SISTEMAS LIGANTES QUÍMICOS
Lista parcial de processos baseados em ligantes químicos desenvolvidos a partir de 1945 aproximadamente, não
incluindo, portanto, processos já considerados convencionais à época da II Guerra (areia-óleo, areia-cimento e
moldagem em gesso, entre outros)
Shell Molding (Croning, moldagem em casca)
Processo CO2
Processo óleo-ativador (oxidante)
Processo hot-box (caixa quente)
Cura-a-frio, furânico
Warm-Box: resina ou silicato e ar quente
Hot-box, fenólico
Areia Fluida, silicato
Cura-a-Frio, óleo-isocianato
Cura-a-Frio, fenólico
Silicato / Fe-Si (Nishiyama)
Silicato / éster
Cura-a-Frio, fenólico-uretânico
Cold-Box (fenólico-uretânico)
Processo SO2
Fosfatos poliméricos
Areia Fluida, resinas furânicas
Warm-Box (sem ar quente)
Cimento sorel / oxalatos
Cura-a-Frio, resol-éster (alcalino)
1948
1954
1954
1958
1958
1960
1961
1965
1965
1966
1967
1968
1969
1969
1971
1974
1974
1980
1980
1980
Começando nos anos 60, o desenvolvimento de ligantes químicos autocuráveis à temperatura ambiente para
materiais de moldagem, substituiu os processos convencionais de moldagem manual para moldes de fundição. Os
moldes feitos com areia ligada com argila, secos ou não, e compactados mecanicamente e os machos feitos com areia
a óleo, foram substituídos em instalações de moldagem de grandes peças, por ligantes de cura a frio que são
endurecidos utilizando-se ácido. Isto está ocorrendo também, cada vez mais, na produção de pequenas, peças com
pedidos individuais ou em pequenas corridas.
As resinas têm sido desenvolvidas continuamente e têm sido complementadas por uma série de novos processos.
A tabela abaixo dá uma visão geral.
Sistemas ligantes de cura-a-frio para moldes e machos
(segundo BENZ, N. e KÄLBERER, T. Casting Plant and Technology, nº 4, 1985)
SISTEMA ADEQUADO
LIGANTE
PARA
Resina de Cura-a-frio
a) à base de fofo cinzento,
resina
aço, ligas
furânica /
leves, ligas de
ácido
cobre
b) à base de fofo cinzento,
resina
fofo nodular e
fenólica
aço
Resina poliuretanica
a) com
fofo cinzento,
acelerador
fofo nodular e
aço.
b) sem
acelerador
Resol-éster
Resina
alquídicauretânica
Silicato de
sódio/éster
Ligas leves
COMPOSIÇÕES
USUAIS
PINTURA
À BASE DE
RECUPERAÇÃO
OBSERVAÇÕES
100 areia quartzo
0,3-0,5 PTS, H3PO4
0,8-1,2 resina furânica
álcool ou
água
mecânica
ou térmica
100 areia quartzo
0,3-0,6 ácido
0,8-1,2 resina fenólica
álcool ou
água
Processo universal,
especialmente para peças
grandes; tempos de cura curtos
com endurecedores especiais
Processo universal,
especialmente para peças
grandes
100 areia quartzo
0,5-0,8 poliisocianato
0,5-0,6 resina fenólica
0,5-2 catalisador
álcool;
água sob
certas
circunstânci
as
álcool
100 areia de Quartzo
0,6-0,8% poliisocianato
0,6-0,8 aminopoliol
fofo cinzento, 100 areia de Quartzo
fofo nodular, 0,2-0,5% éster
aço, ligas
1,2-1,4 resina resólica
leves, ligas de
cobre
fofo cinzento, 100 areia de Quartzo
nodular, aço, 0,2-0,2% poliisocianato
ligas de cobre 1,5-1,8 ligante
100 areia de Quartzo
0,2-0,3% éster
2,5-3,0 silicato de sódio
mecânica
ou térmica
?
?
álcool
?
álcool
mecânica
ou térmica
álcool
?
