, У всіх випадках необхідно, щоб властивості сполук забезпечували одержання високоякісних моделей при одночасній технологічності сполук (простоті їх готування, зручності використання, можливості утилізації).
Нижче наведені найбільш універсальні вимоги до модельних сполук
1.
Сполука повинен точно відтворювати конфігурацію робочої порожнини прес-форми і її поверхні, не прилипати до прес-форми. Поверхня моделі повинна бути чистої, глянсової
2.
Після затвердіння в прес-формі сполука повинен мати твердість і міцність достатні для того, щоб моделі не деформувалися й не ушкоджувалися на всіх технологічні операціях
3.
Усадка сполуки при охолодженні й розширення його при нагріванні повинні бути мінімальними й стабільними
4.
Сполука повинен бути нескладним у готуванні, мати Мінімальне число компонентів, бажане недорогих і недефи-цитних.
5.
Температура плавлень модельної сполуки повинна бути Невисокої, у межах 60 -‘100С. У цьому випадку полегшує изго* -товление моделей і видалення їх з порожнини ливарних форм. Одночасно температура початку розм`якшення сполуки повинна’ бути -не нижче 32-35 С, тобто на 10-15
З перевищувати температуру поме* щений, у яких виготовляють, зберігають моделі, збирають у блоки й наносять на них суспензію
6. Виплавлювана модельна сполука повинен мати гарну жидкотекучестью в розплавленому: стані для полегшення виготовлення моделей і виплавления їх з форм
7.
Модельні сполуки, запрессовиваемие в пастообразном (вязкопластичном) стані, повинні мати в цьому стані гарною плинністю, що дозволяє одержувати моделі із чітким проробленням контурів порожнини прес-форми і її поверхні при малих тисках пресування
8.
Тривалість затвердіння модельної сполуки в прес-формі повинна бути мінімальної
9.
Щільність сполуки повинна бути невисокої. Бажане, щоб вона була менш 1000 кг/м
. Це полегшує роботу з модельними блоками, зменшує оц£сн
власної маси моделей, а при виплавлении моделей у гарячій воді сприяє кращому відділенню модельної сполуки для повторного використання
10.
Хімічна взаємодія сполуки з матеріалом прес-форм, а також зі сполучним розчином і вогнетривкою основою суспензії неприпустимо.
11.
Модельна сполука повинен добре змочуватися суспензією
12.
Гарне споювання модельної сполуки досить бажане, тому що це полегшує складання блоків припаюванням і сполука складних моделей, виготовлених по частинах
13.
Зольність модельної сполуки повинна бути мінімальної
14.
Структура сполуки повинна бути механічно однорідної
15.
Бажане, щоб модельнийсостав був придатним для багаторазового повторного використання, втрати його в процесі застосування були мінімальними, а технологічні властивості не погіршувалися при роботі й зберіганні
16.
Модельна сполука в будь-якому стані повинен бути нешкідливим для здоров`я працюючих (у твердому, розплавленому, пароподібному виді), також як і продукти його деструкції, що утворюються, наприклад, при прожарюванні форм. Відходи модельної сполуки не повинні забруднювати навколишнє середовище
Недостатня відповідність властивостей модельних сполук оптимальним властивостям є однією з найважливіших причин високої трудомісткості виготовлення моделей і складання блоків у ряді галузей промисловості, невисокої розмірної точності виливків, значного шлюбу моделей і дефектів оболонок форм, пов`язаних з недоліками модельних сполук. Недоліки застосовуваних модельних сполук — одна із причин значних технологічних втрат на основних операціях процесу лиття по виплавлюваних моделях, Наочною характеристикою цих втрат служить коефіцієнт використання моделей (Кимо), який на ряді підприємств не перевищує 0,5, що вказує не необхідність виготовлення зе менш двох моделей для одержання одному придатного виливка [107}. : Скасовані вище обставини, а також возросшиетребования до якості виливків, виготовлених методом лиття по виплавлюваних моделях, є причиною робіт, що не припиняються, по вдосконалюванню застосовуваних і изисканню-нових модельних сполук
.
