Формовочные материалы (стр. 13 )

Гидрол – продукт переработки кукурузы на глюкозу. Его свойст-
ва подобны свойствам меляссы. ВНИИЛИТМАШем разработано
высокопрочное углеводное связующее ЭКР, которое обеспечивает прочностные свойства при формовке по-сырому 0,10–0,28 МПа
(1,2–2,8 кг/см2) при влажности менее 3,5%.

Недостатками всех водорастворимых органических связующих являются необходимость тепловой сушки и повышенная гигроскопичность. Поэтому при их длительном хранении снижается прочность стержня. Кроме того, водорастворимые связующие дефицитны. В настоящее время их применение сокращается.

5.6. Лигносульфонаты

Лигносульфонаты (ЛСТ) относятся к органическим водным связующим класса Б-2 и Б-3 (см. табл. 5.1).

По объему применения в качестве связующих лигносульфонаты занимают в литейном производстве третье место после глины и жидкого стекла. Они применяются в формовочных смесях для формовки по-сырому, по-сухому, для изготовления стержней в нагретой оснастке, в жидкоподвижных и сыпучих ХТС, противопригарных красках, в качестве катализатора для отверждения ХТС и др.

Лигносульфонаты являются побочными продуктами при производстве целлюлозы из древесины сульфитным способом.

ЛТС являются очень дешевыми и недефицитными органическими связующими, обеспечивающими хорошую выбиваемость форм и стержней. В настоящее время используется менее половины получаемых лигносульфонатов, а большая часть их из-за ограниченного применения выбрасывается в канализацию или сжигается. Масштабы применения ЛТС могут быть значительно расширены. Применение ЛТС в литейном производстве – пример безотходной технологии в промышленности.

Согласно ГОСТ 13 183–83 производятся ЛСТ марки А (жидкие, содержат сухих веществ не менее 47%, плотность – не менее 1230 кг/м3) и марки Т (твердые, более 76% сухих веществ); pH 20%-го раствора ЛСТ – не менее 4,4.

Твердые ЛСТ, хотя и более удобны для транспортирования, особенно в холодное время года (поставляются в виде глыб по 20 кг в бумажных мешках), однако из-за трудностей, возникающих при хранении (слипание), дозировке и растворении, применяются ограниченно.

Для формовки по-сырому и по-сухому и для изготовления стержней в нагретой оснастке наиболее подходящими являются ЛСТ с натриевым основанием, а для ЖСС, отверждаемых CrO3, – ЛСТ с кальциевым основанием.

ЛСТ применяются в формовочных смесях в сочетании с глиной
и другими связующими. Формовочные смеси только с одним ЛСТ
не применяются, так как имеют низкие прочностные свойства
(0,1–0,3 МПа), что обусловлено возникновением напряжений и трещин в пленке этого связующего при сушке вследствие значительного уменьшения объема ЛСТ (в 2,7 раза).

Для уменьшения напряжений в пленках в ЛСТ следует вводить пластификаторы (мочевину, глицерин) или инертные добавки (глину, маршалит), уменьшающие усадку и напряжение при высыхании. Прочность при растяжении формовочных смесей, содержащих 3% глины и 5% ЛСТ, после сушки при 160–180°С составляет не менее 0,6 МПа, а при добавке еще 5% маршалита – 0,6–0,8 МПа. Такой прочности часто недостаточно, особенно для стержней, поэтому ЛСТ комбинируют с другими связующими, например, при изготовлении стержней в нагретой оснастке применяют ЛСТ в сочетании с фенолоспиртом, карбамидной смолой и другими веществами.

Недостатком ЛСТ является невысокая термостойкость (»380°С), что ограничивает область их применения (используются при мелком и среднем литье). Кроме того, ЛСТ, как и все водорастворимые связующие, имеют повышенную гигроскопичность, что приводит к снижению прочности стержня (формы) при хранении. Однако при вводе гидрофобных добавок (бентон, парафин, жиры) в ЛСТ гигроскопичность их уменьшается.

На основе ЛСТ и гидрофобных продуктов переработки нефти и сланцев (петролатума, битума) созданы комбинированные (эмульсионные) связующие, которые позволяют достичь более высокой прочности, чем каждое из них в отдельности. Кроме того, эти связующие негигроскопичны. Наиболее распространены следующие эмульсионные связующие: СП – состоит из 95% ЛСТ и 5% окисленного петролатума; СБ – содержит 80–85% ЛСТ и 15–20% ГТФ. Прочность при растяжении формовочных смесей с 4–5% этих связующих после сушки при 220–240°С составляет 0,5–0,6 МПа (5,0–
6,0 кг/см2).

5.7. Синтетические смолы

Синтетические смолы относятся к органическим неводным (А-1) и водным (Б-1) связующим. В последнее время в литейном производстве в качестве связующих распространение получают синтетические смолы. Поскольку синтетические смолы являются дорогостоящими, их применяют более экономно, чем другие связующие
(в основном для изготовления стержней в горячей и в холодной оснастке и для изготовления оболочковых форм).

Рассмотрим синтетические смолы, применяемые для изготовления стержней в холодной оснастке.

ХТС с синтетическими смолами начали применять с 1958 года. Вместо традиционной технологии изготовления стержней, при которой стержни после уплотнения подвергались тепловой сушке, использование ХТС позволило коренным образом изменить технологию изготовления стержней и форм. Сущность технологии заключается в следующем: в смесь вводится жидкая смола (в полимерном состоянии) и отвердитель (кислота), при химическом взаимодействии которых происходит поликонденсация смолы до полного ее затвердевания и, как результат, упрочнения стержня (формы). Применяются также способы упрочнения стержней из ХТС со смолой путем добавки в смесь изоцианатов (отвердителей) и с продувкой ее катализатором (аминами, SO2).

