Thermal degradation behavior of cellulose-based material for gating systems in iron casting production

• Autorzy: Grabowska B. , Szucki M. , Suchy J. S. , Eichholz S. , Hodor K.

Warianty tytułu

PL

Degradacja termiczna materiału na bazie celulozy stosowanego do budowy układów wlewowych do odlewów żeliwnych

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

This study presents a fragment of research aimed at determining the thermal stability of a cellulose-based composite material used for building gating systems for large iron castings. The behavior of the material itself at elevated temperatures is of major significance for the mould filling process. In this research, thermal analysis methods (DTG, TG, DSC) were used to explain the course of the thermal degradation of the analysed material by establishing thermal effects of transformations occurring during its heating as well as its structural and mass changes. The research was conducted at the temperature range of 40—1000 °C. The degradation process was found to start at the temperature of approx. 300 °C, and the total mass loss at the range of 300—750 °C amounted to 48.8 %. The mass loss observed is accompanied by very strong exothermal effects. The remaining part of the sample mass which had not decomposed up to the temperature of 1000 °C (approx. 51.2 %) probably represents the carbon fibres and ceramic clay present in the material, because these decompose at a temperature higher than the range of the performed thermal analysis and higher than the temperature of the liquid metal fed into the gating system (about 1300— 1400 °C). In addition, volatile products of degradation were analysed using IR spectrum and the thermogravimetry (TG) method coupled online with mass spectrometry (MS). In the temperature range 300—750 °C signals for small molecular masses were noticed, which indicates that the degradation process and fragmentation of polymer chains in the cellulose occur as well as formation of small particle compounds, primarily H2O and CO2. No signals given off by aromatic compounds were detected.

PL

Przedstawiono wycinek badań dotyczących termicznej stabilności wieloskładnikowego tworzywa na bazie celulozy, stosowanego do budowy układów wlewowych przeznaczonych do wielkogabarytowych odlewów żeliwnych. Zachowanie się samego materiału w podwyższonej temperaturze ma istotne znaczenie dla procesu zalewania formy odlewniczej ciekłym metalem. Metodami analizy termicznej (DTG, TG, DSC) badano przebieg degradacji termicznej stosowanego tworzywa, ustalając efekty cieplne przemian zachodzących podczas jego ogrzewania, zmiany strukturalne oraz masę. Analizę prowadzono w temperaturze z zakresu 40—1000 °C. Ustalono, że proces degradacji rozpoczyna się w temp. ok. 300 °C, a całkowity ubytek masy w temperaturze z zakresu 300—750 °C wynosi 48,8 %. Zaobserwowanym ubytkom masy towarzyszą bardzo silne efekty egzotermiczne. Pozostała część masy próbki nie uległa rozkładowi do temp. 1000 °C (ok. 51,2 %), co prawdopodobnie jest związane z obecnością w składzie włókien węglowych oraz materiałów ceramicznych, rozkładających się w temperaturze o wartości powyżej zakresu przeprowadzanej analizy termicznej, a zarazem powyżej temperatury ciekłego metalu wprowadzanego do układu wlewowego (ok. 1300—1400 °C). Przeprowadzono ponadto analizę lotnych produktów rozkładu, stosując metodę spektroskopii IR oraz termograwimetrii (TG), sprzężonej „on-line” ze spektrometrią masową (MS). W temperaturze z zakresu 300—750 °C stwierdzono sygnały odpowiadające małym ciężarom cząsteczkowym, świadczące o zachodzeniu procesu degradacji, fragmentaryzacji łańcuchów polimerowych w celulozie i tworzeniu się małocząsteczkowych związków, w tym przede wszystkim H2O i CO2. Nie stwierdzono obecności sygnałów pochodzących od związków aromatycznych.

Słowa kluczowe

EN

cellulose; thermal analysis; thermal degradation; EG Runner; gating system; large castings

PL

celuloza; analiza termiczna; degradacja termiczna; EG Runner; układy wlewowe; odlewy wielkogabarytowe

• Wydawca: Sieć Badawcza Łukasiewicz – Instytut Chemii Przemysłowej
• Czasopismo: Polimery
• Rocznik: 2013
• Tom: T. 58, nr 1
• Strony: 39--44
• Opis fizyczny: Bibliogr. 16 poz.

Twórcy

autor

Grabowska B.

autor

Szucki M.

autor

Suchy J. S.

autor

Eichholz S.

autor

Hodor K.

• AGH University of Science and Technology, Faculty of Foundry Engineering, Department of Foundry Processes Engineering, Reymonta 23, 30-059 Krakow, Poland,

Bibliografia

• 1. Mochnacki B., Suchy J. S.: „Numerical methods in computations of foundry processes”, Polish Foundrymen’s Technical Association, 1995.
• 2. Chen L. L., Liu R. X., Lin H. T.: „Numerical simulation of casting process”, Acta Metallurgica Sinica (English Letters) 2000, 13(2), 764.
• 3. Wang J., Sun X., Guan Y.,Wang P., Li H., Bai L., Sun X.: China Foundry 2008, 5(3), 179.
• 4. Stevens T. L.: „Steel castings handbook”, Steel Founders’ Society of America and ASM International, 1995.
• 5. Directive 2008/1/EC of the European Parliament: „Integrated Pollution Prevention and Control” (IPPC).
• 6. Dańko J., Holtzer M., Małolepszy J. et al.: „Methods of limitation of waste from foundry processes and methods of their management”, Wydawnictwo Naukowe „Akapit”, 2010, pp. 219—229.
• 7. HOLLOTEX* EG Runner&HOLLOTEX C2-FH: „Areal low density alternative to clay ceramic gating systems”, manufacturer’s booklet, http://www.foseco.com.tr/tr/downloads/FoundryPractice/FP252-02.pdf.
• 8. Grabowska B.: Arch. Foundry Eng. 2010, 10, 221.
• 9. Grabowska B., Holtzer M., Eichholz S., Hodor K., Bobrowski A.: Polimery 2011, 56, 62.
• 10. Jandura P., Riedl B., Kokta B.: Polym. Degrad. Stab. 2000, 70, 387.
• 11. El-Sayed M., Fattah A. A., Hassen A.: Physica B 2011, 404, 4068.
• 12. Pielichowski K., Flejtuch K.: Polimery 2003, 48, 455.
• 13. Janowska G., Przygocki W., Włochowicz A.: „Palnooeæ polimerów i materiałów polimerowych”, Wydawnictwo Naukowo-Techniczne, Warszawa 2007.
• 14. Bolewski A., Żabiński W.: „Metody badań minerałów i skał”, Wydawnictwo geologiczne, Warszawa 1979.
• 15. Wang R., Zheng S., Zheng Y.: „Polymer matrix composites and technology”,Woodhead Publishing, Science Press, Beijing 2011.
• 16. Rabek J. F.: „Współczesna wiedza o polimerach”, Wydawnictwo Naukowe PWN, Warszawa 2008.