Холоднотвердеющая смесь для изготовления литейных стержней и форм

Холоднотвердеющая смесь для изготовления литейных стержней и форм

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

ХОЛОДНОТВЕРДЕЮЩАЯ СМЕСЬ ДЛЯ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ЛИТЕЙНЫХ СТЕРЖНЕЙ И ФОРМ, включающая огнеупорный наполнитель , карбамидоформальдегидный олигомер с содержанием метилольных групп и триазиноновых циклов и кислотный отвердитель, отличающаяся тем, что, с целью повышения ее термостойкости, в качестве карбамидоформальдегидного олигомера смесь содержит продукт конденсации мочевины, формальдегида и аммиака при мольном соотношении ,8if2 ):

СОЮЗ GOBETCHHX

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИН

„.SU„, 845326 к

Э(5П ° В 22 С 1/22; С 08 . 61/24

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К ASTOPCHOIVIV СВИДЕТЕЛЬСТВУ циклов

Остальное

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ (21) 2669508/22-02 (22) 22.08.78 (46) 07.06.83. Вюл. 9 21 (72) А.Н.Пуховицкая, Э.И..Никишина, Е.С.Потехина, В.A.Cîêîëoâà, С.Д.Тепляков и Т.Д.Евтюшина (53) 621.742,4(088,8) (56) 1."Литейное производство", 1974, 9 5, с. 45, 2 . "Литейное производство", 1973, Р 12, с. 11-13. (54)(57) ХОЛОДНОТВЕРДЕЮЩАЯ СМЕСЬ

ДЛЯ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ЛИТЕЙНЫХ СТЕРЖНЕЙ

И ФОРМ,.включающая огнеупорный наполнитель, карбамидоформальдегидный олигомер с содержанием метилольных групп и триазиноновых циклов и кислотный отвердитель, о т л и ч а ю— щ а я с я тем,. что, с целью повышения ее термостойкости, в качестве карбамидоформальдегидного олигомера смесь содержит продукт конденсации ti мочевины, формальдегида и аммиака при мольном соотношении 1:(1,8?,2 ):(0,25-0,4 ) соответственно с

:одержанием 14-17% триазиноновых

1 н м — N С=О бн N

I и 6-10% метилольных групп — СН ОН при следующем соотношении компонентов, вес.%:

Кислотный отвердитель 0,2-2,0

Карбамидоформальдегидный олигомер 2,5-4,0

Огнеупорный наполнитель

845326

СН2 N к )с=о ных циклов

Сн2 N!

I Н2 Ю у б=о н, ж циклов

2-3%

Изобретение относится к литейноу производству, а именно к составам холоднотнердеющих смесей (ХТС ), используемых для изготовления литейных стержней и форм.

Известна XTC для изготовления литейных стержней и форм, содержа:.щая огнеупорный наполнитель, карбамидофурановое связующее БС-40 и кислотный катализатор (1 ). Такая ХТС обеспечивает получение стержней и форм с высокими, физико-механическими и технологическими свойствами.

Однако ее распространение сдер,;янается острой дефицитностью карбамидофуранового снязующего в связи 15 с ограниченностью в СССР произ;.одстненных и сырьевых мощностей . o фурилоному спирту,.

Наиболее близкой к предлагаемой холоднотвердеющей смеси по технической сущности и достигаемому ре.зультату является ХТС, содержащая огнеупорный наполнитель, связующее н виде карбамидоформальдегидного олигомера (смолы )и кислотного от- 25 нердителя (2 . В качестве карбамидоформальдегидного олигомера используют выпускаемые промышленностью карбамидные смолы марок УКС, М 19-62, КС-68 (ГОСТ 14231-69 ).

Эти смолы являются продуктами конденсации мочевины и формальдегида при мольном соотношении

1:(,1,5-1,8) соответственно, содержат до 1,2% свободного формальдегида. Структура этих смол характеризуется повышенным содержанием метилольных групп (16-20% ) и минимальным количеством триазиноновых

Указанные структурные особенности известных карбамидных смол влияют на свойства ХТС. Метилольные группы участвуют в реакции отверждения карбамидоформальдегидных смол и являются источником отщепления формальдегида в процессе изготовления стержней. При высоком содержании метилольных групп (16-18% ) в структуре смолы наблюдается повышенное отщепление формальдегида, а загрязненность воздушной среды последним на стержневых участках приводит к ухудшению санитарно-гигиенических условий труда. бО

Известняке карбамидные смолы имеют линейную структуру.

Как известно, термостойкость органических соединений с элементами циклических структур и, н частности Я о гетероциклических, выше, чем соединений с литейной структурой.

