DE102004008933B4

DE102004008933B4 - Modellmaterial-compound, flüchtiges modell, kombination eines flüchtigen modells und einer das modell umhüllenden schalenform und verfahren zur herstellung einer schalenform

Info

Publication number: DE102004008933B4
Application number: DE102004008933.7A
Authority: DE
Inventors: Dane Chang; Yunwa W. Cheung; Charles F. Diehl; Joseph M. Vihtelic
Original assignee: Howmet Corp; Dow Global Technologies LLC
Current assignee: Howmet Corp; Dow Global Technologies LLC
Priority date: 2003-02-25
Filing date: 2004-02-24
Publication date: 2016-10-20
Anticipated expiration: 2024-02-25
Also published as: US20060063869A1; GB0404188D0; DE102004008933A8; JP2004255465A; GB2401868B; GB2401868A; CN100344393C; US20060052499A1; FR2852871A1; HK1071580A1; US7302992B2; FR2852871B1; CN1550272A; US7302991B2; DE102004008933A1; JP4673560B2; US20060063870A1; US20040167270A1; US7264036B2

Abstract

Ein Modellmaterial-Compound zur Herstellung eines flüchtigen Modells eines aus einem Metall oder einer Legierung zu gießenden Artikels, umfassend; A) ein im Wesentlichen statistisches Interpolymer, wobei das Interpolymer hergestellt ist durch Polymerisieren eines oder mehrerer α-Olefine mit einem oder mehreren aromatischen Vinyl- oder Vinyliden-Monomeren und B) ein Polymer mit einer mittleren relativen Molekülmasse (Molekulargewicht) (Mn) < 10000, welches von dem Interpolymer verschieden ist, wobei das Polymer ausgewählt ist aus einem Polystyrol niederer relativen Molekülmasse, klebrigmachendem Harz und Wachs, wobei das Modellmaterial-Compound in Gewichtsprozent 10 bis 95% des Interpolymers und 5 bis 60% des Polymers umfasst.

