Холоднотвердеющая смесь для литейных форм и стержней

 

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (5114 В 22 С1 22

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К ABTOPCHOMV СВИДЕТЕЛЬСТВУ

1,0 — 1,5

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (21) 3811551/22-02 (22) 11.11.84 (46)23.04.86. Бюл. № 15 (71) Всесоюзный научно-исследовательский институт литейного машиностроения, литейной технологии и автоматизации литейного производства (72) В. А. Сафронов, О. А. Белков, А. А. Шпектор, В. Н. Скорняков, И. М. Шарапов, В. Я. Самарин, Н. А. Твердомед и Г. В. Спирин (53) 621.742.4 (088.8) (56) Жуковский О. С. и др. Смеси холодного отверждения для крупносерийного массового производства. †Литейн производство, 1974, № 7, с. 1 — 4.

Gisserei, 66, 1979, № 11, с. 352 — 354. (54) (57) ХОЛОДНОТВЕРДЕЮЩАЯ

СМЕСЬ ДЛЯ ЛИТЕЙНЫХ ФОРМ И СТЕРЖНЕЙ, включающая кварцевый песок, связующее на основе фенолоформальдегидного олигомера, органическую сульфокислоту и

„„Я0„„1225672 А наполнитель-регенерат из собственного возврата смеси, отличающаяся тем, что, с целью увеличения реакционной способности смеси, снижения ее себестоимости и уменьшения загрязнения окружающей среды отработанными смесями, она содержит упомянутые ингредиенты в следующем соотношении, мас.%:

Кварцевый песок 3,5 — 47,6

Связующее на основе фенолоформал ьдегидного олигомера

Органическая сул ьфокислота 0,5 — 0,9

Регенерат из собственного возврата смеси 50,0 — 95,0 при этом регенерат из собственного возвра- t та смеси имеет остаточное содержание SO4-rpynn 0,05 — 0,2 мас.%, углеродосодержа- // щие остатки продуктов термодеструкции связующего и катализатора 3,5 — 5,0 мас.% и показатель концентрации водородных ионов (рН) 3 — 4.

1225572

Изобретение относится к литейному производству и может быть использовано для изготовления литейных форм и стержней из холоднотвердеющих смесей на синтетических смолах в условиях индивидуального и серийного производства отливок из стали, чугуна и цветных сплавов.

Цель изобретения — увеличение реакционной способности смеси, снижение ее себестоимости и уменьшение загрязнения окружающей среды отработанными смесями.

Смесь, согласно изобретению содержит кварцевый песок в качестве огнеупорного материала, регенерат в качестве наполнителя, связующее на основе фенолоформальдегидного олигомера и органическую сульфокислоту в качестве отвердителя.

В качестве связующего с содержанием фенолоформальдегидного олигомера и:;e«иобразно использовать связующие СФ вЂ” 3042, ОФ вЂ” 1, ФФ вЂ” 1Ф, модифицированное силанами АГМ вЂ” 9 или 112 — 23 в количестве 0.03—

0,045 мас ог

В составе смеси в качестве органической сульфокислоты используется, например, бензолсульфокислота плотностью 1,23—

1,28 г/см .

Приготовление смеси осуществляется по технологии, принятой для холоднотвердеющих смесей (ХТС).

Реакционная способность смеси, определяется качеством регенерата, оценкой которого необходимо иметь определенные количественные показатели рН, остаточное содержание SO1-групп, содержание углеродосодержащего остатка продуктов термодеструкции связующего и катализатора.

Наиболее целесообразно использование регенерата, имеющего рН 30 — 4,0.

Использование наполнителя с рН)4 приводит к повышенному расходу катализатора, что экономически нецелесообразно.

При увеличении в регенерате концентрации водородных ионов (рН(3) резко увеличивается скорость нарастания прочностных свойств смеси на начальных стадиях отверждения, что приводит к разупрочнению форм и стержней в отвержденном состоянии.

Остаточное содержание SO4-групп в регенерате влияет на активность катализатора и, соответственно, на реакционную способность смеси, так как при взаимодействии

$04-групп с водой катализатора образуется дополнительное количество Н $04. Увеличение содержания H SO4 в катализаторе приводит к росту прочности смеси в начальный период (до 30 мин).

