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Verfahren zur Herstellung von Formsand für das Maskengussverfahren
Die Erfindung bezieht sich auf das sogenannte Maskengussverfahren, das darauf beruht, dass ein mechanisches Gemenge von Sand mit feingepulvertem Kunstharz, vorzugsweise Phenolformaldehyd-Kunst- harz und Härtungsmittel für das Kunstharz auf ein erhitztes Metallmodell aufgebracht wird und die durch Schmelzen und Anhärten des Kunstharzes entstandene Kruste als Formmaske vom Modell abgehoben wird.
Dieses Verfahren wird zweckmässig derart durchgeführt, dass durch inniges mechanisches Vermischen des Sandes mit feinstvermahlenem Kunstharzpulver zunächst auf den Oberflächen der Sandkörner verhältnismässig gut haftende, aus Kunstharzstaub bestehende dünne Überzüge erzeugt werden, alsdann geringe Mengen von leicht fluchtigen Lösungsmitteln bzw. Quellmitteln, wie z. B. Methanol, in gleichmässiger Verteilung in das Sand-Kunstharz-Gemisch eingeführt werden, wodurch der auf den Kornoberflächen sitzende Kuntharzstaub in plastischen Zustand übergeführt wird und das Mischgut unter Weiterführung des Mischvorganges unter Verdunstung des Lösungsmittels in lieselfähigen Zustand übergeführt wird.
Als Lösungs-bzw. Quellunsmittel für dieses Verfahren werden Flüssigkeiten verwendet, welche, wie z. B. Methanol, die Fähigkeit haben, die an den Kornoberflächen haftenden Kunstharzteilchen anzulösen. bzw. zu quellen, ohne sich selbst in dem Kunstharz zu lösen, hiedurch die Kunstharzteilchen miteinander und mit den Oberflächen der Sandkörner zu verbinden und dann durch Verflüchtigung abzugehen.
Erfindungsgemäss werden zur Durchführung dieses Verfahrens als Lösungs- bzw. Quellungsmittel für Phenol-Novolake Kombinationen von mindestens zwei Flüssigkeiten verwendet, von denen die eine einen wesentlich niedrigeren Siedepunkt und eine geringere Verdampfungswärme aufweist als die andere. Im allgemeinen soll die niedriger siedende leicht verdunstende Flüssigkeit einensiedepunkt unter 1000 C haben, während die höher siedende Flüssigkeit einen oberhalb 1000 C liegenden Siedepunkt, z. B. einen Siedepunkt hat, der zwischen etwa 150 - 2200 C liegt. Das erfindungsgemäss als Quellmittel anzuwendende Flüssigkeitsgemisch kann im allgemeinen etwa 70 - 95 % an leicht verdunstbaren niedrig siedenden Bestandteilen und etwa 30 - 5 So an höher siedenden Bestandteilen enthalten.
Zur Behandlung von
1000 Gew.-Teilen Sand können im allgemeinen etwa 15 -40 Gew.-Teile des erfindungsgemässen Flüssigkeitsgemisches zur Anwendung kommen.
Man kann auch Flüssigkeiten kombinieren, von denen eine nur quellend, eine andere lösend auf das Kunstharz wirkt oder eine Flüssigkeit lösend auf das Kunstharz wirkt und eine andere die losende Wirkung derselben vermindert.
Gut bewährt hat sich u. a. die kombinierte Anwendung von Aceton (Siedepunkt 56 C ; Verdampfungswärme 140 cal) und von Glykol (Siedepunkt 197oC : Verdampfungswärme 191 cal).
Bei Anwendung derartiger Flüssigkeitskombinationen als Quellmittel üben diese zunächst die für die gleichmässige Umhüllung der Sandkörner erforderliche plastifizierende Wirkung auf den Phenol-Novolak aus. Bei dem anschliessenden Verdunstungsvorgang wird die Flüssigkeit mit dem niedrigeren Siedepunkt und der geringeren Verdampfungswärme leicht und rasch entfernt, während der höher siedende Bestandteil zumindest zum Teil in dem Harzfilm in gleichmässiger Verteilung zurückbleibt und die Eigenschaften desselben verbessert.