Description

BEREICH DER ERFINDUNG
Die Erfindung betrifft ein Modellmaterial-Compound zur Herstellung eines flüchtigen Modells eines aus einem Metall oder einer Legierung zu gießenden Artikels. Die Erfindung betrifft ferner ein flüchtiges Modell mit einer Gestalt eines aus einem Metall oder einer Legierung zu gießenden Artikels.
Die Erfindung betrifft ferner eine Kombination eines flüchtigen Modells mit einer Gestalt eines aus einem Metall oder einer Legierung zu gießenden Artikels und einer das Modell umhüllenden Schalenform.
Die Erfindung betrifft ferner ein Verfahren zur Herstellung einer Schalenform zum Gießen einer Nickel- und Cobalt-basierten Superlegierung.
Aus der US 5,035,275 A ist ein Verfahren zur Steuerung der Pyrolyserate und der thermischen Verkleinerung von Schaumstoffmodellen bekannt. Die Schaumstoffmodelle bestehen aus thermoplastisch ausdehnbaren Kügelchen, die mit einem wasserunlöslichen silikatischen Material, wie zum Beispiel Kalzium- oder Aluminium-Silikat beschichtet werden.
In Ilschner, B.: Werkstoffwissenschaften, ISBN 3-540-51725-1 sind Eigenschaften hochpolymerer Kunststoffe, darunter Thermoplasten, Duroplasten und Elastomere, beschrieben.
Aus der DE 24 53 584 ist ein Präzisionsgießverfahren im Allgemeinen und ein Investment-Gießverfahren im Besonderen bekannt.
Aus der DD 136 220 B1 ist ein Verfahren zur Erzielung wachsfreier keramischer Maskenformen bekannt.
Aus der JP H11-19749 A ist ein Modellmaterial für Gießverfahren mit verlorenem Schaum bekannt.
Aus der US 3,880,790 sind Wachse für das Feingießverfahren bekannt, welche substituierte Polystyrole beinhalten.
Aus der US 4,711,287 ist ein Gießverfahren bekannt, wobei ein Modell aus einem ausgedehnten Polyolefinharz verwendet wird, welches in einen Formkörper eingebettet wird und anschließend durch geschmolzenes Metall ersetzt wird.
Aus der JP S 59-78748 A ist eine synthetische Harzemulsion bekannt, welche auf ein Schaummodell aus Polystyrol aufgetragen wird, wobei die hieraus gegossene Form eine geglättete Oberfläche besitzt.
Aus der EP 0 426 372 A1 ist ein Verfahren zur Steuerung der Pyrolyserate und der Beständigkeit gegen die thermische Verkleinerung von Formen aus Kunststoffschaum bekannt.
Aus der GB 636 947 A sind Modelle für die Produktion von feuerfesten Formen und die hierfür benötigten Zusammensetzungen bekannt.
Aus der US 4,518,288 ist eine Vorrichtung zur maschinellen Bearbeitung von Wachsblöcken bekannt.
Aus der DE 692 19 378 T2 ist ein Verfahren zur Reduzierung des Versagens der Keramikhüllengussform aufgrund des Zerbrechens durch die Ausdehnung des Musters während des Ausschmelzens und Ausbrennens des Musters und des Brennens der Gussform bekannt.
Aus der US 6,524,702 B1 ist ein elektrisch leitendes Bauteil bekannt, umfassend mindestens ein elektrisch leitendes Substrat und mindestens eine Interpolymerschicht, wobei die Interpolymerschicht mindestens ein im Wesentlichen zufälliges Interpolymer enthält, und wobei das im Wesentlichen zufällige Interpolymer Polymereinheiten umfasst, welche von mindestens einem aromatischen Monomer eines Vinyls oder Vinylidens, oder von mindestens einem gehinderten aliphatischen oder cykloaliphatischen Monomer eines Vinyls oder Vinylidens, oder aus einer Kombination der genannten Stoffe abgeleitet sind. Das im Wesentlichen zufällige Interpolymer umfasst weiterhin Polymereinheiten, welche von mindestens einem aliphatischen Monomer eines Olefins, welches circa 2 bis circa 20 Kohlenstoffatome enthält, abgeleitet sind.
HINTERGRUND DER ERFINDUNG
Bei dem wohlbekannten Feingießverfahren nach dem ”verlorenen Wachsmodell” wird ein flüchtiges oder verlorenes Modell, z. B. aus Wachs, Polystyrol oder aus einem anderen üblicherweise verwendeten flüchtigen Modellmaterial, des zu gießenden Teils hergestellt durch Spritzgießen eines fluiden Modellmaterials in einer Form, welche zu der Gestalt des zu gießenden Artikels korrespondiert. Das heißt, das flüchtige Modell ist eine Abbildung des zu gießenden Artikels. Bei der kommerziellen Feingussfertigung in hohen Stückzahlen sind typisch mehrere flüchtige Modelle mit einem zentralen flüchtigen Gießlauf und Gießtrichter verbunden, um eine Formnester- oder Gießtrauben-Modellanordnung zu bilden. Die Modellanordnung wird sodann in eine keramische Schalenform gehüllt durch wiederholtes Tauchen des Modells in einen keramischen Schlicker, welcher von einem flüssigen Bindemittel getragenes Keramikmehl umfasst, Ablaufenlassen des überschüssigen Schlickers, Besanden der noch nassen Schlickerschicht mit gröberen keramischen Partikeln oder Sand, und anschließendes Trocknen in Luft oder in einer kontrollierten Atmosphäre, bis eine gewünschte Dicke einer Keramikschalenform auf dem Modell aufgebaut ist. Die anfänglichen keramischen Schlicker- und Besandungsschichten (z. B. die ersten zwei Schichten) bilden die sogenannte Frontschicht der Schalenform, die mit der zu vergießenden Metall- oder Legierungsschmelze in Kontakt kommt.
Nachdem eine Schalenform in der gewünschten Wanddicke auf der Modellanordnung aufgebaut worden ist, wird die Modellanordnung aus der grünen Schalenform entfernt, typisch durch eine thermische Behandlung zum selektiven Ausschmelzen der Modellanordnung, wobei eine keramische Schalenform zurückbleibt, welche eine Mehrzahl von Formhohlräumen, jeweils mit der Gestalt des flüchtigen Modells aufweist. Ein übliches Modellentfernungsverfahren umfasst, die grüne Schalenform-/Modellanordnung einem Schritt des Schnellentwachsens zu unterwerfen, wobei die grüne Schalenform-/Modellanordnung in einem Ofen bei erhöhter Temperatur angeordnet wird, um das Modell schnell aus der grünen Schalenform auszuschmelzen. Eine andere Modellentfernungstechnik beinhaltet das Positionieren der grünen Schalenform-/Modellanordnung in einem Dampfautoklaven, wo Dampf bei erhöhter Temperatur und erhöhtem Druck verwendet wird zum schnellen Ausschmelzen eines Wachsmodells aus der grünen Schalenform. Bei der Herstellung von konventionellen keramischen Schalenformen in einem Verfahren nach dem verlorenen Wachsmodell unter Verwendung von Wachs- oder Polystyrol-Modellen besteht die Gefahr, dass es während der im Vorstehenden beschriebenen Modellentfernungsvorgänge zu Formriss- oder -spaltbildung kommt als eine Folge von inneren thermischen Spannungen, die auf die grüne Schalenform aufgebracht werden, wenn das flüchtige Modell schnell erhitzt und geschmolzen wird. Formspalt- oder -rissbildung während des Modellentfernungsprozesses muss vermieden werden, um eine zur Aufnahme einer Metall- oder Legierungsschmelze akzeptable Schalenform herzustellen.
Im Anschluss an das Entfernen des Modells wird die Schalenform bei einer erhöhten Temperatur gebrannt, um Modellreste zu entfernen und eine geeignete Formfestigkeit zum Vergießen einer Metall- oder Legierungsschmelze zu entwickeln. Sowohl das Feingießverfahren als auch das Schalenformaufbauverfahren nach dem verlorenen Wachsmodell sind wohlbekannt, wie z. B. aus den US-Patenten Nr. 3 196 506 und Nr. 2 961 751 (Operhall) sowie zahlreichen anderen Patenten ersichtlich. Die keramische Schalenform wird typisch mit einer Metall- oder Legierungsschmelze abgegossen, wobei das geschmolzene Material in einen trichterförmigen Einguss der Schalenform gegossen und das geschmolzene Material sodann durch die Schwerkraft einen Gießlauf hinab und durch Anschnitte in die Formhohlräume hinein geleitet wird. Die Metall- oder Legierungsschmelze erstarrt in der Form, um die gewünschten Gussartikel in den Formhohlräumen zu bilden. Das heißt, die Gussartikel nehmen die Gestalt der Formhohlräume an, welche die Gestalt der anfänglichen flüchtigen Modelle aufweisen. Die Gussartikel sind mit erstarrten Anschnitten, Gießlauf und Gießtrichter verbunden. Die keramische Schalenform wird sodann entfernt und die gegossenen Artikel werden durch Trennschneiden oder auf andere Weise von den erstarrten Anschnitten abgetrennt und einer oder mehreren Endbearbeitungs- und Kontrollvorgängen unterworfen, bevor sie an einen Kunden versendet werden.
Das im Vorstehenden beschriebene Feingießverfahren nach dem verlorenen Wachsmodell ist weitverbreitet im Einsatz zum Gießen von Gasturbinentriebwerkskomponenten, so etwa Turbinenlaufschaufeln und -leitschaufeln (als ”Tragflächen” bezeichnet) aus Nickel- und Cobalt-basierten Superlegierungen.
Es ist versucht worden, zum Gießen derartiger Komponenten flüchtige Modelle aus anderen Materialien als mehrkomponentigen Wachsmischungen herzustellen, welche gegenwärtig weitverbreitet in Gebrauch sind. Beispielsweise hat man versucht, Polystyrol- oder Polyurethan-Formschaum zur Umsetzung des Verfahrens nach dem verlorenen Wachsmodell in der Herstellung keramischer Schalenformen zu verwenden. Jedoch zeigen Polystyrol- und Polyurethanschaummodelle Nachteile hinsichtlich Modelloberflächenbeschaffenheit, Modellfestigkeit und Schwierigkeiten bei der Entfernung des Modells aus einer das Modell umhüllenden Schalenform ohne Rissbildung der Schalenform.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Die vorliegende Erfindung stellt ein Modellmaterial bereit zur Verwendung bei der Herstellung eines flüchtigen Modells oder Abbildung eines aus einer Metall- oder Legierungsschmelze zu gießenden Artikels. Das Modellmaterial umfasst eine erste Komponente A, umfassend ein im Wesentlichen statistisches Interpolymer, welches bevorzugt ca. 1 bis ca. 65 mol-% mindestens eines aromatischen Vinyl- oder Vinyliden-Monomers und ein zusätzliches Monomer, insbesondere C₂- bis C₂₀-α-Olefine enthält, eine zweite Komponente B, umfassend ein Polymer, welches von der Komponente A verschieden ist, bevorzugt ein Polymer mit niederem Molekulargewicht, z. B. vorzugsweise auf Basis von Polystyrol, und eine optionale dritte Komponente C, umfassend ein oder mehrere thermoplastische Polymere oder andere Materialien, welche typisch als Füller in dem Modellmaterial vorliegen.
Bei einer beispielhaften Ausführungsform der Erfindung sind die Anteile der Komponenten A, B und, optional, C so gewählt, dass ein Modellmaterial bereitgestellt wird, welches spritzgießbar ist, um ein flüchtiges Modell zu bilden, welches eine Kombination von Eigenschaften aufweist, die geeignet sind zur Verwendung in der Herstellung einer Schalenform für das Feingießverfahren nach dem verlorenen Wachsmodell. Beispielhaft und ohne hierauf begrenzt zu sein, umfasst das Modellmaterial ein Ethylen-/Styrol-Interpolymer als Komponente A und ein Polystyrol niederen Molekulargewichts als Komponente B in Anteilen, die so gewählt sind, dass Folgendes bereitgestellt wird: eine geeignete Modellschrumpfrate für schnelles, kostengünstiges Spritzgießen mit geeigneter optischer Oberflächenqualität; verbesserte mechanische Modelleigenschaften zur Aufrechterhaltung einer Modelldimensionsstabilität, welche Six-Sigma-Fertigungsanforderungen in einem automatisierten Schalenformherstellungsprozess erfüllt; geeignete Schmelztemperatur, Schmelzflussrate und thermischer Ausdehnungskoeffizient, um das Entfernen des Modells aus der Schalenform mit herkömmlichen schnellen thermischen Modellentfernungsmethoden ohne Formspalt- oder -rissbildung zu erlauben; und sauberes (aschearmes) Ausbrennen aus der Schalenform. Das Modellmaterial wird verwendet, um ein flüchtiges Modell eines zu gießenden Artikels herzustellen, welches mit einer Schalenform umhüllt und sodann aus der Schalenform entfernt wird, um die Schalenform dafür zu verwenden, darin ein geschmolzenes metallisches Material zu vergießen. Das obengenannte Modellmaterial kann auch Verwendung finden zur Herstellung eines flüchtigen Modells eines zu gießenden Artikels, welches in dem Verfahren nach dem verlorenen Schaummodell oder einem anderen Gießverfahren, bei dem das flüchtige Modell zerstört und durch eine zu vergießende Metallschmelze ersetzt wird, verwendet wird.
Die obengenannten Vorteile der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden zeichnerischen Darstellung in Verbindung mit der nachfolgenden Detailbeschreibung der Erfindung.
BESCHREIBUNG DER FIGUREN
1 ist eine perspektivische Darstellung einer Modellanordnung für eine Formnester- oder Gießtraubenanordnung.
2 ist eine querschnittliche Darstellung der Modellanordnung von 1, umhüllt mit einer keramischen Schalenform.
3 ist eine querschnittliche Darstellung der keramischen Schalenform nach Entfernung der Modellanordnung und in Aufnahmeposition für ein geschmolzenes metallisches Material aus einem Tiegel in einem Gießofen.
Die 4A und 4B sind perspektivische Darstellungen einer I-Träger-Probe, welche zum Messen der maßlichen Variation verwendet wird. 4C ist eine Draufsicht auf einen Halter für die I-Träger-Probe.
5A ist eine perspektivische Darstellung einer Modellanordnung von keilförmigen Modellen. 5B ist eine perspektivische Darstellung der in eine Schalenform gehüllten Modellanordnung, ausgerichtet zum Schnellentwachsen.
DETAILBESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
