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Ligantes químicos

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Ligantes químicos

Page 2: 01 Ligantes quimicos

Principais materiais e processos de moldagem / macharia

adesivode contato argilas

aglomerados com óleos secativos

resinas

reação química ativada por calor

à base

deligantes

químicos

furânicos,fenólicos,

uretânicos,resol-éster

areia reação química a temperatura

passagem de gás

ou silicato de sódio

ambiente

outro silicato-éster

cimentoPortland auto-curável

areia-cimento

agregado

outros cerâmicos,gesso

“microfusão”(fundição de precisão)

sem aglomerante modelo permanentemodelo evaporável

processo “V”“lost foam”

Usináveis

a verde

a seco

“areia-óleo”

calor

shell-moldingshell-corehot-box

warm-box

auto curáveis

cold-boxprocesso SO2

CO2

processo CO2

fosfatos inorgânicos

metal (aço ou ferro fundido) coquilhas

grafita processo Griffin

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Lista parcial de processos baseados em ligantes químicos desenvolvidos a partir de 1945 aproximadamente, não incluindo, portanto, processos jáconsiderados convencionais à época da II Guerra (areia-óleo, areia-cimento e moldagem em gesso, entre outros)

Shell molding (Croning, moldagem em casca) 1948Processo Silicato / CO2 1954Processo óleo - ativador (oxidante) 1954Processo hot-box (caixa-quente) 1958Cura-a-frio, furânico 1958Warm-box: resina ou silicato + ar quente 1960Hot-box, fenólico 1961Areia fluida, silicato de sódio 1965Cura-a-frio, óleo - isocianato 1965Cura-a-frio, fenólico 1966Silicato / Fe-Si (Nishiyama) 1967Silicato / éster 1968Cura-a-frio, fenólico-uretânico 1968Cold-Box, fenólico-uretânico 1969Processo SO2 1971Fosfatos poliméricos 1974Areia fluida, resinas furânicas 1974Warm-box, sem ar quente 1980Cimento Sorel / oxalatos 1980Cura-a-frio, resol-éster (fenólica alcalina) 1980Cold-Box, polifenol+ácido+acetal (RedSet) 1987Cold-Box, epoxi sem solvente / SO2 1992

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Sistemas ligantes de cura-a-frio para moldes e machos(BENZ, N. e KÄLBERER, T. Casting Plant and Technology, nº 4, 1985)

SISTEMA LIGANTE

ADEQUADO PARA

COMPOSIÇÕES USUAIS PINTURA ÀBASE DE

RECUPE-RAÇÃO

OBSERVAÇÕES

Resina de Cura-a-frio

a) à base de resinafurânica / ácido

fofo cinzento, aço, ligas leves, ligas de cobre

100 areia quartzo0,3-0,5 PTS, H3PO40,8-1,2 resina furânica

álcool ou água

mecânica ou térmica

Processo universal, especialmente para peças grandes; tempos de cura curtos com endurecedoresespeciais

b) à base de resina fenólica

fofo cinzento, fofo nodular e aço

100 areia quartzo0,3-0,6 ácido0,8-1,2 resina fenólica

álcool ou água

mecânica ou térmica

Processo universal, especialmente para peças grandes

Resina poliuretanica

a) com acelerador

fofo cinzento, fofo nodular e aço.

100 areia quartzo0,5-0,8 poliisocianato0,5-0,6 resina fenólica0,5-2 catalisador

álcool;água sob

certas circunstâncias

?É uma variante do processo de resina de cura rápida; bom acabamento em aço

b) sem acelerador

Ligas leves 100 areia de quartzo0,6-0,8% poliisocianato0,6-0,8 aminopoliol

álcool?

Bom acabamento e boa colapsibilidade com ligas leves

Resol-éster fofo cinzento, fofo nodular, aço, ligas leves, ligas de cobre

100 areia de quartzo0,2-0,5% éster1,2-1,4 resina resólica

álcool?

