RU2229488C2 - Cold-hardening blend - Google Patents

Cold-hardening blend Download PDF

Info

Publication number
RU2229488C2
RU2229488C2 RU2001135183/04A RU2001135183A RU2229488C2 RU 2229488 C2 RU2229488 C2 RU 2229488C2 RU 2001135183/04 A RU2001135183/04 A RU 2001135183/04A RU 2001135183 A RU2001135183 A RU 2001135183A RU 2229488 C2 RU2229488 C2 RU 2229488C2
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
mixture
hardening
hardener
survivability
resin
Prior art date
Application number
RU2001135183/04A
Other languages
Russian (ru)
Other versions
RU2001135183A (en
Inventor
П.А. Борсук (RU)
П.А. Борсук
А.С. Кафтанников (RU)
А.С. Кафтанников
В.С. Андрианов (RU)
В.С. Андрианов
С.И. Савилов (RU)
С.И. Савилов
Е.А. Чернов (RU)
Е.А. Чернов
Original Assignee
Борсук Павел Афанасьевич
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Борсук Павел Афанасьевич filed Critical Борсук Павел Афанасьевич
Priority to RU2001135183/04A priority Critical patent/RU2229488C2/en
Publication of RU2001135183A publication Critical patent/RU2001135183A/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2229488C2 publication Critical patent/RU2229488C2/en

Links

Landscapes

  • Mold Materials And Core Materials (AREA)

Abstract

FIELD: molding equipment. SUBSTANCE: cold-hardening blend for manufacturing mold cores and molds contains 100 wt parts of quartz sand, 1.5-2.5 wt parts of alkaline polyphenol resin, and ester-type hardener in proportion of 25-30% on the weight of resin, said hardener being, in particular, composed of ethylene glycol acetates or their mixtures with γbutyrolactone or propylene carbonate. EFFECT: enabled controlling viability and hardening rate of cold-hardening blends within a wide range. 14 tbl

Description

Изобретение относится к литейному производству, в частности к стержневым и формовочным холоднотвердеющим смесям (ХТС) для изготовления литейных стержней и форм.The invention relates to foundry, in particular to rod and molding cold-hardening mixtures (CTS) for the manufacture of foundry cores and molds.

Известны холоднотвердеющие смеси с синтетическими смолами карбамиднофуранового (например, БС-40), фенольного (например, СФ-3042) или фенолофуранового (например, ФФ-1Ф) класса, отверждаемые кислотными катализаторами. Смолы этих классов обладают высокой токсичностью. Содержание свободного формальдегида в смоле БС-40 достигает 1,7% (при ПДК=0,5 мг/м3), содержание фурилового спирта - 40% и более, азота - 12%. В фенольных смолах содержание свободного фенола доходит до 15% (при ПДК=03 мг/м3). Смолы перечисленных классов имеют низкую термостойкость, а сами смеси на этих смолах часто являются причиной образования металлизированного пригара, ситовидной пористости и газовых раковин в отливках.Cold-hardening mixtures with synthetic resins of urea-furan (for example, BS-40), phenolic (for example, SF-3042) or phenolofuran (for example, FF-1F) class, cured by acid catalysts are known. Resins of these classes are highly toxic. The content of free formaldehyde in the resin BS-40 reaches 1.7% (with MPC = 0.5 mg / m 3 ), the content of furyl alcohol - 40% or more, nitrogen - 12%. In phenolic resins, the content of free phenol reaches 15% (with MPC = 03 mg / m 3 ). Resins of the listed classes have low heat resistance, and the mixtures themselves on these resins often cause the formation of a metallized burn, sieve porosity and gas shells in castings.

Возможность регулирования живучести и скорости твердения таких смесей крайне ограничена. Она может осуществляться только за счет изменения концентрации катализатора или его содержания в смеси.The ability to control the survivability and hardening rate of such mixtures is extremely limited. It can be carried out only by changing the concentration of the catalyst or its content in the mixture.

В литейном производстве в качестве связующих для приготовления ХТС часто используют фенолформальдегидные смолы, которые в зависимости от условий их получения подразделяют на новолачные и резольные. Новолачные смолы получают в кислой среде, а резольные - в щелочной.In foundry, phenol-formaldehyde resins are often used as binders for the preparation of CTS, which are divided into novolac and resol, depending on the conditions of their preparation. Novolac resins are obtained in an acidic environment, and resol resins in an alkaline environment.

В качестве наиболее близкого к настоящему изобретению прототипа взята ХТС на основе фенолформальдегидной резольной смолы РСФ-3010. Смола представляет собой продукт резольной поликонденсации фенола и формальдегида в присутствии катализатора синтеза - окиси магния (Справочник "Формовочные материалы и технология литейной формы" стр.91, табл.46). Содержание свободного фенола в смоле РСФ-3010 не более 15%, свободного формальдегида - не более 2%.XTS based on phenol-formaldehyde resole resin RSF-3010 was taken as the prototype closest to the present invention. The resin is a product of resole polycondensation of phenol and formaldehyde in the presence of a synthesis catalyst - magnesium oxide (Reference "Molding materials and mold technology" p.91, table 46). The content of free phenol in the resin RSF-3010 is not more than 15%, free formaldehyde is not more than 2%.

