КЛЕЕВАЯ КОМПОЗИЦИЯ ДЛЯ СКЛЕИВАНИЯ ЛИТЕЙНЫХ ФОРМ И СТЕРЖНЕЙ Российский патент 2003 года по МПК B22C1/00 B22C3/00 

Изобретение относится к области литейного производства, а именно к составам клеевых композиций для склеивания литейных форм и стержней.

Известны составы клеевых композиций для склеивания литейных форм и стержней, содержащие в своем составе в качестве связующего технические лигносульфонаты. Увеличить прочностные характеристики клея на основе лигносульфонатов возможно за счет введения в состав клея полигликолей (авт. св. 1388186, В 22 С 3/00, 1988) или гипана - продукта омыления полиакриланитрила гидроокисью натрия (авт. св. 1122395, В 22 С 3/00, 3/09, 1984). Известен состав для склеивания холодильников со стержнем (авт. св. 1201039, В 22 С 3/00, 3/18, 1985), содержащий в качестве связующего алюмохромфосфатное связующее, а в качестве добавки, устраняющую пригораемость, - гипан. Однако состав такой композиции имеет очень органиченный срок хранения из-за прохождения химической реакции между алюмохромфосфатным связующим и гипаном.

Наиболее близким к заявляемому составу по технической сущности и достигаемому результату является клеевая композиция, содержащая в своем составе, мас.%:
Пылевидный кварц - 30,0-44,0
β-Хлорэтилтриметиламмоний хлорид - 7,0-13,0
Жидкие технические лигносульфонаты - Остальное
(авт. св. 1577906, В 22 С 3/00, 1988).

Данный состав клея придает клеевому шву высокие прочностные показатели до 2,3 МПа). Однако добиться таких прочностных показателей можно только после температурной обработки клеевого шва при температуре 150±10^oС, что весьма усложняет технологический процесс склеивания, так как требует дополнительную простановку форм и стержней в сушильные агрегаты. При исключении температурной обработки аналогичных прочностных показателей можно добиться только через длительный промежуток времени (72 ч), что недопустимо в крупносерийном и массовом производстве отливок, так как от момента склеивания стержней до момента простановки их в форму проходит не более 60 мин. За такой промежуток времени клеевой шов указанного состава клея по прочностным показателям не сможет обеспечить кантование и транспортировку стержней, что приводит к значительному проценту брака форм и стержней по их конфигурации в результате отслаивания по клеевому шву.

Предлагаемое изобретение направлено на улучшение качества клеевой композиции за счет повышения скорости ее отверждения и прочностных показателей в начальный период отверждения, а также предотвращения отслаивания по клеевому шву.

Для достижения указанного технического результата клеевая композиция для склеивания литейных форм и стержней, включающая жидкие технические лигносульфонаты, активатор отверждения и пылевидный кварц, при раздельном способе нанесения ее составляющих на склеиваемые поверхности, содержит в качестве активатора отверждения магнийалюмофосфатное связующее с модифицирующей добавкой и дополнительно крепитель М-3, при следующих соотношениях ингредиентов, мас.%:
Жидкие технические лигносульфонаты - 5,5-8,5
Магнийалюмофосфатное связующее с модифицирующей добавкой - 27,0-30,0
Крепитель М-3 - 20,5-27,5
Пылевидный кварц - 34,0-47,0
В качестве модифицирующей добавки предлагаемая клеевая композиция содержит кремнийорганическое соединение с разветвленной цепью - 1,1-дисилилциклотрисилоксан следующей формулы

Крепитель М-3 представляет собой продукт конденсации мочевины и формальдегида, модифицированный винакрилом (сополимером винилового спирта и калиевой соли акриловой кислоты) и стабилизированный аммиаком. Магнийалюмофосфатное связующее (МАФС) - ТУ-6-18-10-11-85 - вязкая жидкость темно-зеленого цвета с плотностью при 20^oС, равной 1,57-1,69 г/см³, содержащая, мас. %: фосфорный ангидрид - 38,0-42,0; оксид магния - 4,5-5,5; оксид алюминия - 4,0-5,0; вода - 47,5-53,5.

Жидкие технические лигносульфонаты (ТУ 13-0281036-029-94) представляет собой вязкую жидкость с содержанием сухого остатка не менее 47,0-50,0 и плотностью при 20^oС не менее 1,23-1,24 г/см³. В качестве огнеупорного наполнителя использовали пылевидный кварц (ГОСТ 9077-82) с содержанием SiO₂ не менее 98,0%.

