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Procédé de préparation d'une masse hydrosoluble convenant pour la fabrication de noyaux pour modèles en cire* L'invention concerne un procédé de préparation d'une masse se dissolvant complètement et rapidement dans l'eau et conve- nant pour la fabrication de noyaux pour modèles en cire*
Des moules pour le moulage de précision sont habituelle-; ment obtenus en fabriquant un modèle en cire de l'objet à coules et en enrobant le modèle en cire d'une matière résistant -aux tempé- ratures et aux forces existant pendant la coulée. Le moule obtenu après la fusion de la cire petit être en matière céramique en métal ou en une matière synthétique.
Il n'est en général pas facile de fabriquer des modèles en cire comportant des cavités de forme compliquée ou ayant à l'in- térieur du modèle un diamètre plus grand qu'à la surface de celui- ci* Habituellement, on utilise pour la fabrication d'un tel modèle
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un noyau formé de plusieurs parties qui sont retirées une à une du modèle en'cire. En variante, le noyau peut être abandonné dans le modèle en'cire et reste attaché au moule* Lorsqu'on applique de télé ! procéder l'objet moulé présente habituellement des lignée de - moulage.
En pratique, pour la fabrication de noyaux, on utilise donc des composés polymères solubles dans l'eau, comme le polyoxy- éthylène et les polyglycols. Des noyaux sont fabriqués à partir de ces substances, appelées habituellement cires solubles, par cou- lée à température élevée dans un moule, et les noyaux sont, par exemple, enrobes d'un moule en'cire à modeler puis éliminés du moule par dissolution dans l'eau. Cette dernière opération est fastidieu- se étant donné que la solubilité des cires utilisées à cet effet n'est pas grande et que leur vitesse de dissolution est faible.
Les bas polymères tels que le polyéthylène glycol d'un poids moléculai- re de 1000 ou moins conviennent le mieux* Le point de fusion de ces matières n'est habituellement pas supérieur à 40 C. La température de la cire à modeler ne peut dépasser un maximum de 70 C pendant la coulée du modèle encire lorsqu'on utilise de tels noyaux qui, autrement, perdent leur forme.
En pratique, des cires à point de fusion plus élevé seraient intéressantes comme cires à modeler parce que les modèles en cire obtenus sont alors mécaniquement plus résistants.
A cette fin, il serait cependant nécessaire d'utiliser des polyglycols de poids moléculaire et de point de fusion plus élevés. La solubilité dans l'eau et La. vitesse de dissolution dimi- nuent toutefois lorsque le poids moléculaire augmente, de sorte que le procédé serait encore plus long.
L'invnention a pour objet la préparation d'une masse solul- ble dans l'eau convenant pour la fabrication de noyaux qui n'offrent pas les inconvénients cités.
Suivant 1.*invention.. une telle masse est obtenue en mélan géant des sels inorganiques solubles dans l'eau avec des composés
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polymères organiques solubles dans l'eau.
Des éléments de moules solubles, tels que des noyaux fabriqués à partir d'une telle masse, se dissolvent complètement et rapidement dans l'eau, conservent leur forme, présentent une surface unie et sont mécaniquement résistants et donc faciles à manipuler.
Le mélange Intime des deux constituants de la masse peut être obtenu, par exemple, en les broyant ensemble pendant un certain temps dans un broyeur à boulets ou dans un autre mélangeur, en partant éventuellement de matières premières déjà pulvérisées sépa- rément.
La masse peut être façonnée par pressage, coulée ou injection dans une matrice, la matrice étant éventuellement chauffée au préalable à cet effet, ce qui permet de la rendre plus plastique*
Il s'est avéré que des matières obtenues par polyconden- sation d'éthylène glycol ou par polymérisation d'oxyde d'éthylène conviennent bien comme composés polymères organiques solubles dans l'eau pour les masses préparées suivant l'invention. Ces matières., appelées ci-après polyglycols, se dissolvent de façon satisfaisante dans l'eau et conviennent comme liants pour les particules de sel formant la charge.
On utilise de préférence des polyglycols ayant un poids moléculaire de l'ordre de 10 à 104. En pratique, ces polyglycols s'avèrent convenir le mieux.