Mit Vorteil werden Flüssigkeitsgemische verwendet, die befähigt sind, ausser der Plastifizierung des Phenoj-Novolaks die Eigenschaften der die Sandkörner einhüllenden Phenol-Novolakschichten durchdarin zu- rückbleibende Bestandteile in gewünschtem Sinne günstig zu beeinflussen. Als gut geeignet haben sich Flüs-
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bigkeitsgemische erwiesen, die als hoher siedende Bestandteile Ketone, insbesondere cyclische Ketone, wie z. B. Cyclohexanon, Acetophenon, Acetonylaceton, Acetylphenylketon, enthalten. Derartige Keto- ne besitzen die wertvolle Eigenschaft, den die Sandkörner einhüllenden Phenoi-Novolakschichten gleich- zeitig Weichheit und Elastizität zu verleihen und hiedurch die Eigenschaften des Formsandes erheblich zu verbessern.
Nach einer besonders wertvollen Ausführungsform der Erfindung werden Plastifizierungsflüssigkeiten verwendet, die mindestens einen Bestandteil enthalten, der zur Bildung von zusätzlichem Kunstharz be- fähigt ist. Zu diesem Zweck können erfindungsgemäss Ketone verwendet werden, welche die Eigenschaf- ten haben, mit Aldehyden, vorzugsweise Formaldehyd, Ketoa-Aldehyd-Kunstharzez't bilden. Zwecks Überführung der Ketone in Keton-Aldehyd-Kunstharze kann man den hiezu erforderlichen Aldehyd, vor- zugsweise Formaldehyd, in geeigneter Menge als solchen zusetzen oder aus aldehydabspaltenden Stoffen, wie z.B. Paraformaldehyd oder Hexamethylentetramin, entwickeln. Die gewünschte zusätzliche Kunst- harzbildung kann durch Katalysatoren, z. B. alkalische Stoffe, wie z. B.
NaOH, begünstigt werden. Im allgemeinen hat es sich als vorteilhaft erwiesen, die Mischungen auf einen im alkalischen Bereich lie- i genden PH-Wert, z. B. PR = etwa 12, einzustellen.
Wenn man z. B. als plastifizierend wirkendes Lösungs- und Quellungsmittel eine Flüssigkeit verwen- det, die Aceton enthält, und Hexamethylentetramin als Härter verwendet, so findet bereits bei normaler
Temperatur die Bildung eines unvollkommen kondensierten Aceton-Formaldehyd-Harzes statt, das in überschüssigem Aceton gelöst ist und die Bindekraft des auf den Sandkörnern befindlichen Phenol-Novolaks verbessert und verstärkt. Die Menge des anzuwendenden Hexamethylentetramins ist dabei dem Verbrauch an Formaldehyd für die Bildung des Aceton-Formaldehyd-Kunstharzes entsprechend zu erhöhen.
Bei Durch- führung dieses Verfahrens wird lediglich das nicht zu Kunstharz umgesetzte Aceton bei dem Verdunstung- vorgang, gegebenenfalls zusammen mit andern in dem angewendeten Quellungsmittel vorhandenen leicht siedenden Flüssigkeiten, entfernt. Das gebildete Keton-Formaldehyd-Kunstharz bleibt in feiner i Verteilung in der aufdenSandkörnern befindlichenPhenoI-Novolakhülle zurück und verbessert die Eigenschaf- ten des so hergestellten Formsandes, insbesondere durch Verminderung der Sprodigkeit der Phenol-Novo- lakhüllen, wodurch ein vorzüglicher Schutz gegen trockenen Abrieb undStdubbildung gewährleistet ist.