Die vorliegende Erfindung wird im Folgenden unter Bezugnahme auf ein Modellmaterial beschrieben, welches zur Herstellung eines flüchtigen Modells zur Verwendung in dem Feingießverfahren nach dem verlorenen Wachsmodell geeignet ist, wie in den 1, 2 und 3 dargestellt. Im Besonderen wird das erfindungsgemäße Modellmaterial spritzgegossen oder auf andere Art geformt, um eine Mehrzahl von flüchtigen Modellen 10 zu bilden, welche die Gestalt des zu gießenden Artikels aufweisen. Gemäß 1 haben die Modelle 10 die Gestalt einer Gasturbinentriebwerksschaufel mit einem Tragflächen-Abschnitt 12a, einem Plattform-Abschnitt 12b und einem Wurzel-Abschnitt 12c; die Erfindung kann jedoch zur Herstellung einer beliebigen gewünschten Modellgestalt Anwendung finden. Die Modelle 10 sind jeweils mit einem flüchtigen, einen Gießlauf bildenden Element 14 verbunden, welches seinerseits mit einem unteren Bereich eines kegelstumpfförmigen, einen Gießtrichter bildenden Elements 16 verbunden ist, um eine Formnester- oder Gießtrauben-Anordnung 20 zu bilden. Das den Gießtrichter bildende Element 16 ist von einem aufrechtstehenden flüchtigen Stützelement 18 auf einer Stützbasis 21 aus Metall, Kunststoff oder einem anderen Material gehalten. Die Elemente 14, 16, 18 können durch Spritzgießen oder Extrusion aus dem gleichen flüchtigen Material wie die Modelle 10 hergestellt sein oder aus einem anderen Material, z. B. Paraffinwachs, Gebrauchswachs und anderen geeigneten flüchtigen Materialien. Die Modelle 10 und die Elemente 14, 16, 18 sind durch Wachsverschweißung, Heißklebe-, Kohlenwasserstoffharzklebe- und/oder Lösungsmittelklebematerialien miteinander verbunden. Die komplette Modellanordnung 20 ist in 1 gezeigt.
Die Modellanordnung 20 wird mit einer keramischen Schalenform 30 umhüllt, 2, durch wiederholtes Tauchen des Modells in einen keramischen Schlicker, welcher von einem flüssigen Bindemittel getragenes Keramikmehl umfasst, Ablaufenlassen des überschüssigen Schlickers, Besanden der noch nassen Schlickerschicht mit gröberen keramischen Partikeln oder Sand und anschließendes Trocknen in Luft oder in einer kontrollierten Atmosphäre, bis eine gewünschte Dicke einer Keramikschalenform 30 auf dem Modell aufgebaut ist, in Einklang mit dem wohlbekannten Verfahren nach dem verlorenen Wachsmodell. Nachdem eine grüne (d. h. ungebrannte) Schalenform 30 in gewünschter Wanddicke auf der Modellanordnung 20 aufgebaut ist, wird die Modellanordnung aus der grünen Schalenform entfernt, typisch durch eine thermische Behandlung zum selektiven Ausschmelzen der Modellanordnung 20, wobei eine keramische Schalenform 30 mit einer Mehrzahl von Formhohlräumen 30a, jeweils mit der Gestalt des flüchtigen Modells übrigbleibt, 3. Jeder Formhohlraum 30a ist mit einem entsprechenden Gießlauf 30b verbunden, der seinerseits mit einem unteren Bereich des Gießtrichters 30c der Formanordnung verbunden ist. Jeder Formhohlraum 30a ist ferner mit einem optionalen untersten Kornstarterhohlraum 30d verbunden, welcher einen untersten Teil 12d jedes Modells 10 abbildet, wobei Teil 12d integral mit jedem Modell geformt ist oder getrennt davon geformt und mit Hilfe eines Klebmittels damit verbunden ist.
Nachdem die grüne Formanordnung 30 um die Modellanordnung 20 aufgebaut ist, wird die Modellanordnung durch eine konventionelle schnelle thermische Behandlung entfernt, zum Beispiel durch eine Behandlung zum Schnellentwachsen, wobei die grüne Schalenform-/Modellanordnung in einen Ofen (nicht gezeigt) bei erhöhter Temperatur (z. B. 820°C [1500°F]) platziert wird, um die flüchtige Modellanordnung schnell aus der grünen Schalenform auszuschmelzen, oder durch eine Dampfautoklavenbehandlung, wobei die Schalenform-/Modellanordnung in einem Dampfautoklaven positioniert wird, worin Dampf bei erhöhter Temperatur und erhöhtem Druck verwendet wird, um die Modellanordnung schnell aus der grünen Schalenform auszuschmelzen. Andere Modellentfernungsverfahren können verwendet werden, um die Modellanordnung 20 aus der Schalenform 30 zu entfernen.
Nach Entfernung der Modellanordnung wird die Formanordnung 30 bei erhöhter Temperatur gebrannt, um Modellreste zu entfernen und eine geeignete Formfestigkeit für das Gießen einer Metall- oder Legierungsschmelze zu entwickeln, wobei konventionelle Brenntemperaturen und -zeiten verwendet werden. 3 zeigt die Schalenformanordnung 30 nach Entfernen der Modellanordnung 20 und nach dem Brennen bei erhöhter Temperatur. Wie gezeigt ist die Formanordnung 30 auf einer Abschreckplatte 40 in einem konventionellen Gießofen 42 zur gerichteten Erstarrung in Aufnahmeposition für eine Metall- oder Legierungsschmelze aus einem Induktionsschmelztiegel 44 positioniert. Wenn eine Metall- oder Legierungsschmelze aus dem Tiegel 44 in den Form-Gießtrichter 30c gegossen wird, fließt sie von dem Gießtrichter 30c durch die Gießläufe 30b in jeden Formhohlraum 30a und zugeordneten Starterhohlraum 30d, wo zahlreiche Körner nukleieren und aufwärts wachsen als Folge des Kontaktes der Metall- oder Legierungsschmelze mit der Abschreckplatte 40. Die Körner wachsen aufwärts durch die Metall- oder Legierungsschmelze in dem Formhohlraum 30a, um eine Stengelkorn-Gussturbinenschaufel zu bilden, wie hinreichend bekannt. Einkristall-Turbinenschaufeln können in jedem Formhohlraum 30a hergestellt werden durch Anordnen eines Keims (nicht gezeigt) in dem Kornstarterhohlraum 30d und eine Kristallselektorpassage (nicht gezeigt) zwischen dem Keim und dem Formhohlraum 30a, wie hinreichend bekannt. Die Erfindung ist nicht begrenzt auf die Verwendung zur Herstellung von Schalenformen für Gießverfahren zur gerichteten Erstarrung und kann für konventionelle Gießverfahren Anwendung finden, welche zur Herstellung von Gussstücken mit äquiaxialer Kornstruktur unter Verwendung von Schalenformen, welche einen Kornstarterhohlraum 30d nicht aufweisen oder nicht benötigen, eingesetzt werden.
Ein flüchtiges Modellmaterial gemäß einer Ausführungsform der Erfindung zur Verwendung in der Herstellung von Modellen 10 und, optional, von Elementen 14, 16, 18 umfasst eine erste Komponente A, umfassend ein im Wesentlichen statistisches Interpolymer, bevorzugt mit ca. 1 bis ca. 65 mol-% mindestens eines aromatischen Vinyl- oder Vinyliden-Monomers und einem zusätzlichen Monomer, insbesondere C₂- bis C₂₀-α-Olefine, eine zweite Komponente B, bevorzugt umfassend ein Polymer mit sehr niedrigem Molekulargewicht, noch bevorzugter ein Polystyrol niederen Molekulargewichts, und eine optionale dritte Komponente C, welche ein oder mehrere thermoplastische Polymere umfassen kann, die typisch als Füllstoff in dem Modellmaterial vorliegen. Die Anteile der Komponenten A, B und, optional, C sind so gewählt, dass ein Modellmaterial bereitgestellt wird, welches eine Kombination von Eigenschaften aufweist, umfassend eine geeignete Modellschrumpfrate für schnelles, kostengünstiges Spritzgießen mit geeigneter optischer Oberflächenqualität; verbesserte mechanische Modelleigenschaften zur Aufrechterhaltung einer Modell-Dimensionsstabilität, welche Six-Sigma-Fertigungsanforderungen in einem automatisierten Schalenformherstellungsvorgang erfüllt; geeignete Schmelztemperatur, Schmelzflussrate und thermischen Ausdehnungskoeffizienten, um eine Modellentfernung aus der Schalenform mit konventionellen schnellen thermischen Entfernungstechniken ohne Formspalt- oder -rissbildung zu erlauben; und sauberes (aschearmes) Ausbrennen aus der Schalenform.
Definitionen der Komponenten
Alle Bezugnahmen hierin auf Elemente oder Metalle, welche zu einer bestimmten Gruppe gehören, beziehen sich auf die Tabelle des Periodensystems der Elemente, veröffentlicht und urheberrechtlich geschützt von CRC Press, Inc., 1989. Ferner versteht sich jeder Bezug auf die Gruppe oder die Gruppen als Bezug auf die Gruppe oder die Gruppen, wie sie in dieser Tabelle des Periodensystems der Elemente wiedergegeben sind, wobei die Nummerierung der Gruppen nach dem IUPAC-System erfolgt.
Der Begriff ”Interpolymer” im vorliegenden Text bedeutet ein Polymer, wobei mindestens zwei verschiedene Monomere polymerisiert werden, um das Interpolymer zu bilden. Dies umfasst Copolymere, Terpolymere etc.
Der Ausdruck ”im Wesentlichen statistisch” (bei dem im Wesentlichen statistischen Interpolymer, welches Polymereinheiten umfasst, die von einem oder mehreren α-Olefin-Monomeren mit einem oder mehreren aromatischen Vinyl- oder Vinyliden-Monomeren und/oder gehinderten aliphatischen oder cycloaliphatischen Vinyl- oder Vinyliden-Monomeren hergeleitet sind) im Sinne des vorliegenden Textes bedeutet, dass die Verteilung der Monomeren des Interpolymers nach dem statistischen Modell von Bernoulli oder nach einem statistischen Markowschen Modell erster oder zweiter Ordnung beschrieben werden kann, wie von J. C. Randall in POLYMER SEQUENCE DETERMINATION, Carbon-13 NMR Method, Academic Press New York, 1977, pp. 71–78, beschrieben. Bevorzugt enthalten die im Wesentlichen statistischen Interpolymere nicht mehr als 15% der Gesamtmenge des aromatischen Vinyl- oder Vinyliden-Monomers in Blöcken von aromatischen Vinyl- oder Vinyliden-Monomeren von mehr als 3 Einheiten.
Noch bevorzugter ist das Interpolymer nicht durch einen hohen Grad an Isotaktizität oder Syndiotaktizität gekennzeichnet. Dies bedeutet, dass im Kohlenstoff-¹³-NMR-Spektrum des im Wesentlichen statistischen Interpolymers die Peakflächen, welche zu den Hauptketten-Methylen- und -Methin-Kohlenstoffatomen korrespondieren, die entweder meso-Diadensequenzen oder racemische Diadensequenzen repräsentieren, 75% der Gesamtpeakfläche der Hauptketten-Methylen- und -Methin-Kohlenstoffatome nicht überschreiten sollten.
Die im Wesentlichen statistischen Interpolymere
Die zur Herstellung des Modellmaterials und des flüchtigen spritzgegossenen Modells in Einklang mit der vorliegenden Erfindung verwendeten Interpolymere umfassen Interpolymere, hergestellt durch Polymerisieren eines oder mehrerer α-Olefine mit einem oder mehreren aromatischen Vinyl- oder Vinyliden-Monomeren und/oder einem oder mehreren gehinderten aliphatischen oder cycloaliphatischen Vinyl- oder Vinyliden-Monomeren.
Geeignete α-Olefine umfassen zum Beispiel α-Olefine, welche 2 bis ca. 20, bevorzugt 2 bis ca. 12, noch bevorzugter 2 bis ca. 8 Kohlenstoffatome enthalten. Besonders geeignet sind Ethylen, Propylen, Buten-1, 4-Methyl-1-penten, Hexen-1 oder Octen-1 oder Ethylen in Kombination mit einem oder mehreren Mitgliedern, ausgewählt aus Propylen, Buten-1, 4-Methyl-1-penten, Hexen-1 oder Octen-1. Diese α-Olefine enthalten keine aromatische Gruppe.
Geeignete aromatische Vinyl- oder Vinyliden-Monomere, welche zur Herstellung der Interpolymere Verwendung finden können, umfassen z. B. diejenigen, welche durch die folgende Formel repräsentiert sind:
worin R¹ ausgewählt ist aus der Gruppe von Radikalen, welche aus Wasserstoff und Alkylradikalen mit 1 bis ca. 4 Kohlenstoffatomen besteht, bevorzugt Wasserstoff oder Methyl; wobei die Reste R² jeweils unabhängig voneinander ausgewählt sind aus der Gruppe von Radikalen, welche aus Wasserstoff und Alkylradikalen mit 1 bis ca. 4 Kohlenstoffatomen besteht, bevorzugt Wasserstoff oder Methyl; worin Ar eine Phenylgruppe ist oder eine Phenylgruppe, welche mit 1 bis 5 Substituenten substituiert ist, ausgewählt aus der Gruppe, welche aus Halogen, C_1-4-Alkyl und C_1-4-Halogenalkyl besteht; und worin n einen Wert von Null bis ca. 4 hat, bevorzugt von Null bis 2, meistbevorzugt Null. Beispielhafte aromatische Vinyl- oder Vinyliden-Monomere umfassen Styrol, Vinyltoluol, α-Methylstyrol, t-Butylstyrol, Chlorstyrol, einschließlich aller Isomere dieser Verbindungen, und dergleichen. Besonders geeignet umfassen derartige Monomere Styrol und niedere Alkyl- oder Halogen-substituierte Derivate derselben. Bevorzugte Monomere umfassen Styrol, α-Methylstyrol, die niederen Alkyl-(C₁-C₄)- oder Phenylring-substituierten Derivate von Styrol, z. B. ortho-, meta- und para-Methylstyrol, die kernhalogenierten Styrole, para-Vinyltoluol oder Mischungen hiervon und dergleichen. Ein noch bevorzugteres aromatisches Monovinyliden-Monomer ist Styrol.
Der Ausdruck ”gehinderte aliphatische oder cycloaliphatische Vinyl- oder Vinyliden-Verbindungen” bedeutet additionspolymerisierbare Vinyl- oder Vinyliden-Monomere korrespondierend zu der Formel:
worin A¹ ein sterisch sperriger aliphatischer oder cycloaliphatischer Substituent mit bis zu 20 Kohlenstoffatomen ist, worin R¹ ausgewählt ist aus der Gruppe von Radikalen, welche aus Wasserstoff und Alkylradikalen mit 1 bis ca. 4 Kohlenstoffatomen besteht, bevorzugt Wasserstoff oder Methyl; worin die Reste R² jeweils unabhängig voneinander ausgewählt sind aus der Gruppe von Radikalen, welche aus Wasserstoff und Alkylradikalen mit 1 bis ca. 4 Kohlenstoffatomen besteht, bevorzugt Wasserstoff oder Methyl; oder worin alternativ R¹ und A¹ zusammen ein Ringsystem bilden. Die meistbevorzugten gehinderten aliphatischen oder cycloaliphatischen Vinyl- oder Vinyliden-Verbindungen sind die verschiedenen isomeren Vinylring-substituierten Derivate von Cyclohexen und substituierte Cyclohexene und 5-Ethyliden-2-norbornen. Besonders geeignet sind 1-, 3- und 4-Vinylcyclohexen.
Die im Wesentlichen statistischen Interpolymere können typisch modifiziert sein durch Pfropfen, Hydrieren, Funktionalisieren oder andere Reaktionen, wie auf dem Fachgebiet hinreichend bekannt. Die Polymere können leicht sulfoniert oder chloriert werden zur Bereitstellung funktionalisierter Derivate nach etablierten Techniken.
Die im Wesentlichen statistischen Interpolymere können ferner modifiziert sein durch verschiedene Vernetzungsprozesse, einschließlich, jedoch nicht ausschließlich Peroxid-, Silan-, Schwefel-, Strahlen- oder Azid-basierter Härtungssysteme. Eine vollständige Beschreibung der verschiedenen Vernetzungstechniken ist in den US-Patenten Nr. 5 869 591 und Nr. 5 977 271 beschrieben, deren beider Inhalte in ihrer Gesamtheit durch Bezugnahme in den vorliegenden Text aufgenommen werden.