МАТЕРІАЛИ ДЛЯ МОДЕЛЬНИХ СПОЛУК
У вітчизняній практиці лиття по виплавлюваним, моделям найбільше часто використовують парафін, церезин, буроугольнийзвоск; торф`яний віск, каніфоль, карбамід, азотні й азотнокислі солі лужних металів, стеарин. Є досвід використання, у якості добавок полиєтилена звичайного й поліетиленових восков, етилцелюлози, триєтаноламина, дибутилфталата, полівінілового спирту. Освоюється у виробничих умовах виготовлення випалюваних моделей з полістиролу для вспенивания. Нижче наведені короткі відомості про ці матеріали
Парафін — суміш твердих насичених (граничних) вуглеводнів метанового ряду З
п
Н
2
„
+
2, одержують головним чином при сублімації парафінових і високопарафинових нефтей, а також сухою перегонкою бурого вугілля й горючих сланців. Синтетичний парафін виготовляють шляхом відновлення окису вуглецю воднем. У процесі одержання так званого товарного парафіну відокремлюють масла й низкоплавкие парафини. Відповідно до ДЕРЖСТАНДАРТ 23683—79 парафини нафтові тверді по ступеню очищення розділяють на високоочищенние, очищені й неочищені. Залежно від застосування стандартом передбачені наступні марки парафинов: П-1, П-2 і П-3 — високоочищенние, призначені для харчової промисловості; В
х
, В
2
, В
3
, В
4
, В
5
— високоочищенние, призначені для використання в різних галузях народного господарства; Т и С — очищені технічного призначення (З — спеціально для виробництва синтетичних жирних кислот у нафтохімічній промисловості); Н
з
і Н
в
— неочищені технічного призначення, використовувані звичайно при виготовленні сірників і товарів побутової хімії (Н
з
), або у виробництві а-оле-финов (Н
в
). Чистий парафін являє собою білу воскоподобную масу кристалічної будови. Температура плавлення нафтових парафинов залежно від ступеня їх очищення змінюється в межах 42—62 °С. Щільність парафинов при 15 °С змінюється від 881—905 (у неочищених) до 907—915 кг/м
3
(в очищених). Деякі властивості парафинов наведені в табл. 5.4.
Для модельних сполук застосовують звичайно очищений технй-ческий білий парафін, що містить не більш 2,3 % масла, що поставляється у вигляді плиток масою 8—12 кг. З метою підвищення теплотривкості й міцності модельних сполук переважно використовувати високоплавкий глубокообезмасленний парафін. Однак для додання сполуці більшої пластичності а ряді випадків застосовують сірниковий парафін, що містить до 5 % масла. Парафін практично не розчинимо в сполучних розчинах єтилсиликата, слабко розчинний в абсолютному спирті, добре розчинний в ефірі, беязолв, сірковуглеці. Зольність парафіну не перевищує 0,1 % по масі. Парафін — один з найбільш дешевих і недефіцитних компонентів виплавлюваних модельних сполук, однак він розм`якшується при температурі ~30 °С, тендітний, має низьку міцність, схильний до вспениванию в розплавленому стані й до утвору усадочних раковин при затвердінні, в.тому числі — поверхневих (утяжин), внаслідок чого його використовують при виготовленні моделей у суміші з іншими матеріалами
Церезин — суміш твердих вуглеводнів граничного (метанового) ряду, одержують кислотно-контактним очищенням нафтового неочищеного церезину, парафінистої пробки або їх суміші. Церезин являє собою однорідну масу білого або жовтого кольори, що не має заходу, без помітних механічних домішок, по зовнішньому вигляду, що нагадує віск. На відміну від крупнокристаллического парафіну чистий церезин складається із дрібних кристалів голчастої форми. Товарний церезин випускають по.