D'une part, le point de fusion plus élevé de ces compo- ses permet de couler des modèles en cire à environ 100 C ou davan- tage et d'autre part ces composés se dissolvent encore sans former de gel indésirable.
Les sels qu'on peut utiliser sont en principe tous les sels inorganiques solides à la.température ordinaire et facilement solubles dans l'eau tels que les chlorures, sulfates, carbonates, phosphates, nitrates, etc.
Mais, de préférence, on utilise des chlorures alcalins, par exemple NaCl, KC1, NH4Cl éventuellement en mélange, d'une part
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parce que ces matières sont peu onéreuses et d'autre part parce qu'elles s'avèrent convenir particulièrement bien pour la prépara. tion des masses suivant l'invention en raison de leurs propriétés physiques et chimiques. En effet, le degré d'hydrosoopicité de ces matières est faible ou nul et elles sont chimiquement peu agressi- ves, se dissolvent bien et rapidement dans l'eau et ont une chaleur de dissolution positive ou négative faible.
Il ne se dégage ainsi que peu ou pas de chaleur pendant la dissolution de sorte que les noyaux ne changent sensiblement pas de forme et qu'il ne se dégage paslocalement suffisamment de chaleur pour endommager le modèle en cire par fusion. Une masse contenant des chlorures alcalins ou du chlorure d'ammonium comme sel inorganique est particulièrement fa- cile à presser. On obtient alors une surface parfaitement lisse et un objet de forme permanente.
On a constaté que le temps de disso- lution d'une masse contenant des chlorures alcalins est générale- ment plus court que celui de masses contenant d'autres sels, par
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exemple NaSO,, Na2COJ' CaC'2, etc,
La résistance mécanique dépend du pourcentage en volume de cire soluble que contient la masse dans le procédé suivant l'invention de fabrication de noyaux par pressage dans une matrice,
Les masses convenant le mieux à cet égard contiennent 15 à 35% en volume de cire soluble.
On a trouvé qu'une telle masse suivant l'invention peut
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Are travaillée de façon particulièrement favorable par pressage dans une matrice. Il s'est avéré que la résistance mécanique des objets est à peu près directement proportionnelle à la pression exercée et que pour des pressions supérieures à environ 1200 kg/cm 2 la pression exercée n'a plus que très peu d'effet sur la vitesse de dissolution. Des pressions supérieures à environ 1800 kg/cm 2 en- traînent des inconvénients et il s'est avéré qu'il n'est alors plus très facile de retirer sans les endommager les objets moulés de la matrice.
Des noyaux façonnés à partir d'une masse préparée sui-
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vaut l'invention conservant leur foras suffisamment longtemps à des températures supérieures de 40 C et davantage à la température de fusion de la cire soluble incorporée à la masse, ce qui permet d'utiliser la cire à modeler à des températures plus élevées* On peut ainsi obtenir des modèles en cire mécaniquement plus résis- tants que ceux qu'il était possible de former jusque présent à l'aide de noyaux solubles dans l'eau. A l'aide de ces modèles en cire, on peut obtenir par des procèdes connus des moules exempts de lignes de moulage intérieures. Les objets obtenus à l'aide de ces moules n'exigent pas ou sensiblement pas de finition des cavités qu'ils comprennent.
Cela constitue un progrès technique im- portant sur un procédé dans lequel les noyaux doivent être formés de plusieurs morceaux.
Le procédé suivant l'invention sera décrit ci-après avec référence aux dessins annexes et aux exemples d'exécution-
Les figures représentent en coupe divers objets en cire à modeler et en métal ainsi que des moules permettant de les obte- nir.
Fig. 1 représente un objet métallique cylindrique creuxj Fig. 2 représente un noyau annulaire fabriqué à l'aide d'une masse préparée suivant l'invention; Fig. 3 représente une matrice encire comprenant un noyau suivant la Fig. 2;
Fige 4 représente un modèle en cire noyau obtenu à l'aide de la matrice en cire suivant la Fig. 3;
Fig. 5 représente le même module en cire que sur la Fig. 4 mais sans noyau;
Fig. 6 représente un moule obtenu en partant du modèle en cire de la Fig. 5.