Оптимальное содержание $04-групп в регенерате составляет 0,05 — 0,2 мас.Я. При содержании $04-групп меньше 0,05 мас.ф доля H SO4 в катализаторе настолько незначительна, что не оказывает никакого влияния на протекание реакции полимеризации.

t5

2

Верхний предел содержания SO4-групп в регенерате обусловлен, главным образом, опасностью возникновения брака металлургического характера в отливках, выражающегося в изменении формы включений графита и снижающего механические свойства металла отливок.

Углеродосодержащий остаток продуктов термодеструкции связующего и катализатора в регенерате влияет на реакционную способность смеси, повышая способность смолы к холодному отверждению.

Как известно, переход жидкой смолы в твердое термореактивное состояние, будучи завершением поликонденсации, заключается в развитии поперечных химических связей между молекулярными агрегатами.

В физи.=«кок. и чане этот процесс, называемый сшивкой .и лимсра, приводит к- образованию пространственной трехмерной сетки молекул и зависит от концентрации метилольных групп (— СН вЂ” ОН вЂ” ), реагирующих друг с другом и с Н-атомами в активных (орто- и пара-) положениях фенольных ядер и в а-положениях фурановых ядер С, образованием метиленовых связей (— СН вЂ” ).

Снижение концентрации метилольных групп, например, на 50О приводит к уменьшению реакционной способности смолы к холодному отверждению более, чем в 3 раза.

При термической (заливка) и механичесской (регенерация) деструкции связующей композиции метиленовые связи разрываются и в продуктах деструкции накапливаются остатки метилольных групп, которые при перемешивании смолы с регенератором увеличивают концентрацию метилольных групп в ней. Количество остаточных метилольных групп в регенерате непосредственно связано с содержанием углеродосодержащего остатка продуктов термодеструкции связующего и катализатора. Установлено, что при содержании вышеназванного остатка продуктов термодеструкции в регенерате меньше

3,5 мас.о концентрация метилольных групп в смоле возрастает, но не достигает уровня, способствующего интенсивному развитию процессов сшивки полимера, поэтому. приходится увеличивать количество катализатора, вводимого в смесь (например, в ХТС).

B связи с этим нижний предел содержания углеродосодержащего остатка продуктов термодеструкции связующего и катализатора в регенерате целесообразно установ ить равным 3,5 ма с.Я.

При увеличении содержания углеродосодержагцего остатка продуктов термодеструкции связующего и катализатора более

5 ма«. Я повышается газотворная способность смеси, что приводит к возникновению брака литья газового происхождения (раковины, пористость).

Таким образом, оптимальный интервал содержания углеродосодержащего остатка продуктов термодеструкции связующего и

1225672

1,0 — 1,5

3 катализатора в регенерате составляет 3,5—

5 мас о

Эти показатели регенерата в стабилизированном состоянии (при многократном его испол ьзов анни) обусл овл ен ы методом регенерации, количеством регенерата, вводимого в состав формовочных и стержневых смесей, а также содержанием связующего и катализатора. Оптимальные показатели регенерата соответствуют содержанию его в приготовленной смеси в количестве 50—

95 мас.Я, при этом содержание связующего составляет 1,0 — 1,5 мас.о, а органической сульфокислоты 0,5 — 0,9 мас.Я. Уменьшение содержания регенерата в составе смеси приводит к снитению реакционной способности смеси, что отрицательно влияст на прочностные свойства ХТС, а также приводит к увеличению ее себестоимости в связи с увеличением расхода свежего кварцевого песка. Увеличение содержания регенерата в смеси приводит к форсированию прочностных свойств смеси в начальный период отверждения и разупрочнению на последующих этапах, повышенной осыпаемости, которая приводит к браку отливок по засору и неметаллическим включениям.

Изобретение иллюстрируется таблицей, в которой приведены составы и свойства известной XTC (состав 1) и предлагаемой (составы 4 — 8) .

