NOWE SPOIWA TYPU PENTEX

Transkrypt

1 VII KONFERENCJA ODLEWNICZA TECHNICAL 24 Stanisław Bieda 1 Hϋttenes Albertus 1. Wstęp. Dotychczas stosowane żywice samoutwardzalne fenolowe, furanowe, alkidowe, resole alkaiczne (alfa set) obok niewątpliwych zalet posiadały małą produktywność wynikającą z długiego czasu utwardzania. Pentex to spoiwo, które przy zachowaniu wysokiej jakości odlewów posiada niespotykaną w innych systemach szybkość utwardzania. Czas utwardzania waha się od 2 min do 2 godz. w zależności od wielkości rdzenia lub formy, a także od wyposażenia odlewni. Te najkrótsze czasy stosowane są w zmechanizowanych liniach formierskich. 2. Charakterystyka spoiwa Pentex. Spoiwo poliuretanowe typu Pentex składa się z trzech płynnych składników: P1: żywicy fenolowej typu nowolak w rozpuszczalnikach Postać Gęstość Lepkość Punkt zapłonu Udział monomerów płynna, klarowna, żółtopomarańczowa 1,1-1,15 g/cm³ Pa.s >1 C 2,5-7 % (fenol + formaldehyd) P2: aktywatora - difenylmetandiizocyjanianu, rozpuszczonego w organicznych rozpuszczalnikach Postać płynna, klarowna, ciemnobrązowa Gęstość 1,15-1,2 g/cm³ Lepkość 2-1 Pa.s Punkt zapłonu > 93 C P3: katalizatora (zmodyfikowane związki pirydyny) Postać Gęstość Lepkość płynna, jasnożółta 1,2 g/cm³ 2 Pa.s Żywica fenolowa jest utwardzana za pomocą aktywatora, katalizator przyśpiesza reakcję umożliwiając uzyskanie dokładnie oczekiwanego czasu utwardzania. Woda tworzy z poliizocyjanianem pochodną mocznika charakteryzującą się niską stabilności termiczną, rozpada się łatwo z wydzieleniem azotu i wody (Rys.1.). Trzeba chronić aktywator (poliizocjanian) przed wilgocią przez zastosowanie filtrów absorbujących wodę na odpowietrzeniach, a także stosować piasek o najmniejszej możliwie wilgotności. 95

2 VII KONFERENCJA ODLEWNICZA TECHNICAL 24 Odlewnictwo XXI wieku technologie, maszyny i urządzenia odlewnicze Rys.1. Przebieg utwardzania w procesie Pentex. 3. Zalety: - spoiwo nie zawiera N 2, P, S, - wysoka wytrzymałość, - duża plastyczność rdzenia (formy), - duża płynność masy (mała zawartość spoiwa), - niski koszt rdzenia, - krótkie czasy utwardzania i możliwość ich regulacji z dokładnością do 1min., - możliwość regeneracji mechanicznej, - możliwość długiego magazynowania rdzeni, - możliwość stosowania powłok na bazie alkoholu i wody. 4. Zastosowanie. Spoiwo poliuretanowe typu Pentex stosuje się do wykonywania utwardzanych chemicznie form i rdzeni dla odlewów z żeliwa szarego, sferoidalnego, stopów metali nieżelaznych. Dzięki temu, że spoiwo to nie zawiera azotu, oraz jest plastyczne w czasie skurczu odlewniczego doskonale nadaje się do odlewania staliwa. W przypadku metali nieżelaznych lekkich stosuje się specjalne kombinacje żywicy z aktywatorem, które przy niskich temperaturach zalewania zapewniają dostateczną wybijalność. 5. Dozowanie. Do wykonywania form rdzeni w technologii Pentex można stosować praktycznie wszystkie rodzaje piasków (Tabela 1), w celu wyeliminowania wpływu ph na szybkość wiązania i żywotność masy opracowano specjalny system Pentex oliwin (Wykres nr.4,5). Przykładowe receptury dla różnych piasków przedstawia Tab.1. Dla piasku oliwinowego zastosowano standardową żywicę Pentex z dodatkiem boraksu, dlatego konieczny jest jej większy udział aby zachować taką samą wytrzymałość jak przy innych osnowach. 96 Nowa Sól r.

