DD224780A1

DD224780A1 - FORM MASS FOR FOUNDRY PLANTS AND CROWNS

Info

Publication number: DD224780A1
Application number: DD26417084A
Authority: DD
Inventors: Karin Both; Roland Mai; Horst Dautzenberg; Bodo Borrmeister; Friedrich Schierbaum; Rolf Stoebe
Original assignee: Giesserei Anlagenbau Und Gusse
Priority date: 1984-06-15
Filing date: 1984-06-15
Publication date: 1985-07-17

Abstract

Die Erfindung betrifft eine warmhaertbare Formmasse zur Herstellung von Giessereiformen und -kernen, insbesondere in Leichtmetallgiessereien. Ziel der Erfindung ist es, Formen und Kerne kostenguenstiger herzustellen, den Putzaufwand und den Anfall gasporoeser Gussteile zu verringern. Sie geht hierbei von der Aufgabe aus, mit geringem Bindemittelgehalt in der Formmasse hohe Form- und Kernfestigkeiten, regelbare Zerfallseigenschaften und eine geringe Gasentwicklung zu erreichen. Diese Aufgabe wird durch eine Formmasse aus einem Kondensationsharz, einem sauren Katalysator, Wasser und einem der ueblichen feuerfesten Fuellstoffe geloest, der ein enzymatisch gewonnenes, gelbildendes Staerkehydrolysenprodukt mit einem Abbaugrad von 5 bis 8Ma.-% und einer mittleren Molmasse (Mw) von 80 000 bis 200 000 bei bimodaler Molmasseverteilung zugesetzt ist.The invention relates to a heat-hardenable molding composition for the production of foundry molds and cores, in particular in light metal foundries. The aim of the invention is to produce molds and cores cost-effective to reduce the cleaning effort and the accumulation of gasporous castings. It starts from the task of achieving high molding and core strengths, controllable disintegration properties and low gas evolution with low binder content in the molding composition. This object is achieved by a molding compound comprising a condensation resin, an acidic catalyst, water and one of the usual refractory fillers containing an enzymatically derived gel-forming starch hydrolysis product having a degree of degradation of 5 to 8% by weight and an average molecular weight (Mw) of 80,000 is added to 200 000 in bimodal molecular weight distribution.

Description

Field of application of the invention

Die Erfindung betrifft eine Formmasse mit warm härtbare η Kondensationsharzen zur Herstellung von Gießformen und-kernen, die für die Fertigung von Gußteilen aus Leichtmetall, insbesondere aus Aluminium und dessen Legierungen, eingesetzt werden.The invention relates to a molding compound with thermosetting η condensation resins for the production of molds and cores, which are used for the production of castings made of light metal, in particular of aluminum and its alloys.

Characteristic of the known technical solutions

In der Gießereiindustrie werden zur Herstellung von Formen und Kernen Formmassen mit warmhärtbaren Harzen vom Typ Phenol-Formaldehyd, Harnstoff-Formaldehyd, Harnstoff-Furfuryl-Formaldehyd, Phenol-Furfuryl-Formaldehyd, Melamin-Formaidehyd oder verträgliche Zusammensetzungen solcher Harze untereinander als Bindemittel eingesetzt. Für die besonderen Anwendungsbedingungen in Leiohtmetallgießereien besteht die Forderung nach hoher Festigkeit der Formen und Kerne bei geringem Harzgehalt und gleichzeitig guter Zerfallseigenschaft der Formmassen nach dem Gießen. Bei Verwendung der genannten Harze werden diese Forderungen, vorrangig die letztgenannte, nicht oder nur teilweise erfüllt. Eine Erhöhung des Anteiles an Harnstoff- oder Melaminharzen bringt zwar eine spürbare Verbesserung der Zerfallseigenschaften der Formkörper, jedoch werden unter der Einwirkung der Gießtemperatur große Gasmengen freigesetzt, die eine Porosität im Gußstück bewirken können, wenn sie nicht schnell und vollständig abgeführt werden.In the foundry industry for the production of molds and cores molding compounds with thermosetting resins of the phenol-formaldehyde, urea-formaldehyde, urea-furfuryl-formaldehyde, phenol-furfuryl-formaldehyde, melamine-formaldehyde or compatible compositions of such resins are used among themselves as a binder. For the special conditions of use in cast iron foundries, there is a demand for high strength of the molds and cores with low resin content and at the same time good disintegration property of the molding compositions after casting. When using the resins mentioned, these requirements, primarily the latter, are not or only partially met. Although an increase in the proportion of urea or melamine resins brings a noticeable improvement in the disintegration properties of the moldings, but are released under the influence of the casting temperature large amounts of gas that can cause a porosity in the casting if they are not dissipated quickly and completely.

