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Perfectionnemants à des particules de sable revêtues et à leur procédé de revêtement.
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La présente invention se rapporte à des perfectionnements dans la production de sable revêtu au préalable de résine et particuliè- rement adapté à l'utilisation dans le procédé de "moulage en coquille**.
5 L'invention se rapporte plus particulièrement à un procédé perfectionné pour obtenir des particules de sable stables à la conservation et s'écoulant sensiblement librement., procédé qui consiste à recouvrir chaque grain de sable d'un revêtement enve- lopant non collant et solide, constitué par une composition o résineuse phénolique virtuellement thermodurcissable et d'une couche extérieure d'un produit onctueux sol ide et non collant tel qu'une cire naturelle ou synthétique, ou un produit de caractère cireux; l'invention se rapporte également aux propriétés nouvelles, à l'utilité et aux avantages sente le produit obtenu grâce 5 à l'invention.
Le procédé antérieurement connu de "moulage en coquill" pour obtenir des parties de moule en sable en vue de moulage des métaux, consistait en général à utiliser un mélange essentiellement sec de sable et de résine pulvérisée et, si nécessaire, d'agents ) pulvérisés de durcissement et d'accélération pour la lésina et à dépo- ser un mélange de ce genre sur la surface d'un modèle métallique chauffé recouvert d'un agent lubrifiant ou de démoulage tel qu'une résine à base de silicone. En général, on met en oeuvre ce procédé en plaçant le mélange sec précité dans le fond d'un châssis monté sur un pivot ou d'un autre appareil dont la partie supéri.eure est obturée par le modèle métallique.
Après avoir préchauffé le modèle par exemple à 204-260 C, on renverse le châssis de manière que le mélange sable-résine tombe sur le modèle et, en moins d'une minute, cette résine fond, et s'agglomère en formant une croûte d' un seul tenant d'environ 3,17 à 12,7mm d'épaisseur.
On retire ensuite le mélange sable-résine en excès, qui n'a pas été atteint par une quantité suffisante de chaleur pour faire fondre la résine, pour utiliser ultérieurement ce mélange, et on soumet la coquille ou croûte préliminaire se trouvant sur le modèle à un nouveau chauffage, par exemple, dans un four, pour faire durcir la résine et lui donner l'état durci par la chaleur ou infusible. on sépare ensuite le mélange sable-résine du modèle sous la forme d'une coquille de moule rigide qui est prête à l'utilisation pour le moulage des métaux.
Contrairement au procédé précité dans lequel on utilisait des
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mélanges secs sable-résine, on peut obtenir dans la technique actuelle des grains de sable stables à la conservation,et s'écou- lant librement, dont chacun est entouré d'un revêtement solide non collant d'une résine phénolique virtuellement thermodurcissa- 5 ble, pour les utiliser dans le procédé de moulage en coquille précité à la place du mélange sec sable-résine.
On évite le danger de formation de poussière d'explosion d'un mélange pulvérulent, on svite la séparation et la stratification des composants, on rend possible l'utilisation des installations habituelles de ) manutention du sable de fonderie, on réussit à produire des moules en coquille d'une qualité plus uniforme présentant des propriétés physiques améliorées et on réalise des économies en ce qui concer- ne la quantité de résine nécessaire.
La présente invention pement de réaliser un autre perfection- nement que l'on obtient en combinant avec le sable revêtu de résine, ou en l'incorporant à celui-ci, un produit onctueux qui assure de nombreux avantages à 1'invention, entre autres les suivants :
Le produit onctueux incorporé agit à la manière d'un lubri- fiant incorporé ou d'un agent de démoulage contenu dans le produit quand on applique le sable revêtu sur un modèle métallique pour la production de moules en coquille? On obtient des moules en coquilles d'une résistance meilleure et d'une plus grande densité, ce qui se traduit par une plus grande résistance à la pénétration du métal chaud et par une reproduction plus fidèle des surfaces enduites;
On réduit la tendance que présente la coquille ou croûte préliminaire à se détacher du modèle prématurément quand on ren- verse le châssis pour enlever l'excès de sable ou la tendance à se détacher de la coquille préliminaire, ou encore on réduit l'accumulation du sable chaud plastique au bord du châssis au-.dessus du modèle métallique;
On réalise encore des économies et on facilite le processus de mélange et de revêtement, par exemple d'une part on réduit de façon importante la consommation de produits en poudre pour une quantité donnée de sable que l'on traite dans un mélangeur, ou d'autre part, il est possible de traiter des quantités beaucoup plus importantes de sable avec une même consommation d'énergie, tous ces avantages étant accompagnés d'une diminution de l'apure et des pannes de l'installation mélangeuse.
