Использование смолы ОФОС в литейном производстве
Проведенные исследования по методикам, согласно ГОСТу, на прочность, живучесть, газотворность, газопроницаемость, осыпаемость, прилипаемость, выбиваемость и пригар, связанные с использованием смол для химически твердеющих смесей (ХТС) на основе олигофурфурилоксисилаксанов (ОФОС) с кислым отвердителе...
Збережено в:
| Опубліковано в: : | Процессы литья |
|---|---|
| Дата: | 2010 |
| Автори: | , , , |
| Формат: | Стаття |
| Мова: | Російська |
| Опубліковано: |
Фізико-технологічний інститут металів та сплавів НАН України
2010
|
| Теми: | |
| Онлайн доступ: | https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/49846 |
| Теги: |
Додати тег
Немає тегів, Будьте першим, хто поставить тег для цього запису!
|
| Назва журналу: | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| Цитувати: | Использование смолы ОФОС в литейном производстве / О.И. Пономаренко, А.М. Каратеев, Н.С. Евтушенко, А.В. Бережная // Процессы литья. — 2010. — № 6. — С. 27-32. — Бібліогр.: 2 назв. — рос. |
Репозитарії
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine| _version_ | 1859477209983483904 |
|---|---|
| author | Пономаренко, О.И. Каратеев, А.М. Евтушенко, Н.С. Бережная, А.В. |
| author_facet | Пономаренко, О.И. Каратеев, А.М. Евтушенко, Н.С. Бережная, А.В. |
| citation_txt | Использование смолы ОФОС в литейном производстве / О.И. Пономаренко, А.М. Каратеев, Н.С. Евтушенко, А.В. Бережная // Процессы литья. — 2010. — № 6. — С. 27-32. — Бібліогр.: 2 назв. — рос. |
| collection | DSpace DC |
| container_title | Процессы литья |
| description | Проведенные исследования по методикам, согласно ГОСТу, на прочность, живучесть, газотворность, газопроницаемость, осыпаемость, прилипаемость, выбиваемость и пригар, связанные с использованием смол для химически твердеющих смесей (ХТС) на основе олигофурфурилоксисилаксанов (ОФОС) с кислым отвердителем, показали целесообразность их применения в литейных цехах заводов.
Дослідження, які проведені за методиками, згідно з ДСТом, на міцність, живучість, газотвірність, газопроникність, осипаємість, прилипаємість, вибиваємість та пригар, пов`язани з використанням смол хімічно твердіючіх сумішей (ХТС) на основі олігофурфурилоксисилаксанів (ОФОС) з кислим затверджувачем, показали доцільність їх застосування в ливарних цехах заводів.
Install researches on use of pitches on a basis oligofurfuriloxisilicone (OFOS) ether with acid curing agent are carried out have shown their expediency for introduction in foundry shops of the factories. Researches install on method by strength, live of molding mixture, gasify, gas ran through, strew falling, stickiness, beat out ability and metals penetration.
|
| first_indexed | 2025-11-24T11:41:29Z |
| format | Article |
| fulltext |
ISSN 0235-5884. Процессы литья. 2010. № 6 (84) 27
ПРОБЛЕМЫ ТЕХНОЛОГИИ ФОРМЫ
УДК 621.744.3
О. И. Пономаренко, А. М. Каратеев, Н. С. Евтушенко,
А. В. Бережная
Национальный технический университет «ХПИ», Харьков
ИСПОЛьзОВАНИЕ СМОЛЫ ОФОС В ЛИТЕйНОМ
ПРОИзВОДСТВЕ
Проведенные исследования по методикам, согласно ГОСТу, на прочность, живучесть, га-
зотворность, газопроницаемость, осыпаемость, прилипаемость, выбиваемость и пригар,
связанные с использованием смол для химически твердеющих смесей (ХТС) на основе
олигофурфурилоксисилаксанов (ОФОС) с кислым отвердителем, показали целесообраз-
ность их применения в литейных цехах заводов.
Ключевые слова: холоднотвердеющие смеси, олигофурфурилоксисилоксан, катализатор,
прочность, живучесть.
Дослідження, які проведені за методиками, згідно з ДСТом, на міцність, живучість, газотвірність,
газопроникність, осипаємість, прилипаємість, вибиваємість та пригар, пов`язани з викори-
станням смол хімічно твердіючіх сумішей (ХТС) на основі олігофурфурилоксисилаксанів
(ОФОС) з кислим затверджувачем, показали доцільність їх застосування в ливарних цехах
заводів.