É uma variante do processo de
resina de cura rápida; bom
acabamento em aço
Bom acabamento e boa
colapsibilidade com ligas leves
Sem odores na produção de
moldes e machos; ótimo
acabamento superficial, boa
colapsibilidade em peças de
ligas leves
Apropriado particularmente
para aço devido a atmosfera
redutora durante vazamento
Sensibilidade à temperatura;
baixa colapsibilidade
AREIAS-BASE
São de importância decisiva em todos os processos que utilizam resinas. A aplicação ótima do ponto de vista
tecnológico e econômico dos sistemas ligantes requer a utilização de areias de quartzo lavadas e classificadas. Em
casos especiais pode-se usar areias de zirconita, cromita e olivina.
Além da composição química e mineralógica, a forma superfície, tamanho e distribuição granulométrica dos grãos
da areia são importantes no julgamento da qualidade da areia.
As areias de quartzo de alta qualidade são as que contêm teores muito baixos de minerais contaminantes tais como
feldspato, mica, glauconita, óxidos de metais alcalinos e minerais carbonáceos. A presença desses minerais reduz o
ponto de sinterização da areia de modo mais ou menos pronunciado. 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. Está demonstrado que grãos arredondados exigem os menores teores de ligante, além de propiciarem melhor
adensamento.
R
esis
tên
cia
à
flex
ão,
N/c
m2
O tamanho da partícula 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 abaixo.
1000
areia módulo 40
800
areia módulo 70
600
400
0
0,8
2,0
1,0
1,2
1,4
1,6
1,8
O tamanho do grão de areia tem pronunciado efeito na
resistência à flexão. Resina furânica, 45% ácido
fosfórico 75 (s/ a resina), após 24 horas de cura.
RESINAS SINTÉTICAS
Resina sintética é um termo genérico de uma classe de substâncias que possuem uma composição química complexa
alto peso molecular e ponto de fusão indeterminado. Estes compostos apresentam a propriedade de polimerização ou
cura, isto é, fusão de várias moléculas para formar longas cadeias moleculares. Ao se polimerizarem, as resinas
sintéticas endurecem formando blocos de material sólido e quimicamente inerte. A reação de polimerização é
normalmente iniciada por certos reagentes químicos, como ácidos fortes ou ésteres, ou por condições físicas, como
calor ou radiação.
As resinas sintéticas vêm sendo utilizadas comercialmente nos mais diversos produtos desde o início do século,
quando foi introduzido o material conhecido como baquelite. Entretanto, foi somente durante a II Guerra Mundial
que a indústria, ao pesquisar alternativas para as matérias-primas tradicionais, descobriu o imenso potencial de
aplicação das resinas sintéticas.
As principais matérias-primas empregadas na produção de resinas sintéticas para moldagem em areia são descritas
rapidamente a seguir:
Metanol (álcool metílico) - Líquido incolor, tóxico e inflamável, miscível em água, outros álcoois e éteres. O
metanol é o primeiro e o mais simples dos álcoois alifáticos, com apenas um átomo de carbono. Ponto de ebulição:
64,50C. Utilizado na produção de formol, em sínteses químicas e como solvente.
Formol (formaldeído, aldeído fórmico) - Gás à temperatura ambiente, é geralmente misturado à água para formar
uma solução clara, incolor, irritante, com odor penetrante e forte efeito lacrimejante. O formol é um aldeído, o
primeiro e o mais simples da série alifática. Utilizado na manufatura de resinas sintéticas por reação com fenol,
uréia, melamina e outros. E utilizado também como intermediário na síntese de outros produtos químicos e
desinfetantes.
Fenol - Sólido, cristalino, incolor, venenoso e corrosivo. E o composto químico mais simples da série dos fenóis.
Ponto de fusão: aproximadamente 420C. Solúvel em água, álcool e éter. O fenol é empregado na fabricação de
resinas para fundição, 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.