В известных карбамидных смолах, получаемых с использованием плана мочевины (водного раствора .мочевины, получаемого непосредственно при ее производстве), к элементам циклической структуры относятся триазиноновые циклы, однако относительное содержание их в структуре олигомера настолько мало (2-3Ъ ), что не может оказать какого-нибудь влияния на термостойкость. Следствием этого является пониженная термостойкость

ХТС. Для ее компенсации повышают содержание смоляного связующего в

ХТС, что приводит к повышению газовыделения и загрязнению воздушной среды как при отверждении стержней, так и при остынании залитых металлом форм.

Целью изобретения является повышение термостойкости холоднотвердеющей смеси.

Для достижения цели холоднотвердеющая смесь для изготовления литейных стержней и форм, включающая огнеупорный наполнитель, связующее в ниде карбамидоформальдегидного олигомера и кислотный отвердитель, содержит в качестве карбамидоформаль" дегидного олигомера продукт конденсации мочевины, формальдегида и аммиака при мольном соотношении

1:(1,8-2,2):(0,25-0,4) соответственно с содержанием 14-17% триазинонои 6-10% метилольных групп — СН ОН

2 при следующем соотношении компонентов, вес.Ъ:

Кислотный отвердитель 0,2-2,0

Карбамидоформальдегидный олигомер 2,5-4,0

Огнеупорный наполнитель Остальное

Благодаря определенным условиям синтеза и структурным особенностям карбамидоформальдегидный олигомер характеризуется минимальным содержанием свободного формальдегида (не более О,ЗЪ ), повышенной термостойкостью и высокой стабильностью при хранении.

Для получения олигомера с указанными структурными признаками конденсацию проводят при заданном мольном соотношении мочевины, формальдегида и аммиака.

Пример осущеетвления синтеза.

845326

Содержание сухого остатка, %

Вязкость условная по вискозиметру ВЗ-1(20+

1 С)р с в мо мент изготовления после хранения в течение

90 сут, не более

Содержание свободного формальдегида,%, не более

Показатель концентрации водородных ионов (рИ )

Время желатинизации с 1%

Н4С1: при 100 С, с при 20+1 С, ч, не менее

Смешиваемость смолы с водой в соотношении по массе 1:10

65-72

35

15-35

100

0,3

7,5-8,5

55-75

Полная

К 100 r мочевины добавляют

25%-ный водный. раствор аммиака в количестве 8 5-9,5 вес.% (в пере-, счете на 100%-ный аммиак J.Çàòåì вводят

270 г 37%-ного формалина. Исходное мыльное соотношение мочевины, формальдегида и аммиака составляет

1:2:0,3. При перемешивании температура реакционной смеси повышается до 60 С за счет тепла зкзотермической реакции. После этого реакционную смесь нагревают до кипения (96-98 С ) и проводят конденсацию при кипении в течение 1-2,5 ч при самопроизвольном изменении рН среды с 7,2-8,0 до 4,6-5,2 и до дости- 15 жения вязкости продукта 12,5-13 с по ВЗ-4 (20 С ). Продукт конденсации нейтрализуют щелочью, охлаждают до

60-70 С и концентрируют в вакууме о до получения требуемого содержания 20 сухого остатка.

Полученная смола характеризуется следующими показателями: внешний вид . Однородная суспензия от белого до светло-желтого цвета без посторонних включений

0,22

7,1

15,8

При содержании смолы в ХТС ниже нижнего предела не достигаются требуемые показатели прочности стержней и форм, а при содержании ее выше верхнего предела очень повышается газотворность смеси и возрастает опасность поражения отливок газовыми раковинами.

В качестве кислотного отвердителя могут использоваться обычно применяемые для отверждения ХТС с карбамидными смолами кислоты (ортофосфорная, ароматические сульфокислоты ), кислые соли (например, хлорное железо, алюмофосфаты или алюмохромофосфаты, хроматрон), а также комплексные отвердители, представляющие собой комбинацию кислоты (ортофосфорной, бензол- или пара-толуолсульфокислоты, соляной ) с термостойкими органическими добавкамиводорастворимыми смолами термоли за древесины,лигносульфонатами и т. п.

В качестве огнеупорного наполнителя предпочтительно применяют кварцевые пески, однако при необходимости могут быть использованы наполнители повышенной огнеупорнос- . ти (дистен-силлиманит,UHpRoH корунд).

В состав ХТС могут быть дополнительно введены известные добавки служебного назначения (например, окись железа).

Порядок приготовления смеси является общеПринятым для практики применения ХТС.

Изобретение иллюстрируется следующим примером.