Auch höher, z. B. oberhalb 1500 C siedende Ketone, u. a. die oben als Elastisch-Weichmacher erwähn- ten cyclische Ketone, wie z. B. Cyc1ohexanon, Metltylcyclohexanon, aber auch Acetophenon, Acetonyl- ) aceton oder Acetylphenylketoi1, können als zusätzliche Kunstharzbildner Verwendung finden, indem man sie vorteilhaft durch Anwendung von Hexamethylentetramin als Härter durch daraus freiwerdendenForm- aldehyd inKeton-Aldehyd-Harze überführt.
Bei Anwendung von Plastifizierun mitteln, welche derartige cyclische Ketone enthalten, wirken diese zusammen mit den übrigen Bestandteilen des Flüssigkeitsge- misches zunächst als Plastifizierungsmittel, ferner als Weichmachungsmittel und schliesslich als Kunst- i harzbildner. Auch hier wird das frisch gebildete zunächst unvollkommen kondensierte Aceton-Formalde- hyd-Harz in den auf den Sandkörner bereits befindlichen Phenol-Novolak in gleichmässiger Verteilung eingelagert und verbessert die Eigenschaften der Phenol-Novolakhüllen.
Selbstverständlich kann man als Plastifizierungsmittel auch Kombinationen verwenden, welche zur
Kunstharzbildung mit Aldehyden geeignete niedrigsiedende Ketone, wie z. B. Aceton, und ausserdem noch ) höher siedende cyclische Ketone, wie z. B. Cyclohexanon, enthalten.
Beispiel l : 96 Gew.-Teile Kernsand werden mit 4 Gew. -Teilen eines feingepulverten Gemisches von Phenol-Novolak mit 12Gew.-Teilen Hexamethylentetramin in einem Intensivmischer innig vermischt.
Nach ausreichender Durchmischung, die im allgemeinen nicht mehr als etna 30 Minuten beansprucht, werden 2 Gew.-Teile eines Flüssigkeitsgemisches in das in Bewegung befindliche Mischgut eingespruht, d dasaus etwa 90-95 Gew.-Teilen Methanol (Siedepunkt 65 C) und 5 - 10 Gew.-Teilen Glykol (Sie- depunkt etwa 1970 C) besteht. Nach Einführung des Flüssigkeitsgemisches wird der Mischvorgang so lange weitergeführt, bis jedes Sandkorn in einen geschlossenen Phenol-Novolakfilm eingehüllt ist. Alsdann wird das leicht flüchtige Methanol, z. B. durch Einleiten von Kaltluft oder Warmluft, unter weiterer Durch- mischung des Gutes abgetrieben.
Das Glykol bleibt in gleichmässiger Verteilung in dem Harzfilm zurück ) und wirkt der Versprödung und der Bildung von Abriebstaub entgegen.
Beispiel 2 : In 96 Gew.-Teile Kernsand werden 4 Gew.-Teile eines feinstgepulverten Gemisches eingemischt, das aus 100 Gew.-Teilen eines mitButylphenol modifizierten Phenol-Novolaks (mit etwa 10 0/0 Butylphenolanteil) und 12Gew.-Teilen Hexamethylentetramin besteht. Im Verlauf des im Sinne des Bei- spiels 1 durchgeführten Mischvorganges werden 1, 2 Gew.-Teile eines Flüssigkeitsgemisches, bestehend aus ) etwa 90 % Methanol (Siedepunkt 650 C) und 10 % Cyclohexanon (Siedepunkt 1560 C) eingesprüht. Die
Weiterverarbeitung erfolgt im Sinne des Beispiels 1.
Durch die Einlagerung von Cyclohexanon in die die
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Sandkörner umhüllenden Phenol-Novolakfilme werden diese elastisch gemacht und zugleich weichgehalten.
