←предыдущая следующая→
1 2 3 4 5 6
растворителя действует как разделительный слой и предопределяет места будущих разрывов мостиков связующего. Такие гладкие, как бы «выровненные» слоем растворителя слои глобул, т.н. «покровные слои», типичные только для связующего системы Колд-бокс-амин, могут легко отделяться друг от друга и являться причиной резкого снижения прочности.
Разрыв связующего по покровным слоям (т.н. «субпокровный разрыв») имеет большое значение в теории формирования прочности стержней, изготав¬ливаемых по методу Колд-бокс-амин. При исследовании мест разрывов свежеизготовленных стержней чисто адгезионных разрывов обнаружено не было. Даже при кажущемся полном отделении связующего от зерна песка при более сильном увеличении этой зоны были обнаружены очень тонкие, плотноупакованные слои шарообразного полиуретана. Предположительно, открытые по¬верхности зерен песка представляют хорошие условия для экзогенного образо¬вания полиуретана, на поверхности раздела связующее - наполнитель преиму¬щественно начинается реакция отверждения и этим обуславливается плотная, прочная шаровая сетка полиуретана на поверхности зерна песка. Непосредст¬венно соседний слой связующего обеднён смолой и изоцианатом и характери¬зуется высоким содержанием растворителя. Между покровным слоем, выра¬щенным на поверхности песчаных частиц, и внутренней, возникшей вследствие эндогенного образования центров кристаллизации глобулярной структурой, не¬избежно будут иметься локальные слои из не содержащего связующего раство¬рителя. Наличием таких покровных слоев объясняют многие ранее не вполне объяснимые явления, характерные для способа Колд-бокс-амин изготовления стержней, а именно - высокая гигроскопичность стержней, явление значитель¬ного набора прочности стержня при его хранении (подсушки) и сильное влия¬ние количества растворителя связующей системы на прочность стержней.
Мгновенная прочность стержней Колд-бокс-амин-процесса сильно зави¬сит от содержания растворителя в исходных связующих материалах. С увели¬чением содержания растворителя в связующем доля субпокровного разрыва в общем разрыве возрастает и преимущественно определяет низкую прочность мостиков связующего. Окончательная прочность стержней, изготовленных с повышенным содержанием растворителя в связующем, также будет уступать прочности стержней с нормальным содержанием растворителя, т.к. возникают крупноячеистые шаровые структуры, и поэтому разрыв мостиков связующего происходит когезионно через крупноячеистую глобулярную структуру.
Как для мгновенной прочности исключительно важным является доля субпокровного разрыва, так и для окончательной прочности крайне важны плотность и степень сшивки глобулярной структуры, также определенным об¬разом зависящие от содержания в связующем растворителя.
При длительном хранении стержней происходит испарение растворителя из зон его локальной концентрации и происходит упрочнение стержней за счет дополнительной сшивки (срастания) глобул полиуретана покровной зоны с внутренней основой мостика связующего. Результаты исследования с помощью растрового микроскопа показывают, что субпокровный тип разрыва присущ только свежеизготовленным стержням. Здесь необходимо отметить, что не смотря на преобладание субпокровного разрыва, характеризуемого крайне низ¬кой когезионной прочностью между «выровненными» слоями связующего, свежеизготовленные стержни системы Колд-бокс-амин характеризуются до¬вольно высокими значениями абсолютной прочности. Изучение мест разрывов таких стержней позволяет утверждать, что прочность стержней поддерживается за счет местных срастаний между покровным слоем и эндогенно образованным глобулярным скелетом. Местные срастания являются причиной того, что суб¬покровные разрывы часто встречаются вместе со смешанными разрывами.
При длительном хранении стержня субпокровный разрыв становится всё более редко встречаемым, что указывает на увеличение срастания покровных слоёв. На месте субпокровного разрыва появляется характеризуемый более высокой прочностью смешанный разрыв или чисто когезионный тип разрыва. Вид смешанного типа разрыва различен и зависит от содержания растворителя в связующем. С изменением вида разрыва с субпокровного на когезионный сильно возрастает и прочность стержней. Основную роль в процессе увеличения прочности стержней при хранении играет процесс испарения (удаления) растворителя из зон его локальной концентрации и последующее срастание (сши¬вание) слоёв связующего, имеющее химические и физические причины.