Состав ХТС на смоле РСФ-3010, мас.ч.:The composition of the XTS on the resin RSF-3010, parts by weight:

Песок кварцевый 100Quartz sand 100

Смола РСФ-3010 2Resin RSF-3010 2

Водный р-р бензолсульфокислотыWater solution of benzenesulfonic acid

(БСК), плотность 1,265 г/см3 1,2(BSK), density 1.265 g / cm 3 1.2

Живучесть смеси 5-15 мин; прочность при сжатии (МПа) через 1 ч = 0,8; 3 ч = 1,5; 24 ч = 2,5 (табл.46, стр.91. Справочник "Формовочные материалы и технология литейной формы"). Недостатками ХТС на смоле РСФ-3010 (по прототипу) являются высокая токсичность из-за повышенного содержания свободного фенола и формальдегида, ограниченные возможности по регулированию живучести и скорости твердения и резвое снижение прочности и скорости твердения при пониженных температурах воздуха. Кроме того, фенолформальдегидные смолы, аналогичные смоле РСФ-3010, и ХТС на их основе приводят к образованию металлизированного пригара и других дефектов на отливках.The survivability of the mixture is 5-15 minutes; compressive strength (MPa) after 1 h = 0.8; 3 h = 1.5; 24 hours = 2.5 (tab. 46, p. 91. Reference "Molding materials and mold technology"). The disadvantages of HTS on RSF-3010 resin (according to the prototype) are high toxicity due to the high content of free phenol and formaldehyde, limited ability to control survivability and hardening speed, and a frisky decrease in strength and hardening speed at low air temperatures. In addition, phenol-formaldehyde resins similar to RSF-3010 and CTS based on them lead to the formation of a metallized burn and other defects on castings.

Согласно настоящему изобретению в качестве связующего в составе холоднотвердеющей смеси применяется известная резольная фенолформальдегидная щелочная водорастворимая смола, представляющая собой фенолформальдегидный олигомер, переведенный вследствие избытка щелочи (едкого кали или едкого натра) в форму полифенолята. Связующее и самотвердеющая система на его основе разработаны английским концерном Borden Chemical UK. Эта система получила название α-сет процесса. В начале 90-х годов 20 века α-сет процесс начали широко применять в Европе, США, Японии. В настоящее время его начинают использовать и на предприятиях РФ. Существо процесса описано, в частности, в статье C-J.Nybergh (фирма OYLUX АВ, г.Эспоо, Финляндия) "Alphaset процесс и его использование в России" (Журнал "Литейщик России" №3, 2002 г., стр.35-40). Производство смолы для α-сет процесса освоено на ОАО "Уралхимпласт". Ей присвоена торговая марка ФСМ-1.According to the present invention, the known resol phenol-formaldehyde alkaline water-soluble resin, which is a phenol-formaldehyde oligomer converted due to alkali (caustic potassium or caustic soda) to the form of polyphenolate, is used as a binder in the composition of a cold-hardening mixture. A binder and self-hardening system based on it were developed by the British concern Borden Chemical UK. This system is called the α-set process. In the early 90s of the 20th century, the α-set process began to be widely used in Europe, the USA, and Japan. Currently, it is beginning to be used at enterprises of the Russian Federation. The essence of the process is described, in particular, in the article CJ.Nybergh (company OYLUX AB, Espoo, Finland) "Alphaset process and its use in Russia" (Magazine "Foundryman of Russia" No. 3, 2002, pp. 35-40 ) Resin production for the α-set process has been mastered at Uralchimplast OJSC. She was awarded the FSM-1 trademark.

Согласно разработанным ОАО “Уралхимпласт” ТУ 6-00-5751766-4-88 "Смолы фурановые и фенольные силанизированные" смола ФСМ-1 представляет собой продукт реакции дифенилпропана, фенола и формальдегида, модифицированный фуриловым спиртом, этиленгликолем и кремнийорганическими мономерами. Резольные щелочные фенольные смолы имеют рН 12,5-14; содержание в них свободного формальдегида не более 0,3%, а свободного фенола - не более 0,2%. Массовая доля воды в смоле - до 40%. Применяемые в настоящее время для приготовления ХТС синтетические смолы (фенолформальдегидные, карбамидно- и фенолофурановые) имеют рН≈6,5-8,4. Все они практически водонерастворимы.According to TU 6-00-5751766-4-88 "Furan and Phenolic Silanized Resins" developed by Uralchimplast OJSC FSM-1 is a reaction product of diphenylpropane, phenol and formaldehyde modified with furyl alcohol, ethylene glycol and organosilicon monomers. Resole alkaline phenolic resins have a pH of 12.5-14; the content of free formaldehyde in them is not more than 0.3%, and free phenol - not more than 0.2%. Mass fraction of water in the resin - up to 40%. Synthetic resins (phenol-formaldehyde, urea-and phenolofuran) currently used for the preparation of CTS have a pH of about 6.5-8.4. All of them are practically water insoluble.

Принципиальным отличием щелочных смол от других классов синтетических смол, применяющихся для приготовления ХТС, является также то, что первые отверждаются сложноэфирными реагентами, а вторые - кислотными катализаторами (Н3РО4, бензолсульфокислота - БСК, n-толуолсульфокислота).The fundamental difference between alkaline resins and other classes of synthetic resins used for the preparation of CTS is that the former are cured with ester reagents, and the latter with acid catalysts (H 3 PO 4 , benzenesulfonic acid - BSA, n-toluenesulfonic acid).

Из-за отсутствия на российском рынке необходимых для щелочных смол сложноэфирных отвердителей α-сет процесс находил у нас крайне ограниченное применение с ориентацией лишь на импортные отвердители. В табл.1 приведены результаты испытаний шести марок сложноэфирных отвердителей, выпускаемых двумя зарубежными фирмами под разными торговыми марками для α-сет процесса и обеспечивающих смесям различную величину живучести. Состав зарубежных отвердителей неизвестен. Отвердители испытывались в составах смесей на щелочной смоле ОАО “Уралхимпласт” марки ФСМ-1 при следующем содержании компонентов, мас.ч.:Due to the lack of the α-set hardener required for alkaline resins on the Russian market, the α-set process has found extremely limited use in our country, with a focus on imported hardeners only. Table 1 shows the test results of six brands of ester hardeners produced by two foreign companies under different trademarks for the α-set process and providing mixtures with different survivability values. The composition of foreign hardeners is unknown. Hardeners were tested in mixtures on an alkaline resin of OJSC “Uralchimplast” of the FSM-1 brand with the following content of components, parts by weight:

Песок кварцевый 100Quartz sand 100

Смола ФСМ-1 2,5Resin FSM-1 2.5

Отвердитель 0,75Hardener 0.75

Режим приготовления смеси на лабораторном лопастном смесителе: перемешивание отвердителя с наполнителем 1,5-2 мин, после чего вводилась смола и смесь перемешивалась в течение 45-50 с. Прочность смесей испытывалась на сжатие после 20 мин, 1 ч, 3 ч и 24 ч твердения. Живучесть смесей определялась на приборе конструкции ЦНИИТМАШ.The mode of preparation of the mixture on a laboratory paddle mixer: mixing the hardener with a filler for 1.5-2 minutes, after which the resin was introduced and the mixture was mixed for 45-50 s. The strength of the mixtures was tested for compression after 20 minutes, 1 hour, 3 hours and 24 hours of hardening. The survivability of the mixtures was determined on the device design TsNIITMASH.