Besonders bei engen Kernquerschnitten besteht zusätzlich die Gefahr einer Behinderung der Gasabführung durch die Kondensation harzartiger Spaltprodukte.Especially with narrow core cross-sections, there is the additional risk of obstructing the gas removal by the condensation of resinous fission products.

Es wurde deshalb versucht, Kondensationsharze, deren Vorstufen oder Ausgangsprodukte mit Verbindungen zu kombinieren, die eine gute Zerfallsneigung und geringe Gasentwicklung gewährleisten sowie das Aushärteverhalten und die Bindefähigkeit der Ausgangsharze nicht negativ beeinflussen. Dazu wurden Phenol, Phenolderivate oder Furfurol, gegebenenfalls durch Zusatz von Aldehyden, mit Kohlenhydraten zu härtbaren Harzen umgesetzt bzw. die genannten Ausgangsharze mit Kohlenhydraten modifiziert. Hierzu gehören der in der DE-OS 1433931 beschriebene Zusatz wasserlöslicher Kohlenhydrate zu Furanharzen und die in der DE-AS 2050501 dargestellte Herstellung eines Vernetzungs- und Harzbindemittels, weiches durch Erhitzen eines reduzierenden Zuckers mit Phosphorsäure, einem mehrwertigen Phenol und Wasser als Verflüssigungsmittel gewonnen wird. Diese Harze bewirken gute Zerfallseigenschaften der mit ihnen gefertigten Formkörper und eine geringe Gasentwicklung beim Gießen. Die erreichbare Form- bzw. Kernfestigkeit liegt jedoch unter den Werten, die mit nichtmodifizierten Phenol- bzw. Furanharzen erreicht werden. Derartige Harze durchlaufen beim Abbindeprozeß eine gummieiastische Phase und sind Reaktionsträger. Die Endfestigkeit erreichen die mit ihnen hergestellten Formkörper erst durch Nachhärten an der Luft. Schließlich ist aus der DE-OS 3104763 ein Furanharzbindemittel bekanntgeworden, bei dem die üblicherweise verwendeten Streckmittel, wie Äthylenglykol oder andere aliphatische Polyole, durch Zuckeralkohole oder Hydrierungsprodukte von Stärke und/oder Zeilulosehydrolysaten ersetzt werden. Der Gesamtgehalt an Streckmittel beträgt dabei höchstens 22%. Auf diese Weise können kostengünstige Bindemittel hergestellt werden, die gegenüber den nichtmodifizierten Produkten bezüglich der Aushärte- und Festigkeitseigenschaften gleichwertig sind.Attempts have therefore been made to combine condensation resins, their precursors or starting materials with compounds which ensure a good tendency to disintegration and low evolution of gas, and do not adversely affect the curing behavior and the binding capacity of the starting resins. To this end, phenol, phenol derivatives or furfurol were reacted with carbohydrates to form curable resins, if appropriate by adding aldehydes, or the starting resins were modified with carbohydrates. These include the addition of water-soluble carbohydrates to furan resins described in DE-OS 1433931 and the preparation of a crosslinking and resin binder shown in DE-AS 2050501, which is obtained by heating a reducing sugar with phosphoric acid, a polyhydric phenol and water as a liquefying agent. These resins cause good disintegration properties of the moldings produced with them and low gas evolution during casting. The achievable shape or core strength, however, is below the values that are achieved with unmodified phenolic or furan resins. Such resins go through a rubbery elastic phase during the setting process and are reaction carriers. The final strength reaches the moldings produced with them only by post-curing in air. Finally, from DE-OS 3104763 a Furanharzbindemittel has become known, in which the commonly used extenders, such as ethylene glycol or other aliphatic polyols, are replaced by sugar alcohols or hydrogenation products of starch and / or Zeilulosehydrolysaten. The total content of extender is not more than 22%. In this way, inexpensive binders can be produced which are equivalent to the unmodified products in terms of curing and strength properties.

Verbesserte Zerfailseigenschaften von Formen und Kernen können wegen des niedrigen Anteiles an Kohlenhydraten in diesen Harzen nicht erreicht werden. Die unter Verwendung der bekannten Bindemittel hergestellten Formmassen besitzen zwar teilweise die für eine Anwendung insbesondere in Leichtmetallgießereien erforderlichen Eigenschaften, erfüllen aber nicht in befriedigendem Maße die Gesamtforderung, einerseits bei geringem Harzanteil hohe Festigkeiten zu erzielen und andererseits einen guten Zerfall der Formkörper nach dem Gießen sowie eine geringe Gasentwicklung zu gewährleisten.Improved shell and kernel decay properties can not be achieved because of the low carbohydrate content of these resins. Although the molding compositions prepared using the known binder have some of the properties required for an application especially in light metal foundries, but do not satisfy the overall requirement, on the one hand to achieve high strength with low resin content and on the other hand a good disintegration of the molding after casting and a to ensure low gas evolution.

Object of the invention

Die Erfindung bezweckt, Formen und Kerne vorrangig für die Verwendung in Leichtmetallgießereien mit geringem Bindemitteleinsatz, d.h. kostengünstiger herzustellen, den Aufwand für das Putzen der Leichtmetallgußteile und den Ausschuß infolge Gasporosität zu verringern.The invention aims to provide molds and cores primarily for use in low-binder light metal foundries, i. cheaper to manufacture, reduce the cost of cleaning the light metal castings and the Committee due to gas porosity.

Explanation of the essence of the invention

Die Erfindung geht von der Aufgabe aus, eine warmhärtbare Formmasse zu schaffen, die die Forderungen nach hohen Formund Kernfestigkeiten bei geringen Bindemittelanteilen in der Formmasse und sortimentsabhängig regelbarenThe invention is based on the task of creating a thermosetting molding composition which regulates the requirements for high molding and core strengths with low binder contents in the molding composition and the range-dependent

Zerfallseigenschaften sowie geringer Gasentwicklung unter den Bedingungen der Gießtemperaturen von Leichtmetallen gleichermaßen erfüllt.Decay properties and low gas evolution under the conditions of the casting temperatures of light metals equally met.

Gemäß der Erfindung wird die Aufgabe dadurch gelöst, daß die Formmasse neben einem üblichen Kondensationsharz oder einem Gemisch aus Kondensationsharzen und einem Katalysator ein enzymatisch gewonnenes, gelbildendes Stärkehydrolysenprodukt mit einem durch das Dextroseäquivalent ausgedrückten Abbaugrad von 5 bis 8Ma.-% und einer bimodalen Molmasseverteilung mit einer mittleren Molmasse (MJ von 80000 bis 200000, vorzugsweise von etwa 160000, enthält.According to the invention, the object is achieved in that the molding composition in addition to a conventional condensation resin or a mixture of condensation resins and a catalyst, an enzymatically derived gel-forming starch hydrolysis product having a dextrose equivalent expressed degree of degradation of 5 to 8Ma .-% and a bimodal molecular weight distribution with a average molecular weight (MJ from 80,000 to 200,000, preferably from about 160000 contains.