Uréia - Sólida, cristalina, branca, praticamente inodora e incombustível, com ponto de fusão a 132,70C. E uma das
principais matérias-primas para a produção de resinas uréia-formol, que são resinas termofixas de boa resistência.
Álcool furfurílico (furfurol) - Liquido venenoso, solúvel em álcool e éter, miscível em água, facilmente
resinificável por ácidos. Obtido por reação catalítica do furfural (aldeído furfurílico). Utilizado como solvente e na
produção de resinas sintéticas para fundição.
DOIS TIPOS PRINCIPAIS DE RESINAS SINTÉT1CAS
As resinas sintéticas podem ser classificadas em dois grandes grupos, de acordo com a sua propriedade final:
Resinas termoplásticas: têm a propriedade de sempre amolecer sob a ação do calor e de enrijecer quando resfriadas.
Resinas termoestáveis ou termofixas: são compostos que ao se solidificarem (curarem) tornam-se produtos
insolúveis, infusíveis, rígidos e estáveis. Isso significa que a cura não é a simples evaporação de um solvente (que
seria melhor descrita como secagem), 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). É
possível controlar a estrutura química da resina de forma que sua polimerização final ocorra apenas quando ela for
utilizada para a obtenção do produto final. Este é o principal tipo de resina empregado na indústria de fundição.
As possibilidades de aplicação das resinas sintéticas para aglomeração de areia em fundição foram percebidas há
muito tempo, mas os primeiros sistemas de resinas comerciais surgiram apenas na década de 50. A seguir, uma breve
descrição das principais resinas de interesse para a indústria de fundição de metais.
RESINAS FENÓLICAS
Também chamadas resinas fenol-formol ou FF são resinas sintéticas termofixas produzidas pela reação de fenol e
formol. As primeiras informações sobre as resinas fenólicas surgiram em 1872, na Alemanha, quando A. von Bayer
descobriu que o fenol reagindo com o formol originava um produto resinoso. Em 1907, nos EUA, L. H. Baekeland
publicou a primeira patente de real interesse sobre resinas fenólicas. Em 1910, as resinas fenólicas foram pela
primeira vez aplicadas industrialmente na produção de vernizes de isolamento elétrico. A partir de 1914, a indústria
de equipamentos elétricos começou a utilizar regularmente estas resinas para a impregnação de papel e tecidos. A
partir de 1920, iniciou-se o desenvolvimento de materiais moldados para a indústria automobilística e, sobretudo,
para a indústria de equipamentos elétricos.
As resinas fenólicas podem ser produzidas por processo alcalino ou ácido, resultando em resinas alcalinas ou resóis
e resinas ácidas ou novolacas.
Os resóis caracterizam-se por um excesso de formol em relação ao fenol e são produzidas com catalisadores
alcalinos, do tipo hidróxido de sódio, hidróxido de potássio, hidróxido de bário, etc. Uma grande quantidade de
resóis é obtida com a variação da quantidade de formol em relação ao fenol, cuja relação molar oscila normalmente
entre 1/1 e 2/1 (formol/fenol). E possível também a obtenção de produtos diferentes através de variações dos
derivados fenólicos, dos catalisadores e dos processos de síntese. A temperatura para a obtenção de resóis varia de
40 a 120°C, sendo a faixa dos 70-80°C a mais utilizada. De forma geral, os resóis são líquidos, podendo também ser
obtidos na forma sólida, quando necessário.
Normalmente, estas resinas curam a altas temperaturas para cura, acima de 130°C, sem necessidade de conversores,
o que é garantido por sua proporção molecular e seu ambiente. Entretanto, algumas resinas podem ser curadas à
temperatura ambiente com a adição de conversores especiais que destroem o inibidor e permitem que a reação
continue até o final em intervalo de tempo relativamente curto, como, por exemplo, as resinas conhecidas
comercialmente como Alphaset e Betaset.
