|
дукты на основе растительных масел, например олифу. Дефицитность растительных масел потребовала взяться за разработку безмасляных крепителей. Эта задача была поставлена еще в 30-х годах, и работы по ее решению проводились вплоть до начала 60-х годов. Были созданы десятки связующих материалов на основе продуктов, полупродуктов и отходов органического синтеза в химии, нефтехимии, химии переработки древесины, торфа, каменного угля, сланцев и т. п. За счет применения этих связующих, многие из которых являлись доступными и недефицитными материалами, удалось снизить температуру сушки до 200—250 °С и несколько сократить ее продолжительность.
Из весьма широкой группы связующих теплового отверждения приведем в качестве примера несколько связующих, применяемых в отечественном литейном производстве вплоть до настоящего времени.
Связующее П — однородная темно-коричневая жидкость, представляющая собой раствор окисленного петролатума (продукта переработки нефти) в уайт-спирите; применяют при изготовлении мелких стержней сложной конфигурации, отверждаемых тепловой сушкой при температуре 220—240 °С.
Связующее КО — однородная жидкость коричневого цвета; представляет собой кубовые остатки производства синтетических жирных кислот, растворенные в соотношении 1 : 1 в уайт-спирите; применяют при изготовлении стержней любой сложности с повышенной сухой прочностью. Температура сушки стержней 220— 240 °С.
Связующее ГТФ — однородная жидкость от темно-коричневого до черного цвета, представляет собой тяжелую фракцию генераторной сланцевой смолы; применяют при изготовлении стержней средней сложности. Температура сушки 180—200 оС.
Сульфитно-спиртовая барда и выпускаемая вместо нее сульфитно-дрожжевая бражка являются побочными продуктами целлюлозно-бумажной промышленности. В отличие от перечисленных выше связующих бражка полностью водорастворима. Выпускается в зависимости от содержания сухого остатка двух марок: КБЖ — концентрат бражки жидкий в виде густой однородной жидкости темно-коричневого цвета и КБТ — концентрат бражки твердый в виде мелких светло-коричневых гранул или порошка, который перед употреблением растворяют в горячей воде. По своей химической природе представляет собой карбоцепной комплекс лигносульфоновых кислот. Доступность и дешевизна сульфитно-дрожжевой бражки, а также легкость сочетания ее с другими связующими привлекают к ней пристальное внимание специалистов литейного производства. Как самостоятельное связующее теплового отверждения сульфитно-дрожжевая бражка не получила широкого распространения, поскольку она не обеспечивает высокой прочности стержней в отвержденном состоянии. Однако связующие свойства ее могут быть резко улучшены за счет сочетания с другими связующими (например, КО)
или с соединениями органической химии (например, поливинилацетатной эмульсией, дибутилфталатом, аминоспиртами и т. п.).
Связующие СП и СБ представляют собой эмульсии сульфитной барды со связующими П и ГТФ. СП содержит 96—97 % КБЖ и 3—4 % связующего П, а СБ —88—90 % КБЖ и 10—12 % ГТФ. Введение в сульфитно-дрожжевую бражку указанных добавок позволяет сократить время сушки стержней и повысить их прочность.
Хотя смеси с описанными связующими теплового отверждения все еще достаточно широко применяют в литейных цехах РФ, процессы теплового отверждения в сушилах отличаются недостаточной производительностью, громоздки технологически и требуют повышенных трудозатрат. Еще одно «узкое место» этих процессов— операция передачи готовых стержней в сушила, так как на этой стадии стержни, обладая низкой прочностью в сыром состоянии, частично деформируются под действием собственного веса и посторонних динамических нагрузок и теряют требуемую размерную точность.
Синтетические смолы. Новый этап развития органических связующих с конца 50-х годов связан с использованием синтетических смол. В массовом и крупносерийном производстве стержней внедрение синтетических смол в сочетании с пескодувно-пескострельным процессом изготовления стержней в нагреваемой (горячей) оснастке привело к подлинной революции в технологии. Цикл горячего отверждения стержня составляет всего 30—60 с, а уже через 1—2 ч он может быть подан на сборку формы. В результате внедрения нагреваемой оснастки производительность стержневых отделений цехов массового производства возросла в ряде случаев в 10 раз и более. Без использования высокореакционных и быстроотверждаемых синтетических смол этот современный процесс изготовления стержней не получил бы широкого распространения.
В единичном и мелкосерийном производстве средних и крупных отливок синтетические смолы также заняли ведущее положение в процессах изготовления стержней в холодной (20 °С) оснастке.
Синтетические смолы для процесса по холодной оснастке являются химически твердеющими связующими, так как они отверждаются исключительно под. действием катализаторов. Смолы для процесса по горячей оснастке отверждаются под действием тепла, а для повышения скорости их горячего отверждения практически всегда используются свои катализаторы. Следовательно, смолы для процесса по горячей оснастке являются связующими одновременно теплового и химического отверждения.
Синтетические смолы получают поликонденсацией исходных продуктов — мономеров. В процессе синтеза мономеры объединяются в длинноцепочечные макромолекулы. При отверждении смеси в оснастке под действием кислых катализаторов происходит
дальнейшая сшивка макромолекул, не только линейная, по и трехмерная, в результате чего жидкая смола затвердевает.