Die mit der erfindungsgemäßen Formmasse hergestellten Formen und Kerne besitzen überraschend hohe Kanten- und Oberflächenfestigkeit sowie Biegebruchspannung, wie auch geringe Gasentwicklung und außerordentlich gute Zerfallseigenschaften nach dem Gießen.The molds and cores produced with the molding composition according to the invention have surprisingly high edge and surface strength as well as bending stress, as well as low gas evolution and extremely good decay properties after casting.

Zur Herstellung von Formen und Kernen unter Verwendung der erfindungsgemäßen Formmasse wird das Kondensationsharz mit Wasser und dem gelbildenden Stärkehydrolysenprodukt bei Temperaturen bis 60⁰C durch Rühren in ein Gemisch überführt und dieses nach dem Abkühlen zusammen mit dem Formgrundstoff unter Zugabe des entsprechenden sauren Katalysators und gegebenenfalls einer zusätzlichen Wassermenge zur gebrauchsfähigen Formmasse aufbereitet. Das Bindemittelgemisch aus Kondensationsharz und Stärkehydrolysenprodukt kann auch bei Raumtemperatur hergestellt werden, wenn der Mischprozeß entsprechend intensiv vorgenommen wird.For the production of molds and cores using the molding composition according to the invention, the condensation resin with water and the gel-forming starch hydrolysis product at temperatures up to 60 ⁰ C transferred by stirring into a mixture and this after cooling together with the molding material with the addition of the corresponding acidic catalyst and optionally a prepared additional amount of water to the usable molding material. The binder mixture of condensation resin and starch hydrolysis product can also be prepared at room temperature, if the mixing process is carried out intensively.

Gleichermaßen ist es möglich, den für die Herstellung von Formmassen üblichen feuerfesten Grundstoff mit einem warmhärtbaren Kondensationsharz zu vermischen, anschließend diesem Gemisch das gelbildende Stärkehydroiysenprodukt und danach den mit Wasser verdünnten sauren Katalysator zuzufügen, die Mischung zur verarbeitungsfähigen Formmasse aufzubereiten, zur Herstellung von Formen und Kernen diese in ein geheiztes Formwerkzeug einzubringen und die Formmasse bei Temperaturen von mehr als 100⁰C auszuhärten.Similarly, it is possible to mix the usual for the production of molding compositions refractory base with a thermosetting condensation resin, then add the gelbildenden Stärkehydroiysenprodukt and then the water-diluted acid catalyst, this mixture to prepare the mixture for processable molding composition, for the production of molds and cores to introduce these into a heated mold and to cure the molding compound at temperatures of more than 100 ⁰ C.

In einer bevorzugten Variante besteht das Stärkehydroiysenprodukt aus 15 bis 20Ma.-% Oligosacchariden, 8 bis 12Ma.-% Amylose und Amyloseabbauprodukten sowie 55 bis 70Ma.-% verzweigtkettigen Abbauprodukten (Amylopektine).In a preferred variant, the starch hydrolysis product consists of 15 to 20% by weight of oligosaccharides, 8 to 12% by weight of amylose and amylose degradation products and 55 to 70% by weight of branched-chain degradation products (amylopectins).

Geeignete Kondensationsharze sind Harnstoff-Furfuryl-Formaldehydharze, Phenol-Furfuryl-Formaldehydharze, vorzugsweise Phenol-Formaldehydharze vom Resoltyp mit einem Molverhältnis Phenol !Formaldehyd von 1:1,3 bis 1:1,9, die mit weniger als 200Ma.-%, vorzugsweise weniger als 100Ma.-% Wasser ohne Trübung, mischbar sind.Suitable condensation resins are urea-furfuryl-formaldehyde resins, phenol-furfuryl-formaldehyde resins, preferably phenol-formaldehyde resins of the resol type with a molar ratio of phenol / formaldehyde of 1: 1.3 to 1: 1.9, containing less than 200% by mass, preferably less than 100Ma .-% water without turbidity, are miscible.

Als Katalysator eignen sich starke organische oder anorganische Säuren, vorzugsweise aromatische Sulfonsäuren.Suitable catalysts are strong organic or inorganic acids, preferably aromatic sulfonic acids.

