Литье по газифицируемым моделям - Шуляк B.C.
ISBN 978-5-91259-011-5
Скачать (прямая ссылка):
На рис. 3.2, б представлена температурная зависимость для модели из пенополистирола плотностью 36 кг/м3 при идентичных условия заливки формы металлом.
При плотности модели 36 кг/м3 более четко фиксируются фазовые переходы термодеструкции модели: усадка и переход полистирола в эластичное состояние (зона I), плавление и начало деполимеризации полистирола (300 °С) (зона II), образование и накопление жидкой фазы и ее термодеструкция до паровой и газовой фаз со значительным поглощением тепла (зона III). С увеличением плотности модели увеличивается и расход тепловой энергии металла. Так, при плотности модели 25 кг/м3 температура металла при дальнейшем продвижении зоны взаимодействия модель— металл составила 650 °С, а при плотности модели 36 кг/см2 она снизилась еще на 40° и составила 610 °С. Величина зазора также увеличилась и при скорости подъема металла в форме 3,33 см/с составила 3,33-0,3 = 0,99 (см). Таким образом, полученные результаты исследования процесса взаимодействия модели и металла при заливке формы подтверждают предлагаемую физическую модель процесса ЛГМ (рис. 3.1).
102
Между скоростью подъема металла в полости формы Гмет, скоростью продвижения фронта термодеструкции модели ?м и скоростью удаления продуктов при термическом разрушении модели Уг существует термодинамическое равновесие, которое определяет величину фронта превращения модели ^, зазор 8 между расплавом и моделью и давление в полости зазора Рф. Очевидно, что определяющим в этой динамической системе следует считать кинетику процесса термодеструкции пенополистирола, т. е. скорость протекания химических и фазовых превращений.
Путем многочисленных исследований установлено, что термическая деструкция пенополистирола сопровождается сложными фазовыми и химическими превращениями, в результате которых образуются жидкие, паро- и газообразные, а также твердые продукты, причем глубина протекания процесса разрушения модели при прочих равных условиях определяется только температурой источника тепловой энергии [1, 3, 4, 5].
При нагреве пенополистирола выше 81 °С он переходит в высокоэластическое состояние, при котором происходит его увеличение в объеме за счет внутреннего давления паров порообразова-теля; при дальнейшем нагреве до 239 °С пенополистирол переходит в вязкотекучее состояние; при 300 °С начинается процесс деполимеризации полистирола. Установлено, что при нагреве полистирола до 350 °С разрушение его происходит с выделением четырех фракций [3]. Самая летучая фракция состоит из оксида углерода, который образуется в результате химического взаимодействия полистирола с адсорбированным кислородом. Две другие фракции имеют одинаковую молекулярную массу (263-264), но обладают различной летучестью. Одна фракция летуча как при температуре реакции (350-420 °С), так и при комнатной (20 °С); она состоит из 92-94 % стирола, 4-8 % толуола и содержит следы этилбензола и метилстирола. Вторая летуча только при температуре реакции и содержит наряду со стиролом димер стирола (19,32 %), тример стирола (32,08 %) и тетрамер стирола (3,85 %). Жидкая фракция нелетуча и состоит из осколков полимерной цепи с молекулярной массой около 2000. При нагреве полистирола до 500 °С деструкция его идет в основном до мономера и небольшого количества диме-ра. При нагреве выше 500 °С происходит интенсивный рост газовыделения и появляется негазифицируемый остаток.
103
Результаты исследования полистирола в условиях высокотемпературного теплового удара, при котором полистирол помещался в печь при заданной температуре, представлены в табл. 3.1 [4].
Из данных таблицы следует, что с повышением температуры пиролиза возрастает глубина термодеструкции полистирола, характеризующаяся ростом количества газообразных продуктов и коксового остатка. Следует ждать подобной закономерности и при термодеструкции модели из пенополистирола в литейной форме при заливке ее металлом.
Таблица 3.1
Анализ продуктов термодеструкции полистирола
Темпе- Выход газа, см3/г Состав газа, об. % Выход, вес. %
ратура в печи, °С н2 СН4 Газ Жидкая фаза Твердая фаза
800 165 20,5 37 34,6 ПД 70,8 18,1
175 20,8 35,5 35,4 12,0 70,4 17,5
1000 500 2,5 74,3 19,3 15,1 23,5 61,4
518 2,4 71,4 21,7 14,8 27,2 58,0
1200 738 1,5 82,3 9,3 18,5 11,5 65,0
689 1,3 82,3 10,2 16,3 18,9 64,7
Однако необходимо учитывать различие между процессом термодеструкции пенополистирола в литейной форме и пиролизом полистирола в условиях эксперимента, изложенного в [4]. В литейной форме летучие продукты удаляются из зоны взаимодействия модели и металла, а сам процесс термодеструкции протекает при взаимном перемещении фронта превращения полистирола и расплава и локализуется в небольшом зазоре между ними.
Исследование процесса термодеструкции модели проводилось на установке (рис. 3.3) по методике, имитирующей технологию литья по газифицируемым моделям [9].
Исследуемый образец из пенополистирола 4 помещался в гильзу 5 из нержавеющей стали, которая соединялась с рейкой 8. Рейка связана с поперечиной 6, которая вертикально перемещается с помощью маховика 14 по рейке 11, закрепленной на станине 18. Штанга с гильзой и образцом устанавливается в такое крайнее верхнее положение, чтобы можно было опустить гильзу с помощью электропривода в крайнее нижнее положение, обеспечив полное