Норма для марок
Показник | Високоочищенние | Очищені | Неочі щенние | |||||||||
П-1 | П-2 | П-3 | в, | в 2 | Вз | В 4 | в„ | т | з | н з | н в | |
Зовнішній вид | Кристалічна маса білого | кольору | Кристал. лическая. маса білого кольору,. допу. скается. желто. ватий. відтінок | Кристалічна маса від світле-, жовтого до ясно-коричневого кольору | ||||||||
Т пл. °З,. не нижче | 54 | 52 | 50 | 50-. 52 | 52-. 54 | 54-. 56 | 56-. 58 | 58-. 62 | 50 | 45-. 52 | 42 | 57 |
Масова частка масла, %, не більш | 0,45 | 0,9 | 2,0 | 0,8 | 0,45 | 0,45 | 0,45 | 0,5 | 2,3 | 2,2 | 5,0 | 2,3 |
Глибина проникнення голки при 25°С и масі вантажу 100 г, мм, не більш | 18 | 16 | 14 | 13 | 12 | |||||||
ДЕРЖСТАНДАРТ 2488—79 чотирьох марок: 65, 70, 75 і 80. Марка церезину характеризує температуру його каплепадения (65—70 °С для марки 65, 70—75 °С для марки 70, 75—80 °С для марки 75 і 80—85 °С для марки 80). Відповідно до зазначеного стандарту для всіх марок установлені наступні вимоги: відсутність води, а також водорозчинних кислот і лугів; не більш 0,02 % масової частки механічних домішок, не більш 0,02 % масової частки золи; кислотне число — не більш 0,1 мг КІН на 1 г церезину. Церезин не повинен, містити летучих компонентів, температура кипіння його вище 400 °С, а температура спалаху 260 °С. Церезини різних марок суттєво різняться по твердості. Твердість, певна, як і для парафіну ( за ДСТ 23683—79, п. 5.7), по глибині проникнення голки на лабораторному пинетрометре ЛП-1 ( ДЕРЖСТАНДАРТ 1440—78), змінюється від 1,6 мм для марки 80 до 3 мм для марки 65 (не більш зазначених значень).
Церезин синтетичний високоплавкяй відповідно до ДЕРЖСТАНДАРТ 7658—74 випускають чотирьох марок: конденсаторний, 100, 93 і 90. Більш тугоплавкий синтетичний церезин одержав останнім часом найбільше застосування в модельні сполуках
Церезин має більш високу в порівнянні з парафіном температуру початку розм`якшення, менш схильний до деформації. Наприклад,коНсольно закріплені в горизонтальному положенні зразки діаметром 6 мм і довжиною 50 мм, виконані із церезину марки 80, мали при температурі 20—25 °С прогин в 20—30 раз менший, чому такі ж зразки з парафіну. Церезин не вступає у взаємодію з гидролизованним розчином єтилсиликата. Зольність церезину не перевищує 0,03 %, щільність 910—940 кг/м
3
. До недоліків церезину ставляться його порівняно невисокі міцність і твердість, мала пластичність, значна лінійна усадка ( до 3,5 %).
Буроугольний віск (монтан-віск, монтанит, гірський віск) — суміш складних вуглеводнів, одержують із бітумінозного бурого вугілля. Спочатку обробляють буре вугілля розчинником, потім відганяють останній, у результаті чого залишається буроугольний віск, до складу якого входять воскообразние, смоляні й асфальтообразние речовини. Залежно від природи вихідного бурого вугілля, застосовуваного розчинника, а також особливостей процесу екстракції й подальшої обробки воску властивості його можуть змінюватися в значнихмежах
Воскова кристалічна основа забезпечує гарні механічні властивості й здатність відтворювати в моделях глянсову поверхню прес-форм, домішки підвищують міцність і теплотривкість. Буроугольний віск добре сплавляється з парафіном, церезином, торф`яним і деякими синтетичними восками, не взаємодіє з гидролизованними розчинами єтилсиликата. Вітчизняна промисловість по ТУ 39-01-232—76 поставляє віск, одержуваний з бурих вугіль Південно-Уральського родовища. Групова сполука буроугольного воску, % по масі: 82,5 вос-ков; 8,6 парафинов, 6,8 масел; 2,1 асфальтенов. Зольність буроугольних восков ~0,1 %, температура каплепадения ( ДЕРЖСТАНДАРТ 6793—74) 88—89 °С, число омилення 100 мг КІН/г ( ДЕРЖСТАНДАРТ 21749—76), кислотне число 32 мг КІН/г ( ДЕРЖСТАНДАРТ 5985—79).