La Fig. 1 représente un cylindre métallique 1 vu en coupe et comprenant intérieurement une cavité de forme particulière 2 et qui peut être obtenu avantageusement par moulage de précision à l'ai de d'un anneau 3 (Fig. 2) façonné par pressage d'une masse préparée
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suivant -l'invention.. L'-anneau 3 façonné par pressage d'un Mélange soluble de cire et de sel est enfilé à cet effet sur une barre 4 (Fig. 3) faite d'une matière quelconque, par exemple en métal, ce qui permet une bonne évacuation de la chaleur* L'ensemble est intro- duit dans la matrice en cire 5 (représentée en coupe) de la façon indiquée sur la figure.
La matrice peut être remplie par l'orifice de coulée 6 d'une cire à modeler fondue, éventuellement sous pres- sion, par exemple à l'aide d'un appareil d'extrusion (non représen- té). Après refroidissement et séparation des éléments de matrice
5A et 5B et de la barre 4, on obtient le modèle en cire 7, dans le- quel le noyau 2 en cire soluble et en sel est encore présent.Après élimination de ce noyau on obtient le modèle en cire 7 comprenant la cavité 2, comme représenté en coupe sur la Fige 5. Le modèle en cire 7 est complété et pourvu d'un entonnoir de coulée 8 (Fig.6) et l'ensemble est enrobé de façon connue d'une matière céramique.
Après fusion de la cire, on obtient un moule dont un exemple est représente sur la Fig. 6. Le moule 9 dont la forme correspond à cel- le du modèle en cire 9 est formé d'une matière céramique 10. L'en- semble peut être renforcé en étant placé dans un bac, par exemple en métal. Après remplissage du moule 9, par exemple d'un métal, et élimination de la matière céramique et du jet de coulée dont la for- me correspond à l'entonnoir de coulée 8, on, obtient un cylindre métallique 1, comme représenté sur la Fige 1.
EXEMPLES.
1. On mélange intimement 29 parties en volume d'une cire soluble (polyéthylène glycol ayant un poids moléculaire moyen de
6000 à 7500, vendue sous le nom de Polywax 6000) avec 71 parties en volume de sel commun (NaCl) en broyant les substances pulvéri- @ sées ensemble pendant 1 heure au broyeur à boulets*
La masse obtenue est utilisée pour presser des anneaux sous une pression de 1400 kg/cm2 dans un moule (voir Fig. 2). Les dimensions de ces anneaux sont: diamètre intérieur 36,5 mm, diamètre extérieur 50,9 mm, épaisseur en coupe intérieure 15,6 mm.
Un tel anneau se dissout, sans laisser de résidu, en 30 minutes dans
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l'eau courante. Un anneau semblable préparé de même à partir de polyéthylène glycol seul nécessite plus de 1 heure pour se dis- sandre dans les mêmes conditions. @
Si le pourcentage en volume de cire dans la masse est porté à 35%, le temps de dissolution atteint 40 minutes. Pour un pourcentage de 16,6%, le temps de dissolution est également de @ 30 minutes. Pour établir une comparaison, on mesure la résistance des anneaux par compression (voir Fig, 2, direction des flèches).
La force de rupture est dans ce cas de 11,2 kg pour 29% en volume de cire, de 10,6 kg pour 35% en volume de cire et de 9 kg pour 16,6% en volume de cire.
2. On obtient des résultats égaux ou supérieurs en rempla- çant NaCl par KC1 ou NH4Cl. Ainsi, pour KCl, à 16,6% en volume de cire la force de rupture est de 13 kg et le temps de dissolution de 35 minutes et à 20% en volume de cire la force de rupture est de 12,2 kg et le temps de dissolution également de 35 minutes.
Pour NH4Cl, la force de rupture est de 11,2 kg tant à 33.3% que à 25% en volume de cire, et les temps de dissolution sont, respec- tivement, de 35 et 31 minutes.
3. On obtient des résultats analogues en utilisant un autre polyéthylène glycol ayant un poids moléculaire moyen de 5000 à 7500.