Sem odores na produção de moldes e machos; ótimo acabamento superficial, boa colapsibilidade em peças de ligas leves

Resinaalquídica-uretânica

fofo cinzento, nodular, aço, ligas de cobre

100 areia de quartzo0,2-0,2% poliisocianato1,5-1,8 ligante

álcool mecânica ou térmica

Apropriado particularmente para aço devido a atmosfera redutora durante vazamento

Silicato de sódio/éster

100 areia de quartzo0,2-0,3% éster2,5-3,0 silicato de sódio

álcool?

Sensibilidade à temperatura; baixa colapsibilidade

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Principais ligantes químicos para areias de moldagem

Ligante %(da areia)

Reagente ou Catalisador

%(do ligante) Aplicação

Nome do processo

Curáveis

com

calor UF+PF+FA 1,5% conversor latente 20% machos Warm-box

Curáveis

à

temperatura

ambiente

Auto-curáveis

(reagente

líquido ou sólido) fosfato ácido inorgânico 5,0% óxido metálico 2,5% (*) moldes e machos Fosfato inorgânico

Curáveis

à

temperatura

ambiente

(Cura por

reação com

fenol-formol 4% hexamina 12% moldes e machos Shell molding

UF-PF-FA 1,5% ácido fraco 20% machos Caixa quente

resina furânica 1,25% H3PO4 35% moldes e machos cura-a-frio furânico

resina fenólica 1,5% ATS, APTS, AXS 40% moldes e machos cura-a-frio fenólico

óleo alquídico + isocianato 1,5% catalisador 8% moldes e machos Óleo alquídico

PF + metil-bisfenil isocianato 1,5% piridina 4% moldes e machos fenólico-uretânico

resol (fenólico alcalino) 1,5% éster 25% moldes Resol-éster

silicato de sódio 3,5% triacetina+EGDA 10% moldes Silicato-éster

silicato de sódio 3,5% CO2 machos e moldes Processo CO2

resina fenólica + isocianato 1,2% TEA ou DMEA + ar

machos Caixa fria

resol (fenólico alcalino) 1,5% formiato de metila machos Resol-Éster (C-B M)

resina furânica + peróxido, 1,2% SO2 machos Processo SO2

resina epoxi + oxidante 1,0% SO2 machos Epoxi-SO2

epoxi acrílica + peróxido + solvente

1,5% SO2 + (N2/CO2) machos FRC

gás ou vapor) resol (fenólico alcalino) 2,5% CO2 machos res. fenólica/CO2

(*) porcentagem da quantidade de areiaUF = uréia-formaldeido; PF = fenol-formaldeido; FA = álcool furfurílico; ATS = ácidotolueno-sulfônico; APTS = ácido para-tolueno-sulfônico; AXS = ácido xileno-sulfônico;TEA = trietilamina; DMEA = dimetiletilamina; EGDA = diacetato de etileno glicol;

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Fatores que determinam a seleção dos processos de cura-a-frio em moldagem

Areia baseSensibilidade àTemperatura da

areia

Sensibilidade àTemperatura

ambiente

Sensibilidade àUmidade ambiente

muito sensível muito sensível muito sensível

seca muito sensível

sensível

seca sensível sensível

sensível

SISTEMA LIGANTE

Tempo de trabalho / tempo de

extração do modelo

Custos de materiais

Fenólica-ácido seca, limpa, não alcalina

muito sensível muito sensível muito sensível 10 min / 22 min 1,4

Furânica-ácido seca, limpa, não alcalina

8 min / 15 min 1 a 1,2

Silicato-éster pouco sensível sensível 9 min / 17 min 1,4

Óleo alquídico seca, limpa pouco sensível pouco sensível 10 min / 20 min 1,3

Fosfato inorgânico

sensível 5 min / 15 min ?