As novolacas são obtidas com o emprego de catalisadores ácidos e caracterizam-se por um excesso de fenol em
relação ao formol. São normalmente sólidas. Obtêm-se produtos com características diferentes variando os derivados
fenólicos, os catalisadores (que podem ser orgânicos ou inorgânicos) e, em menor grau, o processo de produção. A
relação molar fenol/formol, que normalmente vai de 1/0,5 a 1/0,88, é freqüentemente alterada para a obtenção de
produtos diferentes.
As resinas fenólicas do tipo novolaca podem ser entregues para consumo tanto na forma sólida quanto em solução
em solventes orgânicos. Sua estabilidade na armazenagem é considerada excelente. A cura final ocorre em altas
temperaturas e com a adição de conversores, sendo a hexametilenotetramina (ou hexamina) o conversor mais
empregado. Ver esquema abaixo:
n
URÉIA
FORMOL
RESINA URÉIA-FORMOL
CONVERSOR
RESINA RETICULADA
Tanto as resinas fenólicas do tipo resol como as novolacas encontram largo emprego como aglomerantes de areia
bem como na preparação de revestimentos de machos c moldes para fundição. Ao selecionar resinas fenólicas para
uma determinada aplicação é necessário observar o grau de dilutibilidade, a solubilidade, as condições de diluição e
a compatibilidade da resina em relação às funções da aplicação.
RESINAS URÉIA-FORMOL
Também chamadas resinas uréicas ou UF, são resinas sintéticas termofixas produzidas pela reação de formol com
uréia. São extremamente versáteis e de baixo custo. Podem ser produzidas com diversas composições moleculares,
puras ou modificadas por outros compostos, resultando em resinas especiais, como, por exemplo, as modificadas
com álcool furfurílico.
As resinas uréicas contêm nitrogênio, originário da própria uréia, que é uma amina. Podem ser formuladas de modo
a que curem a diversas temperaturas, 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. Ver esquema
abaixo:
n
FENOL
FORMOL
RESINA FENOL-FORMOL
CONVERSOR
RESINA RETICULADA
RESINAS FURÂNICAS
São resinas complexas, com três componentes ativos: uréia-formol/álcool furfurílico (UF/AF) ou fenol-formol/álcool
furfurílico (FF/AF). São resinas líquidas e termofixas, catalisadas por sistemas ácidos. Resinas furânicas especiais
do tipo novolaca são utilizados em outras áreas técnicas. Ver esquema mais adiante.
Para emprego em fundição, esses três materiais resinosos costumam ser comercializadas segundo as seguintes
combinações básicas:
Resina uréica-furânica (UF/AF): apresenta teor de álcool furfurílico entre 30 e 80% e vários teores de nitrogênio e
água. Tem alta resistência a frio e é adequada para o uso com alumínio e ferros fundidos de baixa liga. Em alguns
casos, os altos teores de nitrogênio poderão interferir na qualidade final do fundido, causando porosidades.
Resina fenólica-furânica: apresenta teor de álcool furfurílico entre 30 e 70%, com um desempenho ligeiramente
inferior à UF/FA em termos de desenvolvimento de resistência a frio. Entretanto, devido à ausência de nitrogênio, é
mais indicada para o uso com aço, ferro fundido nodular e ferro fundido de alta resistência.
Resina uréica-fenólica-furânica (UF/FF/AF): apresenta teor de álcool furfurílico entre 40 e 85%, com baixos
teores de nitrogênio, apesar de manter um bom desenvolvimento de resistência a frio. É adequada para ferro fundido
de alta resistência, ferro fundido nodular e aço.
n
RESINA UF
ÁLCOOL
FURFURÍLICO
RESINA FURÂNICA
CONVERSOR
RESINA RETICULADA
CONVERSORES
São compostos auxiliares utilizados em conjunto com as resinas sintéticas para promover sua polimerização ou cura.
Sempre é possível adaptar um conversor que se ajuste às situações específicas encontradas na produção.
De forma geral, as resinas fenólicas novolaca de cura a quente utilizam como conversor a hexamina que, pela ação
do calor, se desdobra em amoníaco e formol, promovendo a reação de cura.