Figure 00000001
Figure 00000001

Из таблицы видно, что разные марки зарубежных отвердителей имеют различную активность, позволяющую получать в зависимости от производственной необходимости соответствующие живучесть и скорость твердения смесей.The table shows that different brands of foreign hardeners have different activity, which allows to obtain, depending on the production need, the corresponding survivability and hardening speed of the mixtures.

Технической задачей настоящего изобретения является холоднотвердеющая смесь, включающая 100 мас.ч. кварцевого песка, 1,5-2,5 мас.ч. щелочной полифенольной смолы (или щелочного полифенолята) и 25-30% от массы смолы сложноэфирного отвердителя - ацетатов этиленгликоля, или их смеси с γ-бутирлактоном при их массовом соотношении от 1:9 до 9:1, или их смеси с пропиленкарбонатом при их массовом соотношении от 1:1 до 25:1, позволяющих регулировать в широком диапазоне живучесть и скорость твердения холоднотвердеющих смесей.An object of the present invention is a cold hardening mixture comprising 100 parts by weight quartz sand, 1.5-2.5 parts by weight alkaline polyphenolic resin (or alkaline polyphenolate) and 25-30% by weight of an ester hardener resin - ethylene glycol acetates, or mixtures thereof with γ-butyrlactone in a weight ratio of 1: 9 to 9: 1, or mixtures thereof with propylene carbonate in their mass in a ratio from 1: 1 to 25: 1, which allows to control a wide range of survivability and hardening speed of cold-hardening mixtures.

Для приготовления ХТС вместо кварцевого песка в качестве наполнителя могут использоваться и другие высокоогнеупорные материалы, такие как зернистые дистен-силлиманит, хромит, циркон, корунд и другие. Так как высокоогнеупорные наполнители имеют большую плотность, чем кварцевый песок, содержание связующего и отвердитедя в смеси должно корректироваться в сторону их снижения.Instead of silica sand, other highly refractory materials, such as granular disten-sillimanite, chromite, zircon, corundum, and others, can be used as filler for the preparation of CTS. Since highly refractory fillers have a higher density than silica sand, the content of binder and hardened in the mixture should be adjusted in the direction of their decrease.

В качестве связующего в смесях применяются щелочные полифенольные смолы (щелочные полифеноляты), выпускаемые для α-сет процесса под различными торговыми марками, в том числе смолы, выпускаемые ОАО “Уралхимпласт” под торговыми марками ФСМ, например смола ФСМ-1, с которой нами проводились основные испытания.Alkaline polyphenol resins (alkaline polyphenolates) used for the α-set process under various trademarks are used as a binder in mixtures, including resins manufactured by Uralchimplast under the FSM trademarks, for example, FSM-1 resin, with which we conducted main tests.

Сложноэфирные отвердители могут представлять собой ацетаты этиленгликоля (АЦЭГ) в самостоятельном виде или двухкомпонентные отвердители, состоящие из ацетатов этиленгликоля и одного из двух циклических эфиров: γ-бутирлактона или пропиленкарбоната, регулирующих живучесть и скорость твердения смесей в зависимости от конкретных условий производства или температуры окружающего воздуха.The ester hardeners can be stand alone ethylene glycol acetates (ACEG) or two-component hardeners consisting of ethylene glycol acetates and one of two cyclic ethers: γ-butyrlactone or propylene carbonate, which regulate the survivability and hardening rate of mixtures depending on the particular production air or temperature .

В качестве одного из циклических эфиров предложен γ-бутирлактон при изменении соотношения АЦЭГ к γ-бутирлактону в пределах от 1:9 до 9:1 по массе. При этом живучесть смеси регулируется в пределах от 6 до 30 мин, а время твердения - от 9 до 48 мин при одновременном повышении прочности.Γ-butyrlactone is proposed as one of the cyclic ethers when the ratio of ACEG to γ-butyrlactone varies from 1: 9 to 9: 1 by weight. In this case, the survivability of the mixture is regulated in the range from 6 to 30 minutes, and the hardening time is from 9 to 48 minutes with a simultaneous increase in strength.

Другим циклическим эфиром по настоящему изобретению является пропиленкарбонат. Он более активный по сравнению с γ-бутирлактоном. При изменении соотношения между АЦЭГ и пропиленкарбонатом в пределах от 1:1 до 25:1 живучесть смеси увеличивается от 2 до 20 мин, а время твердения - от 4 до 32 мин.Another cyclic ester of the present invention is propylene carbonate. It is more active than γ-butyrlactone. With a change in the ratio between ACEG and propylene carbonate ranging from 1: 1 to 25: 1, the survivability of the mixture increases from 2 to 20 minutes, and the hardening time from 4 to 32 minutes.

При использовании АЦЭГ в самостоятельном виде живучесть смеси может быть увеличена до 40-60 мин при значительном снижении прочности на начальных этапах твердения.When using ATSEG in its own form, the survivability of the mixture can be increased up to 40-60 min with a significant decrease in strength at the initial stages of hardening.