Готовые к применению в литейных цехах синтетические смолы характеризуются содержанием активного вещества (или, как прилито указывать в технической литературе, сухого вещества за вычетом содержания воды или органического растворителя), а также плотностью, вязкостью, остаточным содержанием исходных мономеров и концентраций водородных ионов рН. Важнейшей технологической характеристикой смол является их вязкость. В условиях литейных цехов и заводских лабораторий измеряют так называемую условную вязкость, выражаемую в секундах, — по времени истечения фиксированного объема смолы из воронки прибора ВЗ-4. Лучшие смолы имеют низкую исходную вязкость в пределах 20—40 с. Низкая вязкость смолы позволяет хорошо распределить ее по массе песка при перемешивании, что положительно сказывается на прочности отвержденных стержней. С течением времени смолы «стареют», что находит выражение в постепенном повышении их вязкости, т. е. загустевании. Смола считается годной для употребления до достижения ею вязкости примерно 150—200 с. У смол различных марок срок годности различен и находится, как правило, в пределах 2—4, реже 6 месяцев.
Как в процессах изготовления по горячей, так и по холодной оснастке, тип применяемой синтетической смолы зависит от природы сплава, из которого получают отливку, что связано с различной термостойкостью синтетических смол.
Термостойкость синтетических смол может быть оценена по их коксовому числу, которое представляет собой весовой остаток смолы после ее термообработки при 800—850 °С в условиях безокислительной среды, выраженной в % к исходной массе смолы.
У наименее термостойких из применяемых в литейном производстве смол коксовое число составляет 7—12%, а у наиболее термостойких — 50—55 %.
При изготовлении отливок из цветных сплавов (силумины, латуни) в качестве стержневых связующих применяют карбамидо-формальдегидные, или карбамидные смолы. Они же могут использоваться для получения чугунных отливок, однако не любых, а с ограничениями по толщине и предельной массе.
Карбамидные смолы — продукт поликонденсационного синтеза карбамида и формальдегида в водной среде. Полностью водорастворимы. Наименее термостойкие: коксовое число 7—12 %• В то же время являются самыми дешевыми и доступными в классе синтетических смол. При изготовлении стержней по горячей оснастке используют преимущественно карбамидные смолы марок МЗ и ВК-1, а в составах холоднотвердеющих смесей — смолы марок КФ-Ж и КФ-МТ.
При изготовлении отливок из чугуна лучшие результаты обеспечивает применение синтетических смол карбамидоформальде-гидофуранового класса, или карбамидофура новых.
Карбамидофурановые смолы являются продуктом поликонден
сации карбамида, формальдегида и фурилового спирта в водной среде. Благодаря введению в их синтез фурилового спирта, они обладают существенно более высокой по сравнению с карбамидными смолами термостойкостью, которая возрастает в тем большей степени, чем больше содержит смола фурилового спирта. В то же время наличие в их составе фурилового спирта обусловливает высокую стоимость этих смол (в 3—5 раз дороже, чем карбамидные) и дефицитность. Коксовое число карбамидофура новых смол зависит от содержания в них фурилового спирта и изменяется в довольно широких пределах: от 20—25 до 40—4.5 %. При изготовлении стержней по горячей оснастке нашли применение карбамидофурановые смолы КФ-90, КФ-40, фуритол-107, фуритол-125 и ряд других. Опыт литейных цехов наших крупнейших автомобилестроительных заводов (АвтоВАЗ, КамАЗ, ЗИЛ) подтверждает высокую техническую эффективность карбамидофурановых связующих горячего отверждения. Для изготовления средних и крупных стержней успешно используют самотвердеющие смеси с карбамидофурановыми смолами БС-40, фуритол-1071 В перспективе найдет свое применение смола аналогичного класса БС-70 с повышенным содержанием фурилового спирта. Однако объем применения указанных смол для стержней, отверждаемых в холодной оснастке, пока еще ограничен по причине дефицитности карбамидофурановых связующих.
Для получения стальных отливок карбамидофурановые смолы не рекомендуются, так как при термическом разложении выделяют азот. Последний же, насыщая сталь, приводит к образованию в отливках специфического дефекта — ситовидной пористости.
Поэтому для получения стальных отливок используют наиболее термостойкие безазотистые смолы, к которым относят фенолоформальдегидные, или фенольные, и фенолоформальдегидофурановые, или фенолофурановые. О термостойкости смол этих классов свидетельствуют их коксовые числа: 45—50 % у фенольных и 50—55 % У фенолофурановых.
Фенольные смолы резольного класса делят на водорастворимые и водоэмульсионные (последние в воде не растворяются).
К водорастворимым смолам относят фенолоспирты, используемые в качестве связующих горячего отверждения. Более высокие результаты по скорости горячего отверждения и прочностк стержней обеспечиваются при использовании водоэмульсионной смолы СФ-480.
Для получения оболочковых стержней песок плакируют (равномерно покрывают) твердой оболочкой фенольных смол СФ-015 или СФ-260 (ранее для этих целей использовалось фенольное связующее пульвербакелит марки ПК-104). Затем сухой плакированный песок подают в горячую оснастку. Под влиянием тепла фенольная смола быстро расплавляется и связывает частицы песка между собой, а затем отверждается.
Для получения средних и крупных стержней в холодной оснастке применяют фенольные смолы ОФ-1 и СФ-3042.
| 
