Суспензия для изготовления многослойных оболочковых форм

(19 САНИЕ ИЗОБРЕТЕН и натрий кар ли амифлок и аядой укаэаннойссовое соотнонзия содержит акри ичем в паре шени лимеры имеют м 1-4):1, а сусп енты в следующ ингр м соотношен мас.7: Пыл Кре0-75,0 0-44,0 и кварцьсмесь из неэ ол водорастворимых 0,001-0,01Остальноео т л ито в бинарноййолимеров ами- Е полимероВода пен я2. чаю смеси флок и имеют 3.карбоксе соотно метилцелл ение 4;1 1 отл оэ и -арной амиСуспенз щ а я с о м, что в би ю полимер о ль имеют мь шение 1: 1. зия по п. 1, о с я тем, что овое соотн л ибинарнойров по 4. Суспечающая смеси водор лиэтиленими творимых полим и натрий карбо е ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССРПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ ВТОРСКОМУ СВИДЕТ(71) Московский ордена Ленина и ордена Трудового Красного Знамени химикотехнологический институт им.Д.И.Менделеева и Всесоюзный научно-исследовательский институт литейного машиностроения, литейной технологии и автоматизации литейного производства(56) 1. Литье по выплавляемым моделям. Инженерная монография. Под ред.Я,И.Шкленника и В.А.Озерова. М.:Машиностроение, 1971, с. 434.2. Лех-Люсняк Л. и др. Сизол новое связующее для литья по выплавляемым моделям. - Литейное производство, 1974, Ф 12, с, 7-9.3. Патент США У 3583468,кл. В 22 С 9/04, опублик. 1971.(54)(57) 1.СУСПЕНЗИЯ ДЛЯ ИЗГОТОВЛЕНИЯ МНОГОСЛОЙНЫХ ОБОЛОЧКОВЫХ ФОРМ повыплавляемым моделям, содержащая кремнезоль, воду, пылевидный кварц, о тл и ч а ю щ а я с я тем, что,с целью повышения прочности прокаленных и непрокаленных оболочковых формона дополнительно содержит бинарнуюсмесь из водорастворимых полимеров,выбранных из группы, содержащей амифлок и натрий карбоксиметилцеллюлозуили амифлок и полиэтиленгликоль, илиполиэтиленимин и полиэтиленгликоль,или полиэтиленимин и натрий карбоксиметилцеллюлозу, или поли-винил-И 22 С 1/16, В 22 С .1/18 бензилтриметил (ВАбоксиметилцеллюлоэу,меси водорастворимыхлок и полиэтиленгли еллюлоза имеют массовое соотношеие 2:1. 5. Суспензия по и. 1, о т л ич а ю щ а я с я тем, что в бинарной смеси водорастворимых полимеров поли-винил-И-бензилтриметил (ВА) и натрий карбоксилитилцеллюлоза имеют массовое соотношение 1:1.6. Суспензия по и. 1, о т л ич а ю щ а я с я тем, что в бинарной смеси водорастворимых полимеров амифлок и тампакрил имеют массовое соотношение 1:1.1227310 Т а б л и ц а 7 Свойства Составы У 30 31. 32 33 Условная вязкость суспензий по ВЗ,мас,7 32 43 46 50 Прочность образцов оболочковых форм на изгиб, кгс/см(с=20 С)необожженных снятых (сухих) 25 40 45 53 необожжен 25 ных, послевыплавл.ения мо,дельной ассы в ккпящей воРе; сыр) лх (послее выплавки) 24 33 38 46 обожженных (прокаленных), при1:=22 С 42 55 60 55 Составитель Л.ШкленникТехрец В.Кадар Корректор А. Зимокосов Редактор А.Ревин Заказ 2244/10Тираж 757 Подписное ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий 13035, Москва, Ж, Раушская наб д, 4/5Производственно-полиграФическое предприятие, г.ужгород, ул,Проектная, 4 Полученные растворы полимеров устойчивы по своим свойствам в течение длительного времени,18Приготовление суспензии.Связующее - кремнезоль с концентрацией 80=30 мас,Е, Наполнительпылевидный кварц (ПК) .