Beispiel 3 : 96 Gew.-Teile Sand werden mit 4 Gew.-Teilen eines feinstgepulverten Gemisches, bestehend aus 100 Gewj-Tellerieines Novolaks aus Phenol und seinen Homologen, 12Gew.-Teilen Hexamethylentetramin und 3 Gew.-Teilen Paraformaldehyd, im Sinne des Beispiels 1 innig vermischt. Alsdann werden 1, 2 Gew.-Teile eines Gemisches, das aus etwa 85 o Methanol und 15 Ufo Cyclohexanon besteht und durch Zugabe von NaOH auf einen PH-Wert von etwa 12 eingestellt ist, in das in Bewegung befindliche Mischgut eingesprüht ; die Weiterverarbeitung erfolgt im Sinne des Beispiels 1. Das leicht flüch- tige Methanol wird abgetrieben.
Das Cyclohexanon sowie gegebenenfalls aus Cyclohexanon und Formaldehyd gebildetes Kunstharzvorkondensat verbleibt in den auf den Körnern befindlichen Phenol-Novolakfilmen und verbessert die Eigenschaften derselben. Bei Aufbringung des nach Beispiel 3 hergestellten Formsandes auf die etwa 2800 C heissen Metallformen wird eine äquimolekulare Menge Cyclohexanon an den vorhandenen Aldehyd unter Kunstharzbildung (Resit) gebunden. Hiedurch wird der Bindergehalt erhöht und die Festigkeit der Formmasse verbessert.
Beispiel 4 : In 96 Gew.-TeileKernsandwerden4Gew.-Teile eines feinstgepulverten Gemisches, bestehend aus 100 GewrTeilenPhenol-Novolak. l2Gew.-Teilen Hexamethylentetramin und 3Gew.-Teilen Paraformaldehyd gemäss Beispiel l eingemischt. Alsdann werden 1, 2 Gew. -Teile eines Flüssigkeitsgemisches in das in Bewegung befindliche Gut eingesprüht, das aus 90 % Aceton und 10 % Cyclohexanon besteht und durch Zugabe vonNaOH auf einen pH-Wert von etwa 12 eingestellt ist. Der weitere Misch- und Trocknungsvorgang wird bei etwa 40 - 500 C durchgeführt, wobei der vorhandene freie Aldehyd äquimolekulare Mengen der Ketone in Kunstharz überführt.
Bei Verarbeitung des so hergestellten Formsandes auf der etwa 2800 C heissen Metallform wird die Kunstharzbildung unter Bildung von festem Resit zu Ende geführt. Auch hier werden der Bindergehalt erhöht und die Festigkeitseigenschaften der Formmasse verbessert.
Nach einer Ausführungsform der Erfindung wird der anzuwendende Phenol-Novolak nicht in trockener Pulverform auf die Sandkörner aufgebracht und alsdann einer plastifizierend wirkenden Behandlung mit Hilfe von lösend bzw. quellend auf den Phenol-Novolak. einwirkenden Fllissigkeitsgemischen unterworfen. sondern der anzuwendende Phenol-Novolak mit Hilfe eines Lösungsmittelgemisches in eine flüssige bis zähflüssige Masse übergeführt und diese mit dem Kernsand unter Bedingungen zusammengebracht, bei denen die Sandkörner mit Phenol-Novolakhüllen versehen werden.
Hiebei wird als Lösungs- und Quellungsmittel für das Phenol-Novolakpulver vorteilhaft ein Flüssigkeitsgemisch verwendet, das mindestens einen Bestandteil enthält, der befähigt ist, mit Aldehyd ein unvollkommen kondensiertes Keton-AldehydHarz zu bilden.
Beispielsweise kann man derart verfahren, dass zunächst ein Gemisch von Phenol-Novolak, Hexamethylentetramin und Paraformaldehyd, welch letzterer gegebenenfalls auch durch freien Formaldehyd ersetzt werden kann, hergestellt wird und dieses Gemisch mit einer Mischung vereinigt wird, die z. B. aus Methanol, Aceton und Cyclohexanon besteht. Das so erhaltene Gemenge von Phenol-Novolak und Quellungsmitteln wird auf einen PH-Wert von etwa 12 eingestellt.