Duale Härtungssysteme, welche eine Kombination von Warm-, Feuchthärten und Bestrahlungsschritten verwenden, können effektiv verwendet werden. Duale Härtungssysteme sind in den US-Patenten Nr. 5 911 940 und Nr. 6 124 370 offenbart und beansprucht, die ebenfalls beide durch Bezugnahme in den vorliegenden Text aufgenommen werden. Beispielsweise kann es wünschenswert sein, Peroxid-Vernetzungsmittel in Verbindung mit Silan-Vernetzungsmitteln, Peroxid-Vernetzungsmittel in Verbindung mit Bestrahlung, schwefelhaltige Vernetzungsmittel in Verbindung mit Silan-Vernetzungsmitteln etc. zu verwenden.
Die im Wesentlichen statistischen Interpolymere können auch durch verschiedene Vernetzungsprozesse modifiziert sein, welche – ohne jedoch hierauf begrenzt zu sein – Folgendes umfassen: die Inkorporation einer Dien-Komponente als Termonomer bei seiner Herstellung mit anschließender Vernetzung nach den im Vorstehenden erwähnten Methoden und weiteren Methoden, einschließlich der Vulkanisation über die Vinylgruppe, beispielsweise unter Verwendung von Schwefel als Vernetzungsmittel.
Die im Wesentlichen statistischen Interpolymere umfassen die pseudo-statistischen Interpolymere, wie in EP-A-0 416 815 und EP-A-0 765 888 (James C. Stevens et al.) und in US-Patent Nr. 5 703 187 (Francis J. Timmers) beschrieben, die beide in ihrer Gesamtheit durch Bezugnahme in den vorliegenden Text aufgenommen werden. Die im Wesentlichen statistischen Interpolymere umfassen ferner die im Wesentlichen statistischen Terpolymere, wie in US-Patent Nr. 5 872 201 beschrieben, welches in seiner Gesamtheit durch Bezugnahme in den vorliegenden Text aufgenommen wird. Ebenfalls geeignet sind die im Wesentlichen statistischen Interpolymere, welche wenigstens eine Tetrade von α-Olefin/aromatischem Vinyl/aromatischem Vinyl/α-Olefin aufweisen, wie in US-Patent Nr. 6 191 245 B1 offenbart, welches ebenfalls in seiner Gesamtheit durch Bezugnahme in den vorliegenden Text aufgenommen wird.
Die im Wesentlichen statistischen Interpolymere können hergestellt werden durch Polymerisieren einer Mischung von polymerisierbaren Monomeren in Gegenwart eines oder mehrerer Metallocen-Katalysatoren oder Katalysatoren mit vorgegebener Geometrie in Kombination mit verschiedenen Co-Katalysatoren. Bevorzugte Arbeitsbedingungen für die Polymerisationsreaktionen sind Drücke von Atmosphärendruck bis 304 MPa [3000 atm] und Temperaturen von –30°C bis 200°C. Beispiele für Verfahren, welche zur Herstellung der im Wesentlichen statistischen Interpolymere verwendet werden, sind in den US-Patenten Nr. 6 048 909 und Nr. 6 231 795 B1 beschrieben, deren Inhalte in ihrer Gesamtheit durch Bezugnahme in den vorliegenden Text aufgenommen werden.
Beispiele für geeignete Katalysatoren und Verfahren zur Herstellung der im Wesentlichen statistischen Interpolymere sind beschrieben in EP-A-0 416 815 ; EP-A-514 828 ( US-Patent Nr. 6 118 013 ); EP-A-520 732 ( US-Patent Nr. 5 721 185 ); sowie in den US-Patenten Nr. 5 055 438 ; Nr. 5 057 475 ; Nr. 5 096 867 ; Nr. 5 064 802 ; Nr. 5 132 380 ; Nr. 5 189 192 ; Nr. 5 321 106 ; Nr. 5 347 024 ; Nr. 5 350 723 ; Nr. 5 374 696 und Nr. 5 399 635 ; Nr. 5 470 993 ; Nr. 5866 704 ; Nr. 5 959 047 ; Nr. 6150 297 und Nr. 6 015 868 ; alle diese US-Patente werden durch Bezugnahme in den vorliegenden Text aufgenommen.
Während der Herstellung des im Wesentlichen statistischen Interpolymers kann eine Menge eines aromatischen Homopolymers von ataktischem Vinyl- oder Vinyliden entstehen infolge Homopolymerisation des aromatischen Vinyl- oder Vinyliden-Monomeren bei erhöhten Temperaturen. Die Anwesenheit des aromatischen Vinyl- oder Vinyliden-Homopolymers ist im Allgemeinen nicht schädlich für die Zwecke der vorliegenden Erfindung und kann toleriert werden. Das aromatische Vinyl- oder Vinyliden-Homopolymer kann, falls gewünscht, von dem Interpolymer getrennt werden durch Extraktionstechniken, so etwa durch selektive Fällung aus der Lösung mit einem Nicht-Lösemittel für das Interpolymer oder das aromatische Vinyl- oder Vinyliden-Homopolymer. Zum Zwecke der vorliegenden Erfindung ist es bevorzugt, dass nicht mehr als 20 Gew.-%, bevorzugt weniger als 15 Gew.-%, basierend auf dem Gesamtgewicht der Interpolymere, des aromatischen Homopolymers von ataktischem Vinyl- oder Vinyliden vorliegen.
Die im Wesentlichen statistischen aromatischen α-Olefin-/Vinyl- oder Vinyliden-Interpolymere können ferner hergestellt werden nach den in JP 07/278230 beschriebenen Verfahren oder nach den Verfahren, wie sie von John G. Bradfute et al. (W. R. Grace & Co.) in WO 95/32095 ; von R. B. Pannell (Exxon Chemical Patents Inc.) in WO 94/00500 und in Plastics Technology, p. 25 (September 1992) beschrieben werden; alle diese Druckschriften werden in ihrer Gesamtheit durch Bezugnahme in den vorliegenden Text aufgenommen.
Modellmaterial
Die Komponente A umfasst ein oder mehrere im Wesentlichen statistische Interpolymere, welche bevorzugt ein oder mehrere aromatische Vinyl- oder Vinyliden-Monomere umfassen (1 bis 65 mol-%, bevorzugter Bereich 10 bis 60 mol-%, meistbevorzugter Bereich 30 bis 50 mol-%) und zusätzliche Monomere. Die bevorzugten zusätzlichen Monomere sind Ethylen oder eine Kombination von Ethylen mit mindestens einem Mitglied, ausgewählt aus Propylen, 4-Methyl, 1-Penten, Buten-1, Hexen-1, Octen-1 oder Norbornen.
Die Komponente B umfasst ein oder mehrere Polymere mit niederem MW (Molekulargewicht), so etwa ein Polystyrol (PS) niederen Molekulargewichts, klebrigmachendes Harz oder Wachs, mit einem mittleren Molekulargewicht (Mn) von < 10000, bevorzugt < 5000, meistbevorzugt < 2000.
Die optionale Komponente C umfasst ein thermoplastisches Polymer mit einer Schmelzflussrate (MFR) (ASTM D1238, 200°C, 5 kg) größer als 100, bevorzugt größer als 200, meistbevorzugt größer als 300 g/10 min. Ferner oder zusätzlich kann die Komponente C Additive umfassen, einschließlich, jedoch nicht ausschließlich Antioxidantien (z. B. gehinderte Phenole, wie z. B. Irganox^® 1010), Phosphite (z. B. Irgafos^® 168), UV-Stabilisatoren, Haftadditive (z. B. Polyisobutylen), Antiblockadditive, Farben, Pigmente, Füllstoffe und dergleichen, insoweit, als sie die Erzielung der Modelleigenschaften nicht beeinträchtigen. Organische Füllstoffe, wie BPA (Bisphenol A), vernetztes Polystyrol, vermahlenes Polystyrol oder Acrylpartikel können in einer Gesamtmenge von 0 bis 40 Gew.-% enthalten sein.
Das Modellmaterial umfasst Mischungen der Komponenten A, B und, optional, C in Anteilen, die eine Kombination von Modelleigenschaften bereitstellen, welche geeignet sind zur Verwendung bei der Herstellung einer Formanordnung 30 zur Verwendung in dem Feingießverfahren nach dem verlorenen Wachsmodell. Hierbei umfassen die Anteile in Gewichtsprozent: Komponente A: 10–95%, bevorzugt 30–80%, meistbevorzugt 50–70%; Komponente B: 5–60%, bevorzugt 10–50%, meistbevorzugt 20–50%; und optional wenigstens eine andere Polymerkomponente C: 2–40%, bevorzugt 5–20%, meistbevorzugt 10–15%.
Beispielhaft und ohne hierauf begrenzt zu sein, wird durch ein exemplarisches flüchtiges Modellmaterial, welches ein Ethylen/Styrol-Interpolymer (ESI) als Komponente A in einer Menge von ca. 60 Gew.-% des Modellmaterials und ein Polystyrol niederen Molekulargewichts als Komponente B in einer Menge von ca. 40 Gew.-% des Modellmaterials umfasst, eine Kombination von Modelleigenschaften bereitgestellt, welche geeignet sind zur Verwendung in der Herstellung einer Formanordnung 30 zur Verwendung in dem Feingießverfahren nach dem verlorenen Wachsmodell, wie im Vorstehenden beschrieben. Ein derartiges Modellmaterial zeigt eine Modellschrumpfrate, die geeignet ist für schnelles, kostengünstiges Spritzgießen mit im Wesentlichen fehlerfreier optischer Oberflächenqualität; verbesserte mechanische Modelleigenschaften zur Aufrechterhaltung einer Modelldimensionsstabilität, welche Six-Sigma-Fertigungsanforderungen in einem automatisierten Montage- und Schalenformherstellungsvorgang erfüllt; geeignete Schmelztemperatur, Schmelzflussrate und thermischer Ausdehnungskoeffizient, um eine Modellentfernung aus der Schalenform mit konventionellen schnellen thermischen Modellentfernungstechniken ohne Formspalt- oder -rissbildung zu erlauben; und sauberes Ausbrennen (aschearm und spurenmetallfrei) aus der Schalenform.
BEISPIELE.
Herstellung eines Ethylen/Styrol-Interpolymers (ESI-1), welches in den Beispielen verwendet wird
Das ESI-1-Interpolymer wurde in einem kontinuierlich betriebenen Schleifenreaktor hergestellt. Eine Ingersoll-Dresser-Doppelschraubenpumpe besorgte das Mischen. Der Reaktor wurde flüssigkeitsgefüllt bei 475 psig (3275 kPa) betrieben. Die Rohmaterialien und die Katalysator-/Co-Katalysator-Ströme wurden durch Injektoren und statische Kenics-Mischer in den Schleifenreaktorrohrleitungen in den Reaktor eingespeist. Nach Austritt aus der Schleifen-Pumpe durchläuft der Prozessstrom zwei Rohrbündelwärmetauscher, bevor er zur Ansaugung der Schleifen-Pumpe zurückkehrt. Nach Verlassen des letzten Austauschers kehrt der Schleifen-Strom durch die Injektoren und statischen Mischer zur Ansaugung der Pumpe zurück. Ein zweiter Monomer-/Speise-Injektor und Mischer wurden verwendet, wenn verfügbar. Ein Wärmeträgeröl oder temperiertes Wasser wurde durch den Austauschermantel zirkulieren gelassen, um die Schleifen-Temperatur zu kontrollieren. Der Austrittsstrom des Schleifenreaktors wurde zwischen den zwei Austauschern entgenommen. Fluss und Lösungsdichte des Austrittsstroms wurden mit Hilfe einer Massenstrommessvorrichtung vom Typ Micro-Motion^TM gemessen.
Lösemittel wurde in den Reaktor eingespritzt, vornehmlich als Teil des Speisestroms, um das Ethylen in Lösung zu halten. Es wurde ein Teilstrom von den Druckpumpen vor der Ethylen-Injektion entnommen, um einen Spülstrom für die Schleifenreaktorpumpendichtungen bereitzustellen. Zusätzliches Lösemittel wird als Verdünner für den Katalysator zugegeben. Das eingespeiste Lösemittel wurde mit nicht-inhibiertem Styrol-Monomer auf der Saugseite der Druckpumpe gemischt. Die Druckpumpe lieferte dem Reaktor Lösemittel und Styrol bei ca. 650 psig (4583 kPa). Der Frisch-Styrol-Fluss wurde mit Hilfe einer Micro-Motion^TM-Massenstrommessvorrichtung gemessen, und der Gesamt-Lösemittel-/Styrol-Fluss wurde mit einer separaten Micro-Motion^TM-Massenstrommessvorrichtung gemessen. Das Ethylen wurde dem Reaktor bei ca. 690 psig (4865 kPa) zugeführt. Der Ethylenstrom wurde mit einer Micro-Motion^TM-Massenstrommessvorrichtung gemessen. Eine Durchflussmess-/-kontrolleinrichtung wurde verwendet zur Einführung von Wasserstoff in den Ethylenstrom am Austritt des Ethylenkontrollventils.
Die Ethylen-/Wasserstoff-Mischung liegt bei Umgebungstemperatur vor, wenn sie mit dem Lösemittel-/Styrol-Strom zusammengeführt wird. Die Temperatur des gesamten Speisestroms beim Eintritt in die Rektorschleife wurde mit einem Glycol-gekühlten Austauscher auf ca. 2°C gesenkt. Die Herstellung der drei Katalysatorkomponenten wurde in drei separaten Behältern vorgenommen. Frisches Lösemittel und konzentrierte Katalysator/Cokatalyator/Sekundär-Cokatalysator-Vormischung wurden ihren jeweiligen Sammelbehälter zugegeben und eingemischt und über drehzahlveränderliche Membranpumpen vom Typ Pulsafeeder^TM in den Reaktor eingespeist. Wie bereits erläutert, trat das Dreikomponenten-Katalysatorsystem in die Reaktorschleife durch einen Injektor und statischen Mischer in die Ansaugseite der Doppelschneckenpumpe ein. Der Rohmaterialspeisestrom wurde ebenfalls durch einen Injektor und statischen Mischer stromaufwärts der Katalysatoreinspritzstelle oder durch einen Speise-Injektor/Mischer zwischen den zwei Austauschern, falls vorhanden, in die Reaktorschleife eingespeist.
Die Polymerisation wurde mit Zugabe eines Katalysatordeaktivierungsmittels (Wasser) in die Reaktorproduktleitung hinter der die Lösungsdichte messenden Micro-Motion^TM-Massenstrommessvorrichtung gestoppt. Ein statischer Mischer in der Leitung sorgte für Dispersion des Katalysatordeaktivierungsmittels und der Additive in dem abgehenden Reaktorstrom. Dieser Strom trat sodann in nachgeschaltete Reaktorheizvorrichtungen ein, welche zusätzliche Energie für die Schnellverdampfung zur Lösemittelentfernung bereitstellten. Diese Schnellverdampfung trat auf, wenn der abgehende Strom die nachgeschaltete Reaktorheizvorrichtung verließ und der Druck von 475 psig (3275 kPa) auf etwa 450 mmHg (60 kPa) Absolutdruck am Reaktordruckkontrollventil abfiel.
Dieses entspannte Polymer trat in den Entgasungsabschnitt des Prozesses ein. Die bei der Entgasung rasch ausdampfenden flüchtigen Bestandteile wurden mit einem Glycolmantelaustauscher kondensiert, durch eine Vakuumpumpe geleitet und zum Dampf-/Flüssigkeitstrennbehälter abgeführt. Im Vakuumsystem der ersten Stufe wurden Lösemittel/Styrol vom Boden dieses Behälters als Recycle-Lösemittel abgezogen, während unreagiertes Ethylen vom oberen Bereich abgezogen wurde. Der Ethylenstrom wurde mit Hilfe einer Micro-Motion^TM-Massenstrommessvorrichtung gemessen. Die Messung des abgezogenen Ethylens plus eine Berechnung der gelösten Gase in dem Lösemittel-/Styrol-Strom wurden verwendet, um die Ethylenkonversion zu berechnen. Das Polymer und restliches Lösemittel wurden mit Hilfe einer Zahnradpumpe einem Endentgaser zugeführt. Der Druck in dem zweiten Entgaser wurde bei ca. 10 mmHg (1,4 kPa) Absolutdruck betrieben, um das restliche Lösemittel schnell abzudampfen. Das trockene Polymer (< 1000 ppm Gesamtflüchtige) wurde mit einer Zahnradpumpe einer Unterwassergranuliervorrichtung zugeführt, dann zentrifugalgetrocknet und aufgefangen. Die Herstellbedingungen und Eigenschaften von ESI-1 sind in den Tabellen 1' bzw. 2' aufgeführt.

