На кафедрі ливарного виробництва чорних і кольорових металів Національного технічного університету України «КПІ» ім. Ігоря Сікорського проведені дослідження впливу гранулометричного складу наповнювача та вологості піщано-глинистих пластичних формувальних сумішей на її міцність у вологому та висушеному станах.

Відомо, що часточки глини в складі формувальної суміші оточені концентричними шарами води, що адсорбують їх між собою, створюючи так званий сорбований комплекс. Така властивість глини дозволяє утворювати з наповнювачем у присутності вологи у складі формувальної суміші розчини схожі на колоїдні, в яких діють електростатичні сили, сили поверхневого натягу води та сили фрикційного зчеплення твердих часток при ущільненні формувальної суміші (Рис.1). При цьому, оскільки часточки глини незрівнянно менші від розміру зерен наповнювача суміші, зерновий склад останнього значною мірою визначає необхідну кількість глини й вологи для набуття необхідних показників міцності формувальної суміші.

В якості наповнювача формувальної суміші використовували дніпровський річковий пісок різних фракцій від 01 до 04 та формувальну глину Дашуківського родовища. Встановлено, що при збільшенні величини зерен наповнювача формувальної суміші її міцність в сирому стані знижується і, практично, не залежить від кількості води, яка вводиться до складу суміші для надання глині в'яжучих властивостей. При проведенні досліджень вологість суміші знаходилася в межах від 2,0% до 5,0%. Встановлено, що оптимальний вміст глини в складі формувальної суміші складає 5,6…6,0 мас. ч. від загальної

Рис. 1 Схема зчеплення зерен наповнювача у складі формувальної суміші.

кількості сухих складових незалежно від гранулометричного складу наповнювача та вологості суміші. Це можна пояснити надмірним надлишком вологи, при якому спостерігається зменшення впливу електростатичних сил і сил фрикційного зчеплення, а сили поверхневого натягу при збільшенні вільного простору (поруватості) між зернами наповнювача та збільшенні розміру пор проявляються слабо.

Після видалення надлишку вільної вологи при висушування формувальної суміші, при використанні в складі суміші зерен наповнювача фракції 0315, спостерігається максимальне значення міцності суміші (Рис. 3).

Це можна пояснити тим що, при висушуванні формувальної суміші вільна волога практично повністю видаляється і початкова кількість введеної води майже не впливає на величину показників міцності суміші в сухому стані.

На нашу думку, у даному випадку міцність формувальної суміші визначається мономолекулярним шаром води на межі зерен наповнювача та міцел глини і фрикційними властивостями самих зерен піску.

Рис. 2 – Вплив розміру зерен наповнювача, вмісту глини та води на міцність на стиск формувальної суміші у вологому стані.

На основі проведених досліджень, можна припустити, що при використанні в складі суміші наповнювача фракції 0315 спостерігається найбільш сприятливі умови для утворення мономолекулярного шару води на межі наповнювач – глина.

При збільшенні розмірів зерен наповнювача кількість точок контакту міцел глини з зернами зменшується, що призводить до зниження міцності формувальної суміші. Зі зменшенням величини зерен наповнювача товщина мономолекулярного шару збільшується, що, вірогідно, призводить до ослаблення електростатичних сил мономолекулярного шару води на їх поверхні.

Рис. 3 – Вплив розміру зерен наповнювача, вмісту глини та води

на міцність на стиск формувальної суміші у сухому стані.

Таким чином, проведеними дослідженнями встановлено, що на міцність формувальної суміші в сухому стані найбільш суттєво впливає величина зерна наповнювача, а максимальна міцність суміші досягається при використанні наповнювача фракції 0315.