Fenólica-uretânica

seca, limpa pouco sensível pouco sensível 4 min / 6 min 1,6

Resol-éster seca, limpa pouco sensível pouco sensível não sensível 3 min / 4 min 1,4

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Compatibilidades mútuas de sistemas de cura-a-frio

Óleo alquídico Fenólico-uretânico Furânico Fenólico Silicato-éster Fosfato

compatível

compatível compatível

compatível compatível

não compatível

não compatível

compatível

Areia recuperada proveniente de moldagem com:

Novo sistemaligante

Óleo alquídico compatível compatívelnão

compatívelnão

compatível às vezes (*)

Fenólico-uretânico não compatível

não compatível

não compatível às vezes (*)

Furânico às vezes (*) às vezes (*) compatível compatível não compatível às vezes (*)

Fenólico às vezes (*) às vezes (*) não compatível às vezes (*)

Silicato-éster compatível compatível às vezes (*)

Fosfato compatível compatível às vezes (*) às vezes (*) às vezes (*) compatível

(*) Fazer teste

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Todos os processos que utilizam resinas requerem areias de quartzo lavadas e classificadas.

Em casos especiais pode-se usar areias de zirconita, cromita e olivina.

Forma, superfície, tamanho e distribuição granulométrica dos grãos da areia são importantes.

As areias de quartzo de alta qualidade são as que contêm teores muito baixos de minerais contaminantes tais como:

feldspatos,micas,glauconita,óxidos de metais alcalinos eminerais carbonáceos.

A presença desses minerais reduz o ponto de sinterização.

Minerais argilosos afetam desfavoravelmente os ligantes químicos.

O teor ótimo de ligantes em cada caso particular depende fortemente da forma e da área superficial dos grãos de areia. Grãos arredondados exigem os menores teores de ligante e propiciam melhor adensamento.

O tamanho do grão e sua distribuição têm uma influência significativa na resistência do material de moldagem curado: o tipo de dependência da resistência em relação aos teores de ligante e ao módulo da areia está exemplificado na figura.

AREIAS-BASE

0 0,8 1,0 1,2 1,4 1,6 1,8 2,0Resina furânica adicionada, %

1000

800

600

400

200

0

Res

istê

ncia

à fl

exão

, N/c

m2

areia módulo 70

areia módulo 40

O tamanho do grão de areia tem pronunciado efeito naresistência à flexão. Resina furânica, 45% ácido fosfórico 75 (s/ a resina), após 24 horas de cura.

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PRINCIPAIS MATÉRIAS-PRIMASPARA FABRICAÇÃO DE RESINAS

Metanol (álcool metílico)O primeiro e o mais simples dos álcoois alifáticos (com apenas um átomo de carbono)Usado na produção de formol, em sínteses químicas e como solventeLíquido incolor, ponto de ebulição 64,5°C, tóxico, inflamável, miscível em água, outros álcoois e éteres

Formol (formaldeído)É o primeiro e o mais simples aldeído da série alifáticaGás à temperatura ambiente; a solução aquosa é clara, incolor, irritante, com odor penetrante e forte efeito lacrimejante. Usado na produção de resinas sintéticas por reação com fenol, uréia, melamina e outros (e também como intermediário na síntese de outros produtos químicos e desinfetantes)

FenolÉ o mais simples da série dos fenóisSólido, cristalino, incolor, venenoso e corrosivo, ponto de fusão ~ 42°C, solúvel em água, álcool e éterUsado na fabricação de resinas para fundição (e também resinas para abrasivos e materiais de fricção, aglomerados de lã de vidro e outras fibras, laminados para decoração, composições especiais de borracha e plásticos do tipo baquelite)

UréiaSólido, cristalino, branco, praticamente inodoro e incombustível, ponto de fusão = 132,7°CÉ uma das principais matérias-primas para a produção de resinas uréia-formol (termofixas)

Álcool furfurílico (furfurol)Liquido venenoso, solúvel em álcool e éter, miscível em água, facilmente resinificável por ácidos. Obtido por reação catalítica do aldeído furfurílico (furfural)Usado na produção de resinas sintéticas para fundição e como solvente

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RESINAS SINTÉTICASConforme suas propriedades finais, podem ser:

TermoplásticasTêm a propriedade de amolecer sob a ação do calor e de enrijecer quando resfriadas, todas as vezes em que for aplicado o calor necessário.