Ключові слова: холодне твердіння суміші, олігофурфурилоксисилксан, каталіза-тор, міцність,
живучість.
Install researches on use of pitches on a basis oligofurfuriloxisilicone (OFOS) ether with acid curing
agent are carried out have shown their expediency for introduction in foundry shops of the factories.
Researches install on method by strength, live of molding mixture, gasify, gas ran through, strew
falling, stickiness, beat out ability and metals penetration.
Keywords: cold-solidify stocks, oligofurfuriloxisilicone, catalyst, strength, survivability.
Химически твердеющие смеси находят все более широкое применение в
литейном производстве для получения форм и стержней как в серийном, так и
массовом производстве отливок. Использование таких смесей вносит весьма ощу-
тимые положительные изменения в технологический процесс отливок – снижает
трудоемкость, повышает точность стержней и форм, а соответственно и отливок,
улучшается чистота поверхности отливки, снижается их брак, освобождаются
производственные площади, занятые сушильными печами, повышаются экология
и общая культура труда.
28 ISSN 0235-5884. Процессы литья. 2010. № 6 (84)
Проблемы технологии формы
В соответствии с классификацией химически твердеющие смеси подразделяют-
ся на три основные группы: твердеющие при нагреве, под воздействием внешних
факторов и самотвердеющие. Эти смеси можно использовать при изготовлении
форм и стержней для получения отливок из стали, чугуна или цветных металлов.
Один из перспективных методов – это применение самотвердеющих смол хо-
лодного отверждения в оснастке в присутствии жидких катализаторов или отвер-
дителей. Это объясняется, прежде всего, высокой прочностью форм и стержней
при малом расходе связующего (1-2 %) и возможностью регулирования прочности
и скорости отверждения в большом диапазоне.
Анализ литературных источников показал, что у существующих смол главным
недостатком является токсичность веществ, которые выделяются при термоде-
струкции (фенол, формальдегид, крезол и др.).
На кафедре полимерных композиционных материалов и покрытий совместно с
кафедрой литейного производства НТУ «ХПИ» разработано новое экологическое
связующее на основе олигофурфурилоксисисиласанов (ОФОС) [1], представляю-
щее собой подвижную жидкость темно-коричневого цвета, которая отверждается
под действием кислотных отвердителей. Связующее не имеет в своем составе
ядовитых либо отравляющих веществ – типа мочевиноальдегидных либо феноло-
формальдегидных смол, которые изначально имеют в своем составе фенолы и
альдегиды и выделяют их при термической деструкции связующих во время заливки
формы расплавленным металлом. Карбамидоформальдегидофурановые смолы
кроме указаного выше свободного формальдегида и формальдегида, который по-
является при термической деструкции смолы, выделяют из газовой смеси в окру-
жающую среду оксиды азота от 1 до 4 %.
Целью данной работы является разработка технологического процесса на основе
олигофурфурилоксисилаксанов и определение эффективности работы таких раз-
личных кислотных катализаторов, как бензосульфокислота (БСК) и паратолуолсуль-
фокислота (ПТСК), сульфосалициловая кислота (ССК).
Известно, что прочность и другие свойства полимера зависят от химического
строения структуры. На поверхности формы должна быть такая структура, которая
не разрушалась бы по возможности дольше при высоких температурах. Высокую
прочность при затвердевании образуют полимеры, имеющие пространственную
сетчатую структуру, то есть наряду с продольными связями в их макромолекулах
имеются и поперечные связи. Именно этим требованиям и отвечает связующее на
основе олигофурфурилоксисилаксанов.
Связующее ОФОС можно получить разных модификаций с содержанием от 4
до 7 молей фурфурилоксигрупп. Были исследованы связующие MF4, MF5, MF6, в
составе которых содержалось 4, 5, 6 фурфурилоксигрупп соответственно.
Общими признаками способа получения фурановых олигомерных связующих для
ХТС являются получение продуктов конденсации и поликонденсации фурфурилового
спирта с кремнеорганичными соединениями – в частности, с тетраэтоксисиланом
(ТЭОС) или этоксисилоксанами (ЭТС-40, ЭТС-32) в присутствии воды и катализа-
тора – щелочного раствора металла (КОН) в этиловом или фурфуриловом спирте.
