Pierwszenstwo: Zgloszenie ogloszono: 02.01.1975 Opis patentowy opublikowano: 20.05.1976 82973 MKP C09J3/16 B22c 9/00 Int. Cl2. C09J 3/16 C22C9/00 Twórcywynalazku: Leslaw Bucki, Rozalia Kielkiewicz Uprawniony z patentu tymczasowego: Instytut Lotnictwa, Warszawa (Polska) Klej do laczenia na goraco, zwlaszcza piaskowych rdzeni odlewniczych z wtopkami odlewów Przedmiotem wynalazku jest klej do laczenia na goraco, zwlaszcza piaskowych rdzeni odlewniczych z wtopkami odlewów, bazujacy na zywicy fenolowo-formaldehydowej lub fenolowo-anilinowo-formaldehydowej.Znane kleje do laczenia metali, oparte na zywicy fenolowo-formaldehydowej lub fenolowo-anilinowo-for- maldehydowej, wymagaja dla zmniejszenia ich kruchosci modyfikowania, z reguly przy uzyciu polimerów. Jako polimery modyfikujace wystepuja najczesciej nastepujace zwiazki: poliwinylobutyral,poliwinyloformal, kauczki nitrylowe i kauczuki neoprenowe (Nicholas J.De Lollis: Adhesives form metals, theory and technology. Ind. Press Inc., NY 1970; G.Epstein: Adhesive bonding of metals. Reinhold Publ. Comp., NY 1954; J.Shields: Adhesives Handbook. Butterworths, London 1970; De Bruyne, R. Houwink: Adhesion and Adhesives. Elsevier Publ. Comp.NY 1951; D.A. Kardaszow: Sinteticzeskije klei. Izd. Chimia, Moskwa 1964; R. Houwink, G. Salomon: Adhesion and Adhesives. Elsevier Publ. Comp., NY 1965).W wyjatkowych przypadkach techniki wojskowej do laczenia metali sa stosowane czyste zywice fenolowo- formaldehydowe. Uzyskane polaczenie jest kruche, ale o duzej odpornosci na krótkotrwale dzialanie temperatu¬ ry. Informacje literaturowe mówia o kilkuminutowej odpornosci polaczenia stali w temperaturze 40(H-500oC.Utwardzenie kleju przebiega w temperaturze 140°C wciagu 20 minut. Kleje te nie zawieraja wypelniaczy (R. Houwink, G. Salomon: Adhesion and Adhesives. Elservier Publ. Comp., NY 1965). Kleje fenolowo-formalde- hydowe zawieraja wypelniacze wylacznie przy stosowaniu klejenia drewna, przy czym sa to wypelniacze pochodzenia organicznego (Riyat-Lahousse: Le colles industriells. Dunod, Paris 1956; D.A. Kardaszow: Sinteticzes¬ kije klei. Izd. Chimia, Moskwa 1964; R. Houwink, G.Salomon: Adhesion and Adhesives. Elsevier Publ. Comp., NY 1965). Jedynie kity fenolowo-formaldehydowe sluzace do uszczelniania kwasoodpornego i czasem do laczenia mineralnych materialów zawieraja nieorganiczne wypelniacze, jak kwarc r talk. Sa to jednak kleje nie ' stosowane do laczenia metali i utwardzane przy uzyciu silnie kwasnych katalizatorów (Rivat-Lahousse; Le colles industrielles. Dunod, Paris 1956; D.A. Kardaszow: Sinteticzeskije klei. Izd. Chimia, Moskwa 1964).Wszystkie kleje do metali na bazie zywic fenolowo-formaldehydowych wymagaja starannego przygotowania powierzchni metalu przez obróbke* mechaniczna oraz odtluszczenia lub przez trawienie. Przy klejeniu stosuje sie2 82 973 dociski nie mniejsze od 3,5 kg/cm2 i temperatury rzedu 150°C w czasie kilkudziesieciu minut, o czym podaja wymienione juz publikacje.Opisane kleje nie moga byc jednak uzyte do laczenia wtopek odlewów z piaskowymi rdzeniami odlewniczymi, zarówno ze wzgledów na brak odpornosci na dzialanie temperatury odlewania, która wynosi okolo 1300°C jak i ze wzgledu na kosztowny sposób wykonywania polaczenia. Dlatego stosowane sa dotychczas metody mechanicznego laczenia wtopek z rdzeniem odlewniczym. Rozwiazania takie sa pracochlonne, co przy produkcji masowej jest problemem bardzo istotnym. Najskuteczniejsze z ekonomicznego punktu widzenia jest laczenie wtopek z rdzeniem przez klejenie, ale klej zarówno musi posiadac dostateczna odpornosc na temperature a zwlaszcza skoki temperatury, jak tez proces laczenia musi przebiegac bardzo szybko oraz bez koniecznosci wstepnego przygotowania powierzchni wtopek i bez koniecznosci stosowania kosztownego oprzy¬ rzadowania.Cerem