Торф`яний віск — складна суміш вуглеводнів і деяких їх похідних. Єлектронограмми складових торф`яного воску показують, що кристалічна частина його складається з воску й парафинов, а аморфна включає асфальтени й масла. Торф`яний віск (бітум), вироблений на заводі гірського воску (Мінська обл., БССР), містить ~56 % восков, 23 % парафинов, 20 % масел і до 1 % асфальтенов. Температура плавлення його не менш 70 °С, він добре сплавляється з парафіном, церезином, буроугольним воском. Асфальтени, що втримуються як у торф`яному, так і в буроугольном воску, при нагріванні не розм`якшуються, а набухають, виділяють газоподібні продукти й спікаються. При наявності асфальтенов у восках підвищується твердість і крихкість останніх. Через дефіцитність торф`яного воску застосування його в модельних сполуках обмежене
Стеарин — суміш твердих жирних кислот. Основа його — стеаринова кислота, а в якості домішок утримуються переважно пальметиновая й олеиновая кислоти. Стеаринова кислота СН
3
(СН
2
)
1в
СООН — насичена одноосновна жирна кислота,.
являє собою безбарвну кристалічну масу з температурою плавлення 69,6 °С, розчинну в органічних розчинниках. Одержують стеарин із тваринних жирів, а також з гідрованих рослинних олій розщепленням їх на жирні кислоти й гліцерин з наступною дистиляцією жирних кислот або без неї. Для виготовлення моделей застосовують звичайно дистильований стеарин першого й другого сортів
Стеарин як компонент модельних сполук має наступні істотні недоліки: схильністю до взаємодії до гидролизованним розчином єтилсиликата, що приводить до утвору дефектів на поверхні виливків; омиленням при виплавлении в гарячій воді. Крім того, вартість стеарину висока й він дефіцитний, тому що виходить із харчових продуктів. Тому сполуки зі стеарином не можуть бути рекомендовані. Їх заміняють сполуками на основі парафіну із церезином, буроугольним воском, синтетичними восками й іншими компонентами, наприклад ПЦБКо 70-12-13-5 (Р-3), ИПЛ-2, МВС-19А.
Каніфоль (гарпиус) — тверда складова частина смолистих речовин хвойних дерев, містить 80—95 % смоляних кислот (загальна формула З
19
Н
29
СООН), решта — нейтральні неомиляе- мие речовини. Являє собою тендітна склоподібна речовина щільністю 1007—1085 кг/м
3
, що міняє колір залежно від сполуки й методу обробки від ясно-жовтого (майже безбарвного) до темно-бурого. При нагріванні в інтервалі температур 52—70 °С каніфоль розм`якшується. Вона нерозчинна у воді, але добре розчиняється в ефірі, спирті, ацетоні, скипидарі, бензолі, жирних маслах. Для модельних сполук використовують звичайно соснову каніфоль вищого й першого сортів ( ДЕРЖСТАНДАРТ 19113—73) зольністю не більш 0,04 % і з температурою розм`якшення не менш 66 °С. Соснову каніфоль одержують або після відгону з водяною парою летучої частини соснової смоли (живичная каніфоль), або безпосереднім витягом (екстракцією) бензином із соснової смоли (екстракційна каніфоль). У модельних сполуках каніфоль застосовують звичайно в комбінації з парафіном, церезином, полістиролом, полиєтиленом.
Карбамід З (NH
2
)
2
або повний амід вугільної кислагги (технічна сечовина) — кристалічний, добре розчинний у воді матеріал білого або ясно-жовтого кольори (щільність 1335 кг/м
3
). Одержують карбамід нагріванням аміаку й вуглекислого газу до 150 °С при тиску до 45 МПа.
Карбамід плавиться при температурі 129—134 °С и в розплавленому стані має високу жидкотекучесгъю; добре заповнює порожнини форм без застосування тиску. Швидко прохолоджуючись у металевій прес-формі, карбамід затвердевает, утворюючи міцну й точну ( через незначну усадку) модель із гладкою поверхнею. Коштовною технологічною властивістю карбаміду є те, що при нагріванні він не має стадії розм`якшення, тому моделі; і стрижні з карбаміду не деформуються при підвищенні температури до 100 °С, наприклад, при заливанні карбамідних стрижнів, що віддаляються розчиненням у воді, воскообразними модельними сполуками
На основі парафіну ( при виконанні в моделях складних, вигнутих або порожнин, що розширюються).
