При развитии современных технологических процессов основную ставку при изготовлении форм истержней влитейном производстве делают на использование новых свойств исоставов формовочных смесей, направленных на улучшение качества продукции, снижение трудоемкости производства отливок,а также сокращение вредных для здоровья рабочих операций. Однако большинство из них имеют всвоём составе давно известные связующие материалы сприсущими им технологическими проблемами.
В свою очередь поиск новых связующих материалов обладающих высокими технологическими прочностными свойствами, атак же низкой себестоимостью являются актуальной задачей.
Новый класс поликомплексов, представляет интерес как перспективный связующий материал для изготовления форм истержней теплового отверждения. Полимер коллоидные комплексы представляют собой продукты взаимодействия макромолекул собъектами коллоидных размеров. Представления оних возникли на базе развития исследований межмакромолекулярных взаимодействий, при образовании полиэлектролитных комплексов [1]. Интерес кним постоянно растёт сразвитием нанотехнологического направления вих практическом использовании вкачестве флокулянтов, связующих ипокрытий, ультратонких мембран втопливных элементах иводородной энергетике, вбиотехнологиях имикроэлектронике.
Использование полимер коллоидных комплексов вкачестве связующих материалов для разовых песчаных форм истержней является новым направлением применения данного материала. Его применение обладает рядом преимуществ: дешевизна компонентов, приготовление не занимает много времени иосуществляется без использования дорогостоящего оборудования, атак же экологическая безопасность,полимер коллоидный комплекс представляет собой водный раствор, не несёт всебе никаких вредных для здоровья органических соединений. Так же стоит отметить, что впроцессе сушки изаливки металлом литейных форм, не происходит посторонних реакций ивыделений вредных газов. Раствор готовят следующим образом: вколбу загружают 2 %-й водный раствор сополимера акриламида сакриловой кислотой идобавляют при перемешивании разбавленный раствор пентагидроксохлорида алюминия, полученную смесь перемешивают иоставляют впокое втечение 2часов. Раствор образовавшегося полимер коллоидного комплекса добавляют вкачестве связующего ккварцевому песку.
При смешении водной дисперсии пентагидроксохлорида алюминия сводным раствором сополимера акриламида сакриловой кислотой возникает полимер-коллоидный комплекс электростатической природы, вкотором положительно заряженные алюмоксановые частицы образуют солевые связи сотрицательно заряженными карбоксильными группами всоставе сополимера полиакриламида. За счёт редкого расположения карбоксильных групп вмакромолекуле сополимера, они не препятствуют конформационным превращениям макромолекул, которые врезультате этого обладают высокой гибкостью, обеспечивая контакт счастицами кремнезёма на наноразмерном уровне. Всвязи стем, что зёрна кремнезёма несут на своей поверхности отрицательный заряд, возникает электростатическое притяжение кположительно заряженным алюмоксановым частицам вполимер-коллоидном комплексе [5].
В литейном производстве адгезионное взаимодействие формовочной смеси является важным фактором, влияющим на качество получаемых разовых литейных форм. Формовочная смесь– сложная дисперсная система, где важную роль играют адгезия икогезия, которые влияют на прилипаемость, физико-механические, технологические свойства формовочных смесей. Поэтому было важно определить характер взаимодействия связующего материала спеском.
Для исследования был взят поликомплекс на основе акриламида СП-06ссодержанием карбоксильных групп 0,6 % массы, плотностью 1,05г/см3, вязкостью 25мПа*с, вколичестве 13,5 % икварцевый песок марки 3К2О202по ГОСТ 2138-93, вколичестве 86,5 %. Исследовали влияние акриламида на предел прочности при растяжении композиции связующего скварцевым наполнителем. Для этого изготавливались образцы «восьмерки» по ГОСТ23409.7-78иотверждалиськонвективно при температуре 80-100 °С. На электронном растровым двухлучевым микроскопе Versa 3D LoVacизучали кроющую способность связующего при различном увеличении на осыпавшихся кварцевых зёрнах при разрушении образцов.
