Nghiên cứu chế tạo chất sơn dùng cho công nghệ đúc mẫu cháy

Mục tiêu của luận án là xác định được thành phần sơn khuôn hợp lý trên cơ sở nguồn vật liệu trong nước mà cụ thể: Chssts dính là tinh bọt sắn, bentonit Cỏ định, bột chịu lửa là bột thạch

Mục Lục

Mục Lục 1

LỜI CAM ĐOAN 6

LỜI CẢM ƠN 7

DANH MỤC CÁC BẢNG 8

DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ 10

LỜI NÓI ĐẦU 13

Chương 1 TỔNG QUAN CHẤT SƠN TRONG SẢN XUẤT ĐÚC VÀ MẪU CHÁY 15

1.1 KHÁI QUÁT VỀ CÔNG NGHỆ ĐÚC MẪU CHÁY 15

1.1.2 Lưu trình công nghệ đúc mẫu cháy và ưu nhược điểm của nó 18

1.2 TỔNG QUAN VỀ CHẤT SƠN DÙNG TRONG SẢN ĐÚC VÀ MẪU CHÁY TRÊN THẾ GIỚI 24

1.2.1 Khái quát chung về các chất sơn dùng trong sản xuất đúc 24

1.2.2 Phân loại sơn đúc 25

1.2.3 Vật liệu chịu lửa [1,2,9,16] 27

1.2.4 Chất dính [1,2,28,29,30,31] 31

1.2.5 Chất ổn định (chống sa lắng) 41

1.2.6 Dung môi 43

1.2.7 Các chất phụ đặc biệt 46

1.2.8 Một số thành phần sơn trong đúc mẫu cháy 46

1.2.9 Các phương pháp sơn mẫu 47

1.2.10 Các đặc tính của sơn mẫu cháy 48

1.3 TÌNH HÌNH NGHIÊN CỨU SƠN MẪU CHÁY TRONG NƯỚC 51

1.4 NHẬN XÉT 51 Chương 2

NỘI DUNG, ĐỐI TƯỢNG 53

VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 53

2.1 NỘI DUNG NGHIÊN CỨU 53

2.1.1 Đánh giá tính chất vật liệu 53

2.1.2 Nghiên cứu ảnh hưởng của các thông số thành phần tới độ nhớt 53

2.1.3 Xét ảnh hưởng của thành phàn sơn tới độ bền 53

2.2 ĐỐI TƯỢNG NGHIÊN CỨU 53

2.2.1 Bột chịu lửa 53

2.2.2 Chất dính 54

2.2.3 Dung môi nước [44] 57

2.2.4 Chất ổn định sơn (chất chống sa lắng) 58

2.3 PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 58

2.3.1 Phương pháp xác định độ ẩm của vật liệu dạng bột 59

2.3.2 Phương pháp xác định độ hạt của vật liệu dạng bột 60

2.3.3 Phương pháp xác định tỷ trọng bột và sơn 60

2.3.4 Phương pháp xác định độ nhớt của chất lỏng và sơn 62

2.3.5 Phương pháp xét nghiệm độ bền của sơn 63

2.3.6 Phương pháp xác định độ thông khí của sơn 66

2.3.7 Phương pháp thí nghiệm qui hoạch trực giao 67

Chương 3 KẾT QUẢ VÀ BÀN LUẬN 71

3.1 XÁC ĐỊNH ĐỘ ẨM CỦA CÁC VẬT LIỆU BỘT 71

3.1.1 Mục đích nghiên cứu 71

3.1.2 Mẫu thí nghiệm 71

3.1.3 Cách thức thí nghiệm 71

3.1.4 Kết quả thí nghiệm và bàn luận 71

3.2 XÁC ĐỊNH ĐỘ HẠT CỦA CÁC VẬT LIỆU DẠNG BỘT 72

3.2.1 Mục đích thí nghiệm 72

3.2.2 Mẫu thí nghiệm 72

3.2.3 Cách thức thí nghiệm 73

3.2.4 Kết quả thí nghiệm và bàn luận 73

3.3 XÁC ĐỊNH TỶ TRỌNG KHỐI CỦA BỘT CHỊU LỬA VÀ BENTONIT 76

3.3.1 Mục đích thí nghiệm 76

3.3.2 Mẫu thí nghiệm 76

3.3.3 Cách tiến hành thí nghiệm 76

3.3.4 Kết quả thí nghiệm và bàn luận 77

3.4 XÁC ĐỊNH ĐỘ NHỚT CỦA DUNG DỊCH NƯỚC-CHẤT DÍNH 78

3.4.1 Mục đích thí nghiệm 78

3.4.2 Mẫu thí nghiệm 78

3.4.3 Cách tiến hành thí nghiệm 78

3.4.4 Kết quả thí nghiệm và bàn luận 78

3.5 XÁC ĐỊNH ĐỘ NHỚT CỦA DUNG DỊCH NƯỚC-SÉT-DEXTRIN 81

3.5.1.Mục đích thí nghiệm: 81

3.5.2 Cách tiến hành thí nghiệm 81

3.5.3 Xây dựng phương trình toán học 82

3.5.4 Nhận xét: 83

3.6 NGHIÊN CỨU ẢNH HƯỞNG CỦA HÀM LƯỢNG CHẤT DÍNH TỚI ĐỘ BỀN MÀI MÒN CỦA SƠN 83

3.6.1.Mục đích thí nghiệm: 83

3.6.2 Chuẩn bị mẫu thí nghiệm: 83

3.6.3 Kết quả thí nghiệm 86

3.6.4 Nhận xét: 94

3.7 NGHIÊN CỨU ẢNH HƯỞNG CỦA HÀM LƯỢNG BENTONIT TỚI ĐỘ THÔNG KHÍ CỦA SƠN 95

3.7.1 Mục đích: 95

3.7.2 Cách thí nghiệm: 95

3.7.3 Kết quả thí nghiệm và bàn luận 95

3.8 NGHIÊN CỨU ẢNH HƯỞNG CỦA SỐ LẦN SƠN TỚI ĐỘ THÔNG KHÍ CỦA SƠN 97

3.8.1 Mục đích: 97

3.8.2 Cách thí nghiệm: 97

3.9 NGHIÊN CỨU ẢNH HƯỞNG CỦA TỶ LỆ NƯỚC/BỘT TỚI TÍNH PHỦ ĐỀU CỦA SƠN 101

3.9.1 Mục đích: 101

3.9.2 Cách thí nghiệm: 101

3.10 NGHIÊN CỨU ẢNH HƯỞNG CỦA KEO SỮA TỚI ĐỘ BỀN SƠN 102 3.10.1 Mục đích thí nghiệm: 102

3.10.2 Cách tiến hành thí nghiệm 102

3.10.3 Kết quả thí nghiệm 103

3.11 TIỂU KẾT CHƯƠNG 105

Chương 4 ĐÚC THỬ NGHIỆM 107

4.1 MỤC ĐÍCH 107

4.2 CÁCH TIẾN HÀNH 107

4.2.1 Tiến hành đúc thử mẫu nhôm trong phòng thí nghiệm 107

4.2.2 Tiến hành đúc thử nắp quy lát RV295 tại nhà máy đúc Công nghệ cao Mai lâm 110

4.2.3 Tiểu kết chương 110

Chương 5

KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 115

5.1 KẾT LUẬN 115

5.2 KIẾN NGHỊ 116

TÀI LIỆU THAM KHẢO 117

PHỤ LỤC……… …………121

LỜI CAM ĐOAN

Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu luận văn khoa học của tôi.Các số liệu, kết quả nghiên cứu trong luận văn này là trung thực và chưa từng được ai công bố trong bất kỳ công trình nghiên cứu nào trước đây

