←предыдущая следующая→
1 2 3 4 5 6
при переработке животного сырья и содержащий в качестве связующей основы протеин. Отверждение смеси осуществляется в теплом ящике (120-140ºС), по кинетике и уровню прочности оно близко к фурановым смесям для горячих ящиков, смесь отлично выбивается.
Разработка «Laemре» - смесь с неорганическим связующим отверждается в микроволновом поле; скорость отверждения и прочность смеси по данным фирмы близка к параметрам процесса «Соld-bох». При погружении в воду свя¬зующее полностью и быстро растворяется, что решает проблему выбивки.
И в первом и во втором случае смеси не имеют запаха и практически не выделяют при нагреве токсичных компонентов.
Всё изложенное свидетельствует о том, что в ближайшие 5-7 лет следует ожидать значительных усовершенствований в технологии изготовления стерж¬ней в массовом и крупносерийном производстве.
Теоретические сведения о Cold-box-amin-процессе.
Cold-box-amin-процесс разработан в США в 1968 г. фирмой Ashland. Стержневая смесь содержит 100% кварцевого песка, 0,6...0,8% фенольной смолы (СК1), 0,6. ..0,8% полиизоцианата (СК2). После уплотнения смеси в ящике пескодувным или пескострельным способом стержень продувается смесью паров низкокипящей жидкости - третичного амина (триэтиламина, диметиламина), с воздухом, и стержень приобретает начальную прочность, которая составляет 60% её конечного значения. Время продувки 2..5 с, далее 10...20 с стержень продувают воздухом для его очистки от паров амина. Расход катализатора менее 1,5 г на 1 кг стержневой смеси. В результате взаимодействия компонентов связующего в присутствии катализатора (амина) образуется твердый полимер – полиуретан, который и обеспечивает высокую прочность стержня. Для подготовки, дозирования и подачи амина применяют специальные газогенераторы, которые испаряют амин, смешивают его с воздухом и подают в стержневой ящик.
Смесь амина с воздухом, после прохода через стержневой ящик, направляется в нейтрализатор, где полностью нейтрализуется разбавленной серной кислотой с образованием водорастворимой соли - сульфата аммония. Степень очистки воздуха в этой системе близка к 100%. Таким образом, весь тракт подачи амина полностью герметизирован, что обеспечивает безопасность процесса. При необходимости готовые стержни окрашивают противопригарной краской.
В России разработаны и производятся все необходимые для этого процесса материалы, которые прошли экспертные испытания в ФРГ, по качеству они не уступают продукции ведущих европейских и американских производителей, таких как Huttenes Albertus (ФРГ), Ashland (США), Furtenbach (Австрия) и др.
Процесс отверждения - полиприсоединение
а) полиуретановая смола + полиизоцианат = резольное связующее
б) резольное связующее + газообразный амин = полиуретан
Реакция между бензильно - эфирной смолой и изоцианатом происходит следующим образом:
Бензо-эфирная
смола
Изоцианат
Полиуретан
Описание материалов:
1) Бензильно - эфирная смола (орто-фенолный резоль)
Смолы, применяемые при процессе Cold-box-amin, являются конденсационного типа. Их изготовляют на основе фенолов и формальдегидов, а затем растворяют в эфирах или углеводородах. Реакция смол от нейтральной до слабо-кислой. Растворы смол окрашены по-разному. Их растворимость в воде ограниченная.
2) Изоцианаты
Изоцианат, применяемый при процессе Cold-box-amin,, является смесь из ди-фенил-метановый-4,4'-ди-изоцианата (мономера метил – ди изоцианата) и из полимера на основе метил-ди-изоцианата (функциональность полимера не менее чем 2), которые растворены в органической среде. Изоцианаты обычно поставляют в виде жидкостей коричневого или темно-коричневого цвета.
3) Амины
В качестве катализаторов при процессе Cold-box-amin применяют следующие амины:
- три-етил-амин (ТЕА);
- ди-метил-етил-амин (ДМЕА);
- ди-метил-изопропил-амин (ДМИА).
А также смеси из выше указанных типов с температурами испарения выше 35ºС.