In der erfindungsgemäßen Formmasse ist das Stärkehydroiysenprodukt in Anteilen von 20 bis 75Ma.-% und das Kondensationsharz in Anteilen von 25 bis 80Ma.-%, vorzugsweise beide Komponenten in gleichen Anteilen, enthalten. Der Gehalt an Harz und Stärkehydroiysenprodukt in der Formmasse beträgt 1 bis 2,5 Ma.-%, vorzugsweise 1,5bis2,0Ma.-%. Der Katalysatorgehalt richtet sich nach der erforderlichen Lagerfähigkeit der aufbereiteten Formmasse und der gewünschten Aushärtegeschwindigkeit der Formkörper.In the molding composition according to the invention, the starch hydrolysis product is present in proportions of from 20 to 75% by mass and the condensation resin in proportions of from 25 to 80% by mass, preferably both components in equal proportions. The content of the resin and the starch hydride product in the molding compound is 1 to 2.5 mass%, preferably 1.5 to 2.0 mass%. The catalyst content depends on the required shelf life of the prepared molding material and the desired rate of curing of the moldings.

Als besonders vorteilhaft hat sich für eine Lagerfähigkeit von 24 Stunden ein Anteii von 0,1 bis0,2Ma.-%50%iger Paratoluolsulfonsäure erwiesen.For a shelf life of 24 hours, a proportion of 0.1 to 0.2% by weight of 50% paratoluenesulphonic acid has proven particularly advantageous.

Dem Bindemittel können vor oder während der Formstoffaufbereitung zweckbestimmte Zusätze, wie Detergentien oder Haftvermittler zugesetzt werden. Die erfindungsgemäße Formmasse härtet außerordentlich schnell und erreicht sofort ihre Maximalfestigkeit. Ein weiterer Vorteil besteht darin, daß die aufbereitete Formmasse den Verarbeitungsbedingungen und sortimentsbezogenen Besonderheiten, wie Kernschwierigkeitsgrad u.a., angepaßt werden kann.Purposeful additives, such as detergents or adhesion promoters may be added to the binder before or during the molding material preparation. The molding composition according to the invention hardens extremely quickly and immediately reaches its maximum strength. A further advantage is that the processed molding material can be adapted to the processing conditions and assortment-related features, such as core difficulty level and the like.

Bis zu einem Anteil von 50 Ma.-% Stärkehydroiysenprodukt im Bindemittel sind die gefertigten Formkörper wasserfest und demzufolge ohne Minderung ihrer Gebrauchseigenschaften auch über einen längeren Zeitraum lagerfähig.Up to a proportion of 50% by weight of starch hydrolysis product in the binder, the finished molded articles are water-resistant and consequently can be stored for a prolonged period without reducing their service properties.

AusführungsbeispieiAusführungsbeispiei

Die Erfindung ist nachstehend an einem Ausführungsbeispiel näher erläutert. Es wurde eine Formmasse mit folgender Zusammensetzung hergestellt: 96,5 Ma.-% QuarzsandThe invention is explained in more detail below using an exemplary embodiment. A molding composition was prepared with the following composition: 96.5% by mass of quartz sand

0,75 Ma.-% Phenol-Formaldehyd-Resol 0,75Ma.-% gelbildendes Stärkehydroiysenprodukt 0,2 Ma.-% Paratoluolsulfonsäure (50%ig) 2,0 Ma.-% Wasser.0.75% by weight of phenol-formaldehyde resole 0.75% by weight gel-forming starch hydrolysis product 0.2% by weight paratoluene sulfonic acid (50%) 2.0% by weight water.