Процесс конденсации или поликонденсации проводится при мольном соотношении
этоксисилоксанов: фурфурилового спирта: воды, как 1: (3,9-1,5) : (0,05-1,25) с по-
следующим добавлением этоксисилоксанов в пределах 0,05-0,95 мас. частей.
Этот процесс получения олигофурфурилоксисилоксанов представляет собой сово-
купность процессов гидролиза и конденсации олигоэтокси- и олигофурфурилокси-
силоксанов и реакций переэтерификации олигоэтоксисилоксанов фурфуриловым
спиртом.
Здесь также усовершенствован способ получения холоднотвердеющих смесей
(ХТС) для литейного производства за счет применения активного катализатора,
ISSN 0235-5884. Процессы литья. 2010. № 6 (84) 29
Проблемы технологии формы
который существенно упрощает технологический процесс получения олигомерного
связующего в одну технологическую стадию в результате реакции переэтерифика-
ции этоксисилоксанов фурфуриловым спиртом в присутствии катализатора.
Процессы, происходящие в смесях, можно структурно описать следующим
образом:
При приготовлении смеси в качестве наполнителя использовали кварцевый пе-
сок марки 2К1О102 (ГОСТ 2138–91). Это обусловлено тем, что следует стремиться
к минимальному расходу смолы с учетом достижения достаточной общей и поверх-
ностной прочности. Желательно применение обогащенных песков с содержанием
глинистой составляющей не более 0,2 %.
Смесь готовили традиционным для ХТС способом. На 100 в. ч кварцевого песка
по ГОСТу 29234.0-91 добавляли 1,0 в. ч 50-70 %-ного водного раствора кислотного
катализатора, смесь тщательно перемешивали на протяжении 60 с, потом к этой
смеси добавляли 2 в. ч связующего и снова тщательно перемешивали на протяже-
нии 120 с. Смесь заформовывали в 9-местную пресс-форму, которая используется
для исследования свойств ХТС.
Были проведены исследования смесей на живучесть, газотворность, газопрони-
цаемость и осыпаемость. По полученным данным определили, что живучесть смесей
на основе связующих MF4, MF5 и MF6 (число показывает на степень полимериза-
ции) в присутствии катализаторов БСК, ПТСК и ССК находится в пределах 3-17 мин.
Время отверждения композиции зависит от концентрации катализатора, количе-
ства и его химической природы, а также от количества молей фурфурилоксигрупп
в связующем ОФОС. Причем, увеличение концентрации катализатора приводит к
уменьшению живучести. Влажность смесей зависит от концентрации катализатора:
при его увеличении она снижается. Газотворная способность находится в пределах
12,0-15 cм3/г, что несколько ниже допустимого параметра для ХТС. Прилипаемость
смеси к стержневому ящику и пригар минимальные. Осыпаемость всех смесей не-
значительная.
На рис. 1 приведена кинетическая зависимость нарастания прочности формо-
вочной и стержневой смесей с использованием связующего типа MF5 в присутствии
разных катализаторов.
Из графика видно, что прочность образцов, испытания которых проводились сразу
после извлечения из формы и по окончании некоторого времени (до 150 мин), уве-
личивается с уменьшением концентрации катализатора, то есть прочность образцов
30 ISSN 0235-5884. Процессы литья. 2010. № 6 (84)
Проблемы технологии формы
с катализатором, содержащим кислоты на 50 % выше, чем с содержанием кислоты
70 %. Это обусловлено большой активностью ионов водорода.
