Sable de moulage contenant du zircon
<EMI ID=1.1>
<EMI ID=2.1>
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de la quantité de zircon dans le sable de moulage, 8 'accroît également la stabilité thermique. Le sable de moulage contenant du zircon est largement utilisé à titre de constituant principal de noyaux et
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parce qu'il peut être lié et travaillé de la même manière que les sables à base de silice, qu'il possède une stabilité thermique élevée et qu'il engendre des pièces de fonderie en finis superficiels améliorée par rapport à ceux obtenus avec des sables à base
de silice. Les noyaux et moules en carapace à base de <EMI ID=5.1>
résistance suffisante pour contenir le métal fondu
<EMI ID=6.1>
de liant résineux doit être présente pour quo la carapace à base de résine conserve sont intégrité structurale au cours du processus de solidification.
<EMI ID=7.1>
poids de résine constituent le minimum nécessaire
<EMI ID=8.1>
Cependant, aux quantités de résine suffisamment élevées pour assurer l'intégrité structurale du moule, des défauts peuvent apparaître, provoqués par la décomposition de la résine. Ces "défauts gazeux"
sont provoqués par la pénétration de produits de décomposition gazeux dans le métal fondu ou en cours de solidification et entraînent la formation de
trous d'épingle et de marques sur l'article en métal moulé obtenu. Au surplus, étant donné que le moule doit s'affaisser après la solidification, des quantités élevées de résine peuvent au moins partiellement empêcher l'affaissement du moule et entraîner des problèmes de démoulage.
La présente invention a pour objet un procédé
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zircon qui engendre des moules à base de résine contenant le sable traité d'une résistance exceptionnellement élevée pour une faible charge de résine.
La présente invention a plus particulièrement
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contenant du zircon, caractérisé en ce que (1) on met le sable contenant le zircon intimement en contact avec une solution aqueuse contenant au moins <EMI ID=11.1> de métal alcalin par litre et en ce que (2) on isole le sable contenant le zircon de la solution aqueuse.
<EMI ID=12.1>
<EMI ID=13.1>
<EMI ID=14.1>
et engendre alors des moules à base de résine possédant
<EMI ID=15.1> moules contenant du sable au zircon qui n'a pas été traité par un silicate de métal alcalin conformément à la présente invention.
Le sable contenant du zircon, qui : convient à. la mise en oeuvre de la présente invention, est
<EMI ID=16.1>
silicate de zirconium, sur base du poids du sable
et de 0% à 85% en poids d'au moins un composé choisi parmi le silicate d'aluminium, le silicate de fer,
le silicate de titane et le bioxyde de silicium, c'est-à-dire la silice, sur base du poids du sable.
Le sable contenant le zircon peut être un sable minéral naturel ou un mélange de sables minéraux. Le zircon lui-même est un sable minéral naturel disponible dans le commerce constitué essentiellement de silicate de zirconium et de quantités mineures de silice libre, par exemple moins de 2% en poids de silice, et, couramment moins de 0�596 en poids de silice, ces
<EMI ID=17.1>
autre sable de moulage contenant du zircon disponible dans le commerce est composé principalement de zircon et de silicates d'aluminium contenant moins de 20% en poids de silicate de fer, de silicate de titane et de.silice libre.
Le sable de moulage contenant le zircon préparé conformément à la présente invention est supposé
être essentiellement constitué de sable contenant
du zircon particulaire et de 0,006% à 0,2% en poids d'un silicate de métal alcalin. Le silicate de sodium est le siliate que l'on préfère pour des raisons de disponibilité et de coupe. On suppose que le silicate de métal"alcalin est présent sous la forme d'un enrobage sur les particules de silicate de zirconium. L'enrobage peut être continu et peut être constitué
de particules de silicate de métal alcalin en association séparée avec la surface des particules de sable.
Le sable de moulage contenant le zircon est traité par mise en contact intime du sable contenant
le zircon avec une solution de silicate de métal:, alcalin. Le contact intime peut commodément s'obtenir en agitant une suspension du sable contenant le zircon et de silicate de métal''alcalin aqueux. La température à laquelle le contact s'effectue n'est pas particulièrement critique et on peut utiliser n'importe quelle température à laquelle la solution aqueuse est fluide mais, pour des raisons de commodité, on préfère travailler à la température ambiante.