Карбамід ( ДЕРЖСТАНДАРТ 2081—75) випускають двох марок: А — для промисловості й тваринництва, Б — для сільського господарства. Для моделей рекомендується продукт марки А, що поставляється у вигляді кристалів або гранул білого кольору, що містять, % по масі: не менш 46,3 азоту, у перерахуванні на суху речовину, не більш 0,6 биу-рета; 0,01—0,02 вільного аміаку, ие більш 0,2 води й не більш 0,005 нерозчинних у воді речовин
Азотні й азотнокислі солі лужних металів— нітрати й нітрити калію й натрію — використовують у деяких водорозчинних модельних сполуках
Нітрат натрію Nan0
3
(натрієва, або чилійська, селітра) — кристалічна речовина щільністю -—2100 кг/м
3
, з температурою плавлення 308 °С. При нагріванні вишеєтой температури розкладає спочатку з виділенням нітрату натрію Nan0
2
, а потім з виділенням азоту й утвором Na
2
0. Натуральна селітра має домішки інших солей (Nacl, Na
2
S0
4
); легко розчиняється у воді. Натрієву селітру одержують головним чином синтетично, нейтралізацією азотної кислоти
Нітрат калію KNO
s
(калієва селітра) — кристалічна речовина щільністю 1900—2100 кг/м
3
, з температурою плавлення 339 °С. При нагріванні вище цієї температури виділяється кисень і відбувається утвір нітриту калію KN0
2
, подальше нагрівання до більш високих температур приводить до розкладання солі з виділенням азоту. Нітрат калію добре розчиняється у воді, особливо в гарячій. У природі зустрічається звичайно в суміші з іншими солями. Одержують його в більшості випадків штучно з нітрату иатрия.
Полістирол — синтетичний термопластичний материал. одержуваний полімеризацією стиролу (З
2
Н
5
-СН-СН-СН
2
). Залежно від методів виготовлення розрізняють блоковий і емульсійний полістироли. Для виготовлення модельних сполук слід застосовувати блоковий полістирол одмінний великий чистовий і малою зольністю (~0,04 %), значно меншої, чому в емульсійного (0,48 %).
Полістирол ( ДЕРЖСТАНДАРТ 20282—74) має аморфну структуру, безбарвний, має практично абсолютну водостійкість, високу хімічну стійкість до кислот і лугам, не розчинимо в спиртах і бензині, розчинний в ароматичних вуглеводнях і багатьох ефірах. При звичайній температурі полістирол являє собою тверда пружна речовина щільністю 1050—1070 кг/м
3
. Теплостійкість його (звичайно 70—80 °С) значно знижується зі збільшенням змісту мономера (стиролу). Низькомолекулярні полімери маломіцні й тендітні, але в міру збільшення ступені полімеризації зростає їхня міцність і знижується крихкість
Перевага низькомолекулярних полістиролів у тому, що при нагріванні вони легко переходять у грузлу рідину. Це дозволяє відливати моделі з низькомолекулярного полістиролу без застосування високого тиску й значного перегріву. Високомолекулярні полістироли при нагріванні не плавляться, а при температурі 80—150 °С переходять у високоєластичное, каучукоподобное стан. Моделі з полістиролу й сполук на його основі можна виготовляти на спеціальних литьевих машинах (наприклад термопластових машинах) при температурі 180—230 °С и тиску 50— 200 МПа.
