Органические связующие для ХТС

Класс связующего, механизм отверждения Связующее марка
А, поликонденсация Фенолформальдегидное ОФ-1
  Фенолформальдегидно-фурановое ФФ-1Ф
Фенолфурфуральное  
Мочевиноформальдегидное УКС М19-62
Мочевиноформальдегидно-фурановое БС-40, КФ-90
фенолмочевиноформальдегидное, фурановое, фурано-формальдегидное  
Б, Ступенчатая полимеризация 1* 2* Фенолоизоцианатное Алкидноизоцианатное - -
В, полимеризация СДБ -

• При отверждении образуют полиуретановые полимеры.

Номенклатура процессов изготовления стержней и форм с применением ХТС

 

Тип смеси     Базовая связующая композиция Основная область применения
Самотвердеющие
ХТС с синтетическими смолами: фурановые фенольные карбамидные смешанные Смолы кислот­ного отверждения Стержни, средние и крупные формы, все сплавы
ХТС с жидким стеклом Жидкое стекло с двухкальциевым силикатом, це­ментами, слож­ными эфирами Стержни, сред­ние и крупные формы, чугунное и стальное литье
ХТС с фосфатными связующими Оксиды железа и магния, ортофос-форная кислота Стержни, сред­ние и крупные формы, чугунное и стальное литье
Pep-set Фенольно-изоцианатная композиция с жид­ким амином Средние и круп­ные стержни и формы, все спла­вы
Alfa-set Щелочная фенольная смола со смесью эфиров Средние и круп­ные стержни и формы, стальное и чугунное литье
Отверждаемые газовым отвердителем (катализатором)
Beta-set или Cold-box-MF Щелочная фенольная смола с продувкой метилформиатом Мелкие и сред­ние стержни, чугунное и сталь­ное литье
       

 

Тип смеси Базовая связую­щая композиция Основная область применения
Resol-C02 Щелочная фенольная смола с продувкой угле­кислым газом Средние и круп­ные стержни, чу­гунное и стальное литье
Epoxy-S02 Эпокси-акрилатная композиция с продувкой сер­нистым ангидридом Мелкие и средние стержни в массо­вом и крупносерий­ном производстве, чугунное и цветное литье
Cold-box-amine Фенольно-изоцианатная композиция с про­дувкой третич­ным амином Мелкие и средние стержни в массо­вом, крупносерий­ном производстве, все сплавы

 

Приведенные в табл. 4 виды ХТС разделены по характеру упроч­нения на две группы.

Первая(no bake) - самотвердеющие смеси, в которые при перемешивании введены все компоненты связующей композиции, в том числе катализатор или отвердитель, а также специальные добавки. Для этих смесей весь период формирования прочности включает два периода: индукционный и основной. В течение индукционного перио­да внешние технологические свойства смеси (прочность, текучесть) не меняются, хотя фактически уже идет первая стадия - химическое взаимодействие компонентов связующего. В первом приближении этот период совпадает с живучестью, т.е. временем возможной вы­держки готовой смеси до уплотнения без изменения прочности при отверждении.

Вторая группа (cold-box)- это смеси, отверждаемые внешним газообразным реагентом, например третичным амином, углекислым газом или метилформиатом. Характер формирования прочности для смесей этого типа зависит от природы связующей композиции, но уже сразу после завер­шения продувки уровень прочности является достаточным для извлечения из оснастки и последующих технологических операций (манипуляторная прочность).

используются хромовый ангидрид, персульфаты и другие сильные окислители, трикальциевый алюминат.

Наибольшее распространение получили в литейных цехах связующие класса - А.

Их производство составляет более 90% от общего выпуска смол для ХТС. Это объясняется относительной доступностью сырья для производства смол такого типа, универсальностью их применения, широкими возможностями регулирования технологических свойств. В отношении вида сплавов и массы отливок смеси с этими связующими практически не имеют , ограничений. Однако, как и большинство органических связующих, смолы представляют повышенную опасность для рабочих из-за выделения вредных веществ и запахов в процессе их отверждения стержней или форм и охлаждении отливок. Это требует применения специальных мер по вентиляции производственных помещений на соответствующих участках.

