RU2212303C2

RU2212303C2 - Adhesive composition for gluing of molds and cores

Info

Publication number: RU2212303C2
Application number: RU2001132974/02A
Authority: RU
Inventors: И.О. Леушин; А.О. Бурмистров
Original assignee: Леушин Игорь Олегович; Бурмистров Алексей Олегович
Priority date: 2001-12-07
Filing date: 2001-12-07
Publication date: 2003-09-20

Abstract

FIELD: foundry. SUBSTANCE: adhesive composition contains, wt.%: liquid technical lignosulfonates 5.5-8.5; dustlike quartz 34.0-47.0; hardening activator in form of magnesium- aluminophosphate binding agent with modifying additive 27.0-30.0; and additionally binder M-3 20.5-27.5. Interaction between binder M-3 and modified magnesium-aluminophosphate binding agent results in polymerization reaction due to formation of methylene and ester bridges between neighboring molecules. Binder changes to thermoactive state with exothermic effect. In presence of heat, liquid technical lignosulfonate, being oligomers, are condensed. 1,1- dicililcyclotrisiloxane contained in binding agent plays a part of plasticizer in polymerization reaction. EFFECT: higher efficiency of use of claimed adhesive composition due to its needed ductility and property preventing cracking of gluing seam in contact with molten metal. 2 cl, 1 tbl

Description

Изобретение относится к области литейного производства, а именно к составам клеевых композиций для склеивания литейных форм и стержней. The invention relates to the field of foundry, and in particular to compositions of adhesive compositions for gluing foundry molds and cores.

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. Known compositions of adhesive compositions for bonding molds and cores containing technical lignosulfonates as a binder. It is possible to increase the strength characteristics of glue based on lignosulfonates by introducing polyglycols (ed. St. 1388186, 22 C 3/00, 1988) or gipan, a product of saponification of polyacrylanitrile with sodium hydroxide (ed. St. 1122395, B 22 C 3). / 00, 3/09, 1984). A known composition for gluing refrigerators with a rod (ed. St. 1201039, B 22 C 3/00, 3/18, 1985) containing alumochromophosphate binder as a binder, and gypsum as an additive that eliminates stickiness. However, the composition of such a composition has a very limited shelf life due to the chemical reaction between the aluminochromophosphate binder and hypane.

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).Closest to the claimed composition in technical essence and the achieved result is an adhesive composition containing, in its composition, wt.%:
Dust Quartz - 30.0-44.0
β-Chloroethyltrimethylammonium chloride - 7.0-13.0
Liquid Technical Lignosulfonates - Else
(ed. St. 1577906, B 22 C 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.This glue composition gives the adhesive joint high strength values up to 2.3 MPa). However, to achieve such strength indicators is possible only after the temperature treatment of the adhesive joint at a temperature of 150 ± 10 ^o C, which greatly complicates the gluing process, as it requires additional placement of molds and cores in the drying units. With the exclusion of heat treatment, similar strength indicators can be achieved only after a long period of time (72 h), which is unacceptable in large-scale and mass production of castings, since from the moment of sticking the rods to the moment they are placed into the mold, no more than 60 minutes pass. For such a period of time, the adhesive joint of the specified composition of the adhesive by strength indicators will not be able to provide canting and transportation of the rods, which leads to a significant percentage of marriage of molds and rods according to their configuration as a result of peeling along the adhesive joint.

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. The present invention is aimed at improving the quality of the adhesive composition by increasing the speed of curing and strength characteristics in the initial period of curing, as well as preventing peeling along the adhesive joint.

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.To achieve the technical result, an adhesive composition for bonding molds and cores, including liquid technical lignosulfonates, a curing activator and pulverized quartz, with a separate method of applying its components to the surfaces to be bonded, contains a magnesium-aluminum phosphate binder with a modifying additive and an additional M- fastener as a curing activator 3, with the following ratios of ingredients, wt.%:
Liquid technical lignosulfonates - 5.5-8.5
Magnesiumaluminophosphate binder with a modifying additive - 27.0-30.0
Fixer M-3 - 20.5-27.5
Dust Quartz - 34.0-47.0
As a modifying additive, the proposed adhesive composition contains a branched-chain organosilicon compound - 1,1-disilylcyclotrisiloxane of the following formula

Fastener M-3 is a condensation product of urea and formaldehyde, modified with vinacryl (a copolymer of vinyl alcohol and potassium salt of acrylic acid) and stabilized with ammonia. Magnesium-aluminum phosphate binder (MAFS) - TU-6-18-10-11-11-85 - a viscous liquid of dark green color with a density at 20 ^o With equal to 1.57-1.69 g / cm ³ containing, by weight. %: phosphoric anhydride - 38.0-42.0; magnesium oxide - 4.5-5.5; aluminum oxide - 4.0-5.0; water - 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%.Liquid technical lignosulfonates (TU 13-0281036-029-94) is a viscous liquid with a solids content of at least 47.0-50.0 and a density at 20 ^o With at least 1.23-1.24 g / cm ³ . Dust quartz (GOST 9077-82) with a SiO ₂ content _of at least 98.0% was used as a refractory filler.