Die so zubereitete, den anzuwendenden Phenol-Novolak und das Plastifizierungsmittel enthaltende flüssige bis zähflüssige Masse wird nun in den Kernsand eingearbeitet, z. B. derart, dass die Komponenten in einem Mischer bei mässig erhöhter Temperatur, z. B. ecwa 40 - 500 G, innig vermengt werden. Hiebei snurken zunächst sowohl der niedrig als auch der höher siedende Bestandteil des Flüssigkeitsgemisches als Lösungs-und Quellungsmittel auf das vorhandene Phenol-Novolakpulver ein. Der niedrig siedende Keton-
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vorhandenen Lösungsmitteln, wie Aceton und/oder Methanol, gelöst wird. Das nicht verbrauchte Aceton und gegebenenfalls noch andere vorhandene niedrig siedende Flüssigkeiten, wie z. B.
Methanol, werden bei Durchführung des Verdunstungsvorganges abgedunstet, während die höher siedenden Bestandteile des Plastifizierungsgemisches zusammen mit dem gebildeten Keton-Aldehyd-Kunstharz in der die Sandkörner einschliessenden Phenol-Novolakhülle verbleiben und dieser die gewünschten Eigenschaften mit Bezug auf Plastifizierung, Elastizität, Weichheit usw. verleihen.
In dem Plastifizierungsgemisch vorhandene, höher siedende, zur Bildung von Keton-Aldehyd-Harzen befähigte Ketone, wie z. B. Cyclohexanon, werden nach Abreagieren des Formaldehyds mit den übrigen Harzkomponente bei der Verarbeitung des Formsandes auf dem 280 - 3000 G heissen Modell praktisch quantitativ in Keton-Aldehvd-Harze übergeführt, die sich ebenfalls als Binderharze an dem Umhüllungvorgang der Sandkörner beteiligen.
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Durch die vorstehend erläuterte Ausführungsform werden wesentliche Ersparnisse an dem anzuwendenden Phenol-Novolak-Harz, erzielt. Weiterhin wird das Arbeitsverfahren vereinfacht und ein Formsand erhalten, der sich durch besonders wertvolle Eigenschaften auszeichnet.
Beispiel 5 : Ein Gemenge, das aus 3 Gew.-Teilen gepulvertemPhenol-Novolak, 0, 36Gew.-Teilen Hexamethylentetramin und 0, 3 Gew.-Teilen Paraformaldehyd besteht, wird mit einer Mischung aus 60 % Methanol, 30 % Aceton und 10 % Cyclohexanon vere in1gt und die so erhaltene Gesamtmischung auf ein en PH - Wert
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etwamaldehyd entstehende Kunstharz in festes in dem angewendeten Phenol-Novolakgleichmässig verteiltes Harz (festen Resit) übergeführt.
PATENTANSPRÜCHE :
1. Verfahren zur Herstellung von Formsand für dasMaskengussverfahren durch Überziehen der Sandkörner mit einer dünnen Kunstharz-Deckschicht, dadurch gekennzeichnet, dass auf Phenol-Novolak als Kunstharz vor oder nach seinem Aufbringen auf die Sandkörner ein plastifizierend wirkendes Flüssigkeitsgemisch zur Einwirkung gebracht wird, das mindestens eine unter 1000 C und mindestens eine über 100 C siedende Flüssigkeit enthält, dann der leicht flüchtige Anteil dieses Flüssigkeitsgemisches während eines Mischvorganges verdunstet wird, so dass ein rieselfähiger staubfreier Formsand entsteht, der in den PhenolNovolakhüllen der Sandkörner noch mindestens einen Teil der höher siedenden Bestandteile des ange wendeten Flüssigkeitsgemisches enthält.