In Tabelle 1' entspricht 1 lb/h = 0,454 kg/h. Tabelle 1' Herstellungsbedingungen für ESI 1

ESI #	Reaktortemp. °C	Lösemittelstrom lb/h	Ethylenstrom lb/h	Wasserstoffstrom lb/h	Styrolstrom lb/h	Ethylenkonversion %	B/Ti-Molverhältnis	MMAO^c Ti-Molverhältnis	Katalysator^a	Co-Katalysator^b
ESI-1	69,0	20,945	1,116	0,0924	4,533	97,2	1,20	7,9	A	B

a Katalysator A ist (1H-Cyclopenta[I]phenanthren-2-yl)-dimethyl-(t-butylamido)-silantitan-1,4-diphenylbutadien), hergestellt wie in Beispiel 3 der US-PS Nr. 6 150 297 beschrieben, welche durch Bezugnahme in den vorliegenden Text aufgenommen wird.
b Co-Katalysator B ist Bis-(hydriertes Talkalkyl)-methylammoniumtetrakis-(pentafluorphenyl)borat, hergestellt wie in Beispiel 2 der US-PS Nr. 5 919 983 beschrieben, welche durch Bezugnahme in den vorliegenden Text aufgenommen wird.
c Ein modifiziertes Methylaluminoxan, kommerziell erhältlich von Akzo Nobel als MMAO-3A (CAS# 146905-79-5) Tabelle 2' Eigenschaften von ESI 1