Termoestáveis ou termofixasAo se solidificarem (curarem) tornam-se insolúveis, infusíveis, rígidas e estáveis.

Portanto, a cura não é apenas a evaporação do solvente, ou seja, a secagem propriamente dita, mas sim o desencadeamento de uma ou mais reações químicas complexas, como condensação, reticulação, polimerização, etc.Para que a cura se processe é imprescindível que exista no sistema um conjunto de condições que possibilitem estas reações, como calor e pH adequados.As características de insolubilidade e infusibilidade são inerentes às resinas sintéticas formadas por ligações cruzadas (reticulação)A estrutura química da resina termofixa é controlada de forma a que sua polimerização final ocorra apenas na utilização da resina na manufatura do produto finalEste é o principal tipo de resina empregado na indústria de fundição

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RESINAS FENÓLICAS

São resinas sintéticas termofixas produzidas pela reação de fenole formol, por isso conhecidas também como resinas fenol-formolou PF (Phenol-Formaldehyde)

BREVE HISTÓRICO1872 - A. von Bayer (Alemanha) descobre que a reação entre fenol e formol origina um produto resinoso1907 - L. H. Baekeland, EUA, 1ª patente importante sobre resinas fenólicas1910 - Primeira aplicação industrial de resinas fenólicas, como vernizes de isolamento elétrico1914 - Início do uso regular de resinas fenólicas para a impregnação de papel e tecidos na indústria de equipamentos elétricos1920 – Início do desenvolvimento de materiais moldados para a indústria automobilística e, sobretudo, para a indústria de equipamentos elétricos.

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RESÓISAs resinas fenólicas podem ser produzidas por processo alcalino ou ácido

Resinas fenólicas alcalinas = resóisResinas fenólicas ácidas = novolacas

Resóis– caracterizam-se por um excesso de formol em relação ao fenol

– são produzidas com catalisadores alcalinos, do tipo hidróxido de sódio, hidróxido de potássio, hidróxido de bário, etc.

– obtêm-se resóis dos mais diversos tipos variando a quantidade de formol em relação ao fenol

relações molares formol:fenol geralmente entre 1:1 e 2:1

– geram-se produtos diferentes também variando os derivados fenólicos, os catalisadores e os processos de síntese

– são geralmente líquidos, mas podem ser obtidos na forma sólida, quando necessário

– para cura em altas temperaturas (> 130°C), têm sua proporção molecular e seu ambiente ajustados de modo a não necessitarem de conversores

– alguns resóis podem ser curados à temperatura ambiente com a adição de conversores especiais (o conversor destroi o inibidor, permitindo que a reação continue até o final)

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NOVOLACAS

Novolacas (resinas fenólicas obtidas com catalisadores ácidos):

– caracterizam-se por um excesso de fenol em relação ao formol

– são normalmente sólidas

– diferentes produtos são obtidos pela variação de mistura com derivados fenólicos, com catalisadores (orgânicos e inorgânicos) e com pequenas alterações no processo

– varia-se também a relação molar fenol:formol para obter-se produtos diferentes

relação molar fenol:formol normalmente vai de 1:0,5 a 1:0,88– novolacas podem ser entregues para consumo tanto na forma sólida quanto em

solução em solventes orgânicos

– excelente estabilidade na armazenagem

– sua proporção molecular exige a adição de conversores para a cura final

– o conversor mais usado é hexametilenotetramina (ou hexamina).