De forma geral, as resinas de cura a frio utilizam como conversores alguns ácidos fortes. Os ácidos mais
freqüentemente utilizados com resinas furânicas são o ácido fosfórico, o ácido paratolueno sulfônico (PTSA) e o
ácido xileno sulfônico (XSA).
O ácido fosfórico e suas misturas são recomendados para uso apenas com resinas do tipo uréica-furânica. Estes
conversores geralmente impossibilitam a recuperação da areia devido aos fosfatos formados que permanecem na
areia e causam redução da resistência do molde e absorção de fósforo pelo metal.
Os ácidos paratolueno sulfônico e xileno sulfônico podem ser usados com todos os tipos de resinas furânicas. Não
impõem restrições à recuperação de areia pois decompõem-se facilmente, juntamente com a resina, durante o
vazamento do metal.
Alguns sistemas de moldagem pelo processo de cura a frio utilizam resinas curadas por ésteres.
PROCESSOS DE MOLDAGEM COM RESINA DE CURA A FRIO
Dentre os processos de moldagem usando sistemas ligantes químicos, o processo com resina de cura a frio tem
apresentado a maior importância.
Sistemas ligantes: os seguintes tipos de resinas são utilizados como ligantes:
•
resinas furânicas;
•
resinas fenólicas;
•
combinações de resinas furânicas e fenólicas.
As principais matérias-primas para a produção das resinas são: álcool furfurílico, fenol, uréia e formaldeido. Os
processos químicos envolvidos na formação de resinas furânicas e fenólicas são resumidos a seguir:
a) resina furânica (F = furano)


+
F CH 2 OH + CH 2O  H → HOH 2C  F CH 2 F CH 2 O CH 2 F CH 2  OH
O
O
O
O


n
furano
formaldeido
b) resina fenólica (B = anel benzênico)
OH
OH
I. B + CH 2O → B CH 2 OH
fenol
OH
álcool fenílico
OH
OH
OH
II. B CH 2 OH + H B CH 2 OH → B CH 2 B + n H 2O
Alguns dos esforços mais recentes no desenvolvimento das resinas de cura a frio para têm-se concentrado na
obtenção de resinas de baixo odor e livres de formaldeido (ou que praticamente não liberam formaldeido para o
ambiente durante o processamento).
As exigências, impostas principalmente pelas fundições de aço, por resinas que não produzissem defeitos de
fundição causados por nitrogênio motivaram o desenvolvimento de resinas fenólicas de cura a frio praticamente
isentas de nitrogênio, que encontram aplicação também na fundição de peças pesadas de ferro fundido.
Os agentes de cura mais utilizados para o processo de moldagem com resina de cura a frio são ácido ortofosfórico
em concentrações variadas (65% a 87% em peso) e de vários níveis de pureza, assim como ácido toluenosulfônico uma mistura isomérica de ácido orto- e paratoluenosulfônico (PTS) - o qual é usado geralmente em concentrações
de 60% a 70% em peso. Além do PTS e do ácido fosfórico, também são utilizadas misturas contendo outros ácidos
orgânicos e inorgânicos.
Condicionamento. O desenvolvimento dos misturadores contínuos e dos processos de cura a frio ocorreram em
regime de dependência mútua: na verdade, os misturadores contínuos estimularam a rápida expansão do processo de
moldagem em cura a frio que, por seu turno, exigiu constantes aperfeiçoamentos nesses equipamentos.
O uso de areia base isenta de poeiras é fundamental para a economia de qualquer processo de cura a frio. O uso de
areias com módulo AFS em torno de 50-60 (tamanho médio de grão entre 0,2 e 0,3mm) permite obter bons níveis de
resistência com teores de ligante entre 0,9 e 1,2% (em peso, sobre a areia).
É melhor basear-se o teor de agente de cura (conversor) na quantidade de ligante do que na de areia. Em geral, a
adição de conversor na proporção aproximada de 33% em peso sobre a quantidade de ligante é suficiente para obter
uma boa cura (v. figura abaixo).