Способ приготовления таких клеевых композиций и технология их использования следующие. В двух отдельных емкостях готовят различные композиции. В первой емкости, в соотношениях, указанных в таблице, смешивают жидкий технический лигносульфонат и крепитель М-3, затем, при тщательном перемешивании добавляют пылевидный кварц. Во второй емкости готовят композицию на основе магнийалюмофосфатного связующего и 1,1-дисилилциклотрисилоксана в массовом соотношении 100:15 соответственно. На одну из склеиваемых поверхностей наносят кистью первый состав композиции, на вторую - композицию на основе магнийалюмофосфатного связующего с модифицирующей добавкой, затем, обе поверхности соединяют. Такой способ склеивания обеспечивает длительное хранение клея, так как его затвердевание происходит только после контактирования составляющих. Для испытаний предложенной клеевой композиции на прочность использовали стандартные образцы - "восьмерки", изготовленные из песчанно-смоляной смеси, имеющие предел прочности на разрыв в холодном состоянии 1,8-2,0 МПа. Разорванные на две половинки образцы склеивали вышеприведенным способом, а затем, через определенный промежуток времени, испытывали прочность клеевого шва. Для некоторых предложенных составов клеевых композиций (составы 3 и 4, таблица) при испытании их на прочность, разрыв происходил не по клеевому шву, то есть прочность клеевого шва оказалась выше, чем прочность самого образца.

Предлагаемые составы клеевых композиций являются оптимальными. При уменьшении содержания жидких составляющих и увеличении содержания огнеупорного наполнителя (состав 1, таблица) клеевая композиция получается густая и не обеспечивает равномерное ее нанесение на склеиваемые поверхности. При увеличении содержания жидких составляющих и уменьшении содержания огнеупорного наполнителя (состав 5, таблица) клеевая композиция получается жидкой и начинает стекать со склеиваемых поверхностей, что также не обеспечивает равномерное ее нанесение. И в том, и в другом случаях неравномерное нанесение клеевых композиций на склеиваемые поверхности приводит к снижению прочности клеевого шва.

Сущность предлагаемого изобретения заключается в следующем. При взаимодействии крепителя М-3 (который представляет собой продукт конденсации мочевины и формальдегида), с модифицированным магнийалюмофосфатным связующим (имеющим кислую среду за счет наличия в своем составе фосфорного ангидрида), происходит реакция полимеризации за счет образования метиленовых и эфирных мостиков между соседними молекулами, т.е. крепитель М-3 переходит в термореактивное состояние. Причем, такой переход сопровождается экзотермическим эффектом. Выделенное тепло оказывает непосредственное действие на жидкие технические лигносульфонаты, которые являются типичными олигомерами, т.е. полимерной коллоидной системой. При наличии тепла происходит конденсация такого олигомера за счет взаимодействия функциональных групп лигносульфонового комплекса. Таким образом, отвержденная клеевая композиция представляет собой сочетание полимеров, наличие которых придает клеевому шву высокие прочностные показатели.

Существенным отличием предлагаемого изобретения является наличие в магнийалюмофосфатном связующем 1,1-дисилилциклотрисилоксана, которое выступает в роли пластификатора при прохождении реакции полимеризации, тем самым снижает жесткость образовавшихся трехмерных структур и придает деформационную способность отвержденной клеевой композиции. Наличие податливости за счет деформационной способности предотвращает растрескивание клеевого шва при контакте с расплавленным металлом.

Использование предлагаемой клеевой композиции, при раздельном способе нанесения ее составляющих на склеиваемые поверхности обеспечивает возможность транспортировки стержней через 1 ч и их простановку в формы через 3-4 ч, т.е. наблюдается значительное повышение скорости ее отверждения и прочностных показателей в начальный период отверждения, что обеспечивает отсутствие брака форм и стержней по их конфигурации в результате предотвращения отслаивания по клеевому шву. Такой период отверждения является одним из важнейших факторов в выборе клеевых композиций при использовании их в крупносерийном и массовом производстве отливок.

Изобретение относится к литейному производству. Клеевая композиция содержит, мас.%: жидкие технические лигносульфонаты 5,5-8,5, пылевидный кварц 34,0-47,0, в качестве активатора отверждения - магнийалюмофосфатное связующее с модифицирующей добавкой 27,0-30,0 и дополнительно крепитель М-3 20,5-27,5. При взаимодействии крепителя М-3 с модифицированным магнийалюмофосфатным связующим происходит реакция полимеризации за счет образования метиленовых и эфирных мостиков между соседними молекулами. Крепитель переходит в термореактивное состояние с экзотермическим эффектом. При наличии тепла жидкие технические лигносульфонаты, являющиеся олигомерами, конденсируются. Содержащийся в связующем 1,1-дисилилциклотрисилоксан выступает в роли пластификатора при прохождении реакции полимеризации. Клеевая композиция обладает податливостью и предотвращает растрескивание клеевого шва при контакте с расплавленным металлом. 1 з.п. ф-лы, 1 табл.

1. Клеевая композиция для склеивания литейных форм и стержней, включающая жидкие технические лигносульфонаты, активатор отверждения и пылевидный кварц, отличающаяся тем, что она содержит в качестве активатора отверждения магнийалюмофосфатное связующее с модифицирующей добавкой и дополнительно крепитель М-3 при следующих соотношениях ингредиентов, мас. %:
Жидкие технические лигносульфонаты - 5,5-8,5
Магнийалюмофосфатное связующее с модифицирующей добавкой - 27,0-30,0
Крепитель М-3 - 20,5-27,5
Пылевидный кварц - 34,0-47,0
2. Клеевая композиция по п. 1, отличающаяся тем, что в качестве модифицирующей добавки она содержит кремнийорганическое соединение с разветвленной цепью - 1,1-дисилилциклотрисилоксан следующей формулы: