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Formsand für das Maskengussverfahren und Verfahren zu seiner Herstellung
Das Maskengussverfahren wird im allgemeinen derart durchgeführt, dass Formsand zunächst mit fein- vermahlenem Kunstharzpulver auf mechanischem Wege so innig vermischt wird, dass der Harzstaub an den
Oberflächen der Sandkörner allseitig als dünner Staubüberzug haftet. Hierauf wird eine geringe Menge eines
Lösungsmittels oder Quellmittels für das Kunstharz in gleichmässiger Verteilung in das Sand-Kunstharz- i Gemisch eingeführt, um die die Sandkörner umhüllenden Schichten aus Kunstharzstaub in plastischen
Zustand überzuführen. Anschliessend wird das Gut durch Verdunsten des Quellmittels unter Weiterführung des Mischvorganges in rieselfähigen staubfreien Zustand übergeführt.
Zur Durchführung dieses Verfahrens hat man bisher Phenol-Formaldehyd-Kondensate als Kunstharz verwendet, deren Anwendung aber mit beträchtlichen Nachteilen verbunden ist.
Wie gefunden wurde, kann man die Aufarbeitung von Formsand für d. s Maskengussverfahren durch
Umhüllung der Sandkörner mit Kunstharz mit besonderem Vorteil ausüben, indem man Harzbinder ver- wendet, deren Gehalt an Phenol oder Homologen des Phenols erheblich geringer ist als der Phenolgehalt der bekannten Phenol-Formaldehyd-Kondensationsprodukte, die bisher für die Herstellung von Formsand für das Maskengussverfahren Verwendung gefunden haben.
Erfindungsgemäss werden Lignin-Novolak-Binder zur Umhüllung der Sandkörner verwerdet.
Unter Novolaken versteht man bekanntlich Kondensationsprodukte von Phenolen und Aldehyden, die vorzugsweise unter Verwendung saurer Katalysatoren hergestellt werden und ein Molverhältnis von weni- ger als 1 Mol Aldehyd auf 1 Mol Phenol aufweisen. Im allgemeinen beträgt das Molverhältnis Phenol :
Formaldehyd 0, 1 : 0, 7-0, 9. Die Novolake sind schmelzbar und werden erst durch Zusatz von weiteren
Aldehyden oder bei Gegenwart von aldehydabspaltenden Körpern, wie z. B. Hexamethylentetramin, härt- bar.
Die erfindungsgemäss als Binder für den Formsand anzuwendenden Lignin-Novolak-Kondensate kön- nen aus Novolaken durch Austausch von Phenol durch reaktionsfähiges Tieftemperaturlignin (Aktivlignin) gewonnen werden, welch letzteres bei Verzuckerung von henr. cellulose- und cellulosehaltigen pflanzli- chen Stoffen mit Hilfe von hochkonzentrierter etwa 35-41 % iger Salzsäure bei niedrigen (500 C nicht übersteigenden) Temperaturen erhalten wird.
Dieses Aktivlignin kann durch saure Kondensation mit Phenol und Formaldehyd in Lignin-Novolake übergeführt werden. Bei der Herstellung von 100 kg Lignin-Novolak mit z. B. 33 kg Aktivlignin werden
30 kg Phenol durch Lignin ersetzt. Infolge Vorhandenseins reaktionsfähiger aldehydischer Gruppen werden ausserdem noch etwa 45 kg an 30 tigers Formaldehyd eingespart.
Der erfindungsgemäss mit Lignin-Novolak-Bindern aufbereitete Formsand besitzt im Vergleich zu dem bisher allgemein gebräuchlichen mit üblichen Phenolformaldehyd-Kondensaten aufbereitetem Form- sand den grossen Vorzug. dass bei der Herstellung der Sandgussaussenformen (Masken) und der Sandkerne mit
Hilfe der hocherhitzten, z. B. etwa 2900 C heissen Modelle bzw. Kernbuchsen keine störende Geruchs- entwicklung und Staubbildung stattfindet. Infolgedessen werden gesundheitliche Schädigungen der Arbei- ter, z. B. Phenolkrätze, vermieden.
Beim Eingiessen des Eisens in die aus erfindungsgemäss aufbereitetem Formsand bestehenden Gussfor- men wird die Flammen- und Rauchentwicklung ausserordentlich stark verringert. Ein weiterer Vorteil be- steht darin, dass die Lignin-Novolak-Harze weniger stark zur Aufkohlung der Gusshaut neigen und infolge
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der verringerten Gasausbildung die Gefahr von Gaseinschlüssen in der Gusshaut bedeutend vermindert wird.
Die Aufbereitung des Formsandes für das Maskengussverfahren unter Verwendung von Lignin-Novolaken als Bindemittel gemäss vorliegender Erfindung kann nach an sich bekannten Verfahren z. B. derart durchgeführt werden, dass die Sandkörner durch inniges Vermengen mit sehr feinverteiltemLignin-Novo lak mit einem dünnen Überzug von Kunstharzstaub versehen werden, dieser Überzug mit Hilfe von organischen Quellmitteln in plastischen Zustand übergeführt wird und das Gut anschliessend unter Verdunsten des Quellmittels in rieselfähigen staubfreien Zustand übergeführt wird.
Mit Vorteil werden als Quellmittel Kombinationen von Flüssigkeiten verwendet, die mindestens eine niedriger siedende, vorzugsweise unter 1000 C siedende Komponente und mindestens eine höher siedende Komponente, die einen Siedepunkt z. B. zwischen etwa 150-220 C besitzt, verwendet. Bei Überführung des mit plastifizierten KunstharzhUllen versehenen Formsandes in festen rieselfähigen Zustand bleibt alsdann die höher siedende Flüssigkeitskomponente mindestens zum Teil in den die Sandkörner einschlie- ssenden Kunsthaizhüllen unter Verbesserung der Eigenschaften derselben zurück. Durch Anwendung von Plastifiziorungsflüssigkeiten, die mindestens einen Bestandteil enthalten, der zur Bildung von zusätzlichem Kunstharz befähigt ist, können besondere Vorteile erzielt werden.
Als kunstharzbildende Bestandteile kommen Ketone in Betracht, die befähigt sind, mit Formaldehyd Keton-Kunstharze zu bilden. Der hiefür erforderliche Formaldehyd wird vorteilhaft in Form aldehydabspaltender Stoffe, wie z. B. Hexamethylentetramin oder Paraformaldehyd, zur Anwendung gebracht. Wenn man z. B. eine plastifizierend wirkende Flüssigkeit verwendet, die Aceton und Hexamethy1entetramin (als Härter) enthält, so findet bereits bei normaler Temperatur Bildung eines unvollkommen kondensierten Aceton-Formaldehyd-Harzes statt, das in überschüssigem Aceton gelöst ist und die Bindekraft des in Staubform auf die Sandkörner aufgebrachten Kunstharzes verbessert und verstärkt.
Das gebildete Keton-Formaldehyd-Kunstharz bleibt in feiner Verteilung auf der bereits auf den Sandkörnern befindlichen Kunstharzhülle zurück und verbessert die Eigenschaften, insbesondere durch Verminderung der Sprödigkeit.
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kalistearats, z.B. (C. . COO) . Ca, mechanisch vermengt. Nachdem die Sandkörner gleichmässig mit Kunstharzstaub bepudert sind, was etwa 1 - 2 Minuten in Anspruch nimmt, werden etwa 1, 5 Gew. Teilen eines Gemisches von 90 Gew.-Teilen Methanol (Siedepunkt bei 660 G) und 10 Gew.-TeilenBu- tanol (Siedepunkt 1160 C) in gleichmässiger Verteilung, z. B. durch Aufsprühen auf das in Bewegung befindliche Mischgut, eingemischt.
Durch die quellende Wirkung des Flüssigkeitsgemisches werden die die Quarzkörner umhüllenden dünnen Kunstharzschichten in zähplastische Form übergeführt. Alsdann wird das Gut unter Fortführung des Mischvorganges vorteilhaft unter Einführung von Luft (Kalt- bzw. Warmluft) in rieselfähigen staubfreien, bei Raumtemperatur nicht zusammenbackenden Zustand übergeführt, wobei gleichzeitig Auflockerung stattfindet. Der so erhaltene Formsand hat dann noch einen Gehalt von etwa 0,3 bis 0,5 0 an flüchtigen Substanzen, die in der Hauptsache aus noch vorhandenem Lösungsmittel bestehen. Bei Aufgabe dieses Formsandes auf das heisse Modell findet an den Berührungspunkten der Sandkörner ein rascheres Erweichen des Kunstharzes statt.