Необходимо обратить внимание, что образцы с катализатором ПТСК (50 %) в дан-
ном промежутке времени имеют большую прочность, чем образцы с катализатором
БСК (50 %). Первоначальная прочность образцов с катализатором ССК нарастает
Рис. 1. Кинетическая зависимость нарастания прочности смеси с
использованием связующего типа MF5 в присутствии различных
катализаторов
0
1
2
3
4
5
6
7
8
9
0 0,25 0,5 1 3 24
Время, мин
П
р
ед
ел
ь
н
ая
н
аг
р
уз
ка
, М
П
а
50% БСК
50% ПТСК
50% ССК
70% БСК
70% ПТСК
70% ССК
0 0,25 0,5 1 3 2,4
9
8
7
6
5
4
3
2
1
0
П
р
е
д
е
ль
н
ая
н
аг
р
уз
ка
, М
П
а
Время, мин
0
0,5
1
1,5
2
2,5
0 0,5 1 1,5 2 2,5 3
Время, ч
П
р
о
ч
н
о
ст
ь
н
а
сж
ат
и
е,
М
П
а
MF4
MF5
MF6
0 0,5 1 1,5 2 2,5 3
Время, ч
2,5
2
1,5
1
0,5
0
П
р
о
чн
о
ст
ь
н
а
сж
ат
и
е
, М
П
а
Рис. 2. Кинетическая зависимость нарастания прочности с ис-
пользованием связующего типа MF4, MF5, MF6 в присутствии
катализатора 70 % БСК
МF4
MF5
MF6
ISSN 0235-5884. Процессы литья. 2010. № 6 (84) 31
Проблемы технологии формы
медленнее, чем у образцов с катализаторами БСК и ПТСК, но через 24 ч она значи-
тельно выше. И стоимость катализатора ССК ниже, чем у других катализаторов.
Сравнивая прочность смесей с разными связующими (MF4, MF5 и MF6), можно
сделать вывод, что увеличение степени полимеризации n приводит к увеличению
прочности независимо от катализатора. Кинетическая зависимость нарастания
прочности с использованием связующего типа MF4, MF5, MF6 в присутствии ката-
лизатора 70 % БСК приведена на рис. 2.
Сравнительная оценка нарастания прочности смесей с использованием связую-
щего типа MF в присутствии различных катализаторов приведена на рис. 3.
Новое связующее для холоднотвердеющих смесей при заливке металла в форму
в результате термической деструкции выделяет в атмосферу СО2 и пары H2O, при
этом образуется твердый неорганический остаток SiO2, которые можно использо-
вать повторно.
Предложенные составы ХТС были апробированы в производственных условиях
на ОАО „Турбоатом” (г. Харьков), где показали свою высокую эффективность. Из-
готовленные стержни обладали не только высокими прочностными свойствами, но
и позволили уйти от такого брака, как пористость в отливках.
Выводы
• Использование ОФОС-связующих имеет следующие преимущества:
− упрощены технология получения олигомерного связующего и технология из-
готовления форм и стержней в условиях ХТС;
− обеспечены экологичность технологического процесса в результате отсутствия
выделения отравляющих и токсичных веществ как в «холодной» стадии процесса,
так и при заливке расплавленным металлом, охлаждении, выбивке и утилизации
формовочных смесей.
• Разработанный олигомер (ОФОС – связующее) для ХТС не уступает зарубеж-
ным аналогам по своим свойствам относительно скорости отверждения песчаных
смесей и скорости набора прочности на сжатие и разрыв.
• По технологическому признаку (циклу отверждения) предлагаются две группы
0
0,5
1
1,5
2
2,5
3
3,5
4
4,5
5
0 0,5 1 1,5 2 2,5 3
Время, ч
П
р
о
ч
н
о
с
ть
н
а
с
ж
а
ти
е
,
М
П
а
50% БСК
50% ПТСК
50% ССК
0 0,5 1 1,5 2 2,5 3
Время, ч
5
4,5
4
3
3, 5
0
2,5
1, 5
2
1
0,5П
р
о
чн
о
ст
ь
н
а
сж
ат
и
е
, М
П
а
Рис. 3. Сравнительная оценка разных катализаторов для MF5
32 ISSN 0235-5884. Процессы литья. 2010. № 6 (84)
Проблемы технологии формы
составов: для смесей с нормальным циклом отверждения ОФОС-N (20-40 мин) и
ускоренным циклом отверждения ОФОС-S ( 5-10 мин). Кроме того, разработаны
меры по замедлению скорости отверждения при температуре песка и воздуха свыше
30 0 С и ее увеличению при низких температурах.
• Высокие экономические факторы – цена формовочных смесей для форм и
стержней, возможность экономии металла за счет повышения точности литья,
снижение толщины стенок, улучшение поверхности отливок и быстрое рассыпание
стержней при извлечении изделий из форм.
1. Пат. 23593, Україна. Спосіб одержання холоднотвердіючих сумішей / А. М. Каратєєв,
О. І. Пономаренко, Н. С. Євтушенко та ін. – Опубл. 25.05.2007, Бюл. № 7.
2. Медведев Я. И., Валисовский И.В . Технологические испытания формовочных мате-
риалов. – М.: Машиностроение. – 1973. − 312 с.