Pour s'assurer qu'une quantité suffisante de silicate de métal alcalin entre en contact avec sensiblement toute la surface des particules de silicate de zirconium, la solution aqueuse doit contenir au moins 0,1 g de silicate de métal alcalin par litre
et il faùt utiliser suffisamment de solution pour mouiller toutes les surfaces du sable. La limite supérieure de la concentration en silicate de métal alcalin est la limite de la solubilité du silicate de métal alcalin particulier choisi. Pour obtenir la meilleure combinaison d'économie et de traitement superficiel adéquat, on préfère employer une concentration en silicate de métal alcalin de 0,4 à 6,0 g/litre.
La durée de la mise en contact dépend principalement de la concentration de la solution aqueuse
de silicate de métal alcalin, c'est-à-dire que moins élevée est la concentration en silicate de métal alcalin de la solution aqueuse, plus élevée sera la durée-de contact nécessaire. Lorsque la solution aqueuse se trouve à la concentration la moins élevée recommandée, c'est-à-dire 0,1 g de silicate de métal alcalin par litre, plusieurs heures sont habituellement nécessaires pour obtenir un traitement superficiel adéquat, tandis qu'aux concentrations les plus élevées, moins de 5 minutes suffisent habituellement, en supposant une agitation modérée à la température ambiante. Lors de l'emploi de la gamme des concentrations préférées de 0,4 g à 6,0 g de silicate de métal alcalin/litre,
30 minutes d'agitation modérée, comme une agitation <EMI ID=18.1>
Cependant, dans chaque cas, le câble contenant lo
<EMI ID=19.1>
<EMI ID=20.1>
<EMI ID=21.1>
tion .
<EMI ID=22.1>
conforme à la présente invention peut être utilisé pour former des noyaux ou moules en carapace à base
de Haine de la Berne manière que celle courra ment
mise en oeuvre lors de l'emploi de sable de ailice
et de sable-de zircon classique. Le procédé de prépa-
<EMI ID=23.1>
bien connu des spécialistes de la technique et est décrit en détail dans le chapitre 21, aux pages 207-232 <EMI ID=24.1>
mélangés en manière telle que les particules de sable soient enrobées, afin d'éviter la poussière et do former un moule plus uniforme. Un procédé courant
<EMI ID=25.1>
<EMI ID=26.1>
résine.
Lea résines de loin les plus courantes utilisées pour la fabrication de carapaces de moulage à base
<EMI ID=27.1>
Ces résines sont connues nous l'appellation de résines
<EMI ID=28.1>
étant mises en oeuvre pour les préparer. D'abord, on prépare une résine phénolique, appelée novolaque.
<EMI ID=29.1>
pas de chauffage externe pour durcir; cependant,
le sable enrobé de furanne monomère ne peut pas être conservé sana qu'un durcissement se produise..En général, un sable de moulage oontenant du zircon enrobé de résine est essentiellement constitué de
<EMI ID=30.1>
du zircon, sur base du poids du sable de moulage contenant du zircon enrobé de rénine et de 0,5% à 5% en poids de résine, sur base du poids du sable de moulage <EMI ID=31.1>
que le moule fabriqué avec du sable contenant du zircon classique*
<EMI ID=32.1>
nullement & une quelconque théorie particulière de fonctionnement, la demanderesse suppose que la réale-
<EMI ID=33.1>
du zircon et d'une résine phénolique est fonction de
<EMI ID=34.1>
Ces impuretés superficielles peuvent gêner la formation d'une puissante liaison résine à sable et, par conséquent, abaisser la résistance du moule. Les impuretés superficielles couramment trouvées dans
le sable contenant du zircon, sont principalement de type acide, comme des ions dihydrogénophosphate.
Bien qu'il semble que des impuretés acides puissent être enlevées par lavage du zircon avec une base, on a constaté que le lavage du sable de zircon avec de l'hydroxyde de sodium en solution aqueuse à
un pH supérieur à 12, détruisait les performances,
par exemple la résistance à la traction, du sable.