Tác giả luận văn

Hồ Thị Hải Hà

Tác giả xin chân thành cảm ơn tới sự giúp đỡ tạo điều kiện thuận lợi và giúp đỡ của các cán bộ, giảng viên Bộ môn Vật Liệu và Công Nghệ Đúc, Viện Đào tạo sau đại học, Trường Đại học Bách Khoa Hà Nội trong quá trình học tập để hoàn thành luận

văn

Hà Nội, ngày ….tháng ….năm 2013

Tác giả luận văn

Hồ Thị Hải Hà

DANH MỤC CÁC BẢNG

Bảng 1.1 Thành phần hoá học của bột zirkon, % 28

Bảng 1.2 Đặc tính nhựa Furan hiện có trên thị trường Việt nam 37

Bảng 1.3 Độ bay hơi của dung môi hữu cơ [phút/cm3 ] 44

Bảng 1.4 Độ độc hại cho phép của dung môi hữu cơ, [mg/m3 ] 44

Bảng 1.5 Đặc tính sơn mẫu cháy của Trung quốc [32] 47

Bảng 2.1 Đặc tính của CMC 58

Bảng 2.2 Ma trận thí nghiệm trực giao cấp 1với số yếu tố k=2 68

Bảng 2.3 Ma trận tính toán các hệ số của phương trình hồi quy với k=2 69

Bảng 3.1 Kết quả TN độ ẩm của bột chịu lửa và bentonit Cổ định 72

Bảng 3.2: Kết quả tính toán thành phần cỡ hạt trong mẫu bột pha sơn 73

Bảng 3.3 Kết quả TN xác định tỷ trọng khối của bột chịu lửa và bentonit 77

Bảng 3.4 Ảnh hưởng của hàm lượng sét bentonit Cổ định tới η ( 3), S 79

Bảng 3.5 Ảnh hưởng của hàm lượng dextrin (hòa nước nguội) tới η ( 3), S 79

Bảng 3.6 Ảnh hưởng của hàm lượng dextrin (hòa nước nóng 90OC) tới độ nhớt (3), S 80

Bảng 3.7 Ma trận TN ảnh hưởng của bột sét và dextrin tới η (3), S 81

Bảng 3.8 Kết quả TN ảnh hưởng của bột sét và dextrin tới η (3), S 82

Bảng 3.9 Ma trận TN ảnh hưởng của dextrin và bentonit tới độ bền mài mòn 86

Bảng 3.10 Kết quả TN độ bền mài mòn của sơn thạch anh 86

Bảng 3.11 Kết quả TN độ bền mài mòn của sơn zircon 87

Bảng 3.12 Kết quả nghiên cứu ảnh hưởng của hàm lượng bentonit 96

tới độ thông khí của sơn thạch anh 96

Bảng 3.13 Kết quả nghiên cứu ảnh hưởng của hàm lượng bentonit tới độ thông khí của sơn zircon 96

Bảng 3.14: Độ thông khí của sơn thạch anh lần 2 98

Bảng 3.15: Độ thông khí của sơn thạch anh lần 3 98

Bảng 3.16: Độ thông khí của sơn zircon lần 2 99

Bảng 3.17: Độ thông khí của sơn thạch anh lần 3 99

Bảng 3.18 Kết quả thí nghiệm ảnh hưởng của keo sữa tới độ bền sơn thạch anh 103

Bảng 3.19 Kết quả thí nghiệm ảnh hưởng của keo sữa tới độ bền sơn zircon 104

DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ

Hình 1.1 Sơ đồ công nghệ đúc mẫu cháy cát không chất dính hút chân không 17

Hình 1.2 Động cơ ô tô 6 xy lanh 17

Hình 1.3 Các cấu tử trong sơn đúc 26

Hình 1.4 đưa ra ảnh sơn với chất dính bentonit bị nứt khi sấy. 43

Hình 1.5 là sơn có thêm polysacharide. 43

Hình 1.6 Sơ đồ vùng tương tác giữa kim loại lỏng-mẫu xốp-chất sơn khuôn 50

Hình 2.1 Hình dạng tinh bột 55

Hình 2.2b Hình dạng dextrin 56

Hình 2.3 Cấu trúc của dextrin 56

Hình 2.4 Sơ đồ công nghệ chế tạo dextrin [19]. 56

Hình 2.5 Cân điện tử 59

Hình 2.7 Dụng cụ đo độ nhớt của sơn 63

Hình 2.8 Hộp sấy mẫu xốp 64

Hình 2.9 Dụng cụ xác định độ bền sơn. 64

Hình 2.10 Thiết bị đo độ bền van năng MTS 809 của Mỹ 65

Hình 2.11 Mẫu thanh để đo độ bền sơn trên máy MTS 809 65

Hình 2.12 Máy đo độ thông khí hỗn hợp làm khuôn 66

Hình 2.13 Đĩa sơn 67

Hình 3.1 Đồ thị thành phần độ mịn của bột Zircon 74

Hình 3.2 Đồ thị thành phần độ hạt của bột manhezit 75

Hình 3.3 Đồ thị thành phần độ hạt của bột thạch anh 75

Hình 3.4 Đồ thị so sánh thành phần độ hạt của các loại bột 76

Hình 3.5Tỷ trọng khối của bột chịu lửa và bentonit 77

Hình 3.6 Ảnh hưởng của hàm lượng các chất tan 80

đến độ nhớt của dung dịch nước 80

Hình 3.7 Ảnh hưởng của hàm lượng dextrin và bentonit tới η của dung dịch S1=3; S2=4.25;

S3 = 5.5; S4 = 6.75; S5 = 8 % 83

Hình 3.8 Ảnh sấy mẫu 85

Hình 3.9 Ảnh mẫu sau khi xối cát 85

Hình 3.11 Ảnh hưởng của hàm lượng dextrin nếp và bentonit tới độ bên của sơn thạch anh S1=3; S2=4.25; S3 = 5.5; S4 = 6.75; S5 = 8 % 91

Hình 3.12 Ảnh hưởng của hàm lượng dextrin sắn và bentonit tới độ bên của sơn thạch anh S1=3; S2=4.25; S3 = 5.5; S4 = 6.75; S5 = 8 % 91

Hình 3.13 Ảnh hưởng của hàm lượng dextrin mỳ và bentonit tới độ bên của sơn thạch anh S1=3; S2=4.25; S3 = 5.5; S4 = 6.75; S5 = 8 % 92

Hình 3.14 Ảnh hưởng của hàm lượng dextrin Nhật và bentonit tới độ bên của sơn zircon S1=3; S2=4.25; S3 = 5.5; S4 = 6.75; S5 = 8 % 92

Hình 3.15 Ảnh hưởng của hàm lượng dextrin nếp và bentonit tới độ bên của sơn zircon S1=3; S2=4.25; S3 = 5.5; S4 = 6.75; S5 = 8 % 93

Hình 3.16 Ảnh hưởng của hàm lượng dextrin sắn và bentonit tới độ bên của sơn zircon S1=3; S2=4.25; S3 = 5.5; S4 = 6.75; S5 = 8 % 93

Hình 3.17 Ảnh hưởng của hàm lượng dextrin mỳ và bentonit tới độ bên của sơn zircon S1=3; S2=4.25; S3 = 5.5; S4 = 6.75; S5 = 8 % 94

Hình 3.18 Ảnh hưởng của hàm lượng bentonit tới độ thông khí của sơn 97

Hình 3.19 Ảnh hưởng của số lần sơn tới độ thông khí của sơn 100

Hình 3.20 Ảnh mặt sau của tấm kính sơn thạch anh. 100

Hình 3.21 Ảnh mẫu sơn thí nghiệm với các tỷ lệ nước/bột khác nhau 102

Hình 3.22 Ảnh hưởng của hàm lượng keo sữa tới độ bền sơn 104

Hình 4.1 Mẫu xốp 108

Hình 4.2 Mẫu xốp đã sơn hai lần 108

Hình 4.3 Đúc rót 109

Hình 4.4 Vật đúc được dỡ ra khỏi khuôn 109

Hình 4.5 Mẫu nắp quy lát RV295 111

Hình 4.6a là máy làm mẫu xốp 111

Hình 4.6b là mẫu xốp làm từ hai nửa rồi dán lại với nhau 111

Hình 4.7 Chế tạo sơn 111

Hình 4.8 Sơn mẫu 111

Hình 4.9Dãy lò sấy công nghiệp 112

Hình 4.10 Giá sấy trong lò sấy 112

Hình 4.11 Chèn cát. 112

Hình 4.12 Khuôn chờ rót 113

Hình 4.13 Chùm vật đúc 113

Hình 4.14 Sản phẩm sơn Nhà máy 114

Hình 4.15 Sản phẩm sơn Luận án 114

Hình 4.16 Sản phẩm sơn nhà máy bị cháy cát trong ruột 114

Hình 4.17 Sản phẩm sơn Luận án bị cháy cát trong ruột 114

LỜI NÓI ĐẦU

Đúc mẫu cháy là một trong những công nghệ đúc chính xác, được sử dụng rộng rãi trên thế giới Trong mẫy chục năm lại đây nhiều cơ sở đúc thuộc quản lý Nhà nước

và Tư nhân như: Công ty TNHH một thành viên Mai động; Công ty TNHH một thành viên 27; Công ty cổ phần Cơ khí Uông bí; Viện Công nghệ; Công ty TNHH Cơ khí đúc Thành long, Nam định; Công ty TNHH Cơ khí Thắng lợi, Nam định; Công ty liên doanh đúc cơ khí VIDPOL, Hải phòng đã nhập dây chuyền đúc mẫu cháy để đúc các sản phẩm có chất lượng bề mặt và độ chính xác kích thước cao

Trong công nghệ này, sơn mẫu cháy là nguyên công bắt buộc Vật liệu chế tạo sơn ở các cơ sở trên thường phải nhập từ nước ngoài có giá thành cao Chất dính là nhựa phenol-formaldehyd (tên thường gọi là phenolic) hoặc dextrin (chế phẩm của tinh bột) Phenolic không những đắt mà còn độc và tuổi sống khoảng 3 - 6 tháng Hơn nữa, với các sản phẩm đúc khác nhau đòi hỏi chất lượng sơn khác nhau Nhưng công thức chế tạo sơn có nguồn gốc từ Trung quốc chỉ có một công thức Trong khi đó, vật liệu trong nước sẵn có nhưng chưa được sử dụng Vì thế việc nghiên cứu chế tạo sơn mẫu cháy từ nguồn nguyên liệu sẵn có trong nước, đáp ứng yêu cầu của thực tiễn là rất cần thiết

Chính vì vậy chúng tôi được giao đề tài luận văn thạc sĩ: “Nghiên cứu chế tạo

chất sơn dùng cho công nghệ đúc mẫu cháy” Quyết định số

2802/QĐ-ĐHBKHN-SĐH ngày 6 tháng 12 năm 2011

Mục tiêu của luận án là xác định được thành phần sơn khuôn hợp lý trên cơ sở nguồn vật liệu trong nước mà cụ thể: Chssts dính là tinh bọt sắn, bentonit Cỏ định, bột chịu lửa là bột thạch anh

Để đạt được mục tiêu trên, luận án đã tiến hành nghiên cứu các nội dung cơ bản sau:

1 Khảo sát đặc tính của vật liệu ban đầu

2 Nghiên cứu ảnh hưởng của hàm lượng dextrin và bentonit tới độ nhớt, độ bền của sơn

3 Nghiên cứu ảnh hưởng của bentonit tới độ thông khí của sơn và ảnh hương của chất dính keo sữa tới khả năng tăng bên cho sơn

4 Đúc thử nghiệm

Luận văn được kết cấu thành năm chương Chương 1 trình bày tổng quan về chất sơn trong sản xuất đúc và mẫu cháy, nhằm mục đích xây dựng cơ sở lý luận để làm cơ sở khoa học định hướng và lý giải ccs hiện tượng xẩy ra trong nghiên cứu Chương 2 giới thiệu, nội dung, đối tượng và phương pháp nghiên cứu Trong chương này xác định cụ thể nội dung nghiên cứu, các đối tượng nghiên cứu và những phương pháp được sử dụng trong quá trình nghiên cứu Chương 3 Kết quả và bàn luận trình bày những kết quả thực nghiệm về các nội dung nghiên cứu cơ bản trong phòng thí nghiệm Chương 4 Đúc thử nghiệm trình bày các kết quá đúc thử nghiệm khả năng làm việc của sơn trên mẫu thử đúc hợp kim nhôm silumin ACD12 ở trong phòng thí nghiệm và đúc gang vào vật đúc nắp thân máy RV295 tại nhà máy Đúc Công nghệ cao Mai lâm Chương 5 là kết luận và kiến nghị Một phần của luận văn cũng đã được công bố trong bài báo: Nghiên cứu sử dụng tinh bột để chế tạo sơn mẫu cháy” trên tạp chí Khoa học và Kỹ thuật Kim loại số tháng 8-2013

Luận án đã được chỉnh sửa nhiều lần, song không tránh khỏi có những sai sót, rất mong được sự đóng góp

Chương 1 TỔNG QUAN CHẤT SƠN TRONG SẢN XUẤT ĐÖC VÀ MẪU CHÁY 1.1 KHÁI QUÁT VỀ CÔNG NGHỆ ĐÖC MẪU CHÁY

1.1.1 Quá trình phát triển công nghệ đúc mẫu cháy

Công nghệ đúc mẫu cháy (Lost Foan Casting-LFC) do H.F Shoyer phát minh ra vào năm 1958 với các tên đăng ký patent là: Công nghệ đúc khuôn đầy (Full Mold Casting-FMC), hay công nghệ đúc khuôn không hốc (Cavity-less Mold Casting-CLC), hay công nghệ đúc mẫu bốc hơi (Evaporative Pattern Casting-EPC) Mẫu được chế tạo từ polystyrene, rồi dùng hỗn hợp cát sét cổ truyền làm khuôn Khuôn làm xong không cần lấy mẫu ra khỏi khuôn Khi rót khuôn mẫu bị cháy và kim loại lỏng điền đầy vào thay thế mẫu Về sau, ngoài hỗn hợp khuôn tươi, còn dùng hỗn hợp khuôn khô nhanh, hỗn hợp tự cứng Vật đúc đầu tiên chế tạo theo phương pháp này là tác phẩm đúc nghệ thuật Pegasus (Ngựa có cánh) bằng đồng nặng khoảng 150 kg do A Duca, ông vừa là nhà điêu khắc vừa là nhà Luyện kim, thuộc Viện Công nghệ Macashucet (Mỹ) đúc Vào năm 1964 T.R Smith đã phát triển dùng cát không chất dính [13, 19, 48], cũng có tài liệu nói là do M C Fleming đề xuất ra [33] Việc dùng cát không chất dính đòi hỏi phải khống chế chặt chẽ tốc độ điền đầy khuôn, để khắc phục hạn chế này vào năm 1971 Nagano người Nhật đã phát minh ra công nghệ chân không để làm chặt khuôn (Vacuum sealed Mold) [34] Công nghệ mới này có tên là công nghệ đúc mẫu cháy chân không (The Vacuum Evaporative Pattern Casting process-VAEPC) [20]

