МАТЕРИАЛЫ ДЛЯ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ОБОЛОЧКОВЫХ ФОРМ И СТЕРЖНЕЙ
§ 45.
Синтетические смолы - часть 1
В качестве связующих при изготовлении оболочковых форм и стержней
применяют жидкие или твердые фенолформальдегидные,
мочевиноформальдегидные и фурановые термореактивные смолы.
Для изготовления сухих песчано-смоляных смесей наибольшее применение
нашли твердые новолачные фенолформаль-дегидные смолы с
гексометилентетрамином (уротропином). Твердые синтетические смолы
разделяются на термопластичные и термореактивные. Термопластичные — это
смолы, которые стабильны при обычных температурах и давлениях, но
способны при нагревании деформироваться и плавиться, причем эта
способность не теряется при многократном нагреве. Термореактивная смола
первоначально под влиянием температуры способна плавиться, а при
дальнейшем нагревании претерпевать химические превращения и необратимо
отверждаться. Это свойство термореактивной смолы используют в процессе
литья в оболочковые формы. Для изготовления смесей, обладающих
прочностью на сжатие в сыром состоянии, используют жидкие
термо-реактивные смолы.
Являясь одним из основных материалов в рассматриваемом процессе,
синтетическая смола должна отвечать следующим требованиям: не терять
своих свойств при длительном хранении, быстро отверждаться при нагреве,
обеспечивать высокую удельную прочность смесям в отвержденном состоянии
(при растяжении и изгибе), обеспечивать смесям хорошие технологические
свойства, быть стандартной и недефицитной. Все синтетические связующие
относятся к конденсационным смолам. Конденсационные смолы образуются в
результате реакции поликонденсации не менее двух химических веществ.
Этим методом получают фенолформальдегидные, мочевиноформальдегидные,
фурановые и другие смолы.
Фенолформальдегидные смолы
Исходным сырьем для получения
фенолформальдегидных смол являются фенолы и формальдегид. Формальдегид
(СН2О) получается путем окисления метилового спирта кислородом воздуха и
представляет собой бесцветный газ с резким неприятным запахом.
Выпускается он в
виде 40%-ного водного раствора формалина. Фенолами
называются соединения типа R С6Н5ОН, где R — органический радикал или
водород. Эти соединения представляют собой бесцветные игольчатые
кристаллы с характерным запахом карболовой кислоты. Основным источником
фенола служат каменноугольный деготь и продукты крекинга нефти.
Фенолформальдегидная смола образуется при реакции между фенолом и
формальдегидом в присутствии катализаторов. В зависимости от количества
формальдегида, введенного в реакцию. и природы катализатора получают
термореактивные или термопластичные смолы. Так, при недостатке
формальдегида в присутствии кислого катализатора образуются плавкие
термопластичные смолы-новолаки. При использовании щелочных катализаторов
и избытка формальдегида получают смолы резольного типа.
Выпускаемые химической промышленностью новолаки представляют собой
твердые, термопластичные, прозрачные смолы с температурой каплепадения в
пределах 95—115°С и содержанием свободного фенола от 2 до 9%. Новолаки
плавятся при температуре около 100° С, образуя жидкую легкоподвижную
смолу; при охлаждении они застывают, а при нагревании плавятся вновь.
Для получения прочных технических продуктов, не плавящихся при высоких
температурах, в новолаки необходимо ввести дополнительно формальдегид.
На практике вместо газообразного формальдегида или его водного раствора
(формалина) вводят кристаллическое соединение формальдегида и аммиака —
уротропин—(CH2)6N4. Уротропин при нагревании разлагается на
формальдегид, аммиак и другие газообразные продукты. Выделяющийся
формальдегид придает смоле необходимую техническую прочность. Жидкие
резольные смолы отверждаются при нагреве за счет избытка формальдегида,
содержащегося в них.
В процессе отверждения термореактивных смол (переход в необратимое
состояние) можно заметить три характерных состояния смолы: твердая,
плавкая (при температуре 50—60° С), или жидкая, и растворимая смола —
резол, или смола в состоянии А. При последующем нагревании этой смолы
цепи ее молекул соединяются между собой; при этом она переходит в
состояние В-резитол (тягучую резиноподобную массу). Смола теряет
способность плавиться или растворяться, но может еще размягчаться. При
дальнейшем нагревании смолы образуется резит, или смола в стадии С; при
этом она теряет возможность размягчаться и набухать в органических
растворителях. В таком состоянии смола приобретает необходимую прочность
и стойкость к температурным воздействиям. Время перехода смолы из
плавкой и растворимой (стадия А) в неплавкое и нерастворимое состояние
(стадия С) называется скоростью отверждения. Скорость отверждения
резольных смол несколько уступает скорости отверждения новолачных смол с
уротропином.
В СССР выпускается ряд марок твердых новолачных
фе-нолформальдегидных смол, пригодных в качестве связующих для
оболочковых форм и стержней.
Связующее ПК-Ю4 представляют собой тонкоизмельченную смесь новолачной
фенолформальдегидной смолы марки 104 с уротропином в количестве 7,4—8%-
Связующее выпускается заводами химической промышленности по ГОСТ
13507—68. Новолачная смола марки 104«К» (ЗТУ IIX-10-66) представляет
собой твердую хрупкую смолу и выпускается в виде чешуек. Высокая
температура каплепадения обеспечивает хорошие технологические свойства
смеси, а малое количество фенола улучшает условия труда. Для сохранения
стабильности свойств связующего ПК-Ю4 и смолы марки 104«К» их необходимо
хранить в сухом помещении в закрытой таре при температуре не выше 25° С.
Физико-механические свойства связующего ПК-104 имеют следующие
показатели: подвижность расплава в пределах 40— 90 мм; предел прочности
при статическом изгибе образцов из песчано-смоляной смеси не ниже 48
кгс/см2; остаток на сите с сеткой № 01 не более 2% (ГОСТ 13507—68).
Связующее ПК-104 применяют при изготовлении сухих неп-лакированных и
плакированных песчано-смоляных смесей холодным способом. Смолу марки
104«К» в виде чешуек применяют при изготовлении плакированных
песчано-смоляных смесей горячим способом.
Смола 18 (ТУ 35-XII-537-63) является твердым новолаком и получается
конденсацией фенола с формальдегидом в присутствии щавелевой кислоты в
качестве катализатора. Смола содержит свободного фенола не более 9%,
имеет температуру каплепадения в пределах 90—105° С и применяется для
изготовления плакированных песчано-смоляных смесей горячим способом.