Le lavage du sable contenant du zircon avec une
solution aqueuse tampon de carbonaté de potassium et
de borate de potassium à un pH de 10, avec de l'hydroxyde de sodium en solution aqueuse à un pH de 10, ou avec
de l'oxyde de calcium en solution aqueuse à un pH de
<EMI ID=35.1>
être inefficace pour enlever les impuretés acides, comme on a pu le mettre en évidence par l'absence sensible d'accroissement de la résistance mécanique
du moule à base de résine par rapport à celui obtenu à l'aide de sable non lavé. Au contraire, les solutions de silicate de métal alcalin employées conformément à la présente invention, qui possèdent également un pH
d'environ 10, donnent un sable contenant du zircon traité au silicate de métal alcalin qui confère une résistance étonnament supérieure aux moules à base
<EMI ID=36.1> <EMI ID=37.1>
présente invention sans pour autant la limiter.
Exemple 1
On a préparé une solution aqueuse contenant
1,4 g/litre de silicate de sodium en ajoutant 5 g
d'une solution de silicate de sodium disponible dans
le commerce contenant 28% en poids de silicate de
sodium, à un litre d'eau. On a ajouté 500 g de sable
de zircon de Floride à 1 litre de la solution aqueuse
de silicate de sodium préalablement préparée. On a
agité la suspension aqueuse ainsi obtenue de sable de zircon pendant une période de 30 minutes. On a séparé
le sable de zircon traité au silicate de la suspension
par filtration, on l'a lavé à l'eau et séché.
Pour déterminer la résistance à la traction,
on a broyé dans un mortier et à l'aide d'un pilon,
500 g du sable de zircon traité au silicate de sodium
avec 15, 1 g de résine novolaque disponible dans le commerce (phénolique) et 2,54 g d'un accélérateur constitué de 75% en poids d'hexaméthylène tétramine
et de 25%.en poids de stéarate de calcium. On a pour- .
suivi le broyage jusqu'à l'obtention d'un mélange <EMI ID=38.1> l'utilisation poursuivie du mortier et du pilon, on a utilisé une spatule de métal pour exposer une quantité encore supérieure d'aire superficielle en recoupant de manière répétée la masse pâteuse. Ceci a permis l'évaporation du solvant contenant le liant. Une fois que le mélange de sable et de liant a commencé à sécher, on a de nouveau Utilisé le mortier et le pilon pour broyer le sable jusqu'à ce qu'il passât à travers un tamis de 60 mesh (tamis américains).
On a placé le sable enrobé dans une matrice d'acier destinée à produire une éprouvette sous la forme d'un os pour chien d'une section transversale
de 2,54 cm x 0,63 cm. On a tassé le sable enrobé
dans la matrice en utilisant une plaque de métal pour recouvrir le sable enrobé et en frappant modérément mais fermement cette plaque de métal à l'aide d'un marteau. Ce procédé a permis d'obtenir une éprouvette de sable enrobé pesant environ 46 g. On a placé la matrice sur une plaque chaude à 225[deg.]C pendant 7 minutes, afin de préchauffer la matrice et l'éprouvette..On a ensuite introduit la matrice et 1'éprouvette dans.un four, chauffé à 335[deg.]C, pendant 11 minutes, afin de finalement durcir l'éprouvette. On a refroidi l'éprouvette durcie et la matrice à l'aide d'air, après quoi on a sorti l'éprouvette durcie de la matrice et on l'a limée de manière à éliminer les bords rugueux éventuellement présents. L'éprouvette durcie contenait environ 3,5% en poids de résine de phénol-formaldéhyde, sur base du poids du sable de zircon traité au silicate.
On a testé l'éprouvette durcie quant à sa résistance à la traction en l'introduisant dans un gabarit prévu pour s'adapter à l'éprouvette en question. On a ensuite étiré l'éprouvette en direction longitudinale jusqu'à sa rupture, en se servant d'un appareil d'essai de résistance à la traction Instron, Modèle TTC. On a constaté que la résistance à la traction moyenne était de 39,2 kg/cm2, sur base de la résistance à la traction d'éprouvettes préparées de manière identique.
Exemple 1a
<EMI ID=39.1>
exemple 1, sauf que la solution aqueuse de silicate de sodium contenait 2,8 g de silicate de sodium par litre et que l'on n'a pas lavé le sable de zircon traité au silicate avant de procéder à son séchage.
La résistance à la traction moyenne était de
71,4 kg/cm2.