Полістирол для вспенивания — синтетичний полімерний матеріал у вигляді кулястих безбарвних або мутнобелих гранул діаметром від 0,1 до 4—5 мм. Кожна гранула складається з безлічі замкнених гнізд, заповнених порообразователем — легко паркою рідиною (звичайно изопентаном). У процесі нагрівання при 80—90 °С полістирольна основа гранул розм`якшується, а изопентан, що має температуру кипіння ~28°С, перетворюючись у пару натискає на пластифицированную оболонку гнізд, і гранули спінюються, значно збільшуючи свій об`єм
За технологією, застосовуваної на Охтинском НПО «Пластполимёр», гранули полістиролу для вспенивания одержують беспрессовим методом уводячи изопентан у процесі суспензионной полімеризації стиролу. Властивості отриманого продукту багато в чому залежать від молекулярної маси полімеру (вона може змінюватися в межах 30 000— 60 000), кількості введеного изопентана (звичайно 3—5 %) і кількості залишкового мономера, яке намагаються обмежити 0,1—0,35 %, тому що стирол токсичний, а при змісті в гранулах більш 0,5 % він викликає їхнє злипання. Для виготовлення ливарних моделей, відповідно до ТУ 6-05-1650—73 випускається полістирол суспензионний для вспенивания, ливарний ( ПСВ-Л). Спеціально для виливка пенополистиролових моделей під тиском в Охтинском НПО «Лластгголимер» розроблений полістирол марки ПСВ-ЛД (ТУ 6-05-05-148—81).
Полиєтилен — синтетичний полімер, сполука якого відповідає загальній формулі [(-‘Chj-chj—)]*• П
<ш#тйЛ1й —>
тверда однорідна, напівпрозора безбарвна Речовина, еШбй* щее із кристалічної й аморфної фаз. Прн швидкому охлаЩёййй розплаву полиєтилена він повністю переходить в аморфне з6?Ьй* ниё стає м`яким, здобуваючи В`язкість прй звичайні* температурах. Аморфний стан полиєтилена досить хитливо, я Вй кристалізується, не переходячи, однакЬ, повністю В Кристалічний Стан. Кристалічна фаза в полиєтилене Визначає його твердість і теплостійкість, а присутність аморфної фаВИ Надає йому властивість високої еластичності
Звичайний високомолекулярний полиєтилен з молекулярною масою до 35 000 має температуру плавлення 110—130 °С залежно від методу одержання. Він твердий і міцний, еластичний, стійкий проти деформації при температурі до 90 °С, стійок до впливу вологи, зольність його не перевищує 0,08 %, щільність 920—950 кг/м*. Полиєтилен стійкий до дії лугів, соляний і органічних кислот, не взаємодіє з гидролизованними розчинами єтил-силікату, дещев. При температурі вище 80 °С розчиняється у вуглеводнях. Процес полімеризації єтилена (Н
а
З = СН?) може бути здійснений при високому ( до 250 МПа) і низькому тисках. Відповідно розрізняють полиєтилени високого тиску ( ДЕРЖСТАНДАРТ 16337—77 Е) і низького ( ДЕРЖСТАНДАРТ 16338—77). Істотні недоліки полиєтилена — значна лінійна усадка ( до 4 %) і порівняно висока в`язкість у розплавленому стані
В останні роки набули застосування так звані поліетиленові воски добавки, що як поліпшують, у виплавлювані модельні сполуки, наприклад, на основі парафіну (МВС-15 і ін.). Поліетиленові воски являють собою низькомолекулярні полиєтилени (молекулярна маса 2000—3000), одержувані термічною деструкцією полиєтилена високого тиску, мають температуру плавлення 95—110°С, відрізняються малою зольністю. Властивості деяких поліетиленових восков, що поставляються відповідно до ТУ 6-05-1516—72, наведені в табл. 5.5.
.
Таблиця 5.5.
Властивості деяких поліетиленових восков
Поліці леновий. віск | Температура кап-лепаде-ния по Уббелоде, °З | В`язкість при 140°С, сП | Твердість по пенетре-метру, мм прн 25 °З | Щільність при 20 °С, кг/м 8 | Зольність, % | Кислотне число, мг КІН/г | Теплостійкість,. °З | Вільна лінійна усадка,. I % | Межа міцності при вигині, Мпа |
ПВ 10 | 80 | 7-17 | 1,0 | 850 | 0,018 | 50 | 0,96 | 2,95 | |
ПВ 200 | 103-105 | 200-250 | 0,3 | 880 | 0,01 | 0,08 | 85 | 2,6 | 7,8 |
ПВ 300 | 105-108 | 300-350 | 0,03 | 920 | 0,01 | 0,09 | 88- | 2,5 | 7,9- |
ПВ 1000 | 112-115 | 950-1000 | 0,01 | 950 | 0,01 | 0,08 | 90 | 2,5 | 7,9 |