Теория и технология литейного производства. Формовочные материалы и смеси

Продолжение табл. 4.17

4.4. Органические водорастворимые связующие материалы, отверждаемые тепловой сушкой

Водорастворимые (гидрофильные) органические связующие материалы, так же как и неводные, применяются в основном в технологиях изготовления форм и стержней, отверждаемых тепловой сушкой. Основной функцией этих связующих является придание форме и стержню сухой прочности после отверждения, а также обеспечение технологических свойств, отвечающих необходимым требованиям (высокая текучесть, газопроницаемость, низкая осыпаемость, хорошая выбиваемость из отливок, высокие противопригарные свойства). Существенным недостатком смесей, содержащих связующие этого класса, является их повышенная гигроскопичность, вследствие чего стержни теряют прочность и увеличивают осыпаемость при хранении в цехе и при длительном пребывании их в собранной сырой форме. В табл. 4.17 дана краткая характеристика основных органических водных связующих материалов, отверждаемых тепловой сушкой.

4.5. Смоляные связующие материалы

Современные способы изготовления стержней основаны на использовании (в качестве связующих материалов) синтетических поликонденсационных смол и композиций на их основе и в зависимости от типа отверждения подразделяются на следующие виды:

–холодного отверждения в оснастке в присутствии жидких катализаторов или отвердителей;

–холодного отверждения в оснастке под действием газовых реагентов;

–отверждения в нагреваемой (горячей – Hot-box или тепловой –

Warm-box) оснастке;

–теплового отверждения вне оснастки (конвективная сушка, ТВЧили СВЧ-сушка, ИК-излучение и др.).

Большинство смоляных связующих получают в результате реакции поликонденсации между исходными мономерами (табл. 4.18). В общем случае синтез литейных связующих проводят между карбамидом, фенолом или фуриловым спиртом и формальдегидом. Образующиеся

метиленовые ( СН2 ) или диметиленэфирные ( СН2 О СН2 ) связи

127

являются своеобразными мостиками для формирования структурных звеньев олигомеров (основных продуктов реакции), формирующих адгезионную и когезионную прочность в процессе отверждения стержней, содержащихорганическиесвязующиематериалы.

Таблица 4.18

Структурная характеристика смол

128

Окончание табл. 4.18

129

В процессе синтеза смол реакции до конца не доводят, получая продукты сравнительно низкомолекулярной массы (не более нескольких тысяч). Смолы в таком состоянии называют олигомерами (или преполимерами). Перевод олигомеров в полимеры (конечные синтетические продукты, макромолекулы которых имеют молекулярную массу, равную десяткам и сотням тысяч) в литейном производстве осуществляется непосредственно в технологических процессах получения литейных форм и стержней.

Основным процессом, протекающим при отверждении смол, является полимеризация или поликонденсация. Необходимым (хотя и не единственным) условием этих реакций является наличие в молекулах исходных веществ активных частей молекул – групп атомов (или отдельных атомов), называемых функциональными. Органическая химия насчитывает около 100 различных функциональных групп. Из используемых в литейном производстве наиболее часто встречаются следующие функциональные группы:

О

Н (водородная); ОН (гидроксильная); С (альдегидная); С6Н4ОН

Н

(фенольная); =СН2 (метиленовая); СН2ОН (метилольная). Реакционная способность функциональных групп значительно выше реакционной способности остальной (как правило, углеводородной) части молекул мономера. Число функциональных групп реагирующих молекул определяет тип химического соединения продуктов реакции.

При взаимодействии монофункциональных веществ АR и ВR (где А и В – функциональные группы, R – углеводородистый радикал) между собой

образуются простые химические соединения типа АR ВR вследствие насыщения функциональных групп и остановки благодаря этому реакции. Положение не меняется, когда один мономер является мо- но-, а другой – бифункциональным. Если молекулы реагирующих веществ АR и ВR бифункциональны, то в результате реакции

130