R
esis
tên
cia
à
flex
ão,
N/c
m2
1000
2% resina
800
600
1% resina
400
0
20
30
40
50
60
70
O teor apropriado de conversor para resinas furânicas
está na faixa de 33 a 55% em peso sobre a resina.
O que determina a relação correta entre as quantidades de ligante e de agente de cura é o tempo de cura que se
deseja na operação de moldagem. O tempo de cura é definido como o tempo necessário para que a areia endureça o
suficiente para que se possa extrair os modelos ou caixas de machos sem risco de dano. É importante lembrar, no
entanto, que a cura ainda não está completa neste ponto.
Regeneração da areia e uso de areia de quartzo: A utilização de areia regenerada está aumentando continuamente.
As razoes para tal, são variadas. Elas podem ser agrupadas nas seguintes categorias:
•
controle de poluição
•
razões de qualidade
•
razões econômicas
O descarte de areias usadas ligadas com resina tem se constituído em um problema. Deve-se supor que limites cada
vez mais restritos serão impostos no futuro para o descarte de areia de fundição usada. As considerações econômicas
em favor da reutilização da areia recuperada também não são desprezíveis.
Além disso, a prática tem mostrado que quando areia usada é empregada, defeitos de fundição tais como veiamento,
distorções e penetrações ocorrem muito menos freqüentemente do que quando é usada areia nova exclusivamente.
Estes defeitos os quais são causados principalmente pela expansão do quartzo, são freqüentes, especialmente no caso
de fundição de aços e metais pesados, quando sé é utilizada areia nova.
De um ponto de vista tecnológico, os processos de regeneração mecânica e térmica são apropriados para
recuperação de areia. Em geral, areias ligadas com resinas de cura a frio podem ser regeneradas mecanicamente.
São obtidos níveis de resistência mais baixos quando se usa areia recuperada mecanicamente, em comparação com
areia nova. A qualidade da areia usada exerce uma forte influencia a este respeito, e isto precisa ser checado
continuamente. Instalações de recuperação de areia com pequenas perdas de resistência já são possíveis hoje em dia.
Produção de moldes e machos: a seleção de materiais para modelos e caixas de machos deve basear-se em critérios
econômicos já que, do ponto de vista tecnológico não há restrição ao uso de madeira, metal ou plástico.
Como a escoabilidade das areias ligada com resina de cura a frio tende a ser boa, conseguem-se níveis de
compactação elevados, o que permite utilizar baixos teores de ligantes. A compactação por simples vibração é muito
usada, mas pode revelar-se insuficiente, principalmente se não houver controle da direção e da intensidade de
vibração. A deficiência de compactação pode revelar-se na forma de rugosidade excessiva e até mesmo penetração,
principalmente quando se empregam caixas (de machos ou de moldagem) altas.
O PROCESSO POLIURETÂNICO
No processo poliuretânico o sistema ligante pode requerer ou não a adição de um acelerador para a cura da resina. O
princípio do processo é a poliadição de álcoois multivalentes a isocianatos multivalentes. Desta reação resultam
resinas poliuretânicas sólidas, altamente ligadas, nas quais não surge nenhum subproduto.
Sistemas ligantes: poliuretanas sem acelerador de reação são sistemas de dois componentes consistindo de um
aminopoliol e de um poliisocianato. O tempo de cura é determinado por um ajuste do ligante na fábrica. Entretanto,
o tempo de cura pode ser modificado na fundição através da mistura de duas resinas, e também pela alteração da
relação de poliol e isocianato. O tempo de cura aumenta com o excesso de isocianato.
AMINOPOLIOL + POLIISOCIANATO → POLIURETANA
Este sistema é particularmente apropriado para o uso em fundições de metais leves devido a suas boas propriedades
de colapsibilidade.
Poliuretanas com aceleradores de reação são sistemas de três componentes consistindo de uma resina fenólica
modificada com grupos reativos OH, um poliisocianato e um catalisador básico. A velocidade de cura e ajustada
pelo teor de catalisador, que varia de 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:
RESINA ⋅ FENÓLICA + POLIISOCIANATO  CATALISADO
   R → POLIURETANA
Como resultado da estabilidade térmica mais elevada do que nos sistemas sem acelerador de reação e devido à
formação de uma atmosfera redutora durante o vazamento, esta combinação ligante é apropriada para todos os tipos
de fundições, especialmente para fundição de aço.