Pour 25% en volume de cire, la force de rupture et le temps de dissolution sont, respectivement de 14,2 kg et de 30 minu- tes si on utilise du NaCl et de 11,2 kg et de 34 minutes, si on utilise du KC1.
4. L'effet de la pression exercée pendant la fabrication des objets à partir des masses décrites ressort du tableau I.
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UBL1\I,Q 1,
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NaCl # olytylne Klvool 6000 . ea Pression exercée Force de rupture Durée de disso- ,....M...### .. ¯., # , ,neQ ,,fcg #,.,,,#, ,,, MP...mîm peaaarque|i
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<tb> 1200 <SEP> 8,0 <SEP> 23
<tb>
<tb> 1400 <SEP> 9,2 <SEP> 22
<tb>
<tb> 1600 <SEP> 10,2 <SEP> 22
<tb>
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1800 11,4 25 lîobjet est
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<tb> difficile <SEP> à
<tb>
<tb> extraire <SEP> du
<tb>
<tb> moule
<tb>
5 Un certain nombre de barreaux prépares comme dans l'exem- ple 1 (28,5% en volume de polyéthylène glycol, point de fusion 58-63 C) sont immergés dans de la cire à modeler fondue à environ 100 C Après refroidissement et dissolution des masses solubles,
la cavité dans la cire à modeler est parfaitement lisse et précise-
REVENDICATIONS.
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-.. -..---.¯-------..-----------
1.- Procédé de préparation d'une masse susceptible d'être coulée et pressée et capable de se dissoudre complètement et rapide- ment dans l'eau et convenant pour la fabrication de noyaux solubles dans l'eau pour modèles en cire, caractérisé en ce que la masse est obtenue par mélange de sels inorganiques solubles dans l'eau avec des composés polymères organiques solubles dans l'eau.
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Process for the preparation of a water-soluble mass suitable for the manufacture of cores for wax models * The invention relates to a process for the preparation of a mass which dissolves completely and rapidly in water and suitable for the manufacture of cores for wax models. wax models *
Molds for investment casting are usual; obtained by making a wax model of the casting object and coating the wax model with a material resistant to the temperatures and forces existing during the casting. The mold obtained after melting the wax can be made of ceramic material, metal or synthetic material.
It is generally not easy to make wax models with complicated shaped cavities or having a larger diameter inside the model than at the surface of the model. making such a model
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a core formed from several parts which are removed one by one from the wax model. Alternatively, the core can be dropped in the wax model and remain attached to the mold * When applying TV! process the molded object usually exhibits lines of - molding.
In practice, for the manufacture of cores, therefore, water-soluble polymer compounds are used, such as polyoxyethylene and polyglycols. Cores are made from these substances, usually called soluble waxes, by pouring at high temperature into a mold, and the cores are, for example, coated in a mold with modeling wax and then dissolved out of the mold. in water. This last operation is tedious since the solubility of the waxes used for this purpose is not great and their rate of dissolution is low.
Low polymers such as polyethylene glycol with a molecular weight of 1000 or less are most suitable * The melting point of these materials is usually not more than 40 C. The temperature of the modeling wax cannot exceed a maximum of 70 ° C during the casting of the ink pattern when using such cores which otherwise lose their shape.
In practice, waxes with a higher melting point would be advantageous as modeling waxes because the wax models obtained are then mechanically more resistant.
For this purpose, however, it would be necessary to use polyglycols of higher molecular weight and higher melting point. The solubility in water and the rate of dissolution, however, decrease as the molecular weight increases, so that the process would take even longer.
The object of the invention is the preparation of a mass soluble in water suitable for the manufacture of cores which do not have the aforementioned drawbacks.
According to 1. * invention .. such a mass is obtained in giant melan of inorganic salts soluble in water with compounds
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water soluble organic polymers.
Soluble mold elements, such as cores made from such a mass, dissolve completely and quickly in water, retain their shape, have a smooth surface and are mechanically strong and therefore easy to handle.
Intimate mixing of the two constituents of the mass can be obtained, for example, by grinding them together for a certain time in a ball mill or other mixer, optionally starting from raw materials already pulverized separately.