Dazu wurde der Fo rmg rund stoff zunächst mit der Phenolharzkomponente vermischt und anschließend das Stärkehydroiysenprodukt zugesetzt. Nach Zugabe des Katalysator-Wasser-Gemisches wurde die verarbeitungsfähige Formmasse aufbereitet. Daraus wurden mittels geheizter Formwerkzeuge bei einer Temperatur von 150⁰C und einer Härtungszeit von 60 Sekunden Prüfkörper mit den Abmessungen 22,4mm χ 22,4mm χ 170mm hergestellt. Nach Entnahme aus dem Formwerkzeug wurde eine Biegebruchspannung von 4,2MPa gemessen. Die Prüfkörper wiesen eine sehr hohe Oberflächen- und Kantenfestigkeit auf.For this purpose, the foam material was first mixed with the phenolic resin component and then the starch hydrolysis product was added. After addition of the catalyst-water mixture, the workable molding composition was prepared. From these, by means of heated molds at a temperature of 150 ⁰ C and a curing time of 60 seconds, test specimens having the dimensions 22,4MM 22,4MM χ χ 170mm prepared. After removal from the mold, a bending fracture stress of 4.2 MPa was measured. The test specimens showed a very high surface and edge strength.

Zum Vergleich wurden Formkörper aus verschiedenen Formmassen hergestellt, die anstelle des gelbildenden Stärkehydrolysenproduktes eines der üblichen Kohlenhydrate enthielten. Es wurde jeweils die Biegebruchspannung der Prüfkörper ermittelt. Die Vergleichsergebnisse sind in nachstehender Tabelle zusammengefaßt: Kohlenhydrat BiegebruchspannungFor comparison, moldings of various molding compositions were prepared which contained one of the usual carbohydrates instead of the gel-forming starch hydrolysis product. In each case, the bending stress of the test specimens was determined. The results of the comparison are summarized in the following table: carbohydrate bending stress

der Prüf körper (NPa) ' the test body (NPa) '

Maltodextrin MD-01 2,0 WeißdextrinMaltodextrin MD-01 2.0 White Dextrin

Vergleichsprodukt A 1,3Comparative product A 1.3

Vergleichsprodukt B 1,8 GelbdextrinComparative product B 1.8 yellow dextrin

VergleichsproduktA 2,8Comparative product A 2.8

Vergleichsprodukt B 2,4Comparative product B 2,4

VergleichsproduktC 2,3Comparative product C 2,3

Vergleichsprodukt D 1,7Comparative product D 1.7

Claims

Invention claims:

1. A molding composition for the production of foundry molds and cores, in particular for the casting of light metal parts, including a content of thermosetting condensation resin, carbohydrate, catalyst and water, characterized in that the carbohydrate is an enzymatically derived gel-forming starch hydrolysis product with a expressed by the dextrose equivalent Degree of degradation of 5 to 8Ma .-% and a bimodal molecular weight distribution with an average molecular weight (M _w ) of 80,000 to 200,000, preferably from about 160,000.

2. Molding composition according to item 1, characterized in that the gel-forming starch hydrolysis product from 15 to 20Ma .-% of oligosaccharides ^ 8 to 12Ma .-% of amylose and Amylose degradation products and 55 to 70Ma .-% branched-chain degradation products (amylopectins) consists.

3. Molding composition according to item 1 to 2, characterized in that the condensation resin is a phenol-formaldehyde resin of the resol type with a molar ratio of phenol to formaldehyde of 1: 1.3 to 1: 1.9.

4. Molding composition according to item 3, characterized in that the phenol-formaldehyde resin is miscible with less than 200Ma .-%, preferably less than 100 Ma .-% water without turbidity.

5. Molding composition according to items 1 to 4, characterized in that the yellowiidende starch hydrolysis product in an amount of 20 to 75 wt .-% and the phenol-formaldehyde resin in an amount of 25 to 80 wt .-%, preferably both components in equal proportions , are included.

6. Molding composition according to item 1-5, characterized in that it contains purported additives, detergents and / or adhesion promoters.

7. Molding composition according to item 1 to 6, characterized in that the total amount of thermosetting condensation resin, starch hydrolysis product and catalyst 1 to 2.5Ma .-%, preferably 1.5Ma .-%, based on the molding composition is.

8. A molding compound according to item 7, characterized in that it has a water content of 1 to 3 wt .-%, preferably 1.5-2.0 wt .-%. _