– composições com novolacas podem ser armazenadas por longo tempo.

– exigem altas temperaturas para cura

(Ver esquema)

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FORMAÇÃO E CURA DE UMA RESINA FENÓLICA

n

FENOL FORMOL RESINA FENOL-FORMOL CONVERSOR RESINA RETICULADA

Page 15: 01 Ligantes quimicos

RESINAS URÉIA-FORMOL

São resinas termofixas produzidas pela reação de formol com uréia; também chamadas resinas uréicas ou UF

– versáteis e de baixo custo– podem ser produzidas com diversas composições moleculares,

puras ou modificadas por outros compostos, resultando em resinas especiais

– exemplo de resinas uréicas especiais são as resinas modificadas com álcool furfurílico

– As resinas uréicas contêm nitrogênio, originário da própria uréia, que é uma amina

– Podem ser formuladas com diversas temperaturas de cura, desde a temperatura ambiente até 200°C

– Para a cura final é necessário secar a resina pela evaporação do solvente (água) e adicionar um conversor que destrua a ação dos inibidores e estabilizantes

– Resistem bem aos solventes orgânicos, mas são hidrolisadas por ácidos e bases fortes

Page 16: 01 Ligantes quimicos

FORMAÇÃO E CURA DE UMA RESINA URÉICA

n

URÉIA FORMOL RESINA URÉIA-FORMOL CONVERSOR RESINA RETICULADA

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RESINAS FURÂNICAS

São resinas complexas, com três componentes ativos (UF, FA e PF) que podem estar combinados dois a dois (UF/FA) ou (PF/FA), ou todos os três.São líquidas e termofixas, catalisadas por sistemas ácidos (existem resinas furânicas especiais do tipo novolaca que não são utilizadas em fundição)Para uso em fundição, esses três materiais resinosos costumam ser comercializadas de acordo com as seguintes combinações básicas:

Resina uréica-furânica (UF/FA)– teor de álcool furfurílico entre 30 e 80%– vários teores de nitrogênio e água– alta resistência a frio, adequada para fundição de alumínio e ferros fundidos comuns– altos teores de nitrogênio, podem, causar porosidades nos fundidos

Resina fenólica-furânica (PF/FA)– teor de álcool furfurílico entre 30 e 70%– desempenho ligeiramente inferior à UF/FA em termos de desenvolvimento de

resistência a frio– não tem nitrogênio, sendo mais indicada para a fundição de aço, ferro fundido nodular

e ferro fundido de alta resistência

Resina uréica-fenólica-furânica (UF/PF/FA)– teor de álcool furfurílico entre 40 e 85%– baixos teores de nitrogênio, mas boa resistência a frio– usada para fundir ferro fundido de alta resistência, ferro fundido nodular e aço

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FORMAÇÃO E CURA DE UMA RESINA FURÂNICA

nRESINA UF

ÁLCOOL FURFURÍLICO RESINA FURÂNICA CONVERSOR

RESINA RETICULADA

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CONVERSORES PARA RESINAS FURÂNICAS

0 20 30 40 50 60 70Adição de catalisador, %

1000

800

600

400

200

0

Res

istê

ncia

à fl

exão

, N/c

m2

1% resina

2% resina

O teor apropriado de conversor para resinas furânicas está na faixa de 33 a 55% em peso sobre a resina.

As resinas tradicionais de “cura a frio”utilizam ácidos fortes como conversores.Com resinas furânicas os ácidos mais utilizados são o ácido fosfórico, o ácidoparatolueno sulfônico (PTSA) e o ácido xileno sulfônico (XSA).PTSA e XSA podem ser usados com todos os tipos de resinas furânicas

– decompõem-se facilmente com a resina durante o vazamento do metal, não deixando residuais que comprometam a recuperação de areia usada

O ácido fosfórico e suas misturas são recomendados apenas para uso com resinas do tipo uréica-furânica

