DE1109839B - Process for the production of a sand which is coated with a thermosetting resin and is suitable for the production of shell molds - Google Patents
Process for the production of a sand which is coated with a thermosetting resin and is suitable for the production of shell moldsInfo
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Description
Formsand zu verbessern. Gemäß der Erfindung wird vorgeschlagen, daß man die einzelnen Sandteilchen mit einem in der Wärme härtbaren, in flüssigem Zustand vorliegenden oder in einem Lösungsmittel geabgenommen, während die zuerst erwähnte Schale 30 lösten Harz und einem festen Wachs oder wachsartiauf dem Muster, z. B. in einem Ofen, weitererhitzt gen Material überzieht und den Überzug zwecks BiI-wird, um das Harz bis zu dem in der Wärme hart- dung eines Filmes trocknet oder verfestigt, der bei baren oder umschmelzbaren Zustand auszuhärten. normaler Raumtemperatur nicht klebrig ist, wobei Es wird dann von dem Metallmuster in Form eines Wachs oder wachsartiges Material in einer Menge starren Gußformteils abgenommen, der für das 35 von 0,5 bis 15 Gewichtsprozent des Harzes in Form Gießen von Metallen benutzt werden kann. eines Pulvers, einer Paste oder Lösung verwendetTo improve molding sand. According to the invention it is proposed that the individual sand particles with a heat-curable, liquid or removed in a solvent, while the first-mentioned tray 30 dissolved resin and a solid wax or wax material the pattern, e.g. B. in an oven, further heated material is coated and the coating for the purpose of BiI-is, around the resin to the point that a film dries or solidifies in the heat hardenable or remeltable state. normal room temperature is not sticky, whereby It is then taken from the metal pattern in the form of a wax or waxy material in a lot rigid mold part removed for the 35 from 0.5 to 15 percent by weight of the resin in the form Casting metals can be used. a powder, paste or solution
Es ist auch schon bekannt, an Stelle eines werden. Vorteilhafterweise wird jedes Sandkömchen trockenen Sand-Harz-Gemisches einen Formsand für vollständig mit einem doppelschichtigen Film über-Schalenguß herzustellen, dessen Sandkömchen mit zogen, der bei normaler Raumtemperatur nicht klebt einem festen, nichtklebrigen Überzug aus einem in 40 und aus einer inneren Filmschicht aus in der Wärme der Wärme härtbaren phenolischen Harz überzogen härtbarem Harz und einer äußeren Filmschicht aus sind, so daß dieser mit Harz überzogene Sand an einem Wachs oder wachsartigem Material besteht. Stelle des trockenen Sand-Harz-Gemisches in dem Vorzugsweise werden Sand und ein Wachs oder Schalengußverfahren benutzt werden kann. wachsähnliches Material mit einem wärmehärtbarenIt is also already known to be in place of one. Each grain of sand is advantageously dry sand-resin mixture a molding sand for completely with a double-layer film over-shell casting to produce, whose sand grains moved with, which does not stick at normal room temperature a solid, non-tacky coating of one in 40 and an inner film layer of in the heat the thermosetting phenolic resin coated curable resin and an outer film layer so that this resin-coated sand is adhered to a wax or waxy material. Place of the dry sand-resin mixture in the preferably sand and a wax or Shell molding can be used. wax-like material with a thermosetting
Dadurch werden zwar insbesondere ein Entmischen 45 flüssigen Harz innig durchgemischt und das erhaltene der Sand- und Harzteile des Gemisches und auch Gemisch in eine im wesentlichen frei fließende MasseAs a result, in particular a segregation 45 of the liquid resin is intimately mixed and the resultant the sand and resin parts of the mix and also mix into a substantially free flowing mass
Staub- und Explosionsgefahren vermieden, aber diese überzogenen Sande waren nicht allgemein verwendbar und neigten zur Klumpenbildung, Verklebung der Fülltrichter u. dgl.Dust and explosion hazards avoided, but these coated sands were not of general use and tended to form lumps, sticking of the hopper and the like.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen mit in der Wärme härtbaren Harz überzogenenIt is an object of the invention to provide a thermosetting resin coated
von Sandkörnchen übergeführt.carried over by grains of sand.
Durch das erfindungsgemäße Verfahren wird ein Schalengußformsand erzielt, der wegen seines seidigen Gefüges überlegene Fließ- und Verblaßfähigkeiten hat und der sich besser als bisherige Sande handhaben läßt, wobei gleichzeitig die Zugfestigkeit desBy the method according to the invention, a shell molding sand is achieved, which because of its silky Structure has superior flow and fading abilities and which can be handled better than previous sands leaves, at the same time the tensile strength of the
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mit Harz überzogenen Sandes ganz erheblich — ungefähr 50% — erhöht wird und weniger Harz gebraucht wird, so daß das Verfahren wirtschaftlicher und eine geringere Gasentwicklung vorhanden ist.resin coated sand is increased significantly - about 50% - and less resin is used is, so that the process is more economical and there is less gas evolution.
Mit dem erfindungsgemäßen Formsand können Kerne mit bis zu 15% größerer Dichte hergestellt werden, wodurch weniger Leerstellen im Kern vorhanden sind und ein Guß mit glatterer Außenfläche entsteht. Schließlich sei noch bemerkt, daß das Wachs auf den Sandkörnchen als Schmiermittel wirkt und dadurch die Entfernung der Form bzw. des Kernes nach dem Guß erleichtert wird.With the molding sand according to the invention, cores with up to 15% greater density can be produced resulting in fewer voids in the core and a cast with a smoother outer surface arises. Finally, it should be noted that the wax acts as a lubricant on the grains of sand and this makes it easier to remove the mold or the core after casting.