Trong thực tế công nghệ đúc mẫu cháy – LFC là tên gọi chung cho tất cả các công nghệ trên Tuy nhiên ngày này, khi nói đến đúc mẫu cháy người ta thường nghĩ đến công nghệ đúc mẫu cháy chân không Hình 1.1 đưa ra lưu trình công nghệ đúc hút chân không

Công nghệ LFC có các ưu điểm nổi trội: Dễ dàng gia công cắt gọt mẫu với độ khó bất kỳ; Không cần dùng lõi để tạo lõ rỗng trong vật đúc; Vật đúc chính xác cao Vật đúc không có via; Giá thành vật đúc rẻ hơn so với các công nghệ đúc khuôn cát khác do tiết kiệm 20-35% giá chi phí sản xuất so với các phương pháp đúc truyền thống; Thân thiện môi trường [22,23,25,35,36]

Nhờ vậy, vào những năm đầu thập kỷ 80 của thế kỷ 20 công nghệ đúc mẫu cháy

đã được sử dụng rộng rãi ở nhiều nước trên thế giới Sản phẩm đúc theo công nghệ mẫu cháy có trọng lượng từ vài trăm gam đến vài tấn phục vụ cho các ngành công nghiệp chế tạo động cơ ô tô, xây dựng v.v như thân động cơ, cánh tuốc bin, máy bơm, tấm nghiền, răng gầu xúc với hợp kim đúc khác nhau: hợp kim nhôm, hợp kim đồng, gang thép hợp kim Hình 1.2 đưa ra ví dụ động cơ ô tô 6 xi lanh được đúc bằng công nghệ đúc mẫu cháy của công ty General Motors (Mỹ) [11]

Hình 1.1 Sơ đồ công nghệ đúc mẫu cháy cát không chất dính hút chân không

Hình 1.2 Động cơ ô tô 6 xy lanh

1.1.2 Lưu trình công nghệ đúc mẫu cháy và ưu nhược điểm của nó

Lưu trình công nghệ đúc mẫu cháy gồm các nguyên công chính [6,9,11,13,19,20, 22,23,25,35,36,48]: Chuẩn bị hạt xốp, chế tạo các phần của mẫu xốp, lắp ráp hoàn chỉnh mẫu xốp, gắn chùm mẫu, sơn mẫu, sấy mẫu, chèn mẫu trong thùng khuôn, hút chân không và rót, làm nguội vật đúc, dỡ khuôn, làm sạch và hoàn thiện vật đúc

C ÷ 600C) Tính chất của nó thay đổi không đáng kể so với nhiệt độ phòng Polystyrene có độ chịu nhiệt thấp khoảng 70 ÷ 750C Do nó có khả năng dính liên kết giữa các hạt, độ chịu nhiệt và bắt lửa thấp nên người ta sử dụng nó làm mẫu cho công nghệ mẫu tự thiêu

Để tạo ra polystyrene xốp thì người ta sản xuất loại polystyrene có khả năng trương nở Loại polystyrene này được tạo ra trong quá trình polystyrene hóa khi đưa izopentan (C6H12) hoặc một chất lỏng khác có nhiệt độ sôi thấp vào trong thành phần của polystyrene Khi bị nung nóng trong khuôn kín và dưới tác dụng của hơi nước, polystyrene sẽ trương nở và thể tích của nó tăng lên khoảng 8 – 10 lần nhờ sự bốc hơi

của izopentan Nhiệt độ sôi của polystyrene phụ thuộc vào áp suất hơi nước bão hòa, các hạt polystyrene không nên được quá to vì khi đó khe hở giữa các hạt sẽ lớn, làm cho vật đúc sau này không có được độ nhẵn cao

+ Ghép mẫu với hệ thống rót:

Để ghép các chi tiết nhỏ thường được gắn lại với nhau thành một chùm chi tiết

có khối lượng đủ lớn để dễ dàng rót khuôn và chèn mẫu Có thể ghép nhiều chùm mẫu vào một hệ thống rót Điều này phụ thuộc vào kết cấu các chi tiết và kích thước của chúng Quá trình ghép mẫu với hệ thống rót hoàn toàn bằng phương pháp thủ công Số lượng mẫu và kích thước hệ thống rót được tính toán chính xác và nguyên lý tính toán

hệ thống rót có nhiều điểm khác với phương pháp đúc thông thường

+ Chất gắn mẫu:

Để ghép các chi tiết nhỏ thành một chi tiết và thành chùm mẫu thì phải dùng chất dính kết chúng lại với nhau thành một khối thống nhất, chất dính mẫu không gây cản trở chuyển động của kim loại lỏng không gây nên khuyết tật cho vật đúc Có thể dính mẫu bằng hai cách sau:

- Dùng thanh kim loại mỏng hơ nóng trên bếp điện Cách này chỉ dùng để gắn rãnh dẫn với hệ thống rót vì không đảm bảo chính xác và độ dính chặt của mẫu

- Gắn mẫu bằng chất dính: keo sữa, nhựa polyvinyl alcohol (PVA)

b) Chất sơn khuôn

Đối với phương pháp đúc mẫu cháy thì mẫu cần phải được phủ một lớp sơn trước khi ráp vào khuôn Mẫu thường được sơn nhiều lớp Sau khi sơn lớp đầu tiên, mẫu được đem sấy khô hoặc để khô tự nhiên (nhiệt độ sấy không quá 700C) Sau khi lớp sơn thứ nhất đã khô, tiến hành sơn lớp thứ hai và tương tự đến lớp thứ ba Chiều dày trung bình mỗi lớp sơn từ 0,2 – 0,3mm Lớp sơn đầu tiên thường mỏng hơn

so với các lớp sau do khả năng bám dính vào mẫu xốp kém hơn so với khả năng bám dính vào lớp sơn khô

 Tạo một lớp sơn ngăn cản sự tiếp xúc trực tiếp giữa kim loại lỏng và khuôn, ngăn ngừa các khuyết tật trên bề mặt vật đúc Lớp sơn sẽ tăng cường độ bền bề mặt cho hỗn hợp làm khuôn, chống lại sự xói mòn khuôn do dòng chảy kim loại lỏng, ngăn cản các phản ứng hóa lý giữa kim loại lỏng và khuôn hoặc tạo ra những tính năng đặc biệt trên bề mặt vật đúc, hợp kim hóa bề mặt bằng sơn khuôn