В мешалку загружают 29 кг кремнезоля и добавляют 0,2 кг приготовленного раствора Иа-КМЦ и 0,8 кг приготовленного раствора амифлока. Всюжидкую составляющую перемешивают1 О 5-10 мин. Затем порциями в мешалкузагружают пылевидный кварц. Общееколичество ПК должно быть 70 кг. Перемешивают суспензию после загрузкипоследней порции кварца 20 мин прискорости мешалки 2800 об/мин. Такимобразом получают суспензию с содержанием наполнителя 707 и с содержаниемполимеров 0,005 мас,Ж. Условную вязкость суспензий проверяют по ВЗ(она должна составлять 35-50 с),В дальнейшем приготовление оболочковых форм ведут по известной технологии послойным нанесе,.ием покрытийна поверхность модели,Прочность непрокаленных оболочек,полученных с использованием смеси полиэлектролитов, превышает прочностьоболочек па прототипу для пары аьжЗОфлак - Иа - КМЦ в 3 3 раза для парыУ Уамифлок - ПЭГ в 3 раза, для пары ПЭИ -Жа-КМЦ в 2.,8 раза, для пары ВА- ИаКМЦ в 2,6 раза, для пары амифлоктампакрил в 3,0 раза, а прокаленныхобразцов в 2 - 2,5 раза,Использование предлагаемых составов позволит полностью заменить дорогостоящий и дефицитный этилсиликатпри изготовлении оболочковых форм,повысить чистоту поверхности отливок,улучшить условия труда в литейных цехах.Экономический эффект от использования предлагаемых суспензий составляет 80-85 руб на 1 т годных отливок, 1227Изобретение относится к литейному производству, а именно к изготовлению оболочковых Форм по выплавляемым моделям.Известно, что в качестве связующего при изготовлении оболочковыхформ в литье по выплавляемым моделямприменяют гидролизованные растворыэтилсиликата, Формы, изготовленныес гидролизованным этилсиликатом обладают высокими физико-механическимихарактеристиками 11.Однако применение данного связующего связано с рядом трудностей,так как оно не поставляется в готовом виде и при производстве оболочковых Форм остается необходимой операция приготовления гидролизованногоэтилсиликата, являющаяся вредной ипожароопасной. 2 ОИзвестно применение суспензий сосвязующим кремнезоль, представляющимсобой готовое связующее,роторое в суспензии применяют как в обработанном,так и в необработанном виде 21. 25Однако оболочки из суспензиис кремнезолем обладают недостаточнойпрочностью и их применяют для облицовочных слоев оболочек.Наиболее близкой к предлагаемойявляется суспензия31, содержащаяводный коллоидный кремнезем (кремнезоль) с концентрацией ЯхО от 20до 60 мас.Е и огнеупорный наполнитель (кристаллический кварц, циркон,муллит и др.) при следующем соотношении ингредиентов, мас.7;Кремнезоль . 20-50Огнеупорныйнаполнитель ОстальноеОднако прочность прокаленных оболочек, полученных из суспензии с этимсвязующим невысока (20-22 кгссм),поэтому данную суспензию используюттолько для облицовочного слоя оболочковых форм, что обеспечивает получение отливок с повышенной чистотой поверхности. Для достижения необходимой прочности сырых (непрокаленных) и прокаленных оболочек последующие слои наносят из суспензиис этилсиликатным связующим или с комЗ 10 2бинированным связующим этилсиликат кремнезоль.Цель изобретения - повышение прочности прокаленных и непрокаленных оболочковых форм.