The mass can be shaped by pressing, casting or injection into a die, the die optionally being heated beforehand for this purpose, which makes it more plastic *
It has been found that materials obtained by polycondensation of ethylene glycol or by polymerization of ethylene oxide are very suitable as water-soluble organic polymer compounds for the masses prepared according to the invention. These materials, hereinafter referred to as polyglycols, dissolve satisfactorily in water and are suitable as binders for the salt particles forming the filler.
Preferably, polyglycols having a molecular weight of the order of 10 to 104 are used. In practice, these polyglycols are found to be most suitable.
On the one hand, the higher melting point of these compounds makes it possible to cast wax models at about 100 ° C or higher and on the other hand these compounds still dissolve without forming an undesirable gel.
The salts which can be used are in principle all inorganic salts which are solid at room temperature and easily soluble in water, such as chlorides, sulphates, carbonates, phosphates, nitrates, etc.
But, preferably, alkali metal chlorides are used, for example NaCl, KCl, NH4Cl optionally as a mixture, on the one hand
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because these materials are inexpensive and on the other hand because they turn out to be particularly suitable for the preparation. tion of the masses according to the invention because of their physical and chemical properties. Indeed, the degree of hydrosoopicity of these materials is low or zero and they are not chemically aggressive, dissolve well and quickly in water and have a low positive or negative heat of dissolution.
Thus, little or no heat is given off during dissolution so that the cores do not substantially change shape and sufficient heat is not generated locally to damage the wax model by fusion. A mass containing alkali chlorides or ammonium chloride as an inorganic salt is particularly easy to press. We then obtain a perfectly smooth surface and an object of permanent shape.
It has been found that the dissolution time of a mass containing alkali chlorides is generally shorter than that of masses containing other salts, for example.
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example NaSO ,, Na2COJ 'CaC'2, etc,
The mechanical strength depends on the percentage by volume of soluble wax that the mass contains in the process according to the invention for the manufacture of cores by pressing in a die,
The most suitable masses in this regard contain 15 to 35% by volume of soluble wax.
It has been found that such a mass according to the invention can
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Are worked in a particularly favorable way by pressing in a die. It turned out that the mechanical resistance of objects is more or less directly proportional to the pressure exerted and that for pressures greater than about 1200 kg / cm 2 the pressure exerted has very little effect on the speed. of dissolution. Pressures greater than about 1800 kg / cm 2 cause drawbacks and it has turned out that it is then no longer very easy to remove the molded objects from the die without damaging them.
Cores shaped from a mass prepared following
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is worth the invention retaining their foras long enough at temperatures above 40 C and more than the melting temperature of the soluble wax incorporated in the mass, which allows the use of modeling wax at higher temperatures * It is possible thus obtaining wax models which are mechanically stronger than those which were previously possible to form using water-soluble cores. With the aid of these wax models, molds free of internal molding lines can be obtained by known methods. The objects obtained with the aid of these molds require no or substantially no finishing of the cavities which they comprise.
This constitutes an important technical advance on a process in which the cores have to be formed from several pieces.
The process according to the invention will be described below with reference to the accompanying drawings and to the examples of execution.
The figures show in cross-section various objects in modeling wax and metal, as well as the molds used to obtain them.
Fig. 1 shows a hollow cylindrical metal object; FIG. 2 represents an annular core produced using a mass prepared according to the invention; Fig. 3 represents an ink matrix comprising a core according to FIG. 2;
Fig. 4 represents a core wax model obtained using the wax matrix according to Fig. 3;
Fig. 5 shows the same wax modulus as in FIG. 4 but without nucleus;
Fig. 6 represents a mold obtained starting from the wax model of FIG. 5.
Fig. 1 shows a metal cylinder 1 seen in section and internally comprising a specially shaped cavity 2 and which can be obtained advantageously by precision molding using a ring 3 (Fig. 2) shaped by pressing a mass. prepared
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according -l'invention .. The-ring 3 shaped by pressing a soluble mixture of wax and salt is threaded for this purpose on a bar 4 (Fig. 3) made of any material, for example metal , which allows good heat dissipation. The assembly is introduced into the wax matrix 5 (shown in section) as shown in the figure.