Данное изобретение иллюстрируется следующими примерами. Одним из основных компонентов предлагаемых нами сложноэфирных отвердителей являются ацетаты этиленгликоля. Это смесь ди- и моноацетатов этиленгликоля. Получение ацетатов этиленгликоля состоит в синтезе продукта из уксусной кислоты и этиленгликоля. Структурные формулы диацетата и моноацетата этиленгликоля:The invention is illustrated by the following examples. One of the main components of our ester hardeners is ethylene glycol acetates. This is a mixture of ethylene glycol di- and monoacetates. The preparation of ethylene glycol acetates consists in the synthesis of a product from acetic acid and ethylene glycol. Structural formulas of ethylene glycol diacetate and monoacetate:

Figure 00000002
Figure 00000003
Figure 00000002
Figure 00000003

Технология получения ацетатов этиленгликоля была разработана с нашим участием. В настоящее время промышленностью производятся 5 марок АЦЭГ для отверждення жидкостекольных ХТС. Они различаются фракционным составом - соотношением между ди- и моноацетатом этиленгликоля, что приводит к их различной отверждающей способности, позволяющей изменять живучесть жидкостекольных ХТС от 5-6 мин до 1,5-2,0 часов. Принятые нами обозначения марок отвердителей для жидкостекольных ХТС и их состав приводятся в табл.2.The technology for producing ethylene glycol acetates was developed with our participation. Currently, the industry produces 5 grades of ATSEG for the cured liquid glass XTS. They differ in fractional composition - the ratio between ethylene glycol di- and monoacetate, which leads to their different curing ability, which allows changing the survivability of liquid-glass CTS from 5-6 minutes to 1.5-2.0 hours. The designations of hardener grades we adopted for liquid glass XTS and their composition are given in Table 2.

Figure 00000004
Figure 00000004

В табл.3 приведены свойства ХТС на смоле ФСМ-1 с 6-ю марками АЦЭГ. Состав испытуемой смеси, мас.ч.:Table 3 shows the properties of XTC on the FSM-1 resin with 6 grades of ATSEG. The composition of the test mixture, parts by weight:

Песок кварцевый 100Quartz sand 100

Смола ФСМ-1 2,5Resin FSM-1 2.5

Отвердитель АЦЭГ 0,75Hardener ATsEG 0.75

Figure 00000005
Figure 00000005

Из табл.2 и 3 следует, что с возрастанием марки отвердителя и снижением в нем содержания моноацетата этиленгликоля живучесть смесей заметно увеличивается, а прочностные свойства на начальных стадиях твердения несколько снижаются, в то время как суточные прочности выравниваются. В производственных условиях иногда возникает необходимость использовать смеси с живучестью 60 мин и более. В этом случае может быть использован АЦЭГ, состоящий из чистого диацетата этиленгликоля и практически не содержащий моноацетат этиленгликоля (условно обозначенный маркой 5ООМ). Свойства такой смеси также приведены в табл.3.It follows from Tables 2 and 3 that with an increase in the grade of hardener and a decrease in the content of ethylene glycol monoacetate in it, the survivability of the mixtures noticeably increases, and the strength properties at the initial stages of hardening slightly decrease, while the daily strengths are leveled. In industrial conditions, sometimes it becomes necessary to use mixtures with a pot life of 60 minutes or more. In this case, an ACEG consisting of pure ethylene glycol diacetate and practically free of ethylene glycol monoacetate (conventionally marked with 5OOM) can be used. The properties of such a mixture are also given in table.3.

Свойства смесей, приведенных в табл.3, получены при температурах 18-20°С. Получить живучесть менее 25 мин и ускорить твердение смеси с помощью одних АЦЭГ не удается. Тем не менее ацетаты этиленгликоля могут применяться в самостоятельном виде для отверждения щелочных фенольных смол при умеренных требованиях к живучести смеси (25-60 мин) и скорости твердения при средних и повышенных температурах окружающей среды. Применительно к этим условиям они соответствуют зарубежным отвердителям марок АН-61 и Н-30 (табл.1).The properties of the mixtures shown in table 3, obtained at temperatures of 18-20 ° C. It is not possible to obtain survivability of less than 25 minutes and to accelerate the hardening of the mixture with the help of only ATSEG. Nevertheless, ethylene glycol acetates can be used independently for curing alkaline phenolic resins with moderate requirements for the survivability of the mixture (25-60 minutes) and hardening rate at medium and elevated ambient temperatures. In relation to these conditions, they correspond to foreign hardeners AN-61 and N-30 (table 1).

Однако при температурах +10-15°С и ниже живучесть смесей резко возрастает, скорость твердения снижается и прочности падают. В зимнее время, например, раскрытие стержневых ящиков и протяжка моделей при использовании в качестве отвердителей АЦЭГ может осуществляться не ранее чем через 1,5-3 ч, что в большинстве случаев неприемлемо для производственной практики.However, at temperatures of + 10-15 ° C and below, the survivability of the mixtures increases sharply, the hardening rate decreases and strength decreases. In winter, for example, opening of core boxes and broaching of models when using ATSEG as hardeners can be carried out no earlier than after 1.5-3 hours, which in most cases is unacceptable for production practice.

Для сокращения живучести, а также для регулирования в широких пределах живучести и скорости твердения ХТС с щелочными фенольными смолами нами предложено использовать циклические сложные эфиры, которые по теоретическим представлениям должны более активно по сравнению с АЦЭГ отверждать ХТС на щелочных смолах. По нашим данным, наиболее эффективным представителем из большой группы циклических сложных эфиров для отверждения щелочных смол является γ-бутирлактон. Получают его дегидрированием 1,4-бутандиола с последующей ректификацией. Выпуск γ-бутирлактон осуществляется по ТУ 64-9-07-87, согласно которым массовая доля γ-бутирлактона в продукте не менее 99,0%, плотность 1,1266-1,1286 г/см3.To reduce the survivability, as well as to regulate broadly the survivability and hardening rate of CTS with alkaline phenolic resins, we proposed the use of cyclic esters, which, in theory, should more actively cure CTS on alkaline resins compared to ACEG. According to our data, the most effective representative of a large group of cyclic esters for curing alkaline resins is γ-butyrlactone. Get it by dehydrogenation of 1,4-butanediol, followed by distillation. The release of γ-butyrlactone is carried out according to TU 64-9-07-87, according to which the mass fraction of γ-butyrlactone in the product is not less than 99.0%, density 1.1266-1.1286 g / cm 3 .