Enfin, l'addition du produit onctueux'précité permet le
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revêtement du sable avec une résine thermodurcissable liquide ou avec une rsine virtuellement thermodurcissable aussi bien dans le procédé froid que dans le procède à chaud.
Cela provient du fait que le produit onctueux supprime pratiquement tout pouvoir 5 collant du sable revêtu de résine, pouvoir collant qui pourrait exister si on n'ajoutait pas le produit onctueux, étant donné que dans le procédé à froid le durcissement de la résine n'atteint pats un degré aussi élevé que celui qu'il atteint dans le procédé à chaud. c Des produits d'addition onctueux appropriés sont les cires ou des produite analogues aux cires normalement solides, telles que les cires micro-cristallines ou autres cires de paraffine; les cires synthétiques telles qu'une polyamide substituée de l'acide stéarique, connues dans le commerce sous la désignation "Acrawax 5 c"; les polyéthylènes cireux de poids moléculaires moyen; la
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méthylène bia-stéarrei.c3e:
enfin, des produits corme les stéarates de calcium, de lithium et de zinc. On peut utiliser ces produits en des quantités aussi faibles que 0,5% du poids de la résine quand il s'agit de cires dures et quand on utilise le procédé à ) chaud et jusqu'à 15% quand il s'agit de cires molles et quand on
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utilise un procédé do revêtement à froid. La quantité ajoutée est encore, jusqu'à un certain point, fonction du type de sable utilisé du type et du pourcentage de résine, mise en oeuvre et
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Ainsi, on peut utiliser des quantités plus élevées d'un produit onctueux ayant un caractère relativement mou pour obtenir une certaine
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tendance à former des "blocs" laquelle est désirable quand en manipule le sable revêtu par soufflage au ].--ci d'utiliser des châssis pour l'appliquer sur les :xx1le3 5tal.l±qpieJ afin d'obte- nir des moules en coquille. On peut -ajouter les produits onctueux durs sous formeptt3.uérulentef et ceux qui sont -,ous, sous forme ou bien de pâtes, ou bien de solutions, afin de réaliser un bon mélange et un bon revêtement, et on peut les ajouter n'importe quand pendant le mélange, tandis que la résine se trouve à fêtât liquide, cette addition se faisant de préférer-ce en plusieurs portions.
On peut par exemple ajouter tout de cuite une portion
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au début de l'opération de ttié-lange et 'me autre portion ultérieu- rement.
Les résines utilisées sont des résinas de phénolformaldéhyde virtuellement thermodurcissables ou de caractère thrcfissablfl
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La demanderesse peut utiliser ainsi des résines du type à deux phases ou type "novolak" qui sont constituespar 0,5 à 0,9 mole de formaldéhyde pour une mole de phénol et qui restent thermo- plastiques jusqu'à ce qu'elles soient combinées avec de l' aldéhyde
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5 ajoutée, par exemple avec 8 à 20% en poids d'hexaméthylènetétra- mina, après quoi la résine devient virtuellement thermodurcissa- ble et peut ultérieurement être durcie par la chaleur grâce à un chauffage.
En outre, on peut utiliser deux autres catégories de résines; l'une est une résine normalement liquide formée à partir
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D d'environ o, 5 à 0, 7;:5 ;:;vl de formaldéhyde, elle contient 70-80% de matières résineuses solides et elle peut être utilisée pour la présente invention, conjointement avec de 1lhexaraêthylèneté- tramine et avec le produit d'addition onctueux dans le procédé à chaud ou le procédé à froid, une telle résine constitue la résine ; préférée.
