синтетическое смоляное связующее, отверждаемое кислотными катализаторами, для изготовления литейных стержней и форм в холодной оснастке

Формула изобретения

1. СИНТЕТИЧЕСКОЕ СМОЛЯНОЕ СВЯЗУЮЩЕЕ, ОТВЕРЖДАЕМОЕ КИСЛОТНЫМИ КАТАЛИЗАТОРАМИ, ДЛЯ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ЛИТЕЙНЫХ СТЕРЖНЕЙ И ФОРМ В ХОЛОДНОЙ ОСНАСТКЕ, включающее фенолформадегидный олигомер резольного типа и силан, отличающееся тем, что в качестве фенолформальдегидного олигомера резольного типа оно содержит продукт, полученный щелочной конденсацией фенола, формальдегида и дифенилолпропана, при молярном соотношении фенола, дифенилолпропана и формальдегида соответственно 1 (0,02 0,42) (1,6 2,5), а связующее дополнительно содержит карбамид при следующем соотношении компонентов, мас.

Силан 0,3 0,5

Карбамид 0,5 3,5

Упомянутый фенолформальдегидный олигометр Остальное

2. Связующее по п. 1, отличающееся тем, что в качестве силана оно содержит -аминопропилтриэтоксисилан.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к литейному производству, а именно к составам кислотноотверждаемых при нормальной температуре синтетических смоляных связующих, используемых в стержневых и формовочных смесях при изготовлении литейных стержней и форм.

Известно синтетическое смоляное связующее, представляющее собой фенолоформальдегидный олигомер щелочной конденсации, получаемый синтезом 100 мас. фенола и кубового остатка при производстве бисфенола "А", взятых в массовом соотношении (7-2): (3-8) и 16-78 мас. фоpмальдегида [1] Указанное связующее предназначено для использования в составах песчаных смесей для изготовления литейных стержней и форм в нагреваемой оснастке. Использование этого связующего для изготовления стержней в холодной оснастке (с применением кислотных катализаторов) не приводит к положительному результату.

Известно синтетическое смоляное связующее, отверждаемое кислотным катализатором, для изготовления литейных стержней и форм, представляющее собой фенолоформальдегидный олигомер щелочной конденсации резольного типа при исходном мольном соотношении фенола и формальдегида, равном 1:1,2 (смола ОФ-1) [2]

Для повышения прочности стержней и форм при использовании холоднотвердеющих песчаных смесей со связующим ОФ-1 в смолу ОФ-1 вводят добавку силана, например аминосилана АГМ-9 [3]

Это известное решение принято в качестве прототипа как наиболее близкое по технической сущности и достигаемому результату. Песчаная холоднотвердеющая смесь со связующим [3] согласно прототипу обеспечивает достижение весьма высокого уровня прочности на сжатие стержней и форм, однако наряду с этим стержни и формы обладают повышенной хрупкостью, что служит причиной нередкого их брака из-за поломок при извлечении из оснастки, а также в процессе транспортировки за подъемы. Кроме того связующее ОФ-1 характеризуется высоким содержанием свободного фенола (до 15 мас.), что ухудшает санитарно-гигиенические условия труда в литейном цехе.

Целью изобретения является повышение качества стержней и форм за счет снижения их хрупкости, а также улучшение санитарно-гигиенических условий труда.

Цель достигается тем, что синтетическое смоляное связующее, отверждаемое кислотными катализаторами, для изготовления литейных стержней и форм в холодной оснастке, включающее фенолоформальдегидный олигомер резольного типа, полученный щелочной конденсацией исходных продуктов фенола и формальдегида, и силан, отличается тем, что исходные продукты конденсации олигомера дополнительно содержат дифенилолпропан при мольном соотношении фенола, дифенилолпропана и формальдегида соответственно 1:(0,02-0,42) (1,6-2,5), а связующее дополнительно содержит карбамид при следующем соотношении ингредиентов в составе связующего, мас. Силан 0,3-0,5 Карбамид 0,5-3,0 Фенолоформаль- дегидный олигомер Остальное.

В качестве силанов возможно использование кремнийорганических мономеров с активными функциональными группами (амино-, фенокси- и др.) например гамма-аминопропилтриэтоксисилана (технический продукт АГМ-9).