Поставленная цель достигается тем, что суспензия для изготовления многослойных оболочковых Форм по выплавляемым моделям содержащая кремнезоль, воду, пылевидный кварц, дополнительно содержит бинарную смесь из водорастворимых полимеров, выбранных из группы, содержащей амифлок и натрий карбоксиметилцеллюлозу или амифлок и полиэтиленгликоль, или полиэтиленимин и полиэтиленгликоль, или полиэтиленимин и натрий карбоксиметилцеллкдозу, или поли-винил-Н- бензилтриметил (ВА) и натрий карбоксиметилцеллюлозу, или амифлок и тампакрил, причем в каждой указанной паре полимеры имеют массовое соотношение (1-4):1, а суспензия содержит ингредиенты при следующем соотношении, мас,7:Пылевидный кварц 55,0-75,0Кремнезоль 24,0-44,0Бинарная смесьиз водорастворимыхполимеров 0,001-0,01Вода ОстальноеВ бинарной смеси водорастворимых полимеров амифлок и натрий карбоксиметилцеллюлоза имеют массовое соотношение 4:1.В бинарной смеси водорастворимых полимеров амифлок и полиэтиленгликоль имеют массовое соотношение 1:1. В бинарной смеси водорастворимых полимеров полиэтиленимин и натрий карбоксиметилцеллюлоза имеют массовое соотношение 2;1.В бинарной смеси водорастворимых полимеров амифлок и тампакрил имеют массовое соотношение 1:1.Составы рабочих суспензий с различным содержанием водорастворимых полимеров при постоянном соотношении пылевидного кварца (огнеупорного наполнителя)и кремнезоля приведены в табл . 1, а их свойства - в табл .2.м о о л о ц СО Оо СО о о л о СЧ о о л о о О 1 Оо о ооло ц О 1 О л о х х ф М а Ц О о СЧ о о о .л Ю О О Оо о л о о о л Ю о о о л Ю Г СЬ О л о о ооло а л о/ о в о сч ло СО О л о1227310 Таблица 2 Составы 112 Свой- ства Условнаявяз- кость суспенэий поВ 3-4, с 62 40 44 37 45 50 52 104 35 37 43 48 непрокаленных, снятых,послепрока- ливания 30 26 2819 35 60 58 56 20 29 55 43 Прочностьобразцов оболочковых формпри изгибе,кгс/смСоставы д Свойства 19 20 21 22 23 24 13 14 15 16 17 18 Условнаявязкостьсуспенвий поВ 3-4, с ленных ю снятых (су-хих) 33 22 непро- каленных,после вы- плавления модельной массы в кипящей воде,сырыхПриготовление суспензий начинают с приготовления растворов полимеров известной концентрации. Рассчитанное количество растворов полимеров добавляют в кремнезоль и после непродолжительного перемешивания вводят огнеупорный наполнитель. Суспензию перемешивают 15-20 мин. Проверяют условную вязкость суспензии по ВЗ. Полу.ченную суспензию наносят послойно 1 О на модель образца, присыпают каждый слой грубодисперсной фракцией наполйителя и проводят сушку каждого из трех слоев в течение 1,0-1,5 ч. Испытывают на изгиб образцы до их про каливания (сухие), прокаленные прио960 С и охлажденные.Введение индивидуальных добавок водорастворимых полимеров (составы 1 - 3 в табл.1 и 2) обеспечивает некоторое повышение прочности непрокаленной оболочки по сравнению с прототипом. Однако достигаемый при этом уровень прочности не является достаточным для изготовления многослойных 25 оболочковых форм с применением кремнезоля в качестве связующего, Использование бинарной смеси полимеров различной природы значительно повышает механические характеристики оболочек (составы 4 - 23 в табл . 2) .Эффект повышения прочности сырых оболочковых форм достигается за счет образования полиэлектролитного комплекса (ПЭК) .35Полиэлектролитные комплексы образуются в результате кооперативного взаимодействия катионоактивного полиМера с анионоактивным, причем поли- электролиты (полимеры) реагируют в стеО хиометрическом соотношении. 20 В качестве комплексообразующих полимеров используют катионные поли- электролиты, например, амифлок, полиэтиленимин, поли-винил-М-бензил 45 триметиламмоний хлорид (ВА), В качестве анионного полиэлектролита используют, например, Иа в со карбоксиметилцеллюлозы (Иа-КМЦ), полиэтиленгликоль (ПЭГ), полиакриловую или по -лиметакриловую кислоту, тампакрил.