Карбамидоформальдегидный .олигомер, который входит в состав XTC согласно изобретению, был синтезирован в соответствии с описанным выше режимом и обладал следующими свойствами:

Содержание, %:

Сухого остатка 68,0

Свободного формаль- дегида .

Метилольных групп

Триазиновых циклов

Вязкость по вискозимеру ВЗ-1 при

20 С, с 34,0

Плотность, .г/см 1,265

В табл. 1 приведены составы смесей 1-4 согласно изобретению и смеси 5 согласно прототипу, а в табл. 2 - их физико-механические и технологические свойства, 845326

l

Таблица 1

Компонент

96,25 95,5

Кварцевый песок

94,75 94,0

95,5

° 2 5

3,0

4,0.

3,5

3,0

1,25

1,5

1,5

1,75

2,0

Таблица 2

Смесь состава

1 1

Живучесть, мин

5 3

4,8

2,6

5,1

5,2

5,5

6,4

6,8

7,5

60 мин

7,1

1,0

1,3

1,8

2,2

1,7

3,0

1,9

4,0

2,4

2,9

2 ч

4 5

5 1

4,8

4 0

3,3

4 ч

5 0

6,2

5,8 5,9

18 22

6,0

24 ч

20

Карбамидоформальдегидный олигомер согласно изобретению

Карбамидная смола УКС-A (ГОСТ 14231-69 ) Комплексный отвердитель, полученный путем смешивания ортофосфорной кислоты плотностью 1,59 г/см и растворимой смолы термолиэа древесины

"Феноксин A" (ТУ-ОП-53-76) в объемном соотношении

1:1,75 (.отвердитель

"Фенортол" согласно

РТМ-043-04-3-77 ) Фи э и ко-мех ан иче ск ие и технологические свойства

Прочность на сжатие при выдержке в металлической гильзе, кгс/см, в течение

30 мин

Прочность на растяжение, кгс/см2, через

1 ч

Гаэотворность, см /г

Термостойкость (горячая прочность стандартных цилиндрических образцов, обернутых в алюминиевую

Фольгу, сраз, после нагрева при 800 С в течение

15 мин, кгс/см ) Состав смеси, вес. В

Номер состава

1 2 3 4

1 2 3 4 5

1,7 2,0 2,3 2,62 7 3 0 3,1 3,41,7 2,0г

845326

Составитель И. Куницкая

Редактор 3. Бородкина Техред M. Кузьма. Корректор В. Бутяга

Тираж 813 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Заказ 6 330/1 филиал ППП "Патент", r . Ужгород, Ул. Проектная, 4

Иэ приведенных в табл. 2 результатов испытаний следует, что предлагаемая смесь обладает более высокой термостойкостью при сохранении примерно одинаковых прочностных характеристик (по сравнению со смесью-прототипом на стандартной карбамидной смоле УКС), Карбамидноформальдегидный олигомер, который вводят в состав предлагаемой смеси, содержит не более

0,3% свободного формалЬдегида, тогда как в известных карбамидных смолах (УКС, N 19-62, КС-68 и др.) содержание свободного формальдегида составляет 1,0-1,2Ъ. Благодаря этому в процессе приготовления и холодного отверждения смеси можно ожидать резкого сокращения вредных выцелений формальдегида в воздушную среду. Это подтверждается результатами испытаний, сущность которых заключалась в отборе проб .воздуха из внутреннего объема лабораторных смешивающих бегунов (изолированного от окружающей среды благодаря плртно надеваемой на чашу багунов крышке ) непосредственно после приготовления ХТС по следующему режиму:, песок перемешивают с отвердителем в течение 30 сек, вводят смолу, закрывают чашу бегунов крышкой, перемешивают смесь в течение еще

1 мин, останавливают бегуны и после выдержки готовой смеси в. бегунах в течение 2,5 мин производят отсос проб воздуха иэ замкнутого объема . бегунов посредством трубки, вводимой через крышку, в течение 4 мин со скоростью 0,5 л/мин.

Измеренная после отбора проб воздуха описанным способом концентрация формальдегида составляла для

ХТС согласно изобретению (состав

15 2 в табл. 1) в среднем 8,75 мг/м для ХТС согласно прототипу (состав

5 в табл. 1 p - в среднем 15,6 мг/м

Так им образ ом, предлагаемый

70 состав ХТС обеспечивает улучшение санитарно-гигиенических условий труда и повышение термостойкости стержней и форм. Отмеченные преимущества позволяют существенно расши75 рить .область применения ХТС для изготовления прежде всего стержней в чугуннолитейных цехах современного машиностроения. с