Es hat sich auch erwiesen, daß die zur Bearbeitung des Sandes und des Harzgemisches bei der Herstellung des mit Harz überzogenen Sandes erforderliche Kraft durch die größere Fließfähigkeit des Formsandes infolge des Wachsüberzuges ganz erheblich verringert wird.It has also been found that the processing of the sand and the resin mixture in the manufacture of the resin-coated sand due to the greater fluidity of the Molding sand is reduced quite considerably as a result of the wax coating.
Es ist überraschend, daß das Überziehen der Sandkörnchen mit einem Wachs oder wachsartigem Material in so kleinen Mengen solche bedeutenden Wirkungen, insbesondere die bemerkenswerte Erhöhung der Zugfestigkeit des Formsandes und die große Fließfähigkeit hat.It is surprising that coating the grains of sand with a wax or waxy material in such small amounts, such significant effects, especially the remarkable increase the tensile strength of the molding sand and the great flowability.
Geeignete Zusätze sind Wachse oder wachsähnliche Substanzen, die unter normalen Bedingungen fest sind, z. B. mikrokristalline oder andere Paraffinwachse; synthetische Wachse, z. B. ein substituiertes Polyamid der Stearinsäure (»Acrawax C«); wachsartige Polyäthylene von mittlerem Molekulargewicht; Methylen-bis-stearinsäureamid; und Substanzen, wie z. B. Calcium-, Lithium- und Zinkstearate. Diese Substanzen werden in Mengen von nur 0,5 Gewichtsprozent des Harzes in den Fällen angewandten denen härtere Wachse benutzt werden und nach dem Heißverfahren gearbeitet wird; und sie werden in Mengen bis zu 15 Gewichtsprozent angewandt, wenn man sich weicherer Wachse bedient und das überziehen des Sandes im Kaltverfahren vornimmt. Die zuzusetzende Menge steht bis zu einem gewissen Grade auch in Beziehung zu der benutzten Sandqualität, der Art und Menge des benutzten Harzes und dem erwünschten Charakter des Endproduktes. So kann man größere Mengen Wachssubstanz von verhältnismäßig großer Weichheit benutzen, um ein gewisses »Klumpen« (Zusammenballen) des Sandes zu erreichen, was erwünscht ist, wenn der Sand nicht in Gußtrögen verarbeitet, sondern auf das Metallmuster zwecks Bildung der Gußschalenformen aufgeblasen wird. Die härteren Wachs- oder wachsartigen Substanzen können in Pulverform und die weicheren entweder in Form von Pasten oder Lösungen zugegeben werden, um ein gutes Vermischen und Überziehen des Sandes zu erreichen, und sei können jederzeit während des Vermischens zugesetzt werden, während sich das Harz in flüssigem Zustand befindet; man kann sie gewünschtenfalls auch in mehreren Teilen zusetzen. So kann ein Teil z. B. sofort zu Beginn des Vermischens und ein anderer später zugegeben werden.Suitable additives are waxes or wax-like substances that are used under normal conditions are fixed, e.g. B. microcrystalline or other paraffin waxes; synthetic waxes, e.g. B. a substituted one Polyamide of stearic acid ("Acrawax C"); waxy polyethylenes of medium molecular weight; Methylene-bis-stearic acid amide; and substances such as B. calcium, lithium and zinc stearates. These Substances are applied in amounts as low as 0.5 percent by weight of the resin in those cases harder waxes are used and the hot process is used; and they are in abundance Up to 15 percent by weight applied when using softer waxes and covering them of the sand using the cold process. The amount to be added is up to a certain point also in relation to the quality of sand used, the type and amount of resin used and the desired Character of the end product. So you can use larger amounts of wax substance in proportion use great softness to achieve a certain "lump" (agglomeration) of the sand, which is desirable if the sand is not processed in casting troughs, but on the metal pattern is inflated to form the sprue molds. The harder waxy or waxy substances can be added in powder form and the softer ones either in the form of pastes or solutions in order to achieve a good mixing and coating of the sand, and be can at any time added during mixing while the resin is in a liquid state; if desired, they can also be added in several parts. So a part z. B. immediately at the beginning of mixing and another to be added later.
Die benutzten Harze sind Phenolformaldehydharze, die in der Wärme härtbar oder potentiell in der Wärme härtbar sind. Es können hier Harze des zweistufigen oder »Novolak«-Typs benutzt werden, die aus 0,5 bis 0,9 Mol Formaldehyd je Mol Phenol bestehen und die thermoplastisch bleiben, bis sie mit dem zugesetzten Aldehyd, z. B. 8 bis 20 Gewichtsprozent Hexamethylentetramin, vereint werden, worauf das Harz potentiell in der Wärme härtbar wird und später durch Erwärmen in der Wärme ausgehärtet werden kann. Hierbei unterscheidet man wiederum zwei Arten Harz: Die eine ist unter normalen Bedingungen flüssig und wird aus 0,5 bis 0,725 Mol Formaldehyd je Mol Phenol hergestellt und hat einen Festkörpergehalt von 70 bis 80% und kann in der vorliegenden Erfindung zusammen mit dem Hexamethylentetramin und dem Wachs oder wachsartigemThe resins used are phenol-formaldehyde resins, which are heat curable or potentially in