Поступила 24.06.2010
Вниманию читателей и подписчикоВ!
редакция журнала «Металл и литье Украины» изменила адрес.
Статьи для печати в журнале «Металл и литье Украины» необхо-
димо высылать по адресу: Украина, 03680, г. Киев-142, пр. Вернад-
ского, 34/1, Физико-технологический институт металлов и сплавов
НАН Украины.
Телефоны: (044) 424-12-50; факс: (044) 424-35-15,
E-mail: mlu@ptima.kiev.ua
продолжается подписка журнала на 2011 год
(возможна электронная версия)
Для того чтобы подписаться на журнал через редакцию, необходимо напра-
вить письмо-запрос или факс в адрес редакции. Счет-фактура согласно запро-
су высылается письмом или по факсу.
Стоимость одного журнала – 28 грн.
Годовая подписка – 336 грн. (для Украины).
Годовая подписка для зарубежных стран – 90 $.
Редакция также может подготовить
заказной номер журнала
Ориентировочная стоимость заказного номера - 6750 грн.
( объем до 5 уч.- изд. л. )
Ориентировочная стоимость заказного
спаренного номера – 13000 грн.
( объем до 10 уч.- изд. л. )
|
| id | nasplib_isofts_kiev_ua-123456789-49846 |
| institution | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| issn | 0235-5884 |
| language | Russian |
| last_indexed | 2025-11-24T11:41:29Z |
| publishDate | 2010 |
| publisher | Фізико-технологічний інститут металів та сплавів НАН України |
| record_format | dspace |
| spelling | Пономаренко, О.И. Каратеев, А.М. Евтушенко, Н.С. Бережная, А.В. 2013-09-28T20:26:30Z 2013-09-28T20:26:30Z 2010 Использование смолы ОФОС в литейном производстве / О.И. Пономаренко, А.М. Каратеев, Н.С. Евтушенко, А.В. Бережная // Процессы литья. — 2010. — № 6. — С. 27-32. — Бібліогр.: 2 назв. — рос. 0235-5884 https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/49846 621.744.3 Проведенные исследования по методикам, согласно ГОСТу, на прочность, живучесть, газотворность, газопроницаемость, осыпаемость, прилипаемость, выбиваемость и пригар, связанные с использованием смол для химически твердеющих смесей (ХТС) на основе олигофурфурилоксисилаксанов (ОФОС) с кислым отвердителем, показали целесообразность их применения в литейных цехах заводов. Дослідження, які проведені за методиками, згідно з ДСТом, на міцність, живучість, газотвірність, газопроникність, осипаємість, прилипаємість, вибиваємість та пригар, пов`язани з використанням смол хімічно твердіючіх сумішей (ХТС) на основі олігофурфурилоксисилаксанів (ОФОС) з кислим затверджувачем, показали доцільність їх застосування в ливарних цехах заводів. Install researches on use of pitches on a basis oligofurfuriloxisilicone (OFOS) ether with acid curing agent are carried out have shown their expediency for introduction in foundry shops of the factories. Researches install on method by strength, live of molding mixture, gasify, gas ran through, strew falling, stickiness, beat out ability and metals penetration. ru Фізико-технологічний інститут металів та сплавів НАН України Процессы литья Проблемы технологии формы Использование смолы ОФОС в литейном производстве Article published earlier |
| spellingShingle | Использование смолы ОФОС в литейном производстве Пономаренко, О.И. Каратеев, А.М. Евтушенко, Н.С. Бережная, А.В. Проблемы технологии формы |
| title | Использование смолы ОФОС в литейном производстве |
| title_full | Использование смолы ОФОС в литейном производстве |
| title_fullStr | Использование смолы ОФОС в литейном производстве |
| title_full_unstemmed | Использование смолы ОФОС в литейном производстве |
| title_short | Использование смолы ОФОС в литейном производстве |
| title_sort | использование смолы офос в литейном производстве |
| topic | Проблемы технологии формы |
| topic_facet | Проблемы технологии формы |
| url | https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/49846 |
| work_keys_str_mv | AT ponomarenkooi ispolʹzovaniesmolyofosvliteinomproizvodstve AT karateevam ispolʹzovaniesmolyofosvliteinomproizvodstve AT evtušenkons ispolʹzovaniesmolyofosvliteinomproizvodstve AT berežnaâav ispolʹzovaniesmolyofosvliteinomproizvodstve |