Связующие материалы

Категория:
Покрытия литейных форм


Связующие материалы

Способность краски сохранять свою сплошность и прочно удерживаться на окрашенной поверхности после удаления растворителя при нормальных и повышенных температурах обеспечивается введением в ее состав связующих материалов. По П. П. Бергу различают три механизма образования прочности: удаление растворителя (высыхание связующего); затвердевание после расплавления; химические процессы. Упрочнение краски в результате удаления растворителя при тепловой обработке проявляется, например, в водных красках, содержащих глину или жидкое стекло. Упрочнение красочного слоя в результате затвердевания связующего после нагрева до расплавления имеет место в красках, содержащих канифоль, битумы или пеки. Упрочнение слоя краски в результате химических процессов наблюдается при полимеризации связующего и химического взаимодействия различных компонентов покрытия. При высыхании полимерного связующего молекулы его объединяются в длинные цепи или трехмерные сетки и образуют прочную пленку.

Некоторые материалы полимеризуются при комнатной температуре во время испарения растворителя (поливинилбутираль). Такие связующие для приготовления красок очень ценны, так как содержащие их покрытия после нанесения на окрашиваемую поверхность приобретают прочность в кратчайший срок без тепловой обработки. Другие же связующие материалы полимеризуются только при температуре 300—350° С. Следовательно, после испарения растворителя процесс упрочнения красок еще не заканчивается и прочность покрытия бывает недостаточной. Если связующее с повышенной температурой полимеризации входит в состав поджигаемой краски, то ее упрочнение может заканчиваться также быстро за счет теплоты сгорающего растворителя. Примером удачного связующего для поджигаемых красок может быть пуль-вербакелит.

Учитывая условия работы упрочняющих, противопригарных и защитных покрытий литейных форм, к связующим предъявляют следующие требования: максимальное сохранение прочности при высоких температурах заливки (термостойкость); термопластичность при температурах просушки и заливки форм, чтобы предотвратить отслаивание и растрескивание покрытия; минимальная газотворность; негигроскопичность.

При всем разнообразии известных связующих вряд ли можно подобрать такое, которое удовлетворяло бы всем предъявленным требованиям, поэтому качество связующих оценивают по соответствию его главным требованиям: максимальному сохранению прочности при высоких температурах и газотворности.

Неорганические связующие. В качестве неорганических связующих для приготовления покрытий применяют формовочные глины, жидкое стекло, коллоидный кремнезем, натрий-алюмо-фосфаты и др.

Глины формовочные (ГОСТ 3226—65) — материалы из горных пород, состоящие в основном из тонкодисперсных частиц водных алюмосиликатов, способных в присутствии воды образовывать клейкие суспензии. По минералогическому составу глины классифицируются на каолиновые, гидрослюдистые, монт-мориллонитовые и полиминеральные. В литейном производстве чаще применяют каолиновые и монтмориллонитовые глины.

По соображениям сохранения прочности покрытия после сушки форм глины как связующие для водных красок надо выбирать прочносвязующие и наиболее термостойкие. В этом отношении предпочтение должно быть отдано каолиновым глинам, которые теряют связующую способность только при нагреве свыше 300—400° С. Монтмориллонитовые глины как менее термостойкие применять в красках для форм, просушиваемых при повышенных температурах, не рекомендуется, так как некоторые сорта бентонитов теряют связующие свойства уже при нагревании до 200° С.

Глина в водных красках помимо связующего действия способствует седиментационной устойчивости суспензии. Однако повышенное содержание глины увеличивает склонность покрытия к растрескиванию, отслоению и пригару.

Жидкое стекло (ГОСТ 8264—56) — водный раствор силикат-глыбы (силиката натрия растворимого). Силикат-глыба (ГОСТ 8263—56) представляет собой твердый аморфный сплав растворимого стекла состава R20 -mSi02 (где R — натрий или калий, т — число молекул Si02, приходящееся на одну молекулу окисла R20). Жидкое стекло выпускают трех марок: А — с модулем 2,00—2,30; Б — с модулем 2,31—2,60 и В — с модулем 2,61—3,00. Удельная прочность жидкого стекла около 2,5 кг/(смМ%).