Hiedurch wird die Packungsdichte verbessert und eine erhöhte Festigkeit der Formmasken erzielt.
Beispiel 2: 75000 Gew. -Teile Giesserei-Sand (Quarzsand) und 2600 Gew. -Teile Lignin-Novoiak, bestehend aus 40 Ufo Lignin, 60 % Phenol-Aldehyd-Harz und einer untergeordneten Menge von Hexamethylentetramin werden im Gewichtsverhältnis von 100 : 12, 5 innig trocken vermischt. Zwecks Herstellung des zur Plastifizierung des Kunstharzes dienenden Flüssigkeitsgemisches werden 9000 Gew.-Teile Aceton, 4000 Gew.-Teile Formaldehyd (30 geige wässerige Lösung) und 0, 080 Gew.-Teile Natronlauge (50 % zig) unter Rühren bei etwa 200 C gelöst. Nach etwa 1/2-stündiger Rührdauer setzt Kondensation unter stürmischem Sieden ein, so dass durch Kühlungsmassnahmen ein ruhiger Verlauf und ein Abklingen der Umsetzung bewerkstelligt werden muss.
Nach etwa 20 Minuten ist der Kondensationsvorgang beendet und das gebildete Harz in überschüssigem Aceton gelöst. Nunmehr werden der mit Lignin-Novolak bepuderte Quarzsand und dasPlastifizierungsmittel unter Rühren vermischt. Nach ausreichender Durchmengung, die im allgemeinen nicht mehr als etwa 1/2 Stunde erfordert, werden unter Weiterführung des Mischvorganges 1 - Gew.-Teile Methanol in feiner Verteilung dem Reaktionsgut zugeführt und der Mischvorgang unter Luftzufuhr etwa 20 Minuten weitergeführt. An Stelle der vorstehend erwähnten Methanolmenge kann z.B. eine entsprechende Menge eines @ceton-Wasser-Gemisches (1:1) zugefügt werden.
Man erhält ein staubfreies gut rieselfähiges Mischgut, das auch unter leichtem Druck nicht zum Zusammenbacken neigt.
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Beispiel 3 : 97 Gew.-Teile Quarzsand (Körnung gemäss Beispiel l) werden mit 3 Gew.-Teilen einer teinstgemahlenen Mischung aus 100 Teilen Lignin-Ncvolak mit 12 Teilen Hexamethylentetramin und 0,06 Teilen eines Stearats der Formel (CH. COO). Ca innig vermischt. Als Quellmittel wird 1 Gew.-Teil eines Gemisches von 90 Teilen denaturiertem Alkohol (Siedepunkt 760 C) uid 10 Teilen Methylanon (Siedepunkt etwa 175 C) verwendet. Dieses FlUssigkeLsgemisch wird dem mit Lignin-Novolak bepuderten Quarzsand, wie in Beispiel 1 beschrieben, in gleichmässiger Verteilung einverleibt. Die Weiterbehandlung erfolgt gemäss Beispiel 1.
Beim Arbeiten nach Beispiel 3 beträgt die Menge des zur Bepuderung der Sandkörner angewendeten Lignin-Novolaks nur 3 Gew.-, während gemäss Beispiel 1 4 Gew.-% Lignin-Novolak zur Anwendung gekommen sind.
Durch Anwendung von plastifizierend wirkenden Quellmitteln, welche ein Keton-Aldehyd-Harz enthalten oder bei der Durchführung des Vorganges zu bilden vermögen, wird der Vorteil erzielt, dass die Menge des zur Depuderung der Sandkörner erforderlichen Lignin-Novolak-Harzes ermässigt werden kann und infolge des Aufbringens von zusätzlichem Keton-Aldehyd-Harz auf die Sandkörner eine noch weitergehende Verbesserung der Bindekraft des Kunstharzes erzielt wird.
PATENTANSPRÜCHE :
1. Formsand für das Maskengussverfahren, dadurch gekennzeichnet, dass das die Sandkörner umhüllende Bindemittel zur Gänze oder in der Hauptsache aus Lignin-Novolaken besteht, wie solche z. B. durch
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mitFormaldehyd erhältlich sind.