– promove a formação de fosfatos que permanecem na areia, a qual, quando reutilizada, apresenta resistência final inferior e excesso de fósforo que pode ser absorvido pelo metal

– geralmente inviabiliza a recuperação da areia

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O PROCESSO POLIURETÂNICO

APOLIURETANNATOPOLIISOCIALAMINOPOLIO →+

O princípio do processo é a poliadição de álcoois multivalentes a isocianatos multivalentesresinas poliuretânicas: sólidas, altamente ligadas, sem produto de craqueamento.Duas famílias de sistemas ligantes poliuretânicos são utilizadas em fundição:

Poliuretanas sem acelerador de reação: sistemas de 2 componentes–aminopoliol e–poliisocianato

APOLIURETANNATOPOLIISOCIAFENÓLICARESINA RCATALISADO →+⋅

O tempo de cura é pré-ajustado na fábrica de resina, mas pode ser modificado na fundição através da mistura de duas resinas e, também, pela alteração da relação de poliol eisocianato. Excesso de isocianato aumenta o tempo de cura.Boas propriedades de colapsibilidade particularmente apropriado para o uso em fundições de metais leves

Poliuretanas com aceleradores de reação: sistemas de 3 componentes–resina fenólica modificada com grupos reativos OH–poliisocianato e–catalisador básico

A velocidade de cura ajustada pelo teor de catalisador (0,2 a 1,5% em peso sobre a resina). A relação entre o tempo de processamento e o tempo de cura é especialmente favorável neste processo

Estabilidade térmica mais elevada do que sistema sem um acelerador de reação e formação de atmosfera redutora durante o vazamento fazem com que esse tipo de ligante seja bem adaptado para todos os tipos de fundições, especialmente para fundição de aço

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ALGUMAS CARACTERÍSTICAS DE SISTEMAS POLIURETÂNICOS DE CURA A FRIO

Teores de ligantes (soma dos componentes): 1 a 2% em peso sobre a areia

As relações em peso resina : isocianato dos componentes ligantes podem variar entre 1:1 a 1:1,2

O tempo de trabalhabilidade é dependente basicamente do tempo de cura; em geral é 25% do tempo de cura

Os níveis de resistência desejados após uma hora podem ser alcançados através de ajuste da proporção entre os componentes do sistema ligante. Dessa forma minimiza-se também o período de espera entre a produção do molde e dos machos e o vazamento

A escoabilidade da mistura preparada é muito boa: necessita baixa energia de compactação

Não há desprendimento de produtos de craqueamento durante a reação dos componentes individuais. Em conseqüência, poucos odores quando se processa a mistura de areia

Page 22: 01 Ligantes quimicos

O PROCESSO "RESOL-ÉSTER"

Sistema ligante: um resol (alcalino) contendo um mínimo de 30% em peso de água é endurecido pela adição de um éster para mudar o valor do pH

INSOLÚVELULAMACROMOLÉCÉSTERALCALINORESOL ⋅→+⋅

As principais características são:

– odores pouco pronunciados durante a preparação da mistura

– tempo de trabalhabilidade da mistura preparada é de aproximadamente 10 minutos (tempo disponível para a compactação de moldes e machos)

– adapta-se bem à fundição de aços e também de ferros fundidos: o molde é relativamente inerte ao metal líquido

– difícil recuperação da areia: o potássio presente na resina e que permanece na areia como acetato, vai se acumulando com a reutilização da areia. Em conseqüência, tem-se forte elevação do pH: o excesso de alcalinidade da areia acaba inibindo a cura. Muitos usuários diluem com pelo menos 50% de areia nova, o que nem sempre resolve o problema

Page 23: 01 Ligantes quimicos

Moldagem com resinas de “cura-a-frio”

Apresentam maior importância os sistemas ligantes baseados nos seguintes tipos de resinas:– de cura ácida:

• resinas furânicas• resinas fenólicas• combinações de resinas furânicas e fenólicas

resina furânica

oformaldeid furano

OHCHCH OCHCHCHOHOCHOHCHn

2O22O2O2H

22O

→+

+

FFFF

resina fenólica

OHn CH OHCHH OHCH II.

fenílico álcool fenol OHCH OCH I.

2

OH2

OH

2

OH

2

OH

2

OH

2

OH

+→+

→+

BBBB

BB

Page 24: 01 Ligantes quimicos

Moldagem com resinas de “cura-a-frio”(cont.)

– uretânicas:

• sem acelerador de reação (sistemas de dois componentes)

AMINOPOLIOL + POLIISOCIANATO → POLIURETANAfundição de metais de ponto de fusão moderado

• com acelerador de reação (sistema de três componentes)

RESINA FENÓLICA + POLIISOCIANATO → POLIURETANAmodificada c/ OH CATALISADOR

fundição de quaisquer ligas metálicas, inclusive aços

– de cura alcalina:

• resina fenólica (resol) / éster

RESOL (alcalino) + ÉSTER → MACROMOLÉCULA INSOLÚVELfundição de quaisquer ligas metálicas, inclusive aços

Page 25: 01 Ligantes quimicos

Vários processos comparadosResistência x tempo de estripagem

0

2

4

6

8

10

12

14

16

18

20

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23

tempo de estripagem, minutos

Res

istê

ncia

à c

ompr

essã

o, p

si

Fenólico UretânicoNovo Fenól. Uretân.Fenól.-EsterFurânicoSilicato-EsterOleo-Uretân.Fenólico-ácido

Page 26: 01 Ligantes quimicos

Vários processos comparadosEmissões

20035Monóxido de carbonoFosfatos inorgânicos

200Não definido

35Não definido

Monóxido de carbonoAldeídos totais

Silicato-éster

2000,022,0

Não definido

350,0051,0-

Monóxido de carbonoAromáticos totaisIsocianatosAldeídos totais

Óleo-uretânico

2002,0

Não definido

351,05,0

Monóxido de carbonoFormaldeídoFenol

Fenólico-furânico

2002,0

Não definido

351,05,0

Monóxido de carbonoFormaldeídoFenol

Fenólico-éster

2000,022,0

Não definido

350,0051,05,0

Monóxido de carbonoAromáticos totaisIsocianatosFenol formaldeído

Fenólico-uretânico

Curto prazoLongo prazo

sugeridos, ppmLimites de exposiçãoEmissões aéreasSistema ligante

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Moldagem em casca (“shell molding”)

Desenvolvido por Johannes Croning (Alemanha) durante a 2ªguerraApós a guerra, passou ao conhecimento dos aliados que, em 1948, decidiram tornar de domínio público a patente, passando imediatamente a ser usado de foram generalizada Em 1950 já existiam no Brasil instalações de moldagem pelo processo “shell” e foi publicado um estudo exploratório pelo IPTO sistema ligante é baseado em uma resina fenólica tipo novolacaNo passado eram disponíveis também resinas uréicas, que tinham a vantagem de melhor desmoldabilidade na fundição de ligas leves e de ponto de fusão moderadoOs moldes em casca (“shell”) associam precisão dimensional e acabamento superficial excelentes com alta produtividade por modelo, permitindo produção seriada

Page 28: 01 Ligantes quimicos

Areia cobertagrãos de areia recobertos com capa de resina “sólida”

preparação da areia coberta para o processo “shell” requer equipamento apropriado

algumas fundições preparam a própria areia coberta, a maioria compra a areia preparada por empresas especializadas

uma “areia coberta” consiste de– areia base (em geral de quartzo)– 3 a 5 % de resina fenólica tipo novolaca– 0,4 a 0,9 % (12 a 18 % sobre a quantidade de resina) de

hexametilenotetramina (hexamina ou simplesmente hexa)

a resina e o hexa são misturadas à areia base de modo a constituir uma capa sólida sobre cada grão individual

a areia coberta escoa tão facilmente quanto uma areia isenta de ligante, o que permite obter moldes (e machos) com acabamento que não encontra similar entre os processos de moldagem em areia

3 maneiras para realizar a cobertura da areia com resina:• Cobertura a frio• Cobertura a morno• Cobertura a quente

Page 29: 01 Ligantes quimicos

Métodos de cobertura da areia

Cobertura a frio (a técnica mais simples)uma das variantes dessa técnica:– resina é dissolvida em um álcool– a solução é misturada (na temperatura ambiente) à areia base em um

misturador de galgas, distribuindo-se sobre a superfície dos grãos– o catalisador (hexa) pode ser adicionado antes ou juntamente com a resina– a operação de mistura continua até completa evaporação de todo o

solventeCobertura a morno (a técnica mais usada no Brasil)

diferença em relação à cobertura a frio é que, após a adição de todos os constituintes, mantém-se o misturador em funcionamento e insufla-se ar quente até que o solvente seja todo removido

Cobertura a quente (potencialmente é a mais econômica e eficiente)introduz-se no misturador– a areia base aquecida (entre 120 e 190°C)– a resina pode ser adicionada tanto na forma sólida (em flocos ou

granulada) como líquida– uma vez distribuída a resina sobre a areia, adiciona-se o hexa na forma de

suspensão de em água (que tem também a função de resfriar rapidamente a mistura

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Seqüência de moldagem em casca

Dois fenômenos ocorrem quando a areia coberta entra em contato com a placa-modelo (ou com a caixa-de-macho) previamente aquecida a cerca de 250°C:– 1º) amolecimento da resina fenólica: as capas

(até aqui sólidas) que envolvem cada grão formam pontes de líquido viscoso com as dos grãos vizinhos

– 2º) a hexamina decompõe-se termicamente liberando amônia que reage com componentes da resina (como o fenol) promove a ligação das moléculas parcialmente condensadas de resina fenólica, causando o seu endurecimento.

Após 10 a 12 segundos de contato com a placa aquecida, a areia não alterada (cuja resina não amoleceu) é removida e casca formada, que permaneceu aderente à placa-modelo, é curada por exposição adicional durante cerca de 1 minuto a temperatura da ordem de 220-250°C e, só depois disso, édestacada da placa-modelo. A meia-casca (meio-molde) assim obtida é colada a uma outra metade de modo a formar o molde completo.

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Comentários sobre o processo “shell molding”

Por suas características, é usado para moldes de peças com dimensões relativamente pequenas, onde a precisão dimensional e o acabamento superficial sejam importantes.Deve-se levar em conta que a precisão dimensional no processo é excelente para dimensões que não atravessem o plano de partição do molde, mas tem-se dificuldades para manter pequenas tolerância nas dimensões que atravessem o plano de partição.Embora seja possível fundir ligas leves (como as de alumínio) em moldes “shell”, édifícil adequar machos feitos pelo processo “shell” à fundição desse tipo de liga. A razão é que o calor do metal não é suficiente para decompor totalmente a resina fenólica, gerando dificuldades de desmoldagem.Quando comparado a outros sistemas ligantes orgânicos, as quantidades de resina exigidas no processo “shell” são mais elevadas (3% ou mais no “shell” contra 2% máximo nos demais processos).A quantidade total de gases resultantes da decomposição da resina é, portanto, maior no processo “shell”.Mas a velocidade de evolução de gases pelo aquecimento de resinas novolaca émenor que a observada nos demais sistemas orgânicos; esse fato, somado àpequena espessura de parede que caracteriza os moldes “shell” e que lhes confere alta permeabilidade, faz com que esse excesso de gases não traga problemas especiais.Já os machos “shell”, se não forem ocos e/ou não incorporarem bons respiros, podem ser problemáticos sob esse ponto de vista.