Condicionamento: Pode-se empregar qualquer misturador contínuo rápido, desde que o catalisador seja prémisturado a um dos outros dois componentes (caso contrário, será necessário um dispositivo para dosagem do
terceiro componente). Os teores de ligantes dependem dos requisitos necessários às seções dos machos e moldes a
serem produzidos. Na prática, os teores de ligantes de 1% ou pouco superiores, em peso, sobre a areia, são
suficientes. Os componentes ligantes são empregados em diferentes relações de peso, que podem variar de resina /
isocianato de 1:1 a 1:1,2. A reação de cura pode ser guiada. O tempo de processamento é dependente basicamente do
tempo de cura. O tempo de processamento é em geral 25% do tempo de cura.
Produção dos moldes e machos: modelos e caixas de machos de quase todos os materiais podem ser usados para a
produção de moldes e machos. O material de moldagem tem uma escoabilidade muito boa, isto é, atinge alto grau de
compactação com relativamente pouca energia.
Como mencionado previamente, durante a reação dos componentes individuais não são desprendidos subprodutos,
de modo que os odores quando se processa a mistura de areia são bastante toleráveis.
Recuperação da areia: areias usadas ligadas com poliuretanas podem ser recuperadas tanto por meios mecânicos
como térmicos.
O PROCESSO "RESOL-ÉSTER"
Sistema ligante: o desenvolvimento mais recente na área dos processos de auto-cura é o "resol-éster". Neste
processo, 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.
RESOL ⋅ ALCALINO + ÉSTER → MACROMOLÉCULA ⋅ INSOLÚVEL
Condicionamento: Usam-se quaisquer dos misturadores contínuos disponíveis comercialmente, mas é possível
utilizar também misturadores de bateladas. Os odores desprendidos durante a mistura são bastante toleráveis.
A mistura deve ser processada em menos de 10 minutos, quando a reação de endurecimento está avançada.
Este sistema ligante é aplicável à fundição de aços e também a ligas de menor temperatura de vazamento.
2
Re
sis
tên
cia
à
fle
xã
o,
N/
cm
Recuperação da areia: A recuperação da areia deste sistema é problemática, exigindo-se diluições muito grandes
(de, pelo menos, 50% de areia nova).
400
2% resina, 0,5%
350
1% resina, 0,5%
250
200
0
18
2
20
4
24
6
8
10
12
14
16
tempo, horas
Usando teores típicos de adição de 1,2 a 1,4% resina e 0,5% de
éster (sobre a areia), podem-se obter resistências à flexão ao redor
de 250 N/cm2.
O PROCESSO DE RESINA ALQUÍDICA-URETÂNICA
Sistema ligante: As bases do processo são representadas por um ligante alquídico modificado com resina de
poliéster. A cura ocorre com a participação de um poliisocianato na presença do oxigênio atmosférico, de modo a
formar uma poliuretana. O processo de cura é controlado por um elemento reativo incorporado à resina.
ATIVADOR + ELEMENTO ⋅ REATIVO → COMPLEXO
COMPLEXO + RESINA → URETANA ⋅ ALQUÍDICA + PRODUTO ⋅ RESIDUAL ⋅ DA ⋅ REAÇÃO
Condicionamento: A mistura pode ser produzida em praticamente todas as unidades de mistura conhecidas.
Como regra, utiliza-se de 1,5 a 1,8% de ligante e 0,2 a 0,4% de poliisocianato, em peso sobre a areia.
É prudente adicionar-se de 0,5 a 1,2%, em peso sobre a areia, de óxido férrico à mistura da areia em todos os casos.
Isto serve para prevenir à tendência à penetração. Não ocorrem incômodos sensíveis devidos aos odores durante a
mistura.
