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Ligantes químicos
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
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
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
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;
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
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
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.
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
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
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.
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)
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)
FORMAÇÃO E CURA DE UMA RESINA FENÓLICA
n
FENOL FORMOL RESINA FENOL-FORMOL CONVERSOR RESINA RETICULADA
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
FORMAÇÃO E CURA DE UMA RESINA URÉICA
n
URÉIA FORMOL RESINA URÉIA-FORMOL CONVERSOR RESINA RETICULADA
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
FORMAÇÃO E CURA DE UMA RESINA FURÂNICA
nRESINA UF
ÁLCOOL FURFURÍLICO RESINA FURÂNICA CONVERSOR
RESINA RETICULADA
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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.
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.