Структурная формула γ-бутирлактонаThe structural formula of γ-butyrlactone

Figure 00000006
Figure 00000006

Эмпирическая формула С4Н6О2. Молекулярная масса - 86,09.The empirical formula is C 4 H 6 O 2 . The molecular weight is 86.09.

Другой циклический эфир - пропиленкарбонат - представляет собой полный, циклический эфир пропиленгликоля и угольной кислоты. Структурная формула пропиленкарбонатаAnother cyclic ether - propylene carbonate - is a complete, cyclic ether of propylene glycol and carbonic acid. Structural formula of propylene carbonate

Figure 00000007
Figure 00000007

Содержание основного вещества в продукте не менее 98%. Плотность 1,198- 1,200 г/см3 (ТУ 2435-378-05742746-2001).The content of the main substance in the product is not less than 98%. Density 1,198-1,200 g / cm 3 (TU 2435-378-05742746-2001).

Испытание в равных условиях при одном и том же составе смеси (мас.ч.: кварцевый песок - 100, смола ФСМ-1 - 2,5, отвердитель - 0,75) самого лучшего быстрого зарубежного отвердителя АН-51 и γ-бутирлактона, обозначенного нами БСМ (быстрый отвердитедь для смолы), показали, что отвердитель БСМ по прочностным характеристикам (при одной и то же живучести) значительно превосходит лучший зарубежный аналог (см.табл.4).A test under equal conditions with the same mixture composition (parts by weight: quartz sand - 100, resin FSM-1 - 2.5, hardener - 0.75) of the best foreign fast hardener AN-51 and γ-butyrlactone, BSM (fast hardening for resin) designated by us, showed that BSM hardener significantly surpasses the best foreign analogue in strength characteristics (at the same survivability) (see table 4).

Figure 00000008
Figure 00000008

Применять γ-бутирлактон в качестве самостоятельного отвердителя технически возможно, но экономически может оказаться невыгодным из-за относительно высокой стоимости γ-бутирлактона.It is technically possible to use γ-butyrlactone as an independent hardener, but it may prove economically disadvantageous due to the relatively high cost of γ-butyrlactone.

Двухкомпонентный отвердитель, состоящий из АЦЭГ и γ-бутирлактона (БСМ) при различных их соотношениях, позволяет в широком временном интервале регулировать живучесть и скорость твердения ХТС при одновременном повышении прочности. Время твердения примерно на 50% больше живучести смеси. Влияние состава двухкомпонентного отвердителя при различных соотношениях между АЦЭГ марки 3 CM и γ-бутирлактоном (БСМ) на живучесть, время твердения и прочность смесей представлено в табл.5.A two-component hardener, consisting of ATSEG and γ-butyrlactone (BSM) at various ratios, allows controlling the survivability and curing rate of CTC in a wide time interval while increasing strength. The curing time is about 50% more than the survivability of the mixture. The effect of the composition of a two-component hardener at various ratios between the AC CMEG of grade 3 CM and γ-butyrlactone (BSM) on the survivability, hardening time, and strength of the mixtures are presented in Table 5.

Состав смеси для проведения испытаний был выбран следующий, мас.ч.:The composition of the mixture for testing was selected as follows, parts by weight:

Песок кварцевый 100Quartz sand 100

Щелочная фенольная смола ФСМ-1 2,0FSM-1 2.0 alkaline phenolic resin

Отвердитель переменного состава 0,6Variable hardener 0.6

Испытания проводились при температурах 18-20°С. В составе отвердителя изменялось соотношение между АЦЭГ и БСМ в пределах от 9:1 до 1:9 (в мас.ч.). Под номерами 1 и 9 приведены свойства смеси при 100% АЦЭГ (смесь 1) и 100% БСМ (смесь 9). В смеси 2, например, при соотношении АЦЭГ:БСМ=9:1 отвердитель состоял из 90% АЦЭГ и 10% БСМ; в смеси 5 при соотношении АЦЭГ:БСМ=1:1 отвердитель состоял из 50% АЦЭГ и 50% БСМ и т.д.The tests were carried out at temperatures of 18-20 ° C. In the composition of the hardener, the ratio between the ACEG and BSM varied from 9: 1 to 1: 9 (in parts by weight). Numbers 1 and 9 show the properties of the mixture at 100% ACEG (mixture 1) and 100% BSM (mixture 9). In mixture 2, for example, with the ratio of ACEG: BSM = 9: 1, the hardener consisted of 90% ACEG and 10% BSM; in mixture 5 at a ratio of ACEG: BSM = 1: 1, the hardener consisted of 50% ACEG and 50% BSM, etc.

Figure 00000009
Figure 00000009

В табл.5 и последующих таблицах 6-13 в составах сложноэфирных отвердителей применялся АЦЭГ марки 3 CM, представляющий собой смесь моно- и диацетата этиленгликоля. Содержание моноацетата в этом отвердителе находится в пределах 22-26% по массе.In Table 5 and the following Tables 6–13, ACEEG grade 3 CM, which is a mixture of ethylene glycol mono- and diacetate, was used in the compositions of ester hardeners. The content of monoacetate in this hardener is in the range of 22-26% by weight.