wynalazku bylo wiec uproszczenie procesu laczenia metalowych wtopek z piaskowymi rdzeniami odlewniczymi poprzez opracowanie nowej kompozycji klejowej dajacej niezawodne polaczenie elementów w temperaturze odlewania, przy duzej prostocie procesu laczenia.Klej do laczenia na goraco, bazujacy na zywicy fenolowo-formaldehydowej, stanowi wedlug wynalazku mieszanine rezolu fenolowo-formaldehydowego i mineralnych wypelniaczy. Jako wypelniacze sa stosowane: kaolin, pyl azbestowy i ewentualnie tlenek magnezu. Wypelniacze te sa dodawane sumarycznie w ilosci od 5 do 150 Wagowych na 100 czesci wagowych zywicy rezolowej. Po utwardzeniu zywicy, a nastepnie jej czesciowej pirolizie zachodzacej w temperaturze wyzszej od 200°C, wypelniacze tworza z zywica spieki o bardzo wysokiej odpornosci termicznej. Dodatek pylu azbestowego znacznie podwyzsza wlasnosci mechaniczne spieku, a jego udzial moze wynosic w zaleznosci od potrzeby od 0 do 100% wypelniaczy. Z kolei dodatek tlenku magnezu • skraca czas zycia kleju do kilku godzin, a wiec gdy jest wymagany klej o dluzszym okresie przydatnosci najezy go sporzadzic bez dodatku tlenku magnezu.Klejenie odbywa sie przez nalozenie kleju na zimny rdzen piaskowy i docisniecie rdzenia do rozgrzanej wtopki. Czas potrzebny na wiazanie kleju zalezny jest od temperatury: w temperaturze 350°C wynosi kilkanascie sekund. W czasie klejenia w temperaturze wyzszej od 250°C klej ulega czesciowej pirolizie, w wyniku której powstaje spiek bardziej odporny od rdzenia piaskowego na temperatury powstale przy odlewaniu i równoczesnie o duzej przyczepnosci i kohezji. Niezawodnosc polaczenia uzyskuje sie nawet stosujac zeliwo odlewnicze o temperaturze powyzej 1300°C. W czasie zalewania wtopki klej nie wytwarza gazów, które powodowalyby porowatosc odlewów.Opracowany klej spelnia wiec wymagania procesu wytwarzania zeliwnych odlewów z wtopka. Poza tym technologia laczenia jest prosta, szybka i latwa do zmechanizowania, poniewaz wiazanie odbywa sie w czasie kilkunastu sekund, nie jest wymagana zadna obróbka powierzchni wtopki, jesli tylko nie jest ona pokryta rdza.Ponadto przy klejeniu wystarcza docisk kilkudziesieciu gramów na cm2, a temperatura nie musi byc precyzyjnie regulowana.W cyklu wytwarzania odlewów z wtopka wystepuja kolejno czynnosci, które ze wzgledów ekonomicznych moga czynic bardziej oplacalnym inny sposób postepowania. Mianowicie w przypadku, gdy rdzen klejony ze stalowa wtopka wytwarza sie metoda „goracej rdzennicy", która polega na wstrzeliwaniu piasku z lepiszczem do goracej formy, wyjmowany po kilkunastu sekundach juz utwardzony rdzen ma temperature okolo 200°C.Stosujac opisany proces klejenia nalezy ochlodzic rdzen, posmarowac go klejem, ogrzac wtopke i wówczas skleic oba elementy. Takie postepowanie jest nieekonomiczne i dlatego opracowano odmiane kleju, który bazuje na zywicy fenolowo-ariilinowo-formaldehydowej, a wedlug wynalazku zawiera dodatkowo kauczuk nitrylowy w rozpuszczalniku oraz wypelniacze mineralne i srodki wulkanizacyjne.Kleje fenolowo-formaldehydowe modyfikowane kauczukami sa znane w literaturze i sa glówna grupa klejów konstrukcyjnych, ale bez modyfikacji kauczuku nitrylowego nie mozna uzyskac roztworu kauczuku z zywica fenolowo-formaldehydowa, gdyz po dodaniu tej zywicy nastepuje natychmiast koagulacja roztworu kauczuku. Trudnosc te usunieto wedlug wynalazku, stosujac stala zywice w postaci rezolu fenolowo-anilinowo- formaldehydowego. Jest on dodawany w postaci proszku razem z wypelniaczami mineralnymi, których rola jest taka jak w pierwszym rozwiazaniu. Ilosc wypelniaczy moze wynosic w zaleznosci od potrzeby od 0 do 100 czesci wagowych na 100 czesci wagowych rezolu fenolowo-anilinowo-formaldehydowego. Z kolei ilosc kauczuku nitrylowego wynosi od 10 do 100 czesci wagowych na 100 czesci wagowych