вы можете рассказать о нем друзьям. Сделать это можно через соц. кнопки выше.
helpiks.org - Хелпикс.Орг - 2014-2020 год. Материал сайта представляется для ознакомительного и учебного использования. | Поддержка
Генерация страницы за: 0.019 сек.