3 PENTEX DODATKI PIASEK VII KONFERENCJA ODLEWNICZA TECHNICAL 24 Tabela 1. KWARCOWY CHROMITOWY OLIWINOWY SiO 2 Fe-CR 2 3 Mg-Si 2 -Fe PH7 PH8 PH1 Fe 3 4 3% Fe % B(H ,22% Żywica,45%-,6%,3%-4%,85%-,95% Aktywator,38%-,55%,28%-,55%,8%-,9% Katalizator 3%-7% * 2%-4% 3%-5% * w stosunku do żywicy 6. Temperatura piasku. Optymalna temperatura piasku: C W praktyce w zależności od pory roku C Temperatura powyżej 25 C - zmniejszenie żywotności, masy - spadek wytrzymałości spowodowany parowaniem rozpuszczalnika Temperatura poniżej 1 C - pogarsza się zdolność dobrego wymieszania - wydłużenie czasu sporządzenia masy - wzrost zużycia katalizatora - wydłuża się czas utwardzania UWAGA: Przy wzroście temperatury o 1 C podwaja się szybkość reakcji. 7. Wilgotność piasku. Optymalna <,5 % W praktyce do,1 % Woda reaguje gwałtownie z poliizocyjanianem (część 2 ) Następstwa : -zmniejszenie płynności i zagęszczalności -zmniejszenie wytrzymałości (wykres.1.) -powstanie polimocznika zamiast poliuretanu -pogarsza jakość rdzeni w czasie przechowywania 97

4 Wytrzyma³oœæ na zginanie kg/cm2 Wytrzymałość N/cm2 VII KONFERENCJA ODLEWNICZA TECHNICAL 24 Odlewnictwo XXI wieku technologie, maszyny i urządzenia odlewnicze ,1,2,3 Wilgotność piasku % Wykres.1. PENTEX- Wpływ wilgotności na wytrzymałość (Żywica -,6 %, Aktywator -,6%,Katalizator 366-4%). 8. Zanieczyszczenia. Wszystkie zanieczyszczenia jak glina, bentonit, wapno, cement, tlenki metali (tlenek żelaza tlenek aluminium inne), resztki spoiw z innych procesów np. resztki szkła wodnego - zmniejszają żywotność masy rdzeniowej - zwiększają udział spoiwa. 9. Własności wytrzymałościowe Pentex-piasek kwarcowy. Na wykresach 2-4 przedstawiono wytrzymałość na zginanie trzech podstawowych układów spoiw Pentex: - szybki (żywica Pentex 34211i aktywator Pentex 35212), - normalny (żywica Pentex (żywica Pentex i aktywator Pentex 35172, - wolny (żywica Pentex i aktywator Pentex 35172). Wytrzymałość może być regulowana przez: - różny dodatek żywic, - kombinację różnych żywic i aktywatorów Rodzaj ywicy i aktywatora 1 H 24 H Wykres.2. PENTEX- Wytrzymałość na zginanie (Żywica -,6 %, Aktywator -,6%, Katalizator 366-4%). 98 Nowa Sól r.

5 Wytrzyma³oœæ na zginanie kg/cm Wytrzymałość na zginanie kg/cm VII KONFERENCJA ODLEWNICZA TECHNICAL H 24 H 5 Rodzaj yw icy i akyw atora Wykres.3. Pentex-Wytrzymałość na zginanie (Żywica -,42%, Aktivator -,38%, Katalizator %) H 24 H 4 2 Rodzaj ywicy i akywatora Wykres.4. PENTEX - Wytrzymałość na zginanie ( Żywica -,25%,Aktywator -,25%, Katalizator %). 1. Własności wytrzymałościowe Pentex-piasek oliwinowy. W celu poprawy własności wytrzymałościowych i żywotności masy Hϋttenes Albertus opracował żywicę Pentex Pu7/131/A. Pozwala ona na produkcję dużych form i rdzeni bez dodatku boraksu. Żywotność, czas utwardzania i wytrzymałość dla piasków oliwinowych pokazuje wykres

