CÁC YẾU TỐ ẢNH HƯỞNG ĐẾN CHẤT LƯỢNG KHUÔN FURAN
CÁC NHÂN TỐ CỦA NHỰA FURAN ẢNH HƯỞNG ĐẾN CHẤT LƯỢNG LÀM KHUÔN
1. Giới thiệu về công nghệ đóng rắn bởi chất kết dính nhựa Furan.
Công nghệ làm khuôn đúc Furan được xem là công nghệ cold-box. Cát được được trộn với nhựa Furan theo tỷ lệ và được đóng rắn bởi chất xúc tác axít H2SO4 . Công nghệ đúc Furan phù hợp sử dụng để làm khuôn hoặc lõi.
Ưu điểm của công nghệ Furan : độ bền của hỗn hợp làm khuôn cao, dễ phá khuôn sau đúc và khả năng tái sinh cát tuyệt vời.
a. Tính chất hóa học của nhựa Furan:
Nhựa Furan là một hợp chất polymer có thành phần là furfuryl alcohol, nước và nhựa furan gồm ure, formaldehyde được chiết xuất từ bột bắp.
Công thức hóa học nhựa Furan:
b. Các tính chất vật lý của nhựa Furan:
Khối lượng phân tử 96.08
Nhiệt độ sôi tại 101.3 Kpa ( 1atm) oC 161.7
Nhiệt độ đông đặc oC -36.5
Khối lượng riêng g/cm3 1.1-1.15
Độ nhớt cps 10-20
Hàm lượng nitrogen (N) % max 2.5%
Hàm lượng nước % max 5%
Tuổi thọ của nhựa Furan 9 tháng kể từ ngày sản xuất ở nhiệt độ thường. Nếu bảo quản ở 20 độ C hạn sử dụng đến 12 tháng.
2. Sử dụng nhựa Furan :
Trong quá trình sản xuất, hàm lượng sử dụng nhựa Furan tùy thuộc vào chất lượng cát và cách thức trộn. Thông thường ở các xưởng đúc quy mô năng suất, họ sử dụng thiết bị trộn liên tục để tăng năng suất và hiệu quả làm khuôn. Tỷ lệ nhựa Furan sử dụng khoảng 0,8 đến 2,0% tính trên khối lượng cát. Tùy theo thời gian đóng rắn yêu cầu nhanh hoặc chậm, tỷ lệ sử dụng chất xúc tác từ 20% đến 60% tính trên tỷ lệ nhựa Furan. Tỷ lệ dùng nhựa của Furan cao hay thấp phụ thuộc vào chất lượng của cát tái sinh. Tỷ lệ dùng của chất xúc tác phụ thuộc vào nồng độ cao hay thấp của axit.
Đối với các xưởng đúc sử dụng thiết bị trộn liên tục, tỷ lệ dùng của nhựa dao động trong khoảng 0.8 đến 1.3%. Lượng dùng nhựa tốt nhất ở mức dưới 1.0%. Chất xúc tác từ 30% đến 40%. Tỷ lệ dùng phụ thuộc vào quy trình kiểm soát chất lượng cát tại xưởng đúc thông qua chỉ số L.O.I và quan trọng nhất là chất lượng của nhựa Furan
Độ hạt cát và tỷ lệ bụi ảnh hưởng trực tiếp đến lượng dùng của nhựa Furan. Độ hạt cát lý tưởng tập trung trong dãy 40AFS đến 60 AFS và tỷ lệ bụi chỉ nên < 5%.
Chất lượng của nhựa Furan ảnh hưởng trực tiếp và ảnh hưởng nhiều đến chất lượng của hỗn hợp làm khuôn. Các nhân tố quyết định bao gồm : tỷ lệ nước trong nhựa và hàm lượng Nitơ.
3. Các nhân tố của nhựa Furan ảnh hưởng đến chất lượng hỗn hợp làm khuôn :
Giá thành của nhựa Furan được phân loại dựa trên hàm lượng nitơ và phần trăm nước có trong nhựa. Tỷ lệ nước có trong nhựa tốt nhất ở mức <3%. Tỷ lệ Nitơ <2.5% đối với đúc gang, đúc thép <0.8%.
Nước nhiều sẽ làm giảm độ bền của hỗn hợp làm khuôn, tăng lượng sử dụng nhựa và sinh khí trong quá trình đúc.
Nitơ nhiều làm cho vật đúc xuất hiện các khuyết tật rỗ khí trên bề mặt. Để hạn chế sự sinh khí nitơ, bắt buộc phải sử dụng chất sơn khuôn phù hợp để ngăn khí xâm nhập vào vật đúc. Điều này sẽ làm tăng chi phí sản xuất, tăng giá thành vật đúc.
Do đó, để đánh giá chất lượng nhựa Furan cần thiết phải kiểm soát lượng nước và lượng nitơ tồn tại trong nhựa.
a. Đánh giá lượng nước trong nhựa Furan:
Lượng nước trong nhựa Furan có mối tương quan đến độ chảy loãng (độ nhớt) của nhựa. Độ nhớt lý tưởng nằm trong khoảng 10 – 20 cps. Nếu nước nhiều, độ nhớt giảm, độ chảy loãng tăng. Nhìn về cảm quan, tại xưởng đúc có thể đánh giá chất lượng nhựa Furan thông qua độ sệt. Nhựa càng chứa nhiều nước, độ sệt càng giảm, bằng mắt thường có thể thấy độ loãng gần giống nước. Lượng nước nhiều sẽ làm tăng lượng sử dụng nhựa, độ bền khuôn kém và độ sinh khí lớn.