Bezeichnung		Schmelzflussrate (dg/min)*	Copolymer Styrol (Gew.-%)	Copolymer Styrol (mol-%)	Copolymer Ethylen (Gew.-%)	Copolymer Ethylen (mol-%)
ESI-1		6,5	77 (min.)	47 (min.)	23 (max.)	53 (max.)
*	ASTM D1238 (190°C/2,1 Kg, I2)

Herstellung der Mischung
Alle Mischungen wurden zuerst gründlich trockengemischt, bevor sie compoundiert wurden. Für das Compoundieren wurde ein Haake Polylab-System verwendet, ausgestattet mit einem Doppelschneckenextruder vom Typ Berstorff PTW/25P. Die typische Extrudertemperatur betrug 160–190°C bei einer Ausstoßrate von 5–10 kg/h [12–22 lb/h]. Die Wasserbadtemperatur betrug 5°C. Die Zusammensetzung der Mischungen wird ausgedrückt in Gewichtsprozent, bezogen auf das Gesamtgewicht der Mischungskomponenten.
Testmethoden.
Styrol-Analyse der ESI-Probe
Der Styrolgehalt und die Konzentration an ataktischem Polystyrol des Interpolymers wurden bestimmt durch protonenkernmagnetische Resonanz (¹H-NMR), wie in US-Patent Nr. 6 476 141 beschrieben, dessen Inhalt in seiner Gesamtheit durch Bezugnahme in den vorliegenden Text aufgenommen wird.
Schmelztemperatur:
Die Schmelztemperatur der Modellmaterialmischungen wurde bestimmt mit einem Differential-Scanning-Kalorimeter (DSC) nach dem Verfahren gemäß ASTM:D3418, wobei
T_m = Schmelztemperatur (gemessen beim Maximum)
δT = Breite der Schmelzzone und
δH_fus = latente Schmelzwärme.
Messungen der Schmelzflussrate (MFR):
Der MFR-Wert der Modellmaterialmischungen wurde nach dem Verfahren gemäß ASTM:D1238 ermittelt.
Molekulargewicht
Sofern nichts anderes angegeben ist, wird das Molekulargewicht der Polymerzusammensetzungen für die vorliegende Erfindung geeignet angegeben mit Hilfe einer Schmelzindexmessung nach ASTM D-1238, Bedingung 200°C/5 kg (und auch als I₅ bekannt).
Ausdehnungskoeffizient – Thermomechanische Analyse (TMA)
Der Ausdehnungskoeffizient wurde nach dem Verfahren gemäß ASTM E831 gemessen, wobei:

T_s: Erweichungstemperatur (Beginn der Probenpenetration)
T_m: Schmelztemperatur nach Onset (Tangentenschnittpunkt)
ε: Dehndeformation ((t_exp – t_init)/t_init) × 100
CTE_{(max exp)}: Thermischer Ausdehnungskoeffizient (von 0°C bis zur maximalen Ausdehnung)
CTE_{(max slope)}: Thermischer Ausdehnungskoeffizient (maximale Steilheit)
δT_{(10–30% pen)}: Temperaturbereich (von 10 bis 30% Probenpenetration)
δT_{(Tm–30% pen)}: Temperaturbereich (von Schmelztemperatur nach Onset bis 30% Probenpenetration).

CTE (max. Ausdehnung)
Der CTE-Wert (maximale Ausdehnung) wurde nach dem Verfahren gemäß ASTM E831 ermittelt.
Maßliche Abweichung – (I-Träger-)Schrumpfrate
Die maßliche Abweichung wurde gemessen unter Verwendung von I-Träger-Modellproben gemäß den 4A und 4B, spritzgegossen aus einem erfindungsgemäßen Modellmaterial, welches 60 Gew.-% des Ethylen/Styrol-Interpolymers (ESI) als Komponente A und 40 Gew.-% des Polystyrols niederen Molekulargewichts als Komponente B enthielt (ein derartiges Modellmaterial wird als CASPER bezeichnet). Zum Vergleich wurden ähnliche I-Träger-Modellproben spritzgegossen unter Verwendung von gegenwärtig in der kommerziellen Herstellung von flüchtigen Modellen verwendeten Polystyrolen unterschiedlicher Quelle (Lacqrene 1541 Polystyrol von Atofina Division of Total-FinaElf und hochfließendes kristallines Polystyrol PS-541 von Deltech Polymers Corp.) und zwei verschiedenen konventionellen Modellwachsmischungen (mit der Bezeichnung 5042 und 5038). Der maßliche Schrumpf des Modells wurde gemessen unter Verwendung eines Optical Gauging FOV Smart Scope (OGP) oder eines ähnlichen optischen Messinstrumentes, wobei wie folgt verfahren wurde. Eine T-förmige Haltevorrichtung für das I-Träger-Modell wurde auf dem OGP-Tisch lagefixiert, wie in 4C gezeigt. Jede I-Träger-Modellprobe wurde so in der Haltevorrichtung positioniert, dass die Modell-Ziellöcher H im flachen Abschnitt nach oben zeigten und das dicke Ende (Maß 0,0635 cm [0,0250 Inch]) der I-Träger-Modellprobe auf der rechten Seite des Halters angeordnet war. Die OGP-Beleuchtung wurde eingestellt, wobei die ”Back and AUX”-Beleuchtung abgeschaltet und das ”Ring”-Licht auf einen Wert von zehn gesetzt wurde, um einen guten Beleuchtungskontrast zu erhalten. Zur Erhöhung der Visibilität des Randes der Löcher H kann eine schwarze Markierung oder weiße Farbe auf den flachen Abschnitt der Probe aufgebracht werden. Sodann wird der OGP-Tisch bewegt, bis sich das linke Ende des I-Träger-Modells unter der Optik befindet, so dass die Optik auf dem flachen Abschnitt nahe des linken Lochs H fokussiert werden kann. Die Optik wird auf eine 35-fache Arbeitsvergrößerung eingestellt. Das Kreisreticle des optischen Beobachtungsinstrumentes wird durch Bewegen des OGP-Tisches über das linke Loch H der Probe gebracht und sodann wird das Reticle auf das Loch H angepasst. Die X-, Y- und Z-Koordinaten werden an dem linken Messloch H genullt. Sodann wird der OGP-Tisch bewegt, um das rechte Loch H der Probe zu dem Kreisreticle auszurichten. Die Messachsen werden zu dem rechten Loch ausgerichtet. Der Abstand zwischen den Mittelpunkten der zwei Löcher H wird gemessen. Für jede Probengruppe wurden Statistiken berechnet für Mittel, Maximalwert, Minimalwert, Standardabweichung, Signal-Rausch-Verhältnis, Nominalwert = Bestwert (Nominal-the-best, NTB), prozentualer Schrumpf, Inch-per-Inch-Schrumpf und Probengröße (Zahl der geprüften Proben).
Biegemodul
Der Biegemodul wurde nach ASTM D-790 gemessen.
Zugfestigkeit
Die Zugfestigkeit wurde nach ASTM D638 gemessen.
Spritzgießen
Das Spritzgießen der Probekörper wurde auf einer Fanuc Roboshot EV110-Tonnen-Spritzgießmaschine durchgeführt. Die Einspritzzykluszeit betrug 30 Sekunden für Probekörper aus Polystyrol-Material und ESI-Mischungsmaterialien und 60 Sekunden für Probekörper aus Modellwachs. Die Wachsprobekörper wurden bei einer Temperatur im Bereich von 60 bis 70°C [140 bis 160°F] und einem Packdruck von 1030 bis 1380 kPa [150 bis 200 psi] spritzgegossen, in Abhängigkeit von der Probekörpergeometrie. Die Polystyrol-Probekörper wurden bei einer Temperatur im Bereich von 200 bis 290°C [390 bis 550°F] und einem Packdruck von 41000 bis 69000 kPa [6000 bis 10000 psi] spritzgegossen, in Abhängigkeit von der Probekörpergeometrie. Die ESI-Mischungs-Probekörper [verschieden von dem Versuch(smaterial) Nr. 5 nach Tabelle 1 mit der Bezeichnung CASPER-Material] wurden bei einer Temperatur im Bereich von 115 bis 165°C [235 bis 330°F] und einem Packdruck von 24000 bis 75000 kPa [3500 bis 11000 psi] spritzgegossen, in Abhängigkeit von der Probekörpergeometrie. Die CASPER-Mischungs-Probekörper (Versuchsmaterial Nr. 5 gemäß Tabelle 1) wurden bei einer Temperatur im Bereich von 125 bis 140°C [260 bis 290°F] und einem Packdruck von 45000 bis 55000 kPa [6500 bis 8000 psi] spritzgegossen, in Abhängigkeit von der Probekörpergeometrie (d. h. I-Träger-, Zugstab-, Gießkeil-Probekörper).
Ausbrennverhalten
Das Ausbrennverhalten (Anfälligkeit für Formrissbildung) wurde beurteilt während der Modellentfernung durch Schnellentwachsen unter Verwendung eines Keilblockmodells, 5A. Dieses keilförmige Modell kann vielfach Schalenformrisse entlang der Kanten des Keils verursachen. Keilförmige Test-Schalenformen wurden montiert, unter Verwendung der verschiedenen Modellmaterialmischungen für jedes Keilblockmodell. Jedes der sechs verschiedenen keilförmigen Modelle wurde mit seiner eigenen Ablassleitung T verbunden und dann an einem gemeinsamen Ringanschnitt G, welcher mit einem Eingusstrichter PC verbunden war, montiert, um eine Modellanordnung zu bilden, 5A. Jede Modellanordnung umfasste ein konventionelles keilförmiges Wachsmodell und keilförmiges Polystyrol-Modell als Kontrollen. Jede Modellanordnung wurde dann mit der gleichen Art von DS/SC-(gerichtet erstarrter/Einkristall-)Produktions-Keramikschalenform umhüllt. Die Schalenform umfasste eine kommerziell verwendete Schalenformkonstruktion, umfassend eine Keramikschlicker/Sand-Frontschicht, gebildet unter Verwendung von Aluminiumoxid- und Cobaltaluminat-Mehlen, vier keramische (Zircon-)Schlicker-/Sand-Backup-Schichten und eine Schlickerdeckschicht, und wurde durch Ausbrennen unter Verwendung von für das zu untersuchende Modellmaterial geeigneten Produktionsverfahren verarbeitet. Die Schalenformen (5B), welche Modellmischungen in Einklang mit der Erfindung aufwiesen, wurden in einem gasgefeuerten Tunnelbrennofen bei 790°C [1450°F] schnell erhitzt. Die Schalenformen, welche nur konventionelle Wachsmodelle aufwiesen, wurden einem Dampfautoklavenverfahren unterworfen, um den größten Teil des Wachses zu entfernen, gefolgt von einem Schnellentwachsen in einem gasgefeuerten Tunnelbrennofen bei 790°C [1450°F]. Die Schalenformen wurden einer visuellen Prüfung auf Rissart, Rissort (z. B. Spitze, Seiten oder Flächen des Keils) und Schwere (Risslänge) unterworfen. Die verschiedenen Modellmaterialmischungen wurden als schlechter, gleich oder besser als das Kontroll-Wachsmodell eingestuft bezogen auf die Formrissbildung während der Modellentfernung.
Die verschiedenen Modellmaterialmischungen, welche ESI-1 als Komponente A zusammen mit anderen Mischungskomponenten verwenden und getestet wurden, sind in der nachfolgenden Tabelle 1 aufgeführt, und die Resultate der Tests für diese Mischungen sind in der nachfolgenden Tabelle 2 angegeben.
In Tabelle 2 entspricht 1 psi = 6,895 kPa und 1 ksi = 6,895 MPa.