При синтезе олигомера используют формальдегид в виде технического формалина 37%-ной или 50%-ной концентрации или в виде параформа.

Дифенилолпропан HOC₆H₄C(CH₃)₂C₆Н₄OH (мольная масса 228) используется в виде технического продукта согласно ГОСТ 12138-86.

В состав связующего входит также технический карбамид (ГОСТ 2081-75).

П р и м е р. Связующее, представляющее собой продукт поликонденсации фенола, дифенилолпропана, формальдегида, модифицированный силаном и карбамидом, получали следующим образом.

Реакцию поликонденсации мономеров в щелочной среде проводили в реакторе, представляющем собой вертикальный цилиндрический аппарат со сферическим днищем, снабженным рамной мешалкой, воздушкой и рубашкой, объемом 5 м³.

Рецептура загрузки сырья в аппарат дана в табл.1.

В реактор заливали формалин из мерника, включали мешалку и при непрерывном перемешивании загружали фенол, дифенилопропан, раствор едкого натра в количествах, предусмотренных рецептурой загрузки. Постепенно температуру реакционной массы в реакторе поднимали за счет подачи пара в рубашку реактора. Конденсацию смолы вели при 90^оС 1,5 ч. Далее содержимое реактора охлаждали до температуры не более 45^оС подачей охлаждающей воды в рубашку реактора. В охлажденную смолу загружали продукт АГМ-9 и карбамид согласно приведенной рецептуре, смолу перемешивали в течение 15-20 мин. По вышеприведенной технологии изготовили 9 образцов связующих различного состава.

Составы связующего на изобретение приведены в табл.2.

Связующие N 1-3 и 6-7 (табл.2) соответствуют изобретению, причем N 2 отвечает среднеарифметическим показателям изменяющихся ингредиентов, N 1 и 3 граничным значениям мольных соотношений в олигомере, N 6 и 7 граничным значениям ингредиентов в связующем.

Связующие NN 4 и 5 соответствуют запредельным значениям мольных соотношений в олигомере, а N 8 и 9 запредельным значениям по содержанию ингредиентов.

Связующее N 10 соответствует прототипу [3]

В табл. 3 приведены условная вязкость (по ВЗ-246, 20^оС, с) и содержание свободных фенола и формальдегида в связующих NN 1-10.

Песчано-смоляные смеси готовили в бегунах, куда загружали сначала песок и отвердитель, перемешивали 2 мин, затем загружали связующее и перемешивали еще 2 мин. Для проведения физико-механических испытаний готовили стандартные образцы-восьмерки, для чего в стержневой ящик вручную набивали приготовленную песчано-смоляную смесь. Образцы извлекали из ящика через 30 мин и определяли прочность образцов через 1, 4 и 24 ч отверждения на воздухе.

В табл. 4 приведены показатели прочности смесей на сжатие (_с) и растяжение ( _р), а также показатели хрупкости, оцениваемые соотношением _с/ _р (чем выше эта величина, тем выше хрупкость смесей), а также по величине деформации при изгибе, т.е. прогибе образца, мм (чем меньше прогиб, тем выше хрупкость).

Из анализа данных табл.4 следует, что при запредельных значениях мольных соотношений фенола, дифенилолпропана и формальдегида при синтезе олигомера (связующее и соответственно смеси N 4 и 5), а также при запредельных соотношениях содержания ингредиентов в связующем (связующее и соответственно смеси N 8 и 9) не достигается заданного снижения хрупкости отвержденных смесей. Достигаемое снижение хрупкости в смесях с использованием связующего по изобретению (NN 1-3 и 6,7 в табл. N 2 и 4) составляет: исходя из соотношения _с/ _р 7,5-15,8% через 1 ч и 5-15% через 24 ч; исходя из величины прогиба при изгибе 11,7-47,0 через 4 ч и 12-50% через 24 ч.

Содержание свободного фенола в связующем по изобретению составляет 2,4-3,8 мас. (связующие NN 1-3 и 6,7 в табл.3), тогда как в связующем по прототипу оно достигает 15%

Таким образом реализация изобретения позволит уменьшить хрупкость стержней и форм и улучшить санитарно-гигиенические условия труда в рабочих зонах стержневых, формовочных и заливочных участков в литейных цехах.