Металлофосфатные связующие применяют -для приготовления водных противопригарных красок преимущественно в сталелитейном производстве. Связующие практически не выделяют газов при нагревании и хорошо совмещаются с графитом, корундом, цирконом и другими наполнителями.

Алюмохромофосфатное связующее АХФС (ТУ 34-4620—73) по внешнему виду представляет собой вязкую темно-зеленую жидкость, прозрачную в тонких слоях, без пузырьков и твердых включений. Плотность 1,57 г/см3. Вязкость по вискозиметру ВЗ-4 30—80 с. Связующее содержит (% по массе): 32—39 Р206; 8— 10 А1203; 3,2—4,5 Сг203; до 0,9 Сг03. Водородный показатель Р’Н — 1. Связующее применяют в сочетании с кислыми или нейтральными наполнителями преимущественно для приготовления кокильных защитных покрытий и клеев. Разведение АХФС водой недопустимо.

Этилсиликат (ГОСТ 5.1174—71, ТУ 6-02-895—74) предназначен для применения в литейном производстве в качестве связующего материала форм. Перед использованием в качестве дисперсионной среды красок этилсиликат обрабатывают в две стадии: первая — гидролиз в присутствии катализатора (соляной кислоты) в количестве ОДЕ—0,20% по массе от количества растворителя на первой стадии и 15—17% воды от общей массы растворителя; вторая — разбавление гидролизованного раствора водой или органическим растворителем до содержания в растворе 6—12% двуокиси кремния. В приготовленный гидролизованный раствор этилсиликата вводят наполнитель. Связующее, приготовленное на воде, отверждают при нагреве. Спиртовые растворы этилсиликата применяют для быстросохнущих красок. Температура плавления выделяющегося при отверждении геля кремнезема близка к 1713° С.

Органические связующие. В институте проблем литья АН УССР разработана классификация органических связующих, которая отражает большинство требований, предъявляемых к связующим литейных покрытий. Исходя из химической структуры связующих в состоянии связки и температуры термодеструкции, известные органические связующие разделили на три класса [48]: I — гетероатомные и карбоцепные предельные структуры — нетермостойкие (температура термодеструкции 185—380° С); II — карбоцепные непредельные, полимеризующиеся в трехмерную углеродную структуру — термостойкие (температура термодеструкции 250—500° С); III—элементоорганические связующие Si, Ti, Zr, образующие термостойкую окисную связку (средняя температура термодеструкции 600° С).

Связующие I класса обладают низкой температурой термодеструкции и сравнительно высокой газотворностью и ‘гигроскопичностью. Поглощение воды этими связующими из влажного воздуха достигает 50% и более от массы связующего пленки, что резко снижает прочность и повышает газотворность связующего, поэтому они не могут быть рекомендованы для приготовления покрытий, работающих в тяжелом тепловом режиме. При разработке термостойких покрытий следует отдавать предпочтение связующим II класса, а также кремнийорганическим связующим. Характеристики органических связующих I и II классов приведены в табл. 14 и 15.

Связующие III класса представляют собой элементоорганические соединения. Элементоорганическими называют соединения, которые содержат в своем составе какой-либо элемент (металл или металлоид), непосредственно связанный с атомом углерода. Среди многих элементоорганических соединений для приготовления литейных красок опробованы наиболее термостойкие крем-нийорганические смолы: полифенилсилоксановая (Ф-1), полиме-тилфенилсилоксановая (К-9) и полиметилсилоксановая (КМ-9К). Смолы Ф-1 и К-9 растворяются в ацетоне и растворителе № 646. Смола КМ-9К растворяется также и в спирте. Для приготовления цирконовых красок на кремнийорганических смолах рекомендуют вводить 3—5% связующего к массе циркона или применять 13—16%-ные растворы смол в выбранных растворителях.

Газотворность красок на кремнийорганических связующих не превышает газотворности обычных спиртовых красок с поли-винилбутиралем. По стойкости при мгновенных нагревах они занимают промежуточное положение между красками, содержащими органическое связующее поливинилбутираль и неорганическое — жидкое стекло; лучше противостоят размывающему действию жидкого металла, нежели краски на органических связующих.

Свойства элементоорганических соединений как связующих для литейных красок еще далеко не изучены.


Читать далее:



Статьи по теме:


Реклама:




Главная → Справочник → Статьи → БлогФорум