6 Kg / cm2 [min] VII KONFERENCJA ODLEWNICZA TECHNICAL 24 Odlewnictwo XXI wieku technologie, maszyny i urządzenia odlewnicze 5, 45, 4, 35, 3, 25, 2, 15, 1, 5,, Pentex ZYWICA :,88% PX :,82% PISAEK OLIWINOWY PU 7 /131/A PU 7 /131/A ywotnoœæ czas utw. Wykres.5. PENTEX Żywotność i czas utwardzania ( Żywica -,88%, Aktywator -,82%, Katalizator - 4%). Pentex ŻYWICA :,88% PX :,82% PISAEK OLIWINOWY PX 365: PX 365: PX 364: 4% PU 7 /131/A PU 7 /131/A 1H 24h Wykres.6. PENTEX Wytrzymałość na zginanie ( Żywica -,88%, Aktywator -,82%, Katalizator - 4%). 11. Żywotność i czas utwardzania. System Pentex pozwala na bardzo elastyczną regulację czasu utwardzania i żywotności. Można je regulować przez: - różny udział katalizatora P3 stosowanie różnych katalizatorów od najszybszy do 361 najwolniejszy - kombinacje różnych żywic i aktywatorów (Wykres 6-7) 1 Nowa Sól r.

7 Czas min Czas min VII KONFERENCJA ODLEWNICZA TECHNICAL żywotność czas utwardzania 2 1 Rodzaj żywicy i aktyv atora Wykres 7. PENTEX-żywotność i czas utwardzania ( Żywica -,6%,Aktyvator -,6%, Katalizator 366-4%) Rodzaj żyw icy i aktyvatora żywotność czas utwardzania Wykres. 8. PENTEX-żywotność i czas utwardzania ( Żywica -,42%,Aktywator -,38%, Katalizator 366-4%). Rys.2. System dozowania żywicy z tzw baj-pasem. 11

8 VII KONFERENCJA ODLEWNICZA TECHNICAL 24 Odlewnictwo XXI wieku technologie, maszyny i urządzenia odlewnicze 12. Mieszarki. Do wykonywania masy z żywicami Pentex stosuje się: - mieszarki okresowe skrzydełkowe (tylko do spoiw Pentex o długim czasie utwardzania i żywotności) - mieszarko - nasypywarki z dwoma pompami dozującymi i zbiornikiem dziennym na mieszaninę żywicy P1 i katalizatora P3.Jedna pompa podaje aktywator P2, druga mieszaninę(p1+p3). (wymaga dokładnego planowania produkcji, ilość wymieszanej żywicy powinna być dokładnie taka jak planowane zużycie, pozostała mieszanina z każdym dniem przechowywania zwiększa prędkość utwardzania) - mieszarko - nasypywarki z trzema pompami dozującymi ( układ najczęściej stosowany) - system z tzw.bajpasem Rys 2. Składa się on z następujących elementów: Podgrzewanego zbiornika 1 w którym żywica utrzymywana jest w temp. ok.2 C. Zbiornika 2 w którym mieszna jest żywica z katalizatorem dostarczanym przez pompę 3 ze zbiornika 3. W pierwszej kolejności do zbiornika 2 dostarczana jest żywica przez zawór EV1 aż do osiągnięcia poziomu max, potem dozowany jest katalizator w ilości 1 3 % w stosunku do żywicy. Zbiornika 4, który jest zapełniany za pomocą czujników poziomu ze zbiornika 2. Z niego mieszanina jest dozowana za pomocą pompy 1 do mieszarki. W momencie spadku temperatury masy dozowana jest dodatkowa porcja katalizatora przez pompę 3. Ilość dodatkowego katalizatora zależy od spadku temperatury. 13. Wnioski. Hϋttenes Albertus nie ograniczył się do opracowania jednego spoiwa typu Pentex, lecz stworzył cały system wiązania Pentex składający się kilku różnych żywic, aktywatorów i katalizatorów. System ten pozwala na osiągnięcie dokładnie oczekiwanych czasów utwardzania, żywotności i wytrzymałości. Zastosowanie rozpuszczalników roślinnych w miejsce węglowodorów aromatycznych spowodowało znaczące zmniejszenie emisji szkodliwych substancji typu Toluen, Benzen, Xylen. Zastosowanie spoiw Pentex prowadzi do zwiększenia wydajności na rdzeniarni i formierni, a co za tym idzie obniża cenę odlewu i poprawia konkurencyjność odlewni. 12 Nowa Sól r.