Témoin 1
<EMI ID=40.1>
exemple 1, sauf que l'on n'a pas mis le sable de zircon de Flôride en suspension dans la solutinn aqueuse de silicate de sodium avant de procéder à son enrobage par la résine.
La résistance à la traction moyenne trouvée était de 29,3 kg/cm2.
<EMI ID=41.1>
<EMI ID=42.1>
<EMI ID=43.1>
<EMI ID=44.1>
enrobage par la résina.
La résistance à la traction moyenne trouvée
<EMI ID=45.1>
Exemple :3
<EMI ID=46.1>
exemple 2, sauf que les quantités de résine et d' accélérateur étaient réduites de moitié, si bien que l'éprouvette contenait 1,76% en poids de résine, sur base du poids du sable de zircone traité au silicate.
La résistance à la traction moyenne trouvée était de 24,5 kg/cm2.
<EMI ID=47.1>
<EMI ID=48.1>
<EMI ID=49.1>
sio 2�
On a constaté que la résistance àla traction moyenne était de 36,4 kg/cm2.
Témoin 4
On a répété le mode opératoire décrit à <EMI ID=50.1>
<EMI ID=51.1>
<EMI ID=52.1>
<EMI ID=53.1>
<EMI ID=54.1>
Témoin 5
<EMI ID=55.1>
exemple 5, sauf que l'on n'a pas mis le sable de zircon de Floride en suspension dans la solution aqueuse de silicate de sodium avant de procéder à son enrobage par la résine.de furanne.
La résistance à la traction moyenne obtenue était de 36,4 kg/cm2.
<EMI ID=56.1>
<EMI ID=57.1>
sur base du poids du sabla.
3. Procédé de préparation d'uno composition
Molding sand containing zircon
<EMI ID = 1.1>
<EMI ID = 2.1>
<EMI ID = 3.1>
of the amount of zircon in the casting sand, 8 'also increases thermal stability. Zircon-containing molding sand is widely used as the main constituent of cores and
<EMI ID = 4.1>
because it can be bonded and worked in the same way as silica-based sands, has high thermal stability and results in castings with improved surface finishes compared to those obtained with sands based
silica. Kernels and shell molds made from <EMI ID = 5.1>
sufficient strength to contain molten metal
<EMI ID = 6.1>
of resinous binder must be present so that the resin-based shell maintains its structural integrity during the solidification process.
<EMI ID = 7.1>
resin weight is the minimum required
<EMI ID = 8.1>
However, at amounts of resin high enough to ensure the structural integrity of the mold, defects may appear, caused by decomposition of the resin. These "gaseous defects"
are caused by the penetration of gaseous decomposition products into the molten or solidifying metal and lead to the formation of
pinholes and marks on the resulting cast metal article. Additionally, since the mold must collapse after solidification, high amounts of resin can at least partially prevent the mold from collapsing and cause release problems.
The present invention relates to a method
<EMI ID = 9.1>
zircon which generates resin-based molds containing the treated sand of exceptionally high strength at low resin load.
The present invention has more particularly
<EMI ID = 10.1>
containing zircon, characterized in that (1) the sand containing the zircon is placed intimately in contact with an aqueous solution containing at least <EMI ID = 11.1> of alkali metal per liter and in that (2) the sand is isolated containing zircon from the aqueous solution.
<EMI ID = 12.1>
<EMI ID = 13.1>
<EMI ID = 14.1>
and then generates resin-based molds having
<EMI ID = 15.1> molds containing zircon sand which has not been treated with an alkali metal silicate in accordance with the present invention.
Sand containing zircon, which: is suitable for. the implementation of the present invention is
<EMI ID = 16.1>
zirconium silicate, based on the weight of the sand
and from 0% to 85% by weight of at least one compound chosen from aluminum silicate, iron silicate,
titanium silicate and silicon dioxide, i.e. silica, based on the weight of the sand.
The sand containing the zircon can be a natural mineral sand or a mixture of mineral sands. Zircon itself is a commercially available natural mineral sand consisting primarily of zirconium silicate and minor amounts of free silica, for example less than 2% by weight silica, and, commonly less than 0-533; 596 in. silica weight, these
<EMI ID = 17.1>
other commercially available zircon-containing molding sand is composed primarily of zircon and aluminum silicates containing less than 20% by weight of iron silicate, titanium silicate and free silica.