Из табл.5 видно, что по мере уменьшения соотношения между АЦЭГ и БСМ (γ-бутирлактоном) или повышения содержания в составе отвердителя БСМ живучесть смеси и время твердения постепенно сокращаются при одновременном значительном возрастании прочности на всех этапах твердения. Нижний предел соотношения между АЦЭГ и БСМ, равный 9:1, необходимо выбирать с учетом величины прочности через 1 ч и умеренной величины живучести (не более 30 мин), а верхний предел соотношения между АЦЭГ и БСМ целесообразно ограничить 1:9 с учетом большей стоимости γ-бутирлактона (примерно в 2 раза) по сравнению с АЦЭГ, а также потому, что живучесть и прочность смесей при переходе от соотношения 1:9 к одному γ-бутирлактону изменяются незначительно. В повседневной производственной практике предпочтительно пользоваться двухкомпонентным отвердителем с пределами соотношения АЦЭГ и БСМ от 4:1 до 1:4.From table 5 it is seen that as the ratio between the ACEG and BSM (γ-butyrlactone) decreases or the content of the BSM hardener increases in the composition of the hardener, the survivability of the mixture and the hardening time gradually decrease, while a significant increase in strength at all stages of hardening. The lower limit of the ratio between the ADC and BSM, equal to 9: 1, must be selected taking into account the strength after 1 h and a moderate value of survivability (not more than 30 minutes), and the upper limit of the ratio between the ADC and BSM should be limited to 1: 9, taking into account the higher cost γ-butyrlactone (about 2 times) compared with ACEG, and also because the survivability and strength of the mixtures change slightly from 1: 9 to one γ-butyrlactone. In everyday production practice, it is preferable to use a two-component hardener with the limits of the ratio of the AEG and BSM from 4: 1 to 1: 4.

На живучесть, время твердения и начальную прочность смеси существенное влияние оказывает температура окружающего воздуха и исходных ингредиентов.The survivability, hardening time and initial strength of the mixture are significantly affected by the temperature of the ambient air and the starting ingredients.

В табл.6 и 7 приведены данные о влиянии температуры на свойства смеси с различным составом отвердителей.Tables 6 and 7 show data on the effect of temperature on the properties of a mixture with different hardener compositions.

В табл.6 представлены свойства смесей при температуре 8-10°С с двумя видами отвердителей: двухкомпонентным при соотношении АЦЭГ:БСМ=1:1 и однокомпонентным - на одном АЦЭГ.Table 6 presents the properties of mixtures at a temperature of 8-10 ° C with two types of hardeners: two-component at a ratio of AECEG: BSM = 1: 1 and a single-component at one AECEG.

Figure 00000010
Figure 00000010

В табл.7 приведено влияние температуры на живучесть и начальную прочность смеси (после часового твердения) при соотношении в отвердителе АЦЭГ и БСМ, равном 1:1.Table 7 shows the effect of temperature on the survivability and initial strength of the mixture (after one-hour hardening) with a ratio of 1: 1 in the ACEG and BSM hardener.

Figure 00000011
Figure 00000011

С понижением температуры живучесть смеси резко увеличивается, а начальные прочности падают. Для смеси с одним отвердителем АЦЭГ при 10°С часовые прочности отсутствуют, а при дальнейшем понижении температуры смесь очень медленно твердеет и ее использование становится невозможным. Применительно к этим условиям использование двухкомпонентного отвердителя является обязательным условием.With decreasing temperature, the survivability of the mixture increases sharply, and the initial strengths decrease. There is no hourly strength for a mixture with one ACEG hardener at 10 ° C, and with a further decrease in temperature the mixture hardens very slowly and its use becomes impossible. In relation to these conditions, the use of a two-component hardener is a prerequisite.

Другим представителем сложных циклических эфиров, способным регулировать живучесть и скорость твердения ХТС со щелочными смолами, является пропиленкарбонат (ПКТ) - сложный эфир пропиленгликоля и угольной кислоты. В табл.8 приведены свойства ХТС на щелочной полифенольной смоле с двухкомпонентными отвердителями при различных соотношениях АЦЭГ:ПКТ, изменявшихся в пределах от 1:1 до 25:1 (смеси 1-8). В той же таблице приведены свойства на одном отвердителе АЦЭГ (смесь 9).Another representative of cyclic esters capable of controlling the survivability and hardening rate of XTC with alkaline resins is propylene carbonate (PCT), an ester of propylene glycol and carbonic acid. Table 8 shows the properties of ChTS on an alkaline polyphenolic resin with two-component hardeners at various ratios of ACEG: PCT, varying from 1: 1 to 25: 1 (mixture 1-8). The same table shows the properties on one hardener ACEG (mixture 9).

Figure 00000012
Figure 00000012

Данные табл.8 показывают, что по мере возрастания соотношения АЦЭГ:ПКТ живучесть смесей увеличивается от 2 мин (при соотношении 1:1) до 20 мин (при соотношении 25:1).The data in Table 8 show that as the ratio of ACEG: PCT increases, the survivability of the mixtures increases from 2 min (at a ratio of 1: 1) to 20 min (at a ratio of 25: 1).

Из сопоставления данных таблиц 5 и 8 видно, что пропиленкарбонат по сравнению с γ-бутирлактоном более активно влияет на живучесть и время твердения смеси при меньшем его содержании в составе отвердителя. При этом прочностные свойства в отличие от смесей с γ-бутирлактоном изменяются незначительно. В табл.8 приведены свойства смесей при температуре 20°С. При других температурах при тех же соотношениях между АЦЭГ и ПКТ значения живучести и время твердения будут другими.A comparison of the data in tables 5 and 8 shows that propylene carbonate, in comparison with γ-butyrlactone, more actively affects the survivability and curing time of the mixture with a lower content in the hardener. In this case, the strength properties, in contrast to mixtures with γ-butyrlactone, vary slightly. Table 8 shows the properties of the mixtures at a temperature of 20 ° C. At different temperatures, with the same ratios between the ACEG and the PCT, the survivability values and hardening time will be different.