L'autre est une résine normalement solide formée à partir de 0,75-0,9 mole de formaldéhyde pour une mole de phénol que l'on peut utiliser de manière analogue pour l'invention, conjointement
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avec de l'hexaméthylènetétramine et le produit d'addition onctueux dans le procédé à chaud ou à froid, sauf que dans le procédé à ) froid on dissout tout d'abord cette résine solide dans un solvant,
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par exemple dans une partie égale d'éthanol.
Dans une variante, on peut utiliser dans le procédé à froid, conjointement avec le produit d'addition onctueux,, une résine de phénol-forroaldéhyde liquide en une seule phase et de caractère thero:.:c.sahle qui ne demande pas l'addition d'aucune aldéhyde, une -celle résine étant préparée à partir de proportions au moins aires avec
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de phénol et d'une aldéhyde ou tr.'3/un excès de cette dernière. En général, une quantité de 2 à 4% de résine car rapport au poids du sable est appropriée, bien que l'on puisse utiliser des quan- tités légèrement plus élevées allant par exemple jusqu'à 5% pour
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certaine sables contenant un peu d'argile aJ:>Eorb'\1te.
Dans le procédé à chaud, on ajoute la résine liquide ''Novolak" ou la résina solide tovolak., soit à l'état solide soit à l'état fondu, au sable à revêtir placé dans un dispositif mélangeot approprié, en même temps que 3.' he: *h; i rettr .ie et le produit d'addition, onctueux. On chauffe ces produits en ,utilisant un appareil comportant une chemise ,le vapeur ou en
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introduisant de l'air chaud, ou sitnplement en utilisant du sable pré- chauffé 8' une manière appropriée.
On utilise la chaleur pour faciliter la liquéfaction ou pour maintenir la résine à l'état
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liquide afin de revêtir les grains de sable et aussi pour permettre une réaction partielle de la résine avec l'hexaméthyléne- tétramine. On arrête le chauffage et on refroidit les produits en ajoutant de l'eau de refroidissement, ou bien en laissant se dissiper la chaleur du sable initialement préchauffé, quand le point de fusion de la résine répartie sur le sable a atteint au moins 80- C et jusqu'à 1020 C dans le cas d'une résine liquide, et même jusqu'à 115 C dans le cas d'une résine solide.
A ce moment, on peut dire que la résine se trouve dans un état vir- tuellement thermodurcissable, étant donné que la totalité de l'hexaméthylènetétramine, nécessaire pour le durcissement par la chaleur se produisant au cours du chauffage ultérieur, est présente. Le produit onctueux précipite en grande partie par refroidissement à partir de la résine chaude et forme une couche mince et un revêtement uniforme sur la surface résineuse.
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Dans le procédé à froid, la résine liquide à une seule phase
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ou la résine liquide "novolak" avec 1hexaméthylnetétrami.ne, ou encore la résine solide "novolak" dissoute dans un solvant con- jointement avec l'hexaméthylênetétram3.ne sont mélangées avec le 5 sable dans un appareil mélangeur approprié sans apport de chaleur.
On ajoute ensuite le produit d'addition onctueux en une ou plusieurs portions pendant l'opération de mélange. En raison de l'absence de chaleur, la résine à une seule phase ne durcit pas et il ne se produit pas avec les résines "novolak" de réaction rapide entre
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p la résine et 1lhexamêthylènetétramine, bien qu'une telle réaction puisse partiellement prendre naissance jusqu'à un degré limité.
Après plusieurs minutes de mélange, laps de temps pendant lequel on peut insuffler de l'air froid à travers l'appareil mélangeur pour faciliter l'élimination des produits volatils, la masse se trouve 5 réduite à l'état de particules individuelles s'écoulant librement, cette masse étant composée de particules de sable revêtues indivis, duellement d'une composition résineuse virtuellement thermodur- cissable entourée d'une pellicule d'un produit onctueux solide et non collant.