The die can be filled through the pouring orifice 6 with molten modeling wax, optionally under pressure, for example using an extrusion apparatus (not shown). After cooling and separation of the die elements
5A and 5B and bar 4, we obtain the wax model 7, in which the core 2 of soluble wax and salt is still present. After removing this core we obtain the wax model 7 including the cavity 2 , as shown in section on Fig 5. The wax model 7 is completed and provided with a pouring funnel 8 (Fig.6) and the assembly is coated in a known manner with a ceramic material.
After melting the wax, a mold is obtained, an example of which is shown in FIG. 6. The mold 9, the shape of which corresponds to that of the wax model 9, is formed of a ceramic material 10. The assembly can be reinforced by being placed in a container, for example made of metal. After filling the mold 9, for example with a metal, and removing the ceramic material and the pouring jet, the shape of which corresponds to the pouring funnel 8, a metal cylinder 1 is obtained, as shown in FIG. Freeze 1.
EXAMPLES.
1. 29 parts by volume of a soluble wax (polyethylene glycol having an average molecular weight of
6000 to 7500, sold under the name Polywax 6000) with 71 parts by volume of common salt (NaCl) by grinding the sprayed substances together for 1 hour in a ball mill *
The resulting mass is used to press rings under a pressure of 1400 kg / cm2 in a mold (see Fig. 2). The dimensions of these rings are: internal diameter 36.5 mm, external diameter 50.9 mm, thickness in internal section 15.6 mm.
Such a ring dissolves, leaving no residue, within 30 minutes in
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running water. A similar ring prepared in the same way from polyethylene glycol alone requires more than 1 hour to dissolve under the same conditions. @
If the percentage by volume of wax in the mass is increased to 35%, the dissolution time reaches 40 minutes. For a percentage of 16.6%, the dissolution time is also @ 30 minutes. To establish a comparison, the resistance of the rings by compression is measured (see Fig, 2, direction of arrows).
The breaking force is in this case 11.2 kg for 29% by volume of wax, 10.6 kg for 35% by volume of wax and 9 kg for 16.6% by volume of wax.
2. Equal or better results are obtained by replacing NaCl with KCl or NH4Cl. Thus, for KCl, at 16.6% by volume of wax the breaking force is 13 kg and the dissolution time of 35 minutes and at 20% by volume of wax the breaking force is 12.2 kg and the dissolution time also 35 minutes.
For NH4Cl, the breaking strength is 11.2 kg at both 33.3% and 25% by volume wax, and the dissolution times are 35 and 31 minutes, respectively.
3. Similar results are obtained using another polyethylene glycol having an average molecular weight of 5000 to 7500.
For 25% by volume of wax, the breaking force and the dissolution time are 14.2 kg and 30 minutes respectively if NaCl is used and 11.2 kg and 34 minutes if using of KC1.
4. The effect of the pressure exerted during the manufacture of the articles from the masses described is shown in Table I.
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UBL1 \ I, Q 1,
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NaCl # olytylne Klvool 6000. ea Exerted pressure Breaking force Duration of disso-, .... M ... ### .. ¯., #,, neQ ,, fcg #,. ,,, #, ,,, MP ... mîm peaaarque | i
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<tb> 1200 <SEP> 8.0 <SEP> 23
<tb>
<tb> 1400 <SEP> 9.2 <SEP> 22
<tb>
<tb> 1600 <SEP> 10.2 <SEP> 22
<tb>
EMI8.4
1800 11.4 25 the object is
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<tb> difficult <SEP> to
<tb>
<tb> extract <SEP> from
<tb>
<tb> mold
<tb>
5 A number of bars prepared as in Example 1 (28.5% by volume of polyethylene glycol, melting point 58-63 C) are immersed in modeling wax melted at about 100 C After cooling and dissolution of soluble masses,
the cavity in the modeling wax is perfectly smooth and precise-
CLAIMS.
EMI8.6
- .. -..---. ¯ -------..-----------
1.- Process for the preparation of a mass capable of being cast and squeezed and capable of dissolving completely and rapidly in water and suitable for the manufacture of water-soluble cores for wax models, characterized in what the mass is obtained by mixing inorganic salts soluble in water with organic polymer compounds soluble in water.