In Tabelle 3 entspricht 1 Inch = 2,54 cm. Tabelle 1:

Experiment Nr.:	ESI (Gew.-%)	Andere Mischungskomponenten (Gew.-%)
1	80%	20% Piccolastic D125
2	60%	40% Piccolastic D125
3	80%	20% Piccolastic A75
4	70%	30% Piccolastic A75
5	60%	40% Piccolastic A75
6	80%	20% WM5042
7	60%	40% WM5042
8	95%	5% Paraffinwachs 1278
9	90%	10% Paraffinwachs 1278
10	80%	20% Paraffinwachs 1278
11	95%	5% Stearinsäure
12	90%	10% Stearinsäure
13	80%	20% Piccolyte S125
14	80%	20% Valtec HH442H
15	90%	10% EVA, Escorene
16	80%	20% Piccolastic A75 + 10% EVA, Escorene
Vergleichsexperiment:
1	0%	Deltech, kristallines Polystyrol PS-541
2	0%	Atofina, Lacqrene 1541 Polystyrol
3	0%	WM 5038
4	0%	WM 5042

Anmerkung:
Vergleichsexperiment 1 ist das hochfließende Polystyrol PS-541 von Deltech Polymers Corp. Vergleichsexperiment Ex. 2 ist das hochfließende Lacqrene 1541 Polystyrol von Atofina, während die Vergleichsexperimente 3 und 4 jeweils ein konventionelles Modellwachsmaterial sind (WM5042 und WM5038), hergestellt von Howmet Castings Corporation.
Piccolastic^TM A-75 ist ein Polystyrol mit niederem Molekulargewicht von Eastman/Hercules Chemical,
Piccolyte^TM S-125 ist ein aus Polynopinen erhaltenes Harz mit niederem Molekulargewicht von Eastman/Hercules Chemical,
Escorene^TM ist ein Ethylen-Vinylacetat-Copolymer von ExxonMobil Chemical,
WM5042 ist ein konventionelles Modellwachsmaterial, Produkt der Howmet Castings Corporation,
Paraffinwachs 1278 ist ein Spezialmischungsparaffinwachs von The International Group, Incorporated,
Valtec^TM ist ein hochfließendes Polypropylen von Basell North America, Incorporated.
Das Ausbrennverhalten, wie in Tabelle 2 dargestellt, ist die Fähigkeit des Modellmaterials, aus einer grünen Schalenform entfernt zu werden, ohne Defekte zu erteilen, z. B. Schalenformrisse, -spaltungen und -abplatzungen, Frontschichtreaktionen oder Gusseinschlüsse. Die Ausbrennqualität wird von vielen thermomechanischen Materialeigenschaften beeinflusst, einschließlich, aber nicht ausschließlich von der Erweichungstemperatur (T_s), der Schmelztemperatur (T_m), dem Ausdehnungskoeffizienten (%), dem CTE-Wert (maximale Ausdehnung und maximale Steilheit) und der Schmelzflussrate (MFR). Die industrielle Erfahrung zeigt, dass Modellmaterialien mit niederen Werten für T_s, T_m und niedrigen Ausdehnungskoeffizienten zusammen mit hohen MFR-Werten das beste Ausbrennverhalten zeigen. Modellmaterialien mit Erweichungs- und Schmelztemperaturen größer als 100°C und/oder einer Ausdehnung von größer als 3,0% erzeugen üblicherweise Schalendefekte wegen der Unfähigkeit, schnell die Schmelztemperatur zu erreichen und aus der grünen Schalenform auszufließen, bevor die Ausdehnung zu Schalenformspalt- oder -rissbildung führt. Der MFR-Wert ist eine gleichermaßen wichtige Materialeigenschaft, welche thermisch basierte Modellentfernungsprozesse beeinflusst. Beispielsweise muss das geschmolzene Modellmaterial die Fähigkeit haben, einmal geschmolzen, schnell aus einer erhitzten Schalenform abzufließen, um Defekte zu vermeiden, die durch den Innendruck infolge der Ausdehnung des flüssigen Modellmaterials verursacht werden. Ein MFR-Wert von weniger als 350 wurde als inakzeptabel in kommerziellen Produktionsausbrennprozessen gefunden, weil das Modellmaterial zu lange in der Schalenform bleibt.
Tabelle 2 zeigt, dass bei den auf alle in der Tabelle aufgeführten Eigenschaften getesteten ESI-Modellmaterialmischungen die Mischungen der Experimente Nr. 3, 5 und 6 T_s- und T_m-Werte zeigen, die vergleichbar oder kleiner sind als die für konventionelle Modellwachsmaterialien (Vergleichsexperimente 3 und 4), bei genügendem bis gutem Ausbrennverhalten. Solche ESI-Modellmaterialmischungen gemäß Experiment 3, 5 und 6 zeigen ferner viel höhere MFR-Werte als Polystyrol-Modellmaterialien (Vergleichsexperimente 1 und 2). Für eine experimentelle CASPER-Mischung 5 (Experiment Nr. 5) betrug der MFR-Wert mehr als das Zehnfache desjenigen von Polystyrol, was für einen erhöhten Fluss des schmelzenden Modellmaterials während des Modellentfernungsprozesses unter Anwendung einer thermischen Behandlung, wie Schnellerhitzen oder Dampfautoklavieren, sorgen wird.
Die kombinierten Effekte von niederen Schmelztemperaturen, niedriger Ausdehnung und hohen MFR-Werten der Modellmaterialmischungen der Experimente Nr. 3, 5 und 6 führen zu Ausbrenneigenschaften, die denen von Modellwachsmaterial gleich kommen und viel besser sind als die von Polystyrol-Modellmaterialien. Diese erfindungsgemäßen Modellmaterialmischungen können ein Ausbrennverhalten auf genügendem bis gutem Niveau, ähnlich dem von Modellwachsmaterialien erzielen und reduzieren oder eliminieren schalenbezogene Defekte, wie sie bei Polystyrol-Modellmaterialien üblich sind.
Zusätzlich zum Ausbrennverhalten sind die mechanischen Eigenschaften der Schlüssel für das wirtschaftliche Funktionieren von Modellmaterialien. Konventionelle Modellwachsmaterialien sind sehr schwach und spröde, was sie zerbrechlich und anfällig für Handling-Schäden während der Montage einer Modellanordnung macht, und sie lassen sich nicht leicht an eine Automatisierung anpassen. Dagegen haben Polystyrol-Modellmaterialien eine hohe Festigkeit und Zähigkeit. Modelle aus Polystyrol-Modellmaterialien sind robust gegenüber den Handling-Kräften bei Montage- und schalenbezogenen Prozessen und können in komplexen Modellausgestaltungen verwendet werden, so etwa für Turbinenradprodukte und als dünne Anordnungskomponenten, wie Anschnitte, Gießläufe, Eingusstrichter und Kristallstarter, wo hohe Festigkeit und Steifigkeit während des Schalenaufbauprozesses gefordert sind.
Tabelle 2 vergleicht mechanische Schlüsseleigenschaften der ESI-Modellmaterialmischungen mit denjenigen konventioneller Modellwachsmaterialien und Polystyrol-Materialien. Die Daten für Zugfestigkeit und Biegemodul (ein Maß für die Zähigkeit) zeigen, dass die ESI-Modellmaterialmischungen von Experiment 3, 5 und 6 eine ca. drei- bis zehnmal größere Zugfestigkeit und viel höhere Biegemoduleigenschaften aufweisen als Modellwachs und dabei gleichzeitig die oben beschriebenen vorteilhaften Eigenschaften zeigen.
Bei den auf alle in Tabelle 2 angegebenen Eigenschaften getesteten ESI-Modellmaterialmischungen ist die CASPER-Mischung von Experiment Nr. 5 hinsichtlich Festigkeit und Zähigkeit im Wesentlichen den Polystyrol-Modellmaterialien ähnlich. In Anwendungen, wo – wegen seiner mechanischen Eigenschaften – ein Polystyrol-Modellmaterial zur Verwendung gewählt wird, z. B. für ein Turboladerrad-Modell oder große Gießanschnittkomponenten, kann die erfindungsgemäße CASPER-Mischung von Experiment Nr. 5, welche 60 Gew.-% ESI und 40 Gew.-% des Polystyrols niederen Molekulargewichts (Picolastic A75) umfasst, als direkter Ersatz fungieren.
Aufgrund des guten Ausbrennverhaltens und der guten mechanischen Eigenschaften wurden die maßlichen Eigenschaften, Schrumpf und Variabilität der CASPER-Mischung von Experiment Nr. 5, welche 60 Gew.-% ESI und 40 Gew.-% des Polystyrols niederen Molekulargewichts (Picolastic A75) umfasste, beurteilt. Zum Vergleich wurden auch zwei Polystyrol-Modellmaterialien (Deltech PS-541 und Atofina 1541) und zwei konventionelle Modellwachsmaterialien (WM5038 und WM5042) hinsichtlich ihrer maßlichen Eigenschaften beurteilt.
Die maßlichen Beurteilungen der Modelle wurden durchgeführt durch Messen der Distanz zwischen Ziellöchern unter Verwendung von I-Träger-Modellen, wie in 4A und 4B gezeigt. Messmethoden, Werkzeuge, Halterungen und Ausrüstung sind im Vorstehenden unter dem Abschnitt Testmethoden beschrieben. Bei dieser Beurteilung und Analyse wurden alle Modelle auf einer 100 t-Vertikal-Elektrospritzgießmaschine geformt unter Verwendung eines temperaturkontrollierten Werkzeugs mit vollautomatischem Ausstoß. Der Einspritzprozess war ein standardmäßiger entkoppelter Zweistufen-Zyklus, der bis auf Materialtemperatur und Packdruck für jedes Modellmaterial ähnlich war. Materialtemperatur und Packdruck wurden für jedes Modellmaterial angepasst, um die optische Qualität des Modells zu optimieren.
Tabelle 3 präsentiert eine Zusammenfassung der statistischen Ergebnisse für die Beurteilung und Analyse der maßlichen Eigenschaften. Der Schrumpf wird beurteilt unter Verwendung von Statistiken für den mittleren prozentualen Schrumpf und Inch/Inch-Schrumpf. Die maßliche Variation wird beurteilt mit Statistiken für Maximalwert, Minimalwert, Standardabweichung und S/N-Verhältnis für Nominal-the-best. Wie gezeigt, ist der Schrumpf für die I-Träger-Modelle, welche aus der erfindungsgemäßen CASPER-Mischung von Experiment Nr. 5 hergestellt sind, wesentlich kleiner als der für I-Träger-Modelle, welche aus Polystyrol und konventionellen Wachsmodellmaterialien hergestellt sind. Diese Charakteristik kann das Modellwerkzeugdesign ohne Erhöhung der Kosten beeinflussen zur Verwendung im Feingießverfahren. Was noch wichtiger ist: die maßliche Variation für die aus der CASPER-Mischung hergestellten I-Träger-Modelle ist gleich der für das aus dem konventionellen Polystyrol-Modellmaterial hergestellte I-Träger-Modell und drei- bis sechsmal kleiner als die für Modellwachsmaterialien. Wie gezeigt, beträgt die Standardabweichung von 13,97 cm [5,500 Inch] I-Träger-Merkmal 0,0013 cm [0,0005 Inch] für das I-Trägermodell aus der CASPER-Mischung, verglichen mit 0,0043 cm [0,0017] und 0,0081 cm [0,0032] für I-Träger-Modelle aus den Wachsmaterialien 5042 bzw. 5038. Die erfindungsgemäße CASPER-Mischung bietet alle Vorteile des steifen Polystyrol-Modellmaterials hinsichtlich Raumtemperaturfestigkeit, Dimensionsstabilität und deutlich verminderter maßlicher Variabilität im Vergleich zu Modellwachsmaterialien.
Ein bevorzugtes erfindungsgemäßes Modellmaterial umfasst ca. 50 bis 70 Gew.-% ESI und ca. 20 bis ca. 50 Gew.-% Polystyrol niederen Molekulargewichts.
Zusammenfassend können die erfindungsgemäßen Modellmaterialmischungen in Bezug auf schalenrissloses Ausbrennen des Modells ähnliches Verhalten erzielen wie die konventionellen Modellwachse. Ferner können die erfindungsgemäßen Modellmaterialmischungen die folgenden Vorteile gegenüber konventionellem Modellwachs bieten:
Spritzgießbar über einen weiteren Temperatur-/Druckbereich, 70 bis 200°C, 690 bis 14000 kPa [100 bis 2000 psi], verglichen mit 70°C, 690 kPa [100 psi] für konventionelle Modellwachsmaterialien;
schnellere Einspritzzykluszeiten,
verbesserte Dimensionsstabilität,
höhere Zugfestigkeit für eine ausgezeichnete Anpassbarkeit an eine automatisierte Modellmontage und wesentlich geringere maßliche Variation.
Die vorliegende Erfindung wurde im Detail in Zusammenhang mit bestimmten Ausführungsformen derselben zur Herstellung eines Modells, einer Modellanordnung sowie Anordnungskomponenten (z. B. Anschnitte, Gießläufe etc.) zum Feingießen eines Metalls oder einer Legierung beschrieben; die Erfindung ist jedoch nicht hierauf begrenzt und kann Anwendung finden zur Herstellung anderer Arten von flüchtigen Modellen zum Gießen eines Metalls oder einer Legierung. So kann die Erfindung beispielsweise umgesetzt werden zur Herstellung eines flüchtigen Modells für ein Gießverfahren nach dem verlorenen Schaummodell, wobei das Modell in einem Bett von refraktären Partikeln angeordnet wird und eine Metall- oder Legierungsschmelze in Kontakt mit dem Modell fließen gelassen wird, um das Modell in dem Bett von refraktären Partikeln zu zerstören (z. B. zu verdampfen) und zu ersetzen. Die Mischung des im Wesentlichen statistischen Interpolymers (Komponente A), des Polymers niederen Molekulargewichts (Komponente B) und des optionalen thermoplastischen Polymers (Komponente C) wird so gewählt, dass Modelleigenschaften bereitgestellt werden, welche geeignet sind für das Gießverfahren nach dem verlorenen Schaummodell, z. B. niedrige Dichte, hohe Zugfestigkeit und Aschearmut.
Die vorliegende Erfindung wurde im Detail in Verbindung mit gewissen Ausführungsformen derselben beschrieben; die Erfindung ist jedoch nicht hierauf begrenzt und für den Fachmann wird erkennbar sein, dass Änderungen, Modifikationen und dergleichen vorgenommen werden können, ohne den Bereich der Erfindung, wie er in den beigefügten Ansprüchen dargelegt ist, zu verlassen.