Нижний предел соотношения АЦЭГ:ПКТ целесообразно ограничить 1:1, что обеспечивает живучесть смеси, равную 2 мин. При меньшем соотношении смесь становится нетехнологичной. Верхний предел отношения АЦЭГ:ПКТ ограничен нами 25:1, при котором живучесть смеси вполне приемлема для производственных целей, а прочностные свойства смеси достаточно высокие. При необходимости увеличения живучести можно использовать отвердитель АЦЭГ в самостоятельном виде (смесь 9, табл.8). Кроме того, при соотношении более 25:1 могут возникнуть трудности в приготовлении двухкомпонентного отвердителя из-за малых количеств пропиленкарбоната.The lower limit of the ratio of ACEG: PCT, it is advisable to limit 1: 1, which ensures the survivability of the mixture, equal to 2 minutes With a lower ratio, the mixture becomes non-technological. The upper limit of the ACEG: PCT ratio is limited by us to 25: 1, at which the survivability of the mixture is quite acceptable for production purposes, and the strength properties of the mixture are quite high. If necessary, increase survivability, you can use the hardener ATSEG in its own form (mixture 9, table 8). In addition, with a ratio of more than 25: 1, difficulties may arise in the preparation of a two-component hardener due to the small amounts of propylene carbonate.

В табл.9 и 10 приведены составы и свойства смесей при граничных и средних соотношениях между АЦЭГ и γ-бутирлактоном (БСМ), а в табл.11 и 12 - составы и свойства смесей при граничных и средних соотношениях между АЦЭГ и пропиленкарбонатом.Tables 9 and 10 show the compositions and properties of mixtures at the boundary and average ratios between the AECEG and γ-butyrlactone (BSM), and in Tables 11 and 12, the compositions and properties of the mixtures at the boundary and average ratios between the AECEG and propylene carbonate.

Figure 00000013
Figure 00000014
Figure 00000015
Figure 00000016
Figure 00000013
Figure 00000014
Figure 00000015
Figure 00000016

В табл.13 приведены три конкретных состава ХТС со щелочной резольной смолой марки ФСМ-1: при минимальном содержании связующего 1,5 мас.ч. (смесь 1), при среднем содержании 2,0 мас.ч. (смесь 2) и при максимальном содержании смолы 2,5 мас.ч. (смесь 3), с различными отвердителями, а также ХТС по прототипу (смесь 5). Смесь 4 содержит сложноэфирный отвердитель с изменяющимся соотношением между АЦЭГ и БСМ в пределах от 1:9 до 9:1.Table 13 shows three specific compositions of CTS with an FSM-1 alkaline resol resin: with a minimum binder content of 1.5 parts by weight. (mixture 1), with an average content of 2.0 wt.h. (mixture 2) and with a maximum resin content of 2.5 parts by weight (mixture 3), with various hardeners, as well as XTC prototype (mixture 5). Mixture 4 contains an ester hardener with a varying ratio between ACEG and BSM ranging from 1: 9 to 9: 1.

Figure 00000017
Figure 00000017

В табл.14 приведены свойства этих смесей.Table 14 shows the properties of these mixtures.

Figure 00000018
Figure 00000018

Из рассмотрения табл.13 и 14 следует, что при нижнем пределе по содержанию связующего (1,5 мас.ч.) можно приготовлять ХТС с удовлетворительными прочностными и технологическими свойствами при использовании качественных обогащенных кварцевых песков. На обычных кварцевых песках с содержанием глины до 2% смеси с 1,5 мас.ч. связующего имеют относительно низкие прочности и повышенную осыпаемость. При дальнейшем снижении содержания связующего, даже при использовании обогащенного кварцевого песка, смеси становятся нетехнологичными. Верхний предел по содержанию щелочной фенольной смолы следует ограничить 2,5 мас.ч., так как прочностные свойства ХТС с 2 и 2,5 мас.ч. отличаются мало, а повышение содержания связующего удорожает смесь и повышает ее газотворность.From a consideration of Tables 13 and 14, it follows that at the lower limit for the binder content (1.5 parts by weight), it is possible to prepare CTS with satisfactory strength and technological properties using high-quality enriched quartz sand. On ordinary quartz sand with a clay content of up to 2% of a mixture with 1.5 wt.h. binder have a relatively low strength and increased crumbling. With a further decrease in the binder content, even when using enriched quartz sand, the mixtures become non-technological. The upper limit on the content of alkaline phenolic resin should be limited to 2.5 parts by weight, since the strength properties of XTS with 2 and 2.5 parts by weight differ little, and increasing the binder content increases the cost of the mixture and increases its gas content.

Оптимальным содержанием щелочной фенольной смолы в смеси следует считать 1,8-2,2 мас.ч.The optimal content of alkaline phenolic resin in the mixture should be considered 1.8-2.2 wt.h.

Сравнение свойств смесей 2 и 4 на смоле ФСМ-1 со смесью по прототипу (5) показывает, что свойства двух первых смесей выгодно отличаются от свойств смесей по прототипу, как по прочностным свойствам, так и по возможности регулирования живучести и скорости твердения.A comparison of the properties of mixtures 2 and 4 on the FSM-1 resin with the mixture of the prototype (5) shows that the properties of the first two mixtures compares favorably with the properties of the mixtures of the prototype, both in terms of strength properties and the possibility of controlling survivability and hardening rate.

Способ приготовления двухкомпонентного сложноэфирного отвердителя по настоящему изобретению состоит в смешивании двух сложных эфиров - ацетатов этиленгликоля с одним из циклических эфиров: γ-бутирлактоном (БСМ) или пропиленкарбонатом в указанных в изобретении соотношениях (в мас.ч.) при механическом перемешивании и при обычных температурах.The method of preparing the two-component ester hardener of the present invention consists in mixing two esters - ethylene glycol acetates with one of the cyclic esters: γ-butyrlactone (BSM) or propylene carbonate in the ratios indicated in the invention (in parts by weight) under mechanical stirring and at ordinary temperatures .

С использованием сложных эфиров - ацетатов этиленгликоля и двух представителей циклических сложных эфиров: γ-бутирлактона и пропиленкарбоната впервые в РФ предложена гамма отечественных одно- и двухкомпонентных отвердителей для ХТС на щелочных полифенольных смолах, позволяющих регулировать в широком временном интервале живучесть (от 5-6 мин до 60 мин) и скорость твердения смесей.Using esters - ethylene glycol acetates and two representatives of cyclic esters: γ-butyrlactone and propylene carbonate, for the first time in the Russian Federation a gamma of domestic one- and two-component hardeners for CTC on alkaline polyphenolic resins has been proposed, which makes it possible to control survivability over a wide time interval (from 5-6 min up to 60 min) and the speed of hardening of mixtures.

Предложенные отвердители не уступают, а по ряду показателей превосходят лучшие зарубежные аналоги.The proposed hardeners are not inferior, and in a number of indicators superior to the best foreign analogues.

ХТС на щелочных смолах с разработанными но настоящему изобретению отвердителями прошли широкие производственные испытания и внедрены на ряде заводов, в том числе на ОАО “Череповецкий литейно-механический завод”, на Коломенском ООО “МеталЛитмаш” и других предприятиях.CTS on alkaline resins with hardeners developed according to the present invention have undergone extensive production tests and have been implemented at a number of plants, including the Cherepovets Foundry and Mechanical Plant OJSC, the Kolomna MetalLitmash LLC and other enterprises.

Технико-экономические преимущества изобретения по сравнению с известными ХГС на синтетических смолах состоят в следующем:Technical appraisal and economic advantages of the invention in comparison with the known CGS on synthetic resins are as follows:

- повышается качество и чистота поверхности отливок из чугуна и стали, в том числе отливок из марганцовистых сталей;- improves the quality and surface finish of castings from cast iron and steel, including castings from manganese steels;

- практически исключается образование металлизированного пригара и "просечек";- virtually eliminated the formation of metallized burn and "notches";

- в несколько раз снижается количество дефектов и брака отливок, в том числе по газовым раковинам и ситовидной пористости;- the number of defects and rejects of castings is reduced several times, including gas shells and sieve porosity;

- из-за резкого снижения в составе смолы свободного фенола и формальдегида (в десятки раз) существенно улучшаются санитарно-гигиенические условия труда рабочих и экологическая обстановка в литейных цехах.- due to a sharp decrease in the composition of the resin of free phenol and formaldehyde (by ten times), the sanitary and hygienic working conditions of workers and the environmental situation in foundries are significantly improved.

Claims (1)

Холоднотвердеющая смесь, включающая 100 мас.ч. кварцевого песка, 1,5-2,5 мас.ч. щелочной полифенольной смолы и 25-30% от массы смолы сложноэфирного отвердителя – ацетатов этиленгликоля или их смеси с γ-бутиролактоном при их массовом соотношении от 1:9 до 9:1, или их смеси с пропиленкарбонатом при их массовом соотношении от 1:1 до 25:1.Cold hardening mixture, including 100 wt.h. quartz sand, 1.5-2.5 parts by weight an alkaline polyphenolic resin and 25-30% by weight of an ester hardener resin - ethylene glycol acetates or a mixture thereof with γ-butyrolactone in a weight ratio of 1: 9 to 9: 1, or a mixture thereof with propylene carbonate in a weight ratio of 1: 1 to 25: 1.
RU2001135183/04A 2001-12-27 2001-12-27 Cold-hardening blend RU2229488C2 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2001135183/04A RU2229488C2 (en) 2001-12-27 2001-12-27 Cold-hardening blend

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2001135183/04A RU2229488C2 (en) 2001-12-27 2001-12-27 Cold-hardening blend

Publications (2)

Publication Number Publication Date
RU2001135183A RU2001135183A (en) 2003-08-10
RU2229488C2 true RU2229488C2 (en) 2004-05-27

Family

ID=32678306

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2001135183/04A RU2229488C2 (en) 2001-12-27 2001-12-27 Cold-hardening blend

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2229488C2 (en)

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
Справочник Формовочные материалы и технология литейной формы /Под редакцией С.С.Жуковского. - М.: Машиностроение, 1993, с.91, 104, 105. А.КНОП и др. Фенольные смолы и материалы на их основе. - М.: Химия, 1983, с.73, 75, 78, 220-224. *

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US5459178A (en) Foundry mixes and their uses
JPS61501900A (en) Phenol resin-polyisocyanate binder system containing phosphorus-based acids
BG64942B1 (en) Binder system for producing melting moulds and polyurethane-based cores
CA2012052C (en) Phenolic resin compositions
EP3548200B1 (en) Amino acid-containing moulding material mixture for production of mouldings for the foundry industry
WO1995009892A1 (en) Ester cured no-bake foundry binder system
EP0162562A1 (en) Preparation of foundry moulds and cores
GB2154593A (en) Foundry sand compositions
CA2194430C (en) Use of bisphenol a tar in furan no-bake foundry binders
CN105689636B (en) Making molds suit
US4143022A (en) Foundry resin compositions comprising furfuryl alcohol and a copolymer of styrene and allyl alcohol
US4541869A (en) Process for forming foundry components
RU2229488C2 (en) Cold-hardening blend
KR890015801A (en) Composition for Casting Mold Process Using Recycled Sand
US4028271A (en) Binding resin for foundry sand and catalyst therefor
US3268466A (en) Cold-hardening foundry mixture comprising an epoxy resin and furfuryl alcohol as a catalyst
AU657194B2 (en) Alkaline resol phenol-aldehyde resin binder compositions
CN116234647A (en) Adhesive composition for casting mold
CN108348986B (en) Casting mold molding kit
JP2784715B2 (en) Binder composition for mold production, sand composition for mold production, and method for producing mold
SU1482747A1 (en) Composition for making foundry moulds and cores
RU2038182C1 (en) Self-hardening mixture for manufacturing of casting molds and rods
JP2542144B2 (en) Binder composition for organic ester-curable foundry sand and method for producing mold using the same
CN108495834A (en) Composition and method and reduction Form aldehyde release for being modified ester-curing agent and odorous phenolic binder system
JP3165262B2 (en) Binder composition for casting, composition for casting, and method for producing casting mold

Legal Events

Date Code Title Description
MM4A The patent is invalid due to non-payment of fees

Effective date: 20081228