 Tạo ra độ bền cần thiết để khuôn không bị sập trong khoảng thời gian mẫu đã cháy mà kim loại lỏng chưa điền đầy

Sơn mẫu cháy chẳng những cần có độ bền mà còn phải có độ thống khí cần thiết

và không tác dụng hóa học với kim loại rót

c) Chèn mẫu vào thùng khuôn

Do mẫu có độ bền thấp và dễ bị biến dạng, nên lực tác động từ bên ngoài vào không được vượt quá 1kG/cm2 Vì thế các phương pháp làm khuôn bằng cách dằn ép, bắn cát, phun cát, ném cát không thực hiện được, mà chỉ có thể áp dụng các phương pháp rung, chọc nhẹ Vật liệu và hỗn hợp chèn khuôn cần có độ thông khí cao (K=200-500) Trong sản xuất phổ biến dùng cát thạch anh khô không chất dính Ưu điểm của cát khô không chất dính là có tính chảy cao, nên rất dễ chèn khuôn, tính phá dỡ khuôn tốt, không cần tái sinh cát

Trước hết cần rải một lớp cát mịn ở đáy khuôn, rồi đặt mẫu xốp vào hòm khuôn sao cho mẫu thật vững chắc và không xảy ra hiện tượng đổ mẫu, sau đó phủ cát lên trên để giữ mẫu (chú ý bố trí mẫu trong hòm khuôn sao cho số lượng mẫu là nhiều nhất nhưng không làm ảnh hưởng đến dòng chảy của kim loại vào từng mẫu)

Phủ cát lên mẫu và hệ thống rót một cách nhẹ nhàng tránh làm hỏng mẫu Rải cát khô vào khuôn theo một chiều nhất định sao cho lượng cát rải đều trên các mặt và mọi ngóc ngách của mẫu và hòm khuôn theo chiều hướng từ trên xuống dưới để dầm chặt mẫu Các mẫu gần nhau cần đặt sao cho hệ thống rót phải ngược chiều nhau để tránh hiện tượng không đồng đều của trường nhiệt độ gây ảnh hưởng đến sự co giãn của mẫu ở bên cạnh Để việc hút chân không trong khuôn tốt thì cát cần được sàng và sấy khô trước khi đưa vào khuôn Cuối cùng, cần rung nhẹ hòm khuôn để cát giữ chặt mẫu, tiếp theo cần phải phủ một lớp nilon lên trên bề mặt khuôn để đảm bảo việc hút chân không

d) Các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình rót và điền đầy khuôn

Công nghệ đúc mẫu cháy có tính chất khác biệt với các công nghệ khác, ở chỗ khi rót kim loại lỏng vào khuôn mẫu bị cháy sinh ra khí tạo ra áp lực ngược lại mặt kim loại lỏng Do vậy những vấn đề lý thuyết của khuôn đúc thông thường không áp dụng được vào khuôn đúc mẫu cháy Khi dòng kim loại lỏng chảy vào trong khuôn, nhiệt độ

của nó sẽ làm cho mẫu cháy đi một phần, phần còn lại bị phân hủy và hóa hơi Toàn bộ lượng hơi thoát ra ngoài lớp sơn nhờ lực hút chân không và một phần bị đẩy lên khoảng khí đệm Tốc độ rót sẽ quyết định chiều dày lớp khí đệm và qua đó ảnh hưởng đến tốc độ điền đầy của vật đúc

Khi rót tương đối chậm, khí tạo ra nhanh chóng và thoát khí mạnh nhờ lực hút chân không nhưng dòng kim loại lỏng dâng chậm, khe hở giữa kim loại và mẫu xốp tăng, đồng thời với lực hút chân không mạnh, mẫu bị sập không thể điền đầy chi tiết Nếu tốc độ dâng của dòng kim loại nhanh, khe hở giữa khí và kim loại nhỏ, khí sinh ra

sẽ không thoát kịp ra ngoài gây hiện tượng rỗ khí, chi tiết không đảm bảo chất lượng

bề mặt, vật đúc không thể điền đầy hoàn toàn Nếu lượng khí sinh ra vì một lý do nào

đó mà lại tạo áp lực chống lại dòng kim loại lỏng điền đầy khuôn thì nó sẽ đẩy dòng kim loại trào ngược lại khi chi tiết chưa điền đầy

Ở giai đoạn đầu của quá trình rót, tốc độ bay hơi của mẫu tự thiêu khá lớn, sau

đó giảm dần bằng tốc độ dâng của dòng kim loại lỏng Khe hở khí giữa mẫu và dòng kim loại ổn định đến khi kim loại điền đầy chi tiết

Về mặt lý thuyết, tốc độ dâng kim loại trong khuôn phải đạt từ 0,05 – 0,1m/s Với những vật đúc nhỏ thì tốc độ dâng còn cao hơn nữa Bởi vậy đối với mẫu tự thiêu, việc thiết kế hệ thống rót là rất quan trọng Nếu hệ thống rót quá nhỏ sẽ dẫn đến hiện tượng kim loại vào khuôn ít và sẽ đông đặc rất nhanh, vật đúc không được điền đầy Nếu hệ thống rót quá lớn thì lượng kim loại vào khuôn sẽ nhiều, nên mẫu cháy nhanh sinh ra lượng khí quá lớn gây nên rỗ khí trong vật đúc Ngược lại, khi lượng kim loại chảy vào khuôn ít, tốc độ dâng kim loại chậm dễ gây ra sập cát, vỡ khuôn

h) Sự phân hủy mẫu xốp khi đúc rót

Quá trình phân huỷ nhiệt của mẫu polystyrene như sau: ở 164OC mẫu bị chảy

ra, ở 316OC nó bị phân huỷ và ở 576OC nó bị cháy và phân huỷ thành hydro và cac

bon Theo V.A Vasiliev, mẫu có hiệu ứng toả nhiệt ở 120 OC - 320OC và thu nhiệt ở nhiệt độ 560OC Do có quá trình phân huỷ mẫu mà kim loại lỏng bị mất một phần nhiệt

và một phần có áp lực khí sinh ra làm cản trở quá trình điền đầy khuôn của kim loại lỏng

i) Lực hút chân không

Mẫu xốp trong công nghệ mẫu tự thiêu có tỉ trọng 0,02 ÷ 0,025g/cm3 Với tỉ trọng này, lượng khí sinh ra đảm bảo đủ để thoát ra ngoài lớp sơn và đảm bảo không cháy quá nhanh để khe hở giữa kim loại và khí sinh ra quá rộng, ảnh hưởng đến chất lượng vật đúc Việc hút chân không nhằm mục đích tạo ra trong khuôn có áp suất sao cho khi kim loại lỏng đi từ thấp lên cao và thay thế vào vị trí của mẫu và độ chân không được duy trì không đổi, để kim loại tiếp tục dâng lên theo suốt chiều cao của mẫu Việc hút chân không rất quan trọng vì sau khi rung và rải cát, khuôn không đủ độ bền, khi rót kim loại vào khuôn, mẫu sẽ bị sập Khi hút chân không, các hạt cát sít chặt lại với nhau và tạo thành một khối bền chắc

Lực hút chân không nếu quá mạnh sẽ làm biến dạng mẫu, nếu quá yếu khuôn dễ sập Áp suất hút chân không tốt nhất là nằm trong khoảng P = 0,4 ÷ 0,7 atm