ХТС со смолами имеют бόльшие преимущества, чем смеси с другими связующими: высокая прочность при малом (1–2%) расходе связующего, повышенная точность размеров стержней (и, соответственно, отливок); отпадает необходимость в тепловой сушке, не требуется применение сушильных плит, возможно использование оснастки из любых материалов (металлов, древесины, пластмасс), конструкция стержневых ящиков проще, чем нагреваемых, и т. д. Смеси со смолами имеют высокую текучесть и за счет этого легко уплотняются даже кратковременной вибрацией. Стержни негигроскопичны, из-за высокой прочности уменьшается или полностью отпадает необходимость в применении каркасов, имеют хорошую податливаемость и выбиваемость. Применение ХТС позволяет механизировать и автоматизировать изготовление стержней, повышает производительность труда и чистоту поверхности отливок, снижает брак и себестоимость отливок.

Известно, что смолы – это олигомеры, застабилизированные на какой-то промежуточной стадии полимеризации или поликонденсации (в зависимости от способа получения). Полимеризационные смолы получают в результате полимеризации одного или нескольких исходных веществ – манометров – по схеме nA ® An. В литейном производстве применяют в основном конденсационные смолы. Их получают в результате поликонденсации не менее чем двух веществ

n(aAa) + n(bBb) « a(AB)n b + (2n – 1)ab,

где a и b – функциональные группы исходных веществ A и B; n – число молекул исходных веществ; a(АВ)n b – смола, образовавшаяся в результате поликонденсации; 2n – 1 – число молекул выделившихся побочных продуктов ab.

Считают, что при получении (синтезе) смол поликонденсация молекул протекает по стадиям: Ф (жидкая смола), В (желатинообразная) и С (твердая). Все смолы, применяемые в качестве связующих, – это полимеры (или, точнее, олигомеры) промежуточной стадии, между А и В, т. е. процесс их поликонденсации прерван при получении смолы. Процесс поликонденсации смолы возобновляют в ХТС путем ввода в нее отвердителя (катализатора).

В табл. 5.3 приведены наиболее широко применяемые смолы для ХТС.

Таблица 5.3

Синтетические смолы для ХТС

Наименование смолы	Марка смолы
Мочевино-формальдегидные (карбамидные) Мочевино-формальдегидно-фурановые (карбамидо-фурановые) Фенолоформальдегидные (фенольные) Фурило-фенолоформальдегидные Мочевино-фенолоформальдегидно-фурановые	КФ-Ж, КФ-МТ (ГОСТ 14231–88) БС-40, БС-70, БС-80, КФ-40, КФ-90 Фуритолы: 80, 86, 174 ОФ-1, СФ-3042, СФ-480, СФЖ-30-13, СФЖ-301 ФФ-1СМ, ФФ-1ФМ, ФФ-1Ф Фуритолы: 8, 11, 28, 30, 68, 102, 107, 107М, 125, 127КСФ-1

Самыми дешевыми являются мочевино-формальдегидные смолы. Они являются продуктами конденсации мочевины (карбамида) CO(NH2)2 с формальдегидом CH2O, производятся различных марок, отличающихся одна от другой содержанием сухого вещества, степенью конденсации, вязкостью, содержанием свободного формальдегида и др. Недостатком карбамидных смол является низкая термостойкость (220–480°С), вследствие чего стержни и формы имеют большую газотворность, а при разложении они выделяют азот, что может стать причиной газовой пористости в отливках. Эти смолы применяются в основном для получения отливок из цветных металлов и тонкостенного чугунного литья. Содержание азота в смеси для получения чугунных и стальных отливок не должно превышать 0,2%, а для получения отливок из высоколегированных чугунов и сталей – 0,01%. Поэтому для стального литья можно применять мочевино-формальдегидно-фурановые смолы, содержащие не более 1,5% азота. Кроме того, смеси с мочевино-формальдегидными смолами имеют повышенную гигроскопичность.

С целью повышения термостойкости мочевино-формальдегид­ных смол при их синтезе вводят фуриловый спирт С5H6O2. Такие смолы называют карбамидо-фурановыми. Чем больше введено в смолу фурилового спирта, тем выше их термостойкость. Установлено, что для чугунного литья необходимо содержание в смоле не менее 30%, а для стального – не менее 60% фурилового спирта. Из фуриловых смол наибольшее распространение получили мочевино-формальдегидные смолы, содержащие 40–90% фурилового спирта.

Термин “фурановая смола” относится к фенолоформальдегид­ным смолам, модифицированным фуриловым спиртом.

Повышенную термостойкость (400–800°С) имеют и фенолофор­маль­дегидные смолы, являющиеся продуктами поликонденсации фено­ла С6Н5ОН и формальдегида в присутствии различных катализаторов и добавок. Поэтому эти смолы пригодны для стального и чугунного литья. Высокую термостойкость имеют также фурило-фенолоформальдегидные смолы – продукты поликонденсации фурилового спирта с фенолоспиртами, стабилизированные фуриловым спиртом (ФФ-1Ф, ФФ-1ФМ) или гидролизным этиловым спиртом (ФФ-1СМ). Эти смолы применяют для ответственного стального литья. Фурило-фенолоформальдегидные смолы – самые дорогостоящие.