Рис. 1.Микрофотографии кварцевых зерен х 1200:а– сполимерной плёнкой; б – без полимерной пленки
На фото: а – хорошо видна полимерная плёнка, образованная связующим материалом на поверхности кварцевого зерна. Для сравнения на рис.1б представлено кварцевоезерно вчистом виде при том же увеличении. Полимерная плёнка равномерно распределена по поверхности зерна ипокрывает всю видимую область, что свидетельствует овысоких адгезионных свойствах полимер-коллоидного комплекса как связующего материала, т.к. при разрушении конгломерата зерен разрушение проходит по пленкам связующего. Однако для того что бы судить охарактере взаимодействия связующего счастицами кварца необходимо рассмотреть область где произошел отрыв зерен друг от друга.
Рис. 2.Микрофотографии кварцевых зерен: а – без полимерной пленки; б, в– сполимерной плёнкой
На рис.2а представлена поверхность кварцевогозерна без полимерного покрытия, на рис. 2б– сполимерным покрытием на котором видны фрагменты разрушенных манжет связующего, что говорит окогезионном разрушении пленок. На рис. в– показана область адгезионного отрыва пленки от кварцевогозерна её размер составляет 7,49х13,31х10-9м, однако учитывая,что такая область была обнаружена лишь на одном зерне из 68исследованных, можно суверенностью говорить только окогезионном характере разрушения. На рис.3показаны области, вкоторых определялся элементный состав поверхности.
Рис. 3. Области, вкоторых определялся элементный состав поверхности зерна
Рис. 4.Элементный анализ кварцевого зерна вобласти отрыва плёнки:а– элементный состав зерна вточке 1; б– элементный состав зерна вточке 2
Рис. 5. Элементный анализ чистого кварцевого зерна
Для подтверждения сделанных заключений был проведён химический анализ (рис.3, 4), вдвух точках непосредственно на самой плёнке ипредположительно вместе отрыва её от песчинки (рис. 3). Из диаграммы видно, что впервой точке наблюдается присутствие лишь химических элементов Si и Oв количественном соотношении примерно два кодному, что полностью соответствует химической формуле диоксида кремния. Во второй точке присутствуют так же такие элементы как Al, Cи Mgкоторые входят всостав химической формулы связующего полимер-коллоидного комплекса. Для сравнения на рис. 5представлены результаты элементного анализа чистого кварцевого зерна. Втабл.1-3 представлены результаты измерений полученных на электронном растровым двухлучевым микроскопе Versa 3D LoVac, соответственно вкаждой точке.
Таблица 1
Элементный состав вточке 1(рис. 4)
|
Element |
Weight % |
Atomic % |
Error % |
|
C K |
11,21 |
17,23 |
10,32 |
|
O K |
49,2 |
56,74 |
6,19 |
|
Al K |
0,75 |
0,51 |
5,43 |
|
Si K |
38,84 |
25,52 |
2,79 |
Таблица 2
Элементный состав вточке 2(рис. 4)
|
Element |
Weight % |
Atomic % |
Error % |
|
C K |
39,7 |
53,95 |
9,65 |
|
O K |
24,3 |
24,8 |
8,25 |
|
Mg K |
1,09 |
0,73 |
6,59 |
|
Al K |
9,36 |
5,66 |
3,44 |
|
Si K |
25,56 |
14,86 |
3,2 |
Таблица 3
Элементный состав чистого кварцевого зерна (рис. 5)
|
Element |
Weight % |
Atomic % |
Error % |
|
O K |
52,25 |
65,77 |
7,56 |
|
Si K |
47,75 |
34,23 |
2,74 |
Полученные данные свидетельсвуют овысоких адгезионных свойствах полимер-коллоидного комплекса как связующего материала, аследовательно ио высокой прочности его электростатических связей скварцевыми частицами.
Формовочная смесь, включающая вкачестве связующего полимер коллоидный комплекс, имеет инекоторые недостатки, связанные свысокой влажностью 7 % ине достаточной прочностью всыром состоянии 0,15⋅105Па. Всилу этого требуется более детальный анализ факторов, влияющих на отверждение смесей иусловий высушивания форм для повышения их прочности.
Внедрение подобных технологий позволит значительно повысить экологическую безопасность некоторых технологических операций литейного производства. Таким образом, изготовление разовых форм сиспользованием полимер коллоидных комплексов представляется перспективным направлением влитейном производстве.