Принято считать, что смолы класса - А типа 1, 2, 3, не содержащие азота и поэтому безопасные в отношении ситовидной пористости, пригодны преимущественно для стальных отливок, смолы типа 4—для отливок из легких сплавов, 5—для чугунных отливок. Однако эти ограничения не являются жесткими. Так, например, в Германии и Англии имеются чугунолитейные цеха, в которых стержни и формы изготовляют с применением смол типа 1; в России на Уралмашзаводе и ЗИЛе для изготовления стальных отливок используют смолы типа 5. В связи с этим при выборе того или иного вида ХТС со смолой следует руководствоваться не только ее химическим составом, свойствами и видом сплава, но учитывать номенклатуру отливок, тип применяемых покрытий, характеристики других исходных материалов и т. д.

Ни один тип смол из класса - А не отверждается продувкой газообразным катализатором. Из развиваемых направлений следует отметить два: первое состоит в продувании смесей аэрозольными кислотными катализаторами, второе — предусматривает предварительное снижение активности композиции путем разбавления связующего инертным растворителем и последующее выдувание растворителя продувкой сжатым воздухом или другим газом. Такой путь реализован, например, в так называемом процессе Sincor. В самотвердеющем варианте с применением смесей с низкой живучестью и быстродействующего оборудования для приготовления смесей и изготовления стержней разработан ряд технологических процессов для массового и крупносерийного производства.

Смолы класса Б в России не применяются. Они весьма дороги и дефицитны. Кроме того, отвердителями в них являются токсичные вещества, применение которых в крупных литейных цехах требует принятия специальных дорогостоящих мер по технике безопасности. По этой причине так называемый Ashland-процесс, в котором связующим является композиция Б, 1, а катализатором аэрозоль триэтиламина или других третичных аминов, широко не развивается ни в США, ни в Европе, хотя по другим показателям — производительности, качеству стержней, конструкции оборудования — он является наиболее удобным из всех известных технологических вариантов изготовления стержней из ХТС в массовом производстве.

Вместе с тем развитие работ по применению смол, отверждающихся по механизму ступенчатой полимеризации, необходимо, поскольку сами связующие по составу выделяющихся при отверждении и заливке металла газов с точки зрения охраны труда предпочтительнее, чем смолы класса А. Таким образом, задача здесь состоит в изыскании менее токсичных катализаторов отверждения.

Связующие класса В разработаны в России. Они используются в небольших масштабах в основном для производства стержней и форм чугунного литья. Более широкое их распространение сдерживается из-за токсичности отвердителей и относительно низкой прочности смесей.

В табл. 3 приведены ориентировочные данные по технологическим свойствам и областям применения ХТС с органическими связующими. Из данных табл. 2 и 3 следует, что во многих случаях подбор связующих, и особенно катализаторов для ХТС, носит случайный характер; отсутствуют какие-либо общие принципы разработки смоляных композиций, учитывающие сложную специфику литейного производства.

Таблица 3

Технологические свойства ХТС с органическими связующими

Класс тип Минимальная продолжи-тельность отверждения Прочность на сжатие Кгс/см2 Выбива-емость Область применения
А 40-60 с 40-60 с 20-30 мин 2-3 мин 25-40 30-50 15-20 30-60 0-1   Стальное и чугунное То же Легкие сплавы Литье из чугуна и легких сплавов
Б 5—10 с 2-5 мин 100-120 мин 25-40 25-45 15-30 0-1 Литье из чугуна и легких сплавов Стальное и чугунное литье То же
В 30-40 мин 10-15 1-2 Чугунное литье

Примечание:

· Может быть получена любая более высокая продолжительность отверждения.

· ** Широкие пределы прочности обусловлены возможностью применения упрочняющих добавок (силанов) и колебаниями в свойствах наполнителей.

*** По 10-балльной системе; за 10 баллов принята выбиваемость смесей с жидким стеклом для СО2-процесса.

Велика роль катализаторов в процессе отверждения; на кинетику прочности они оказывают решающее влияние, и именно в этом направлении следует ожидать новые решения применительно к изготовлению стержней в массовом производстве. Важным является вопрос о качественной оценке силы катализаторов. Его решение может быть основой для разработки высокоэффективных катализаторов в смесях со смолами. Смеси со смолами имеют своеобразный характер упрочнения, в особенности при высоких скоростях затвердевания. Своеобразие заключается, в частности, в ощутимом экзотермическом эффекте при взаимодействии смолы с катализатором, наблюдаемом иногда разупрочнении смесей при длительной выдержке, определенном влиянии на упрочнение таких внешних факторов, как температура, влажность и т. п. Механизм этих явлений представляет большой интерес. Особенно перспективны вопросы упрочнения смесей силанами (кремнийорганическимн мономерами).

Применение нового типа формовочной смеси, как правило, заново ставит проблему взаимодействия формы и металла. С точки зрения взаимодействия с металлом принципиальные особенности песчано-смоляных смесей состоят в:

во-первых, в низком содержании в них связующей композиции;

во-вторых, в ее особых механических свойствах в рабочем интервале температур литейной формы или стержня;

в-третьих, в деструкции связующего при нагреве. Эти особенности предопределяют новые технологические условия применения песчано-смоляных смесей.

Важнейшее их свойство — термостойкость. Само это понятие как технологическое свойство и как объект исследований, появилось в свет с разработкой синтетических смол, как связующих для литейного производства. Первое их использование для Croning-процесса сразу вызвало ограничение области применения, связанное с недостаточной термостойкостью. Ранее было принято считать, что только формовочные смеси с неорганическими связующими — глиной, цементом, жидким стеклом и т. п. — способны определенное время сохранять прочность при температурах, близких к температуре жидкого или кристаллизующегося металла в крупной отливке. Однако в последующие годы особые свойства термореактивных смол создали предпосылки для перехода к применению полимерных связующих при производстве крупных стальных и чугунных отливок.

С термостойкостью смесей связаны условия образования специфических поверхностных дефектов. При освоении песчано-смоляных смесей на практике наиболее часто сталкиваются с такими дефектами, как пригар и просечки.

Исследования процессов образования пригара на смесях этого типа до настоящего времени не проводили, хотя накоплен известный опыт по применению смесей с фурановыми смолами в сочетании с хромитом или цирконом для предотвращения пригара на крупных отливках. Значительный интерес представляет механизм образования пригара на стальных отливках;

в этой области проблема качества отливок стоит особенно остро.

Вопрос образования просечек одинаково актуален и для смесей холодного отверждения и для смесей, затвердевающих в нагретой оснастке. Природа просечек связана с определенным комплексом термомеханических свойств песчано-смоляных смесей, поэтому практические рекомендации должны быть основаны на изучении факторов, определяющих появление дефекта, в соответствующих температурных условиях.

С точки зрения сопротивления смесей усадке, в особенности при производстве тонкостенных стальных отливок, имеют значение их деформационные свойства. При использовании для изготовления стержней смесей любого типа существует возможность образования горячих трещин и напряжений в результате затрудненной усадки. Здесь следует выяснить, какое положение в ряду уже известных материалов занимают песчано-смоляные смеси, с тем чтобы прогнозировать возможность появления указанных дефектов.

НЕОРГАНИЧЕСКИЕ СВЯЗУЮЩИЕ КОМПОЗИЦИИ

Промышленное применение ХТС с неорганическими связующими (за исключением СО2-процесса) развивается медленно, так как по технологическим свойствам они уступают смесям с синтетическими смолами. Особые затруднения при внедрении смесей этого типа вызывают такие вопросы, как выбиваемость стержней, невысокая прочность и повышенная хрупкость смесей, нестабильность свойств компонентов связующих композиций и технологического процесса в целом. Процесс отверждения неорганических связующих труднее поддается управлению. В известной степени это объясняется недостаточной изученностью и сложностью физико-химической природы таких композиций, отсутствием общих и фундаментальных теоретических концепций, как это имеет место в случае органических полимеров.

Вместе с тем принципиальные преимущества ХТС с неорганическими связущими композициями — нетоксичность и низкая стоимость—стимулируют широкие исследования, цель которых заключается в решении названных выше вопросов.

Таблица 4.


<== предыдущая лекция | следующая лекция ==>
Элементы связующих композиций | Неорганические связующие для ХТС




Дата добавления: 2019-10-16; просмотров: 274; 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: 0.009 сек.