rezolu anilinowo-fenolo- wo-formaldehydowego.Klej jest wykonywany w postaci roztworu kauczuku w acetonie z zawiesina proszku rezolu i wypelniaczy.Uzycie acetonu jako rozpuszczalnika zapewnia wlasciwe warunki bezpieczenstwa i higieny pracy przy masowym wykonywaniu polaczen rdzenia piaskowego z wtopka, w prymitywnych warunkach. Uzycie tego rozpuszczalnika jest takze wskazane z ekonomicznego punktu widzenia. Klej ten umozliwia wykorzystanie wysokiej temperatury82 973 3 jaka ma rdzen piaskowy po uformowaniu, dla uzyskania polaczenia z wtopka. Klejenie w tym przypadku polega na tym, ze do zimnej wtopki pokrytej klejem dociska sie goracy rdzen piaskowy, co powoduje czesciowe odparowanie rozpuszczalników umozliwiajace przenoszenie laczonych elementów, których polaczenie w czasie skladowania uzyskuje znaczna wytrzymalosc dzieki calkowitemu odparowaniu rozpuszczalnika. W poczatkowej fazie odlewania wytrzymalosc polaczenia zapewnia kauczuk znajdujacy sie w mieszaninie klejowej, a nastepnie w miare wzrostu temperatury role te przejmuje utwardzajaca sie zywica fenolowo-aniljnowo-formaldehydowa, dla której utwardzenia nie wystarcza temperatura i ilosc ciepla akumulowana w przyklejonym rdzeniu* Laczenie rdzenia piaskowego z metalowa wtopka przy uzyciu obu kompozycji klejowych wedlug wynalazku jest bardzo malo pracochlonne w porównaniu ze znanymi dotychczas metodami klejenia metali: przebiega szybko i przy bardzo prostym oprzyrzadowaniu. Skladniki do wytwarzania sa latowo dostepne i tanie.Wszystkie te cechy wynalazku pozwalaja na wlasciwe rozwiazanie zagadnienia laczenia metalowych wtopek z piaskowymi rdzeniami w warunkach masowej produkcji. Zagadnienie takie wystepuje np. przy wytwarzaniu zeliwnych klocków hamulcowych gdzie jest konieczne umieszczenie wtopki ze stali w okreslonym polozeniu.Najlatwiej wykonac to mocujac przez klejenie wtopke do klocka z rdzeniowej masy odlewniczej, a nastepnie wstawiajac klocek z przyklejona wtopka w odpowiednie gniazdo formy odlewniczej.Przyklad I. Sporzadza sie klej mieszajac 4,5czesci wagowych rezolu fenolowo-formaldehydowego z 1 czescia wagowa kaolinu, 1 czescia wagowa azbestu i 1 czescia wagowa tlenku magnezu. Przygotowany klej w postaci pasty naklada sie na rdzen piaskowy. Metalowa wtopke oczyszcza sie z rdzy i ogrzewa palnikiem gazowym lub na plycie grzewczej do temperatury 300—350°C. Do rozgrzanej wtopki dociska sie rdzen piaskowy z sila rzedu 0,1 kG/cm2. Czas docisku wynosi okolo 3 sekundy, czas klejenia w podanej temperatu¬ rze — 30 sekund. Zywotnosc kleju wynosi okolo 3 godzin.Przyklad II. Sporzadza sie klej mieszajac 5czesci wagowych rezolu fenolowo-formaldehydowego z 3 czesciami kaolinu i 1 czescia wagowa azbestu. Dalsze postepowanie z klejem i proces klejenia jak w przykla- ' dzie I. Klej ma zywotnosc dluzsza niz 8 godzin.Przyklad III. Klej sporzadza sie przez rozpuszczenie 0,1 czesci wagowej kauczuku akrylonitrylowego w 3 czesciach wagowych acetonu oraz dodanie 1 czesci wagowej rezolu fenolowo-anilinowo-formaldehydowego, 1 czesci wagowej kaolinu i 1 czesci wagowej azbestu. Wtopke stalowa pozbawiona rdzy pokrywa sie klejem i pozostawia na co najmniej 90 minut dla czesciowego odparowania rozpuszczalnika.Goracy rdzen, wytworzony metoda „goracej rdzennicy", natomiast po wyjeciu z formy dociska sie z sila rzedu 0,5 kG/cm3 do pokrytej klejem wtopki i przytrzymuje sie okolo 5 sekund. Nastepnie wtopke 2 rdzeniem odstawia sie na co najmniej 2 godziny. Po tym czasie mozna wykonywac dalsze czynnosci zwiazane z odlewa¬ niem klocków.Przyklad IV. Klej sporzadza sie przez rozpuszczenie 1 czesci wagowej kauczuku akrylonitrylowego w 3 czesciach wagowych acetonu oraz dodanie 1 czesci wagowej rezolu fenolowo-anilinowo-formaldehydowego.Dalsze postepowanie przy klejeniu jest identyczne z opisanym w przykladzie III. PL