На отрицательно заряженных частицах 80 кремнезоля и частицах огнеупорного наполнителя в суспензии адсорбируются катионактивные полиэлект ролиты, которые одновременно образуют ПЭК с введенным.анионактивным поли- электролитом. Таким образом, ПЭК образуется и на поверхности частиц дисперсной фазыи в объеме дисперсионной среды, создавая в системе дополнительную упрочняющую структуру, что приводит к повышению прочности оболочек.Образование ПЭК обеспечивает синергетное увеличение прочности непрокаленной оболочки, т.е, при использовании бинарной смеси комплексообразующих полимеров повышение прочности значительно превышает аналогичное действие отдельных полимеров, Например, введение одного амифлока в состав суспензии увеличивает прочность непрокаленных образцов по сравнению с прототипом на 3-6 кгс/см (состав 1 в табл. 2), Добавка Иа-КМЦ (состав 3 в табл. 2) увеличивает прочность на 11-14 кгс/см . Тогда, по аддитивности, амифлок и Иа-КМЦ вместе должны были бы увеличить прочность образцов на 14-20 кгс/см . Однако даже при уменьшении концентрации каждого полимера (при сохранении их общей концентрации 0,005 мас.Е) прочность повышается на 30-33 кгс/см (соста 6 в табл, 2) по сравнению с прототипом.Наиболее высокая прочность у образцов оболочек из суспензии для случаев граничного и промежуточного содержания полиэлектролитов приведены в табл. 2,:для пары амифлок Иа-КМЦ составы У 5 и 7 - граничные, Ф 6 - промежуточный; для пары амифлок - ПЭГ составы Р 10 и 12 - граничные, У 11 - промежуточный; для пары Иа-КМЦ - ПЭИ составы У 14 и 16 граничные, 9 15 - промежуточный; для пары ВА- Иа-КМЦ составы В 17 и 19 - граничные, У 18 - промежуточнык; для пары амифлок - тампакрил составы У 21 и 23 - граничные, Ф 22 - промежуточный.При содержании ПЭ меньше 0,0013 падает прочность непрокаленных оболочек (составы 4 и 9), при содержании ПЭ больше 0,01 Е - ухудшается технологичность рабочих суспензий за счет повышения их вязкости (составы 8 и 13 в табл, 2) .Рекомендуемые содержания ПЭ (суммарно) находятся в диапазоне 0,001 - 0,01 мас.7.Соотношения между полиэлектролитами по реакции образования полиэлектролитного комплекса (ПЭК) определяют экспериментально методом потенциометрического титрования смесей поли13 1227 т Характеристики суспензии и образцов оболочек форм Значения вязкости суспензии и прочностьобразцов оболочек присоотношении амифлок;;На-КМЦ 20 0,5:1 1:1 4:1 9:1 19:1 Т а б л и ц а 4 1Компоненты суспенэий и оболочковых форм Количественноесодержание ингредненсоставов В тов, мас.для2829 125 2627 75 76 24 23 Пылевидный кварцКремнеэоль (Сзо =30 мас.%2 60 50 55 49 44 39 Вода электролитов в присутствии кремнезоля. Полученные результаты подтверждены соответствующими изменениями физико- механических характеристик рабочих суспензий и образцов керамических 5 форм в зависимости от соотношения ПЭ (на примере реологических характерис" .