Анализ данных таблицы показывает, что оптимальными свойствами обладан1т, по сравнению с известным (состав 1), составы 4 — 8, содержащие в качестве регенерата материал со следующими показателями: остаточное содержание SO4-групп 0,05—

0,2 мас. Я, углеродосодержащие остатки продуктов термодеструкции связующего и катализатора, 3,5 — 5,0 м ас. о; показатель концентрации водородных ионов рН 3,0 — 4,0; при следующем соотношении ингредиентов, мас. Я:

Кварцевый песок 3,5 — 47,6;

Регенерат с упомянутыми показателями 50 — 95

Связующее с содержанием фенолоформ альдегидного олигомера силаном

Органическая сул ьфокислота 0,5 — 0,9

При увеличении содержания регенерата в смеси сверх 95о (состав 9) реакционная способность ХТС резко возрастает (прочность через 0,5 ч составляет 6,2 кг/см- ), что приводит к повышенной осыпаемости (0,35Я), повышению содержания углеродосодержащих состатков продуктов термодеструкции связующего и катализатора (5,2Я) и браку отливок по неметаллическим и газовым включениям.

При уменьшении содержания регенерата в смеси ниже 50о" (состав 2) реакционная способность ХТС уменьшается, замедляется нарастание прочностей, что приводит к снижению производительности при изготовлении форм и стержней.

Аналогичные результаты получаются при

) ме.ьшении содержания связующей композиции (состав 3) . Повышение содержания связующей композиции в смеси (состав 10) приводит к увеличению содержания углеродосодержащего остатка продуктов термодеструкции связующего и катализатора до 5,6 мас.о, что вызывает газовые дефекты отливок, а также к повышению реакционной способности смеси, что приводит к значительноу падению прочностей в последующий период отверждения и увеличению осып а ем ости.

Уменьшение прочностей и значительная осыпаемость смеси (0,5Я ) обусловливают брак отливок по засору, отклонения по массе и геометрическим размерам.

Использование предлагаемой ХТС для изготовления форм и стержней обеспечивает по сравнению с известной смесью увеличение реакционной способности смеси, что позволяет сократить количество катализатора, вводимого в смесь, до 50 — 60о от массы смолы (по известному 70Я от массы смолы); возможность использования регенерата в смесях в количестве до 95 мас.Я; сокращение объема использования свежего кварцевого песка (ьсреднем, на 50о); сокращение затрат на добычу, транспортирование и сушку свежего кварцевого песка; сокращение затрат на транспортирование отработанной смеси в отвал и уменьшение загрязнения окружающей среды промышленными отходами.

l225672

Состав смеси, мас.У.

Характеристика регенера та

Свойства смеСмесь си

Качество отливок кг/см

ЖивуОсыпаемость, Бензолсульфокислота

Остаточное соКварцевый песок

Связующее

СФ-3042

Регенеп.п.п., мас.Х рН честь, мин рат держание, $04

ГРуппу мас . 7.

0,5 ч

24 ч

1 ч

2 6

5,4 18,0 0,35

0,6

10,3 20,0

0,7 0,02

1 49>15 4915 1,О ния

Годная

44 13>5 О 20

4,4 11,5 0,30

13 25

11,4 22

1,7

0,9 0,04

3,0

2 49 48,6 1,5

3 52 46,65 0,9

Незначительные неметаллические включения

1,2

3,0

0,03

0,45

18,2 34,2 Годная

2,6

0,05

0,5

3,5

4 50 9 476 1>0

6 70 28 1 1 2

3,0

0,06

3,7

0,9

3,0

0,13

4,1

0,7

2,7

4,8

0,17

0,5

1,0

7 95 3,5

8 94 36

9 96 25

4,0

0,20

5,0

0>9

1,5

14>3 14>6 Газовые и неметаллические включения

19,2 13,4 Газовые и неметаллические включения, отклонения по массе и размерам

6,2

0,22

5,2

1,0

0,5

2>6 7>0 0>50

8,1

О, 24

5 6

1,0

1,6

10 93,9 3,5

Составитель В. Шувалов

Редактор Н. Бобкова Техред И. Верес Корректор В. Бутяга

Заказ 1921/9 Тираж 757 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий! 13035, Москва, Ж вЂ” 35, Раушская наб., д. 4/5

Филиал ППП «Патент», г. Ужгород, ул. Проектная, 4

4,0 10 5 0 05

3 9 9 5 0 05

36 90 010

3>2 8,5 0>20

3,0 8,5 0,15

2,8 7,5 0,35

23 42,2

20,3 35 4

18,9 29,5

25,5 39 1

Незначительные неметаллические включе