Produção de moldes e machos: Este processo é apropriado para a produção de moldes e machos. As seções do
molde devem ser secadas com um sopro de ar quente antes do vazamento de modo a eliminar a umidade absorvida
da atmosfera.
O processo de resina alquídica-uretânica é usado principalmente para grandes peças individuais (de 20 a 40
toneladas) em aço, pois a atmosfera do gás no molde durante o vazamento tem um efeito fortemente redutor.
Recuperação da areia: A recuperação da areia usada é possível utilizando-se processos mecânicos, térmicos e
combinados mecânicos-térmicos.
O PROCESSO SILICATO DE SÓDIO-ÉSTER
Sistema ligante: Os tipos utilizados são silicatos de sódio que formam um gel quando gasados por CO2. Processos
químicos e físicos iniciam esta reação.
Este processo também ocorre quando ésteres de baixo peso molecular são usados no lugar do CO 2. A reação do
agente de cura líquido é baseado em uma mudança do pH da mistura. A relação entre SiO 2 e Na2O aumenta e o gel
de sílica finalmente coagula. Os agentes de cura em uso não são tóxicos, constituindo-se de líquidos oleosos livres de
nitrogênio.
Condicionamento: Todos os tipos de misturadores conhecidos são apropriados para a produção das misturas. Em
geral, adiciona-se à areia de quartzo pura de 2,5 a 3,0% de silicato de sódio em peso sobre a areia e de 0,3 a 0.5% de
éster líquido em peso sobre a areia.
A mistura tem boas propriedades de escoabilidade, resistência, dureza superficial e armazenabilidade. Não evoluem
odores irritantes durante a produção.
Produção de moldes e machos: Devido à baixa colapsibilidade, este processo é apropriado principalmente para a
produção de moldes. Se possível, as seções do molde devem ser secadas antes do vazamento, pois este sistema tende
a absorver umidade, a qual pode levar a elevadas perdas de resistência e defeitos de fundição (lavagens, defeitos de
gases, etc.) Tempos de cura curtos, menores que 1 hora, são impossíveis.
Recuperação da areia: Ainda não está claro se a areia usada, recondicionada mecanicamente, pode ser reutilizada.
ARMAZENAGEM DE LIGANTES SOB CONDIÇÕES CLIMÁTICAS EXTREMAS
Resinas furânicas ricas em álcool furfurílico de alta qualidade e poliisocianatos (ligantes poliuretânicos sem
acelerador, alquídico-uretânicos) não têm sua vida de estocagem (5-6 meses) prejudicada, mesmo a temperaturas
mais elevadas.
Resinas furânicas com alto teor de uréia, fenólicas e resóis (PU com acelerador, ligantes resol-éster) e ligantes de
silicato de sódio precisam ser transportados em caminhões tanque refrigerados e armazenados em ambientes com ar
condicionado.
Requisitos de alimentação de peças de 26 kg em ferro nodular (disco de φ250mm × 50mm, com bossa central);
moldes de areia ligada com resina uréia-formol/álcool furfurílico, de cura-a-frio (HUGHES)
Volume de rechupe, cm3
Resina
catalisador
Tempo de cura, horas
%
tipo
%
6
10
20
30
50
2,2
PTSA
20
150
1,6
H3PO4
35
130
115
60
30
10
1,0
PTSA
35
80
65
25
15
8
1,6
PTSA
35
70
50
18
8
4
1,6
XSA
35
10
8
5
5
4
1,0
PTSA
50
10
2,2
PTSA
35
8
6
3
2
2
2,2
PTSA
35
5
+0,75
+0,5
resina
subcurada
Desvios de dimensões (em relação à
cavidade do molde) e de densidade de
esferas de 76mm fundidas em nodular,
em relação à cura de resinas e outros
sistemas ligantes de areia (HUGHES)
areia verde
+0,25
silicato/CO2
0
cimento
-0,25
resina totalmente curada
-0,5
6,8
6,9
7,0
densidade das peças, g/cm3
7,1