) Dans tous les cas, l'utilisation da/ces produits d'addition cireux ou exctueux se traduit par un accroissement de la résis-
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tance à la traction de , fl I:g/:Rit 2 ou plus, mesurée sur des briquettes nsa: li es préparées avec du sable revêtu de résine, la comparaison êtant établie avec un échantillon analogue obtenu ; avec du sable revêtu de résina qui ne contient pas le produit d'addition.
L'économie générale de la présente invention sera mieux com- prise à l'aide das exemples non limitatifs ci-après se rapportant à sa mise en oeuvre : EXEMPTAI.- On chauffe 4540 g de sable de fonderie lavé à
285-290 C et on les place dans un broyeur de laboratoire ouvert,
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modale "Sin930n" do 45 c3Z3. On ajouta ensuite 125 g d'une résine norcale4.ent liquide "no.rela. appartenant à la catégorie déjà décrite et cn procède durait cinquante secondes à un broyage du mélange. On ajoute ensuite 12 g rl' â.:a.^stïylr.eta:ramine et 2 g du produit CO;';1.1lercial "AcrsMBX C", puis on continue le broyage.
Après environ quatre minutes, le sable revêtu de résine se trouve refroidi par transfert de chaleur à travers le métal de l'appareil mélangeur et en direction de l'atmosphére jusqu'à un niveau inférieur à son point de fusion maintenant modifié, et la masse
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pâteuse commence à se diviser. Un nouveau broyage de cinq minutes divise les agglomérés de sable revêtu pour donner un produit s'écou- lant librement qui est alors prêt pour l'utilisation. Le point de fusion de la résine déposée sur le sable est de 95 C. au lieu de 5 88 C,quand on n'utilise pas de produit cireux. La résistance à la traction d'une briquette d'essai préparée avec ce sable est de
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0,358 kg/1tÇ1 , tandis qu'elle n'est que de 0,214 kg ji2 quand on n'utilise pas de cire.
EXEMPLE 2.- On place 90,7 kg de sabla siliceux lavé et séché- 10 (correspondant au tamis de 60 vailles) dans un appareil mélangeur
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du type "3eaxaley-pi.per Sl.seecul3.er" conjointement avec 1,8 kg de résine liquide "novolak" (obtenue à partir de 0,7 mole de fermal- déhyde pour une mole de phénol, et déshydratée jusqu'à une teneur
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de 7o% en matières solides) et 0,22 zig d'hexoéthylénetétranine 5 contenant 5% de talc. On mélange ces produits à la température ambiante pendant trois minutes, tout en insufflant de l'air froid à travers l'appareil mélangeur pour faciliter l'élimination des produits volatils.
A ce moment, la masse commence à se diviser et on ajoute alors 0,127 kg du produit "Acrawax C' puis on con- o tinue le broyage pendant encore deux minutes, et on décharge le produit sous forme d'un sable s'écoulant librement contenant quel- ques petits morceaux que l'on sépare par tamisage. Le point de
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fusion du r:r.e:.e3.;: dGpo::é ur 1.... sable est de 20<:"C. Des briquettes d'essai obtenues par compression sous une pression de 1,76 kg/cm2 ; présentent après durcissement de la résine une résistance à la traction de 0,253 kg/mm.2
Le produit obtenu grâce à l'utilisation des produits d'addi- tion onctueux présente un caractère amélioré d'écoulement libre et une texture soyeuse, la résine déposée sur la sable étant en- ) tourée d'une couche mince du produit onctueux.
Le broyeur lui-même marche d'une façon extrêmement régulière et douce et les surfaces intérieures de cet appareil restent propres. Les briquettes d'essai présentent une densité supérieure d'environ 13% par rapport à celle d'un essai témoin. Les moules en coquille obtenus avec le sable revêtu de résine et contenant l'enveloppe de produit onc- tueux lorsqu'on utilise un modèle à surface propre sont sensible- ment exempts. de ''partie* écaillées" et on ne constate quo très peu de bords -émoussés-, ces moules en coquille n'exigeant aucun autre produit lubrifiant ou de démoulage. Les améliorations de la résistance à la traction mentionnées ci-dessus constituent un avantage considérable.