тик и прочностных свойств образцов для пары ПЭ амифлок - На-КМЦ). Состав суспензии везде постоянен: 70% пылевидного кварца, 29 кремнезоля с концентрацией 80 з=30 мас. , общее содержание ПЭ 0,0052, остальное - вода (табл. 3)Таблица Условнаявязкость, с25 (по ВЗ) 44 46 50 80 106 Прочность образцов на изгиб, кгс/см(снятые образцы) 28 40 45 38 20 10 Бинарная смесь водорастворимых полимеров, амифлок - Ка-КМЦ 310 14Оптимальное соотношение амифлок: :Яа-КМЦ для образования ПЭК равно 4:1. Уменьшение содержания амифлока в смеси обусловливает неполное образование ПЭК, что приводит к снижению прочности оболочковых форм. Повышение содержания амифлока вызывает флокуляцию частиц наполнителя, ухудшает реологические свойства суспензий н снижает механическую прочность оболочек. Аналогичные закономерности соблюдаются для остальных пар ПЭ. В табл. 4 приведены составы рабочих суспензий с различным содержанием огнеупорного наполнителя, При содержании пылевидного кварца менее 55 мас,прочность оболочек снижается (состав 25 в табл . 4), С увеличением количества пылевидного кварца выше 75 мас.% вязкость суспенэий возрастает, что делает их нетехнологич.ными. Составы 25-29 в табл. 4 приведены для пары ПЭ амифлок - Ха-КМЦ, .,Аналогичные зависимости прочностных и технологических характеристик от содержания наполнителя сохраняются и для других используемых ПЭ (свойства для составов В 25-29 приведены в табл. 5) . 0,005 0,005 0,005 0,005 0,005 0,995 0,995 0,995 0,995 0,99525 28 29 Условная вяз 25 102 120 Прочность образцов оболочковых форм при изгибе (с=20 С), кгс/смнеобожженных (сухих) снятых 19 30 40 42 44 необожженных, после выплавления модельной массыв кипящейводе 16 26 30 32 34 30 обожженных (прокапенных)при с=22 ОС Пыпевидныйкварц 70 70 70 29 29 70 21 50 58 65 80 29 Кремнезоль 2935 Концентрация Б 3.0 гв кремнезоле,Соотношение п=Б 10+ПЭГ55 Вода кость суспензий по ВЗ, с 12 18ю Рекомендуемое сбдержание наполнителя (пылевидного кварца) в суспензии составляет 55-75 мас.7В табл. 4 приведены составы рабочих суспензий с кремнезолем, у которого различная концентрация двуокиси кремния. Характеристикой такой суспензии является соотношение Б 10 золь/БхО кварц, принятым за и.Увеличение содержания Б 10 в кремнезоле усиливает его связующую способность и приводит к повышению прочности форм (табл . 6 и 7) . Удовлетворительные прочностные характеристики керамики достигаются при п=0,12-0,17 (составы 6 и 7 в табл . 4), т.е. при использовании кремнезоля с концентрацией дисперсной фазы 30-40 мас.7. Дальнейшее увеличение этого соотношения при рекомендуемом количестве огнеупорного наполнителя в суспензии затруднено вследствие технологических трудностей при получении высококонцентрированных кремнезолей. П р и м е р (приготовление 100 кграбочей суспензии состава 6, табл;1) .Приготовление растворов полимеров,Готовят растворы ПЭ с концентрацией 0,5 мас.Е. Для этого взвешиваютна аналитических весах.по 5 г каждого ПЭ, заливают водой (800 мл) в от"дельных стаканах и дают набухатьв течение суток, Затем размешивают 10 раствор пропеллерной мешалкой до полного растворения полимера. Послеэтого в мерной колбе доводят объемраствора до 1000 мл.Точность приготовления указанныхрастворов обеспечивает и точностьих дозирования в суспензию, котороеосуществляется либо мерным цилиндром(если известна плотность раствора),либо с помощью технических весов,при этом допускаются небольшие откло"кения содержания полимеров в суспензии от оптимального (0,0012) .Т а б л и ц а 6 25Ингредиенты Содержание компонентов,мас.Е, в составах Р 30 31 32 33 20 30 40 50 0,083 0,124 0,166 0,207 0,005 0,005 0,005 0,005 0,995 0,995 0,995 0,995