Таблица 1 Основные физико-механические характеристики аминов
Параметр ТЕА ДМЕА ДМИА
Химическая формула (С2Н5)3N C2H5N(CH3)2 (CH3)2CHN(CH3)2
Допустимая рабочая концентрация, мг/м³ 40
25
25
Плотность, г/см³ 0,73 0,68 0,73
Температура кипения, ºС 89 35 64
Температура плавления, ºС -11 -45,5 -27
Предел взрывоопасности
нижняя граница
верхняя граница
1,6
9,3
0,9
11,2
1
8,1
Температура вспышки, ºС 215 190 190
Классификация по температуре вспышки
G3
G4
G4
Классификация по взрывоопасности
2
2
2
Класс опасности В В В
Опасность загрязнения вод 1 1 1
Свойства стержневой смеси:
1) Текучесть стержневой смеси отличная.
2) Прочностные характеристики являются функцией весовой доли смолы по отношению к массе песка, а также отношению перемешивания смолы с полиизоцианатом. Классические смеси с 0,4..0.6 % смолы при отношении смолы : полиизоцианату = 1:1 имеют прочность при сжатии от 3 до 5 МПа., причём прочность при огибании (0 ч) не менее 1.5 МПа.
3) Газотворная способность - во время заполнения формы расплавом возможно выделение фенола, бензоля и свободного формальдегида.
4) Живучесть стержневой смеси (в закрытом состоянии) - несколько дней.
5) Выбиваемость:
- для отливок из железных сплавов – отличная;
- для отливок из алюминиевых сплавов – проблематичная.
6) Значительное влагопоглощение приводит к разупрочнению и повышенной осыпаемости.
Влияние стержневой смеси на качество и металлическую структуру отливки:
1) Возможно образование НСN в поверхностных участках стальных отливок;
2) Возможно образование блестящего углерода;
3) Возможно образование ужимин.
Регенерация смеси - термическая или механическая.
Возможно применение разных песков - промытого и сухого хромистого, циркониевого или кварцевого песка с содержанием основных окислов не более чем 1%. Увеличение основности контактной поверхности песчаного зерна приводит к резкому уменьшению прочности стержневой смеси. Возможно применение противопригарных красок на водяной или алкогольной основе, причём режим окрашивания имеет важное значение.
Состав смеси:
1) 100% песок;
2) 0,4...0,6% полиуретановая смола (жидкое состояние);
3) 0,4...0,6% полиизоцианат (жидкое состояние);
4) 0,05...0,2% амин (газообразное состояние).
Экология процесса
Разрешённая максимальная рабочая концентрация (МРК) для аминов в Германии очень низкая - 0.0010...0.0025%. Поэтому амино-воздушную смесь в участке машины собирают и отводят в скруббер с подходящей мощностью на очистку. Из скруббера в атмосферу отводят очищенный воздух.
Особенности формирования структуры связующего способа амин-процесс изготовления стержней.
Данные, полученные в ходе исследований по определению физико-механических характеристик полиуретанового покрытия, подтверждают теорию формирования прочности стержней системы Колд-бокс-амин, строящейся на исследовании структуры полиуретанового связующего.
При исследовании с помощью растрового электронного микроскопа структуры отверждённого связующего было определено, что образуемое при производстве стержней по методу Колд-бокс-амин полиуретановое связующее состоит из беспорядочного склеенных друг с другом или сросшихся шарооб¬разных частиц полиуретана. Плотность образуемых глобул варьируется в до¬вольно широком диапазоне и определяется скоростью отверждения связующего и содержанием в связующем растворителя. Диаметр глобул практически не за¬висит от плотности их срастания и составляет примерно от 0,1 до 0,2 мкм.
При рассмотрении поверхности излома образца, характеризуемого когезионным типом разрыва, ребристые или ломанные куски шарообразных частиц полиуретана, указывающих на трансгранулярный разрыв, не обнаружены. Мос¬тики связующего разрушаются путем отделения глобул друг от друга. Т. о., когезионная прочность связующего способа Колд-бокс-амин определяется проч¬ностью склеивания (срастания) глобул полиуретана.
При изготовлении стержней в результате очень быстрого образования по¬лиуретана за счет продувки газообразным катализатором растворитель к моменту разделения фаз твердая-жидкая в полиуретане находится в тонкодиспергированном виде. Высокая плотность шариков наблюдается там, где растворитель может быстро отводиться (или испаряться) во время отверждения. При протекании реакции отверждения плотные слои шариков полиуретана оказываются окружены слоями растворителя. Данный слой растворителя
←предыдущая следующая→
1 2 3 4 5 6