14. СУМІШІ З етилсилікату. Термоактивне СУМІШІ. холоднотвердеющих СУМІШІ
Суміші з етилсилікату.
Для підвищення точності і зменшення шорсткості виливків застосовують нероз'ємні форми з мелкодістперсним наповнювачем. Між шорсткістю поверхневого шару і зернистістю формувального матеріалу, існує пряма залежність: чим дрібніше зерна формувального матеріалу, тим менше шорсткість. Але застосування дрібнозернистих матеріалів обмежена в зв'язку з їх поганий газопроницаемостью, яка призводить до порушення нормальної роботи (газові раковини, подкорковая пористість
Для забезпечення необхідної міцності сполучна дрібнозернистого має володіти адгезійної і когезійної міцністю. Подібного умові відповідають необоротно тверднуть сполучні з параметрами кристалічної решітки, близькими до параметрів решітки формувального матеріалу.
Термодинамічна стійкість водних розчинів.
Етилсилікат являє собою прозору, злегка забарвлену в жовтий або бурий колір рідина з характерним запахом. За хімічним складом він відноситься до ефірів ортокремневой кислоти, з температурою кипіння 438,5 К. Вперше етілсіслікат був отриманий в 1845 р. В результаті реакції між ортокремневой кислотою і етиловим спиртом (реакція етіріфікаціі). В даний час етилсилікат отримують з чотирихлористого кремнію. Ця реакція може бути представлена як сума реакцій етерифікації і осадження гідрату оксиду кремнію соляною кислотою.
При використанні зневодненого спирту етилсилікат містить
70 ... 80% моноефіру і 20 ... 30% поліефірів (полісілоксанов). Такий етилсилікат називається технічною освітою і містить 28 ... 30% SiO2 (в перерахунку на діоксид кремнію).
При використанні спирту-ректифікату, що містить 4% водячи,
збільшується вихід полісілоксанов. Етилсилікат в цьому випадку містить
При використанні гідролізного спирту, що містить 7 ... 8% води, ще більше збільшується вихід полісілоксанов, а етилсилікат містить до 38 ... 43% SiO2.
Сам по собі етилсилікат є поганим сполучною. для
освіти міцної маси, що скріплює зерна наповнювача, етилсилікат необхідно перевести в колоїдний стан з наступним перетворенням його в золь. Цей переклад здійснюється гідролізом, при якому етоксігруппи (-ОС2Н5) частково або повністю замінюються гідроксильних груп (-ОН).
У міру заміщення етоксігрупп гідроксильних склад продуктів гідролізу наближається до складу ортокремневой кислоти.
Крем'яні кислоти мало розчинні у воді. Їх стійкість залежить від рН середовища. При рН = 5 ... 6 крем'яні кислоти розпадаються з утворенням гелю, що переходить в золь.
Одночасно з процесом гідролізу ефірів в розчині протікають процеси конденсації і полімеризації.
З реакції гідролізу і полімеризації полісолаксонов слід, що складні ефіри, які утворюються в пароцессе отримання етилсилікату із застосуванням гидролизного спирту і спирту-ректифікату, є продуктами полімеризації моноефіру. Т.ч. кількість води, необхідне для гідролізу, розраховують за вмістом залишився мономера етилсилікату.
Вибір складу сполучного розчину на етилсилікату.
Гель кремнієвої кислоти є сполучною для кремнезему. Його зв'язують властивості залежать від концентрації вихідних розчинів і швидкості коагуляції. Експерементально встановлено, що концентрація кремнезему в розчині в перерахунку на SiO2 не повинна перевищувати 18 ... 20%. Тому для гідролізу застосовується розбавлений розчин етилсилікату. Як розчинники застосовують спирт, ацетон, ефіроальдегідную фракцію і т.д.
Основна вимога до розчинника, він повинен розчиняти як етилсилікат, так і воду, а також повинен змочувати матеріал моделі. Оболонки максимальної міцності виходять в разі застосування спирту в якості розчинника
Термоактивні сполучні являють собою неводні і водні органічні матеріали, здатні під дією температури змінювати
фізико-механічні та фізико-хімічні властивості. Їх ділять за характером затвердіння:
1. оборотно тверднуть термореактивні сполучні (каніфоль, парафін та ін.) Вони використовуються в якості протипригарних добавок, компонентів розділових сумішей і модельних паст;
2. необоротно тверднуть термореактивні сполучні. До них відносяться насичені вуглеводні (органічні кислоти і їх похідні, вуглеводні парафінового ряду і ін.), Ненасщенние вуглеводні (олефіни, алкени, феніл, феніл, вініл і ін.), А також різні масла. Їх особливість - здатність полимеризоваться при нагріванні.