Claims

Ein Modellmaterial-Compound zur Herstellung eines flüchtigen Modells eines aus einem Metall oder einer Legierung zu gießenden Artikels, umfassend; A) ein im Wesentlichen statistisches Interpolymer, wobei das Interpolymer hergestellt ist durch Polymerisieren eines oder mehrerer α-Olefine mit einem oder mehreren aromatischen Vinyl- oder Vinyliden-Monomeren und B) ein Polymer mit einer mittleren relativen Molekülmasse (Molekulargewicht) (Mn) < 10000, welches von dem Interpolymer verschieden ist, wobei das Polymer ausgewählt ist aus einem Polystyrol niederer relativen Molekülmasse, klebrigmachendem Harz und Wachs, wobei das Modellmaterial-Compound in Gewichtsprozent 10 bis 95% des Interpolymers und 5 bis 60% des Polymers umfasst.
Das Modellmaterial-Compound nach Anspruch 1, weiter umfassend C) ein thermoplastisches Polymer, welches von dem Interpolymer und dem Polymer niederer relativen Molekülmasse verschieden ist.
Das Modellmaterial-Compound nach Anspruch 1, wobei das aromatische Vinyl- oder Vinyliden-Monomer 1 bis 65 mol-% des Interpolymers ausmacht.
Das Modellmaterial-Compound nach Anspruch 1, wobei das aromatische Vinyl- oder Vinyliden-Monomer 10 bis 60 mol-% des Interpolymers ausmacht.
Das Modellmaterial-Compound nach Anspruch 4, wobei das aromatische Vinyl- oder Vinyliden-Monomer 30 bis 50 mol-% des Interpolymers ausmacht.
Das Modellmaterial-Compound nach Anspruch 1, wobei für das Polymer der Komponente B) die mittlere relative Molekülmasse < 5000 ist.
Das Modellmaterial-Compound nach Anspruch 6, wobei für das Polymer der Komponente B) die mittlere relative Molekülmasse < 2000 ist.
Das Modellmaterial-Compound nach Anspruch 1, umfassend in Gewichtsprozent: 30–80% des Interpolymers und 10–50% des Polymers niederer relativen Molekülmasse.
Das Modellmaterial-Compound nach Anspruch 8, umfassend in Gewichtsprozent: 50–70% des Interpolymers und 20–50% des Polymers niederer relativen Molekülmasse.
Das Modellmaterial-Compound nach Anspruch 1, wobei das statistische Interpolymer ein Ethylen/Styrol-Interpolymer ist und das Polymer mit einer mittleren relativen Molekülmasse (Mn) < 10000 ein Polystyrol ist, wobei das Modellmaterial-Compound in Gewichtsprozent 50 bis 70% des Interpolymers und 20 bis 50% des Polystyrols umfasst.
Das Modellmaterial-Compound nach Anspruch 10, umfassend in Gewichtsprozent: 60% des Interpolymers und 40% des Polystyrols niederer relativen Molekülmasse.
Ein flüchtiges Modell mit einer Gestalt eines aus einem Metall oder einer Legierung zu gießenden Artikels, umfassend das Modellmaterial-Compound nach einem der vorangehenden Ansprüche.
Das Modell nach Anspruch 12, wobei die Gestalt eine Gasturbinentriebwerks-Laufschaufel oder -Leitschaufel umfasst.
Kombination eines flüchtigen Modells mit einer Gestalt eines aus einem Metall oder einer Legierung zu gießenden Artikels und einer das Modell umhüllenden Schalenform, wobei das Modell das Modellmaterial-Compound nach einem der Ansprüche 1 bis 11 umfasst.
Die Kombination nach Anspruch 14, wobei das Modell eine Gestalt einer Gasturbinentriebwerks-Laufschaufel oder -Leitschaufel umfasst.
Ein Verfahren zur Herstellung einer Schalenform zum Gießen einer Nickel- und Cobalt-basierten Superlegierung, umfassend: Bereitstellen eines flüchtigen Modells mit einer Gestalt eines aus der Legierung zu gießenden Artikels, wobei das Modell das Modellmaterial-Compound nach einem der Ansprüche 1 bis 11 umfasst, Umhüllen des Modells mit einer Schalenform mit einer Schalenformkonstruktion, umfassend eine Keramikschlicker/Sand-Frontschicht gebildet unter Verwendung von Aluminiumoxid- und Cobaltaluminat-Mehlen, vier keramischen (Zircon-)Schlicker-/Sand-Backup-Schichten und einer Schlickerdeckschicht und Ausbrennen, und Entfernen des Modells aus der Schalenform durch Schmelzen des Modells ohne Rissbildung der Schalenform.
Das Verfahren nach Anspruch 16, wobei das Modell durch Schnellerhitzen geschmolzen wird.
Das Verfahren nach Anspruch 17, wobei das Modell durch Dampfautoklavieren geschmolzen wird.