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. The method of preparation of such adhesive compositions and the technology for their use are as follows. Different compositions are prepared in two separate containers. In the first container, in the ratios indicated in the table, the liquid technical lignosulfonate and the M-3 fastener are mixed, then dusty quartz is added with thorough mixing. In the second container, a composition is prepared on the basis of the magnesium-aluminum phosphate binder and 1,1-disilylcyclotrisiloxane in a mass ratio of 100: 15, respectively. On one of the surfaces to be bonded, the first composition is applied with a brush, on the second - a composition based on a magnesium-aluminum phosphate binder with a modifying additive, then both surfaces are connected. This method of bonding provides long-term storage of the adhesive, since it hardens only after contacting the components. For testing the proposed adhesive composition for strength, standard samples were used - "eights" made of a sand-resin mixture having a tensile strength in the cold state of 1.8-2.0 MPa. The samples torn into two halves were glued together by the above method, and then, after a certain period of time, the strength of the adhesive joint was tested. For some of the proposed compositions of adhesive compositions (compositions 3 and 4, table), when testing for their strength, the gap did not occur along the adhesive joint, that is, the strength of the adhesive joint was higher than the strength of the sample itself.

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. The proposed compositions of the adhesive compositions are optimal. With a decrease in the content of liquid constituents and an increase in the content of refractory filler (composition 1, table), the adhesive composition is dense and does not ensure its uniform application on the glued surfaces. With an increase in the content of liquid components and a decrease in the content of refractory filler (composition 5, table), the adhesive composition turns out to be liquid and begins to drain from the surfaces to be glued, which also does not ensure its uniform application. In both cases, the uneven application of adhesive compositions on the surfaces to be glued leads to a decrease in the strength of the adhesive joint.

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. The essence of the invention is as follows. When the M-3 fastener (which is a condensation product of urea and formaldehyde) interacts with a modified magnesium aluminum phosphate binder (having an acidic environment due to the presence of phosphoric anhydride in its composition), a polymerization reaction occurs due to the formation of methylene and ether bridges between adjacent molecules, t .e. the M-3 fastener goes into a thermoset state. Moreover, such a transition is accompanied by an exothermic effect. The heat generated directly affects liquid technical lignosulfonates, which are typical oligomers, i.e. polymer colloidal system. In the presence of heat, such an oligomer is condensed due to the interaction of functional groups of the lignosulfonic complex. Thus, the cured adhesive composition is a combination of polymers, the presence of which gives the adhesive joint high strength characteristics.

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. A significant difference of the invention is the presence of 1,1-disilylcyclotrisiloxane in the magnesium-aluminum phosphate binder, which acts as a plasticizer during the polymerization reaction, thereby reducing the stiffness of the resulting three-dimensional structures and gives the deformation ability of the cured adhesive composition. The presence of ductility due to the deformation ability prevents cracking of the adhesive joint in contact with molten metal.

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. Using the proposed adhesive composition, with a separate method of applying its components to the bonded surfaces, it is possible to transport the rods after 1 hour and formulate them after 3-4 hours, i.e. there is a significant increase in the speed of its curing and strength indicators in the initial period of curing, which ensures the absence of marriage of molds and cores according to their configuration as a result of preventing peeling along the glue line. This curing period is one of the most important factors in the choice of adhesive compositions when used in large-scale and mass production of castings.

Claims

1. An adhesive composition for bonding molds and cores, including liquid technical lignosulfonates, a curing activator and pulverized quartz, characterized in that it contains a magnesium-aluminophosphate binder with a modifying additive and an additional M-3 fastener in the following ratios of ingredients, wt. %:
Liquid technical lignosulfonates - 5.5-8.5
Magnesiumaluminophosphate binder with a modifying additive - 27.0-30.0
Fixer M-3 - 20.5-27.5
Dust Quartz - 34.0-47.0
2. The adhesive composition according to p. 1, characterized in that as a modifying additive it contains a branched-chain organosilicon compound - 1,1-disilylcyclotrisiloxane of the following formula: