— обрезки плит строительного пенополистирола, применяемого, в основном, для изготовления моделей литников и крупных моделей мелкосерийных партий отливок;

—  брак моделей, получаемых спеканием подвспененных гранул пенополистирола в пресс-формах.

Эти отходы перерабатывают различными способами. В условиях единичного производства их используют для склеивания отдельных частей моделей. Пенополистирол растворяют в ацетоне, бензоле, метилметакрилате, толуоле или других растворителях до образования насыщенного раствора. Им покрывают соединяемые поверхности, которые выдерживают 8–10 мин под небольшим давлением. При получении массивных отливок для улучшения газопроницаемости, выбиваемости, податливости форм в формовочные смеси вводят измельченные отходы пенополистирола. При сушке форм или при заливке сырых форм пенополистирол повергается деструкции, что увеличивает газопроницаемость формы и позволяет:

— повысить скорость заливки при ЛГМ до величины, близкой к скорости при литье в пустотелые песчано-глинистые формы;

— уменьшить в 2–4 раза производственные затраты на выбивку форм и стержней.

Ряд исследователей предлагают использовать отходы модельного производства для получения стержней, для чего пенополистирол растворяют в живичном скипидаре, замешивают с кварцевым песком в определенной пропорции, формуют, сушат.

Представленная работа посвящена установлению возможности использования отходов модельного производства при изготовлении газифицируемых моделей (ГМ) и определению влияния соотношения первичных и вторичных гранул на качество получаемых моделей и физико-механические свойства отливок.

С помощью специальной дробилки отходы измельчали до размеров, соизмеримых с первичными вспененными гранулами, и помещали на верхнее сито установки РАТАП, где в течение 15 мин происходило вибрационное просеивание. Для изучения влияния процентного содержания отходов на плотность и качество поверхности модели были отобраны гранулы диаметром 0,63 мм. Первичные гранулы полистирола марки NOVA Innovene EPS Grades (Швейцария) вспенивали влажным водяным паром при температуре 98–100 °С, после чего отбирали гранулы диаметром 0,63 мм. Затем вторичные и первичные гранулы (преимущественно одинаковой марки) смешивали в определенном соотношении и свободной засыпкой при воздействии динамического уплотнения вводили в пресс-форму для спекания, которое производили в автоклаве ГК 100-3М. Для определения плотности полученные модели взвешивали на электронных весах ВЛ Э134 с точностью 0,005 г. Размеры контролировали микрометром МК 1003 с ценой деления 0,01 мм. Шероховатость поверхности моделей определяли под микроскопом при увеличении в 130 раз.

Обнаружено, что при использовании одних и тех же пресс-форм и при прочих равных условиях спекания с ростом процентного содержания вторичных гранул шероховатость моделей повышается. Это объясняется низкой вспенивающей активностью вторичных гранул, оказавшихся на поверхности формируемой модели, в результате чего при повышенной температуре теплоносителя происходит их усадка и в поверхностном слое образуются области выступов по границам гранул.

Авторы исследовали влияние процентного содержания отходов пенополистирола в ГМ на заполняемость формы и скорость подъема фронта расплава в полости формы. Модели с 20, 35 и 50 об. % отходов, а также модель, изготовленную из первичного пенополистирола, после стабилизации в течение 16 ч покрывали водной цирконовой краской и заформовывали сыпучим наполнителем в контейнере с системой вакуумирования. Предварительно в каждой модели устанавливали контактные датчики, подсоединенные к прибору, фиксирующему скорость поднятия металла в форме. Исследования характера изменения движения расплава в форме позволили установить влияние процентного содержания отходов пенополистирола на жидкотекучесть и скорость подъема металла. Потери теплоты на термодеструкцию ГМ ведут к значительному снижению теплосодержания расплава, что сокращает время его пребывания в жидкоподвижном состоянии. Повышение содержания отходов пенополистирола в ГМ с 20 до 50 об. % приводит к увеличению заполняемости формы для стали 60Л на 12,2 % по сравнению с ГМ, изготовленной из первичных гранул пенополистирола. Ввиду меньшей плотности отходов скорость заполнения ГМ с увеличением процентного содержания отходов также несколько повышается по сравнению с контрольными ГМ, изготовленными из первичных гранул. В то же время в двух из пяти заливок по ГМ с 20 %-м содержанием отходов скорость была несколько ниже по сравнению с ГМ, изготовленными из первичного пенополистирола, хотя их плотность превышала плотность ГМ с отходами на 1 кг/м³. Данное обстоятельство можно объяснить тем, что в процессе длительного вылеживания стирольные пленки вторичных гранул потеряли эластичность, в результате чего на их термодеструкцию необходимо было затратить большее количество теплоты заливаемого расплава.

На этапе покраски, формовки, заливки ГМ претерпевают знакопеременные нагрузки. Поэтому авторы изучили влияние на их прочность процентного содержания отходов. Установлено, что прочности на сжатие и изгиб для ГМ с содержанием вторичных гранул до 50 об. % достаточны для производства отливок способом ЛГМ.

Особый интерес представляют исследования влияния процентного содержания вторичных гранул в моделях на качество получаемого литья. По ГМ были отлиты партии стальных и чугунных деталей. Анализ физико-механических свойств, качества поверхности, структуры и газосодержания отливок показал несущественное отличие от характеристик деталей, отлитых по ГМ из первичного пенополистирола.

Предложенный способ переработки отходов модельного производства применен при изготовлении широкой номенклатуры отливок. Его внедрение позволяет повысить экономическую эффективность и экологическую чистоту технологического процесса ЛГМ.