Các phương pháp đánh giá lượng nước trong nhựa Furan:
+ Phương pháp 1: Kiểm tra lượng nước trong nhựa furan qua độ nhớt của nhựa. Đây là phương pháp kiểm tra trong phòng thí nghiệm và thông số độ nhớt của nhựa Furan được cung cấp bởi nhà sản xuất. Độ nhớt tốt nhất cho nhựa furan 10 - 20cps.
+ Phương pháp 2: Đánh giá lượng nước thông qua độ LOI.
Độ LOI còn được biết đến là lượng mất khi nung. Đây là tiêu chuẩn đánh giá chất lượng cát tái sinh ảnh hưởng đến lượng dùng nhựa và chất xúc tác. Để kiểm tra độ LOI, cân một lượng hỗn hợp làm khuôn cho vào lò nung, nung ở nhiệt độ 400oC trong 1h. Trong quá trình nung, các chất hữu cơ của nhựa trong cát sẽ được đốt cháy. Lượng hao hụt khối lượng của hỗn hợp trước và sau khi nung chính là độ LOI. Độ LOI nằm trong khoảng 2.5% - 3.5%.
Các nhân tố ảnh hưởng đến độ LOI :
- Độ hạt cát, tỷ lệ bụi. Cát nhiều bụi sẽ làm gia tăng lượng dùng nhựa và chất xúc tác đưa đến làm gia tăng độ LOI
- Chất lượng nhựa : Lượng nước trong nhựa cao cũng đưa đến việc dùng thêm nhiều nhựa để đảm bảo khả năng đóng rắn của hỗn hợp làm khuôn. Do đó, độ LOI cũng gia tăng theo tỷ lệ dùng của nhựa và chất xúc tác.
+ Phương pháp 3: Đây là phương pháp thủ công, đơn giản xác định nhanh chất lượng của nhựa. Lấy một lượng nhựa Furan xác định cho vào cốc đặt vào nồi nung trực tiếp dưới ngọn lửa. Sau khoảng vài phút, nếu nhựa Furan xảy ra hiện tượng sôi mãnh liệt điều này chứng tỏ hàm lượng nước trong nhựa cao.
Với loại nhựa furan có hàm lượng nước cao, lượng nhựa cần phải dùng nhiều hơn ( 1.3 đến 2%). Dẫn đến tỷ lệ dùng của axít (chất xúc tác đóng rắn) cũng phải tăng lượng dùng gấp đôi để đảm bảo thời gian khuôn đóng rắn.
Một thí nghiệm về chất lượng nhựa Furan được quay lại bởi video bên dưới. Về cảm quan khi đánh giá sơ bộ về độ nhớt, nhựa màu cánh gián có độ nhớt kém hơn nhiều so với nhựa màu vàng.
https://www.youtube.com/watch?v=qO6grhto5sY
Bảng số liệu bên dưới so sánh lượng mất khi nung của hai loại nhựa Furan :
Lượng nước nhiều trong nhựa furan sẽ ảnh hưởng xấu đến độ bền của khuôn và giá thành sản xuất :
- Tăng tỷ lệ dùng nhựa, chất xúc tác.
- Độ bền hỗn hợp làm khuôn kém.
- Sinh khí Hydro.
b. Hàm lượng khí Nitơ trong nhựa Furan :
Hàm lượng nitrogen trong nhựa Furan có ảnh hưởng lớn đối với chất lượng vật đúc, đặt biệt cho đúc thép. Nhưa Furan có hàm lượng nitrogen cao, khi đúc sẽ sinh ra các khí N2 gây ra khuyết tật rỗ khí. Thông thường trong đúc gang, lượng Nitơ <2.5%, đúc thép Nitơ <0.5%. Hình bên dưới : sản phẩm sau khi đúc ra gặp khuyết tật rỗ khí do Nitơ. Rỗ khí phân tán trên bề mặt vật đúc.
Nhựa Furan chứa càng ít Nitơ giá thành càng cao. Nhựa furan dùng cho đúc thép đắt hơn dùng cho đúc gang khoảng 20% - 30%. Do đó, đối với sản phẩm đúc thép, các xưởng thường dùng công nghệ Fenotec (còn gọi là Alphaset) thay cho công nghệ đúc Furan vì chi phí sản xuất rẻ hơn, chất lượng sản phẩm tốt hơn do lượng nitrogen trong nhựa Fenotec = 0.
Việc định giá thành sản xuất tại các xưởng đúc dùng công nghệ đúc furan không dựa vào yếu tố giá thành của nhựa. Tính hiệu quả kinh tế đem lại quyết định bởi chất lượng của nhựa Furan vì chất lượng tốt đem lại các lợi ích về tỷ lệ dùng thấp nhất, giảm tỷ lệ phế phẩm, năng suất cao và kinh tế.