The molding sand containing the zircon prepared in accordance with the present invention is assumed
consist essentially of sand containing
particulate zircon and 0.006% to 0.2% by weight of an alkali metal silicate. Sodium silicate is the preferred silate for availability and cutting reasons. It is believed that the alkali metal silicate is present as a coating on the zirconium silicate particles. The coating may be continuous and may consist of
alkali metal silicate particles in separate association with the surface of the sand particles.
The molding sand containing the zircon is treated by bringing the sand containing
zircon with a solution of metal silicate :, alkali. Intimate contact can conveniently be obtained by agitating a suspension of the sand containing the zircon and aqueous alkali metal silicate. The temperature at which contact takes place is not particularly critical and any temperature at which the aqueous solution is fluid can be used, but for convenience it is preferred to operate at room temperature.
To ensure that a sufficient amount of alkali metal silicate contacts substantially the entire surface of the zirconium silicate particles, the aqueous solution should contain at least 0.1 g of alkali metal silicate per liter.
and enough solution should be used to wet all sand surfaces. The upper limit of the alkali metal silicate concentration is the limit of the solubility of the particular alkali metal silicate selected. To obtain the best combination of economy and adequate surface treatment, it is preferred to employ an alkali metal silicate concentration of 0.4 to 6.0 g / liter.
The duration of the contact depends mainly on the concentration of the aqueous solution
of alkali metal silicate, i.e. the lower the concentration of alkali metal silicate in the aqueous solution, the higher the contact time required. When the aqueous solution is at the lowest recommended concentration, i.e. 0.1 g of alkali metal silicate per liter, it usually takes several hours to achieve adequate surface treatment, while at concentrations higher, less than 5 minutes is usually sufficient, assuming moderate agitation at room temperature. When using the preferred concentration range of 0.4 g to 6.0 g of alkali metal silicate / liter,
30 minutes of moderate agitation, such as shaking <EMI ID = 18.1>
However, in each case the cable containing lo
<EMI ID = 19.1>
<EMI ID = 20.1>
<EMI ID = 21.1>
tion.
<EMI ID = 22.1>
according to the present invention can be used to form cores or shell molds based on
de Haine de la Berne in a way that
application when using garlic sand
and classic sand-zircon. The preparation process
<EMI ID = 23.1>
well known to those skilled in the art and is described in detail in Chapter 21, on pages 207-232 <EMI ID = 24.1>
mixed in such a way that the sand particles are coated, in order to avoid dust and to form a more uniform mold. A common process
<EMI ID = 25.1>
<EMI ID = 26.1>
resin.
By far the most common resins used in the manufacture of mold-based shells
<EMI ID = 27.1>
These resins are known to us as resins
<EMI ID = 28.1>
being implemented to prepare them. First, we prepare a phenolic resin, called a novolac.
<EMI ID = 29.1>
no external heating to harden; however,
monomeric furan coated sand cannot be stored without hardening. In general, a molding sand containing resin coated zircon is essentially made of
<EMI ID = 30.1>
zircon, based on the weight of the molding sand containing zircon coated with renin and 0.5% to 5% by weight resin, based on the weight of the molding sand <EMI ID = 31.1>
than the mold made with sand containing classic zircon *
<EMI ID = 32.1>
not at all & any particular theory of operation, the applicant assumes that the real
<EMI ID = 33.1>
zircon and a phenolic resin is a function of
<EMI ID = 34.1>
These surface impurities can interfere with the formation of a strong resin-to-sand bond and, therefore, lower the strength of the mold. Surface impurities commonly found in
sand containing zircon, are mainly acidic type, such as dihydrogen phosphate ions.
Although it appears that acidic impurities can be removed by washing the zircon with a base, it has been found that washing the zircon sand with sodium hydroxide in aqueous solution at
a pH greater than 12 destroyed performance,
eg tensile strength, sand.
Washing the sand containing zircon with a
aqueous buffer solution of potassium carbonate and
of potassium borate at a pH of 10, with sodium hydroxide in aqueous solution at a pH of 10, or with
calcium oxide in aqueous solution at a pH of
<EMI ID = 35.1>
be ineffective in removing acid impurities, as evidenced by the noticeable absence of increased mechanical strength
of the resin-based mold compared to that obtained using unwashed sand. In contrast, the alkali metal silicate solutions employed in accordance with the present invention, which also have a pH of
of about 10, gives a sand containing alkali metal silicate treated zircon which gives surprisingly superior strength to molds based on
<EMI ID = 36.1> <EMI ID = 37.1>
present invention without limiting it.