Еще одной крайне важной особенностью стержней, изготавливаемых по методу Колд-бокс-амин, является их высокая чувствительность к действию внешних факторов при хранении и окраске стержней. При окраске стержней, а также при их хранении в условиях повышенной влажности наблюдается значи¬тельная потеря прочности. Гигроскопичности связующего системы Колд-бокс-амин способствует их открытая структура - крупноячеистый глобулярный ске¬лет газоотвержденного полиуретана. Решающую роль в формировании прочно¬сти связующего, подвергаемого воздействию влаги, оказывает степень сшивки глобул полиуретана. Высокое влияние степени сшивки на формирование проч¬ности стержня, подвергаемому воздействию влаги, подтверждает тот факт, что степень разупрочнения стержней системы Колд-бокс-амин (имеющих крупно¬ячеистый глобулярный скелет газоотвержденного полиуретана) гораздо пре¬вышает разупрочнение стержней системы Пеп-Сет (имеющих крайне плотную глобулярную систему самоотвержденного полиуретана). Очевидно, что на сте¬пень сшивки глобул полиуретана оказывают в первую очередь температура, при которой протекает реакция полимеризации связующего и скорость проте¬кания реакции. С увеличением температуры и уменьшением скорости реакции степень сшивки увеличивается, а следовательно, повышается и стойкость стержней к влаге.
Крупноячеистая шаровая упаковка связующего системы Колд-бокс-амин позволяет объяснить высокую гигроскопичность стержней. В начальный мо¬мент времени свежеизготовленные стержни благодаря наличию растворителя в связующем слабо подвержены вредному действию влаги. Прочность таких стержней практически полностью восстанавливается после окрашивания путём подсушки, разрыв таких высушенных стержней происходит по когезионному типу. Стержень, лишенный растворителя и подвергшийся воздействию влаги благодаря своей открытой структуре и наличию большого количества микротрещин в результате гидролиза связующего быстро теряет в первую очередь адгезионную прочность. Восстановить прочность таких стержней путем их под¬сушки уже невозможно (связь между плёнкой связующего и наполнителя на¬рушается необратимо), разрыв стержней осуществляется по адгезионному при¬знаку. Таким образом, потеря прочности связующего во влажной атмосфере является вы¬ражением общего воздействия нескольких параметров. Здесь играют роль ско¬рость испарения растворителя, упрочнение сшивки глобул связующего и раз¬рушение связующего вследствие гидролиза. Важна также температура и ско¬рость отверждения стержня, т.к. от этих параметров зависит начальная степень сшивки глобул полиуретана.
Полученные в результате собственных исследований физико-механических характеристик газоотвержденного полиуретанового покрытия данные, подтверждают основные положения существующей теории прочности стержней системы Колд-бокс-амин, формируемой на основе исследования структуры полиуретанового связующего, проведенного немецкими специали¬стами Бенишем и Лотцем.
Установлено, что между механизмом формирования прочности покрытия на основе полиуретанового связующего и механизмом формирования прочно¬сти литейных стержней системы Колд-бокс-амин существует прямая связь. Ме¬тоды исследования физико-механических свойств полиуретановых пленок мо¬гут быть использованы для изучения свойств связующих материалов системы Колд-бокс-амин.
При проведении параллельных исследований реальных стержней и пле¬нок покрытия установлено:
1. Прочность стержней системы Колд-бокс-амин в первую очередь зави¬сит от состояния макро и микроструктуры связующего материала. В начальный момент времени после изготовления стержней наименее прочной областью стержня является подкорковая зона связующего.
Одновременно происходит дополнительное упрочнение микроструктуры связующего за счёт упрочнения связей между глобулами полиуретана. В результате воздействия влаги, благодаря открытой структуре связующего, снижа¬ется адгезия связующего к кварцевому песку. Растворитель, содержащийся в подкорковой зоне, блокирует доступ воды к поверхности раздела связующее - наполнитель и позволяет в результате последующей сушки восстановить проч¬ность стержня. Стержни, лишённые остаточного растворителя связующего, не могут быть защищены от вредного воздействия влаги и в результате неблаго¬приятных внешних условий (или при их окраске) прочность таких стержней падает необратимо.
2. Температурный режим и другие параметры продувки оказывают значи¬тельное влияние на состояние макро - и микроструктуры связующего, а следо¬вательно и на прочностные показатели стержней системы Колд-бокс-амин.
Повышение температуры стержневой оснастки, стержневой смеси паро-газовой каталитической смеси, а также повышенное давление продувки приво¬дят к значительному испарению растворителя связующего в момент изготовле¬ния стержня. Это ведёт к уменьшению подкорковых зон растворителя. За счёт увеличения температуры объектов катализа увеличивается первичная степень сшивки глобул полиуретана. Стержни, изготовленные при таких режимах, об¬ладают повышенной начальной прочностью, быстро набирают максимальную прочность при хранении их в условиях нормальной влажности. При окрашива¬нии и/или хранении таких стержней в условиях повышенной влажности проис¬ходит
←предыдущая следующая→
1 2 3 4 5 6