Полімеризація термоактивних сполучних. Може відбуватися за участю кисню і без нього.
Наприклад, олефіни полимеризуются під дією тепла і при участі кисню і навпаки, кальцієва сіль # 945;, # 947; -діоксівалеріановой кислоти полимеризуется без участі кисню.
Деякі сполучні полимеризуются лише при наявності певних хімічних речовин, наприклад, епоксидні смоли.
При повної полімеризації вуглеводнів виходять тверді нерозчинні смоли зі значною адгезійною міцністю. Процес полімеризації є дифузійним, і для його протікання потрібен певний час, що подовжує цикл виготовлення ливарної форми. Продуктивність виготовлення форм і стрижнів з таких сумішей можна збільшити, застосовуючи частково полімеризовані сполучні, наприклад, пульвербакеліт, МФФ, МФ-17, КВС та ін.
Частково полімеризовані смоли змішують з наповнювачем і повністю полимеризуют при додатковій тепловій обробці спільно з формувальної і стрижневої сумішшю. час додаткової
термообробки залежить від виду сполучного, температури сушки і розмірів форми або стрижня, і становить: 20 ... 30с на дрібних стрижнях; 20..30мін (сполучна КВС, температура сушіння 452 ... 473К) і 5 ... 10год - на великих стрижнях. Поліпшення смачиваемости зерен наповнювача частково полімеризовані вуглеводнями досягають застосуванням
розчинників, здебільшого органічних.
Температура полімеризації також залежить від будови молекули вуглеводню.
Температура полімеризації термоактивних сполучних, які застосовуються в ливарному виробництві, не повинна перевищувати 473 ... 523К. Ця межа визначений з умов працездатності конструкцій.
Термічна деструкція може протікати за двома законами:
1-й - за законом випадку; 2-й по закону ланцюгового механізму.
Холоднотвердеющих суміші (ХТС) дозволяють отримувати форму і стрижні без нагріву при витримці на повітрі шляхом впливу на затверджувач і сполучна зовнішніми твердим, рідким або газоподібними компонентами. ХТС на відміну ЖСС мають меншу пористість, велику міцність, кращу вибіваемость і легше піддаються регенерації.
До складу ХТМ вводять наповнювач, що зв'язує композиція і спеціальні добавки. Зв'язує композиція повинні мати два
властивості: 1. укріпляти під дією затверджувача без нагрівання; 2. мати високу адгезійну здатність до наповнювача.
Компоненти зв'язує композиції і їх технологічні призначення:
1) сполучна. Є основою композиції. Затвердевая, воно як би утворює містки зв'язку між частинками наповнювача (зв'язує композиція повинна містити рідку
складову відносно низькою в'язкості, щоб забезпечувалася однорідність розподілу зв'язуючого по поверхні зерен наповнювача), зміцнюючи при цьому формувальні і стрижневі суміші;
2) затверджувач. Викликає твердіння сполучного, але сам необладает в'яжучими властивостями і не грає важливої ролі в затвердінні композиції. У тих випадках, коли затвердіння має каталітичний характер, затверджувач називають каталізатором;
3) регулятори швидкості при затвердінні. Служать для управління процессомотвержденія, як правило, хімічно активні до компонентів суміші;
4) спеціальні добавки. Їх вводять в ХТС для: запобігання поверхневих і газових дефектів на виливках, пластификации сумішей, поліпшення їх вибіваемость і т.д.
Іноді в ХТС сполучна і затверджувач є один компонент. В цьому випадку його називають двокомпонентним.
Зв'язують композиція ділять на два види: неорганічні і органічні.
Неорганічні сполучні в стані затвердіння можуть розглядатися як полімери. Основними хімічними зв'язками в неорганічних полімерах є: між молекулами - полімерна; між ланцюгами - електростатичні сили взаємодії, енергія, яка близька до ковалентного зв'язку. Неорганічні полімери характеризуються впорядкованої кристалічної структурою, ознакою цього є високі стійкість до дії високих температур і міцність.
Органічні свзующіе. ХТС зі смолами мають своєрідний характер твердіння, особливо при високих швидкостях, що пов'язано з екзотермічним ефектом при затвердінні смол з каталізаторами. Крім того, ХТС зі смолами вельми схильні до ефекту знеміцнення при
тривалому зберіганні. Однак низька вартість і недефіцитних смол для ХТС, можливість легкого управління отверждением, легка вибіваемость, можливість регенерації забезпечили їх застосування.
Смоли для ХТС бувають класу А, класу Б, класу В.