Example 1
An aqueous solution was prepared containing
1.4 g / liter of sodium silicate, adding 5 g
of a sodium silicate solution available in
commercially available containing 28% by weight of silicate
sodium, to one liter of water. 500 g of sand were added
Florida zircon in 1 liter of the aqueous solution
of sodium silicate prepared beforehand. We have
the resulting aqueous suspension of zircon sand was stirred for a period of 30 minutes. We separated
the silicate-treated zircon sand of the suspension
by filtration it was washed with water and dried.
To determine the tensile strength,
we ground in a mortar and with a pestle,
500 g of sodium silicate treated zircon sand
with 15.1 g of commercially available novolak resin (phenolic) and 2.54 g of an accelerator consisting of 75% by weight of hexamethylene tetramine
and 25% by weight of calcium stearate. We have for-.
Following the grinding until obtaining a mixture <EMI ID = 38.1> With continued use of the mortar and pestle, a metal spatula was used to expose an even greater quantity of surface area by cutting back repeated pasty mass. This allowed the evaporation of the solvent containing the binder. Once the sand and binder mixture began to dry, the mortar and pestle was again used to crush the sand until it passed through a 60 mesh screen (American sieve).
The coated sand was placed in a steel die to produce a test piece in the form of a dog bone of cross section.
2.54 cm x 0.63 cm. We have packed the coated sand
into the die using a metal plate to cover the coated sand and moderately but firmly hitting this metal plate with a hammer. This process made it possible to obtain a test piece of coated sand weighing approximately 46 g. The die was placed on a hot plate at 225 [deg.] C for 7 minutes, in order to preheat the die and the test tube. The die and the test tube were then placed in an oven, heated to 335 [ deg.] C, for 11 minutes, in order to finally harden the test piece. The cured specimen and die were cooled with air, after which the cured specimen was removed from the die and filed down to remove any rough edges that were present. The cured specimen contained about 3.5% by weight of phenol-formaldehyde resin, based on the weight of the silicate treated zircon sand.
The hardened specimen was tested for tensile strength by inserting it into a jig provided to fit the specimen in question. The specimen was then stretched in the longitudinal direction until it broke, using an Instron tensile strength tester, Model TTC. The average tensile strength was found to be 39.2 kg / cm2, based on the tensile strength of identically prepared specimens.
Example 1a
<EMI ID = 39.1>
Example 1, except that the aqueous sodium silicate solution contained 2.8 g of sodium silicate per liter and that the silicate-treated zircon sand was not washed before drying.
The average tensile strength was
71.4 kg / cm2.
Witness 1
<EMI ID = 40.1>
Example 1, except that the zircon sand of Flôride was not suspended in the aqueous solution of sodium silicate before proceeding to its coating with the resin.
The average tensile strength found was 29.3 kg / cm2.
<EMI ID = 41.1>
<EMI ID = 42.1>
<EMI ID = 43.1>
<EMI ID = 44.1>
coating with resin.
The average tensile strength found
<EMI ID = 45.1>
Example: 3
<EMI ID = 46.1>
Example 2 except that the amounts of resin and accelerator were halved so that the test piece contained 1.76% by weight resin, based on the weight of the silicate treated zirconia sand.
The average tensile strength found was 24.5 kg / cm2.
<EMI ID = 47.1>
<EMI ID = 48.1>
<EMI ID = 49.1>
sio 2 �
The average tensile strength was found to be 36.4 kg / cm2.
Witness 4
The procedure described at <EMI ID = 50.1> was repeated
<EMI ID = 51.1>
<EMI ID = 52.1>
<EMI ID = 53.1>
<EMI ID = 54.1>
Witness 5
<EMI ID = 55.1>
Example 5, except that the Florida zircon sand was not suspended in the aqueous solution of sodium silicate before proceeding to its coating with the furan resin.
The average tensile strength obtained was 36.4 kg / cm2.
<EMI ID = 56.1>
<EMI ID = 57.1>
based on the weight of the sabla.
3. Process for preparing a composition