 Vật liệu làm mẫu (thường dùng polystyrene), tỷ trọng mẫu để đảm bảo

độ bền mẫu trong quá trình làm khuôn và khả năng sinh khí cũng như tạo tro là ít nhất

 Thiết bị và công nghệ chế tạo mẫu

 Tính chất của mẫu xốp

2 Quá trình điền đầy, kết tinh và đông đặc của hợp kim đúc: Tập trung nghiên cứu các ảnh hưởng sau tới quá trình điền đày khuôn đúc và tới sự kết tinh và đông đặc của hợp kim đúc:

 Ảnh hưởng của vật liệu làm khuôn

 Ảnh hưởng của áp suất hút chân không

Trong luận án này chỉ nghiên cứu về chất sơn mẫu

1.2 TỔNG QUAN VỀ CHẤT SƠN DÙNG TRONG SẢN ĐÖC VÀ MẪU CHÁY TRÊN THẾ GIỚI

1.2.1 Khái quát chung về các chất sơn dùng trong sản xuất đúc

Sơn là loại vật liệu được phủ lên bề mặt sản phẩm Theo [7] trong cuộc sống có rất nhiều loại sơn như sơn trang trí, sơn bảo vệ bền mặt chống ăn mòn, mài mòn, sơn cách nhiệt, sơn chống rỉ đã được nghiên cứu rộng rãi Tuy nhiên, sơn dùng trong lĩnh vực sản xuất đúc mới được quan tâm gần đây

Trong sản xuất đúc, sơn khuôn thường được dùng để phủ lên bề mặt khuôn, ruột hoặc mẫu xốp nhằm:

- Tăng độ bền bề mặt khuôn, ruột Chúng không bị xói mòn hoặc vỡ dưới tác dụng của dòng kim loại

- Đảm bảo chất lượng bề mặt vật đúc, mặt vật đúc nhẵn, không bị cháy cát cơ học

- Trong một số trường hợp có thể dùng sơn khuôn để hợp kim hoá bề mặt vật đúc

Chất lượng sơn, kỹ thuật sơn có ảnh hưởng lớn đến chất lượng vật đúc và giá thành sản phẩm Để đạt được mục đích trên, sơn cần có các yêu cầu sau:

- Có nhiệt độ chảy cao để không bị biến mềm khi tiếp xúc với kim loại lỏng

- Không tương tác với kim loại lỏng tạo ra các ô xít hay hợp chất hoá học dễ chảy

- Lớp sơn phải có tính bám dính tốt, đủ độ bền khi có tiếp xúc với kim loại lỏng và ngăn không cho kim loại lỏng tác dụng với vật liệu làm khuôn

- Vật liệu sơn khuôn phải không độc hại, dễ tìm và rẻ

1.2.2 Phân loại sơn đúc

Theo [1,37,38], sơn đúc được phân thành hai nhóm là sơn khô và sơn ướt

a) Sơn khô: Sơn khô là sơn chỉ có vật liệu dạng bột khô Các loại bột này có thể là

bột phấn chì, bột than củi, bột talc, bột mi ca, bột mì Các bột này có kích thước nhỏ hơn 75 micron Chúng được rắc lên bề mặt khuôn hay lõi bằng túi, hay rây

b) Sơn ướt: Thành phần sơn ướt gồm: bột chịu lửa, chất dính, chất ổn định (chát

mang), dung môi và các chất phụ gia (hình 1.3)

Hình 1.3 Các cấu tử trong sơn đúc Refractory filler-bột chịu lửa; binder agents- chất dính; suspension agents-chất ổn định; liquid carier-dung môi; additives-chất phụ gia; coating-sơn đúc; substrate-vật

sơn

Trong sản xuất đúc, Căn cứ vào dung môi sơn người ta phân sơn thành hai nhóm là sơn nước và sơn không nước Sơn nước là sơn có dung môi bằng nước, sơn không nước là sơn có dung môi bằng các chất hữu cơ Sơn không nước lại được chia thành hai loại là sơn tự khô và sơn cháy

Sơn nước được dùng để sơn khuôn ruột qua sấy khô Ví dụ khuôn ruột cát sét khô Sơn tự khô được dùng để sơn khuôn ruột đóng rắn hoá học Ví dụ khuôn ruột chế tạo theo công nghệ CO2, khuôn tự cứng hay còn gọi khuôn No-Bake

Sơn tự khô sẽ tạo ra một lớp sơn cứng hơn sau khi sơn khuôn từ 15 đến 20 phút Căn cứ vào công dụng, sơn được phân thành sơn:

- Sơn khuôn khuôn kim loại

- Sơn khuôn cát, ruột cát

- Sơn mẫu cháy

- Sơn đúc gang

- Sơn đúc thép

- Sơn đúc hợp kim mầu

1.2.3 Vật liệu chịu lửa [1,2,9,16]

Vật liệu chịu lửa ở dạng bột, là thành phần cơ bản và quyết định tính chất của sơn Vì vậy nó phải thoả mãn các yêu cầu sau:

- Có độ chịu nhiệt cao

- Có độ bền nhiệt cao

- Không tác dụng hoá học với kim loại đúc

- Không thấm ướt kim loại lỏng

- Giãn nở nhiệt không đáng kể

Vật liệu chịu lửa có 2 nhóm: Vật liệu chịu lửa hữu cơ và vật liệu chịu lửa vô cơ Vật liệu chịu lửa hữu cơ có bột than cốc, bột than gỗ, bột than đá, graphit Trong số vật liệu có hoạt tính hoá học nhỏ nhất là graphit, còn lớn nhất là bột than gỗ Các vật liệu này tạo ra môi trường khí hoàn nguyên trong khuôn khi đúc rót Do đó chống được khả năng cháy cát trên bề mặt vật đúc Graphit bạc có hàm lượng tro không lớn hơn 18 đến 25%, có lượng hạt nằm trên sàng 016 không lớn hơn 40% Graphit đen có hàm lượng tro không lớn hơn 17%, có hàm lượng ẩm không hơn 1%, có hàm lượng hạt nằm trên sàng 02 đến 2%, trên sàng 01 đến 10% và trên sàng 0075 đến 10%

Vật liệu chịu lửa vô cơ phải không có hoạt tính hoá học với kim loại và oxit của kim loại đúc Điều này phụ thuộc vào độ kiềm của vật liệu Các vật liệu chịu lửa như: bột thạch anh, silimanhit có độ pH nhỏ hơn 6, chúng là vật liệu axit; bột zirkon, cromit,

korun có độ pH bằng 6 đến 8, chúng là vật liệu trung tính; bột manhezit, bột olivin có

độ pH lớn hơn 8, chúng là vật liệu kiềm Tuỳ thuộc tính chất của kim loại và oxit của kim loại đúc mà chọn vật liệu chịu lửa cho phù hợp Dưới đây là tính chất của một số vật liệu chịu lửa vô cơ được dùng làm chất sơn khuôn:

30-có trên 95% khối lượng qua sàng 005, số còn lại nằm trên các sàng từ 005 đến 01 Nhiệt độ chịu lửa khoảng 1900oC đến 2600o (có tài liệu nói nhiệt độ chảy đến 272710OC Bột zirkon được dùng cho sơn khuôn đúc gang hợp kim crom cao, thép và thép hợp kim cao Tỷ trọng của Zircon rất cao tới 4.500 kg/m3, độ pH đến 9

Bảng 1.1 Thành phần hoá học của bột zirkon, %

Nước ZrO2 SiO2 TiO2 Al2O3 Fe2O3 MgO P2O5 MnO

b Bột thạch anh

Bột thạch anh tự nhiên là các bột cát thạch anh có kích thước nhỏ hơn 0,05mm Bột thạch anh nhân tạo được nghiền từ cát thạch anh Bột thạch anh tự nhiên có chất lượng thấp do trong bột có hàm lượng đất cao Một số chỉ tiêu kỹ thuật của bột thạch anh tự nhiên như sau: hàm lượng SiO2 không nhỏ hơn 98%; mất khi nung không lớn hơn 0,7%; tạp chất cacbonat chỉ có vết; độ chịu lửa không thấp hơn 1680oC (thạch anh sạch có nhiệt độ chảy ở 1734OC); thành phần độ hạt có không ít hơn 60% độ bộ qua sàng 005, không có hạt nằm trên sàng 0,5 Bột thạch anh nhân tạo có hàm lượng SiO2đến 98%; các tạp chất khác như sắt không lớn hơn 0,05%; hàm lượng ẩm không lớn hơn 2%; thành phân độ hạt có không nhỏ hơn 80% lượng bột qua sàng 005, không lớn hơn 10% trên sàng 0063, không lớn hơn 1% trên sàng 016

Thạch anh có chuyển biến thù hình khi nâng cao nhiệt độ Ví dụ ở 650OC thạch anh dãn nở 1,6% Đồng thời thạch anh lại có phản ứng với oxit sắt tạo phayalit có nhiệt

độ chảy ở 1017OC, bởi vậy chất lượng của sơn dùng bột thạch anh không cao

c Bột korun

Bột Korun có hàm lượng chủ yếu là Al2O3 Bột korun có khối lượng riêng là

3900 đến 4000kg/m3; nhiệt độ chảy là 2050oC Người ta chế tạo Korun bằng cách nấu chảy đất sét công nghệ trong lò điện, sau đó để nguội vật liệu nấu, đem nghiền nhỏ rồi khử sắt Korun có thành phần hoá học như sau:

Al2O3 99,02%; SiO2 0,68%; CaO 0,13%; Fe2O3 0,14%; (Na2O + k2O) 0,34%

Thành phần độ hạt của bộ korun là: 93,04% qua sàng 005; 0,68% trên sàng 005; 1,8% trên sàng 0063; 0,68% trên sàng 01 và 0,8% trên sàng 016

Vật liệu này tương đối đắt, chỉ dùng cho những vật đúc có yêu cầu chất lượng rất cao

d Silicat nhôm – bột samot

Silicat nhôm (Al2O3.SiO2) có loại tự nhiên, có loại nhân tạo Silicat – nhôm tự nhiên chính là sét caolin rồi chế tạo ra bột samot Bột samot nhân tạo khác với bột samot tự nhiên ở hàm lượng Al2O3 cao hơn Ví dụ, bột samot tự nhiên có hàm lượng

Al2O3 từ 38 đến 40%, độ chịu lửa 1730 đến 1750oC Bột samot nhân tạo có hàm lượng

Al2O3 từ 45 ÷ 75%, độ chịu lửa 1750 ÷ 20000C Bột samot có thành phần độ hạt: 87,76% qua sàng 005; 4,48% nằm trên sàng 005; 2,92% nằm trên sàng 0063; 2,12%

nằm trên sàng 01 và 2,72 nằm trên sàng 016

e Cromit

Có công thức hóa học FeO.Cr2O3 là vật liệu có sẵn trong tự nhiên Cromit có khối lượng riêng 4100 ÷ 4300 kg/m3 Thành phần hóa học của quặng gồm: Từ 13 ÷ 61% Cr2O3; từ 3,98 ÷ 25,2% Al2O3; từ 7,13 ÷ 24,4% FeO; từ 10,44 ÷ 32,46% MgO; từ 0,4 ÷ 20,94% SiO2 Nhiệt độ chảy của cromit 1900 ÷ 20000C

f Manhezit

Manhezit có công thức hóa học MgO là vật liệu chịu lửa tốt nhất, độ chịu lửa đến 28000C Manhezit có khối lượng riêng 3580 g/cm3, có độ cứng theo mooc là 7 Thành phần hóa học của bột manhezit gồm: 93% MgO; 1,9% CaO; 2,3% SiO2; 2,3%

Al2O3; lượng mất khi nung 0,3%

g Crommanhezit

Crommanhezit có độ chịu lửa 22000C, có khối lượng riêng 3900kg/m3 Nó thường được dùng đúc vật đúc có hàm lượng Cr hoặc Mg cao

h Bột Talc

Bột Talc có công thức hóa học 3MgO.4SiO2.H2O hoặc có thể viết

Mg3Si4O10.(OH)2; có khối lượng riêng 2600-2800 kg/m3, có độ chịu lửa 12000C (cũng

có tài liệu nói nhiệt độ chảy của bột talc là 1500OC) Bột Talc thường dùng để đúc gang thành mỏng hoặc hợp kim màu

k Bột graphit

Bột graphit thường dung cho đúc gang và hợp kim màu Graphit trơ về hóa học

và cả về nhiệt với hầu hết các kim loại, nhiệt độ nóng chảy rất cao, khoảng 37000

C, nhược điểm của graphit là dễ bị oxy hóa tạo thành CO hoặc CO2 Graphit chất lượng

có hàm lượng tro trong khoảng 12-15%, chất bốc lớn nhất 3%;

- Phải có độ bền nhiệt cao

- Phải có tính dẻo nhiệt tốt để ngăn ngừa sự tách lớp và bong tách khỏi bề mặt khuôn trong quá trình đóng rắn và rót kim loại vào khuôn

- Phải có độ tạo khí nhỏ tránh tạo rỗ khi cho vật đúc

- Không được hút nước trong khi chờ rót

Chất dính cho sơn khuôn chủ yếu là chất dính hữu cơ Chất dính hữu cơ có hai loại: Loại hòa tan trong nước và loại không hòa tan trong nước

Chất dính hữu cơ hòa tan trong nước có các loại như: nước mật, dextrin, nước

bã giấy, nhự Furan, nhựa urefomaldehyd, nhựa alkaline phenolic

Chất dính hữu cơ không hòa tan trong nước gồm có phần lớn các loại nhựa Các chất dính hiện nay thường được dùng là:

- Nước mật

- Dextrin

- Nước bã giấy

- Nhựa gỗ, nhựa thông

- Nhựa fenol fomaldehyd, nhựa ure fomaldehyd, alkaline fenolic, punvebakelit

- Thủy tinh lỏng, keo silisic, đất sét

a Nước mật

Nước mật là chất thải của quá trình sản xuất đường Trong nước mật còn chứa một lượng đường lớn (sucroza) nhưng vì lẫn nhiều tạp chất nên đường này không kết tinh được

Ở nhiệt độ cao nước mật còn là chất lỏng có độ nhớt cao Khi nguội nước mật chuyển sang trạng thái rắn giống như kính và làm tăng độ bền của hỗn hợp

Nước mật có khối lượng riêng ở 200C là 1300kg/m3, có hàm lượng chất khô đến 50%, có hàm lượng tro không lớn hơn 10%

Dextrin có công thức hóa học (C6H10O5)n trong đó n có thể bằng 1-6 [40]

c Nước bã giấy

Nước bã giấy là sản phẩm thải của các nhà máy giấy hay nhà máy chế biến xenlulo từ gỗ Nước bã giấy có độ bền nhỏ nhưng tác dụng làm chất hoạt động bề mặt rất tốt do có sức căng bề mặt nhỏ

Nước bã giấy có khối lượng riêng ở 200C không nhỏ hơn 1275kg/m3, có hàm lượng chất khô không nhỏ hơn 50%, có độ pH là 5 ÷ 7, độ bền riêng nhỏ

Gỗ chứa khoảng 30% lignin bên cạnh xenlulo Lignin dược coi như tạp chất và được hòa tan trong axit sunfuro lignin, muối canxi cũng như nhựa và mỡ gỗ được gọi

là kiềm sunfit Sau khi làm bay hơi nước và xử lý kiềm sunfit để lấy rượu metyl ta được sản phẩm đặc còn lại Sản phẩm này là nước bã giấy

Lignin là một chất cao phân tử, có cấu trúc vô định hình Cho đến nay, công thức hóa học của lignin chưa được xác định, nhưng người ta đã kết luận rằng trong lignin có chứa các nhóm OH, nhóm metoxyl (OCH3) và nhân benzen [41,42]

Xenlulo là polime có công thức cấu tạo là (C6H10O5)n hay [C6H7O2(OH)3]n n có thể bằng 5000-14000

d Nhựa thông

Nhựa thông là hỗn hợp của hydrocacbon và monotecpen có công thức hóa học không xác định một ví dụ về công thức hóa học của nhự thông: abietic axit có công thức hóa học là C20H30O2 có các tính chất sau :

- Khối lượng phân tử 302,45g/mol

170, hòa tan trong các loại metylic, etylic, amylic, benden, axeton, cloro forme, dầu thông [43]

e Nhựa phenol fomaldehyd, nhựa ure fomaldehyd, alkyl phenol, fural

Ngày nay người ta đã có thể tổng hợp được hàng trăm loại nhựa Tuy nhiên có thể xếp chúng thành các họ [47,48]:

 Nhựa đóng rắn bằng xúc tác axit (môi trường xúc tác H+) như là: các nhựa Furan, nhựa Phenol, nhựa Phenol-Furan, nhựa Ure-Furan Các nhựa này có thể sử dụng đơn lẻ hoặc phối hợp để đáp ứng các nhu cầu

về tính chất của hỗn hợp

 Nhựa đóng rắn trong môi trường kiềm là nhựa Phenol kiềm (alkaline phenol resins)

 Nhựa trùng hợp bằng các chất đóng rắn là pyridine và amine

Thuộc về nhựa đóng rắn bằng xúc tác axit có: Nhựa Fuản, nhựa phenol và nhựa phenol-furan Đây là những nhựa được sử dụng phổ biến trong công nghệ No-Bake Duy chỉ có chúng là cùng loại và biểu lộ rõ kiểu thành phần nhựa cơ bản Có sự tách biệt rõ rang rượu furfuryl phenol và hỗn hợp 2 loại đó Các hợp chất hóa học thông thường khác cũng được sử dụng để hoàn thiện công thức và làm thay đổi nhựa, để nhận được những yêu cầu về tính chất của nhựa điều chế ra

+ Nhựa Furan

Tính từ Furan trong cụm từ Furan là để miêu tả thành phần cơ bản của nhựa là Furan Đơn vị cấu trúc cơ bản của nhựa Furan có dạng mạch vòng gồm 4 nguyên tử Carbon và 1 nguyên tử Oxygen có công thức hóa học là C4H4O

 Độ hòa tan trong nước: 1%

 Tan trong riệu, axeton, diokxan

Nếu trong gốc furan thiếu một nguyên tử hydro sẽ có tên là hốc furil Nếu thay nguyên tử hydro ấy bằng nhóm CH2OH sẽ được gọi là furfuryl (C5H6O2), nếu thay bằng nhóm CHO sẽ là furfural hay furfurol (C5H4O2) rất độc, nếu thay bằng nhóm CO

Bảng 1.2 Đặc tính nhựa Furan hiện có trên thị trường Việt nam

+ Nhựa Phenol Formaldehyd (Nhựa phenol) -PF

Vật liệu chế tạo nhựa PF:Nhựa PF là polymer được tỏng hợp từ các chất trong hai

o Khối lƣợng phân tử 94,2gam/mol

o Khối lƣợng phân tử 30gam/mol

+ Nhựa Ureformaldehyd

Nhựa ure được chế tạo ra bằng cách cho ure phản ứng với formandehyt ở một điều kiện xác định

Ure

Ure có công thức hóa học là (NH2)2CO có cấu trúc phân tử (hình 1.16) Ở dạng nguyên chất ure là những tinh thể không mầu sắc, có dạng hình kim hay lăng trụ Nó bền trong không khí Ure có các đặc tính vật lý:

o Khối lượng phân tử 60,66gam/mol

+ Nhựa được tổng hợp từ các nhựa trên

Trên cơ sở các loại nhựa trên, người ta có thể tạo ra các loại nhựa sau:

 Nhựa Fhenolfuran

 Nhựa phenolformaldehydfurfuryl

 Nhựa ureformaldehydfurfuryl (loại nhựa đang có trên thị trường nước ta với lượng furfuryl chiếm đến 75%-90%; formaldehyd 11%; ure 9% nước 5% Nhựa được nhập từ Trung quốc)

f Thủy tinh lỏng

Thủy tinh lỏng có công thức hóa học là Na2O.mSiO2.nH2O Thành phần hóa học của thủy tinh lỏng có thể thay đổi trong phạm vi rộng và được xác định như sau:

M=số mol SiO2/số mol Na2O = 1,023 %SiO2 / %Na2O

Tỷ số M được gọi là modul của thủy tinh lỏng, có ảnh hưởng lớn đến tính chất của nước thủy tinh và do đó ảnh hưởng đến quy trình và khả năng sử dụng chúng trong sản xuất Modul của nước thủy tinh có thể thay đổi trong khoảng 1 ÷ 4 Những silicat natri có M≥4 không thể hòa tan trong nước dù trong điều kiện nhiệt độ áp suất cao Nước thủy tinh lỏng có modul thấp (nhiều Na2O) không ổn định ở nhiệt độ cao do có hoạt tính hóa học lớn nên rất khó được nghiên cứu Nước thủy tinh lỏng thường được dùng với modul là 3,3 và thường chứa 28% trọng lượng SiO2, phần trọng lượng còn lại

là Na2O và H2O

g) Đất sét

Sét là loại khoáng tan trong nước, nó vừa dẻo dính vừa có độ trương nở tốt Trong các loại khoáng sét thì khoáng montmorillonit (bentonit) có các tính chất ưu việt hơn khoáng Kaolinit, và tính chất của nó còn tốt hơn nữa khi được hoạt hóa

Cấu trúc của montmorillonit (Al2O3.4SiO2.nH2O) là một loại khoáng ba tầng: mỗi tầng gồm một lớp bát diện nằm giữa hai lớp tứ diện Trung tâm của những tứ diện

là những ion Si4+ và đỉnh của chúng là những ion O2- Trung tâm của khối bát diện là ion Al3+ hay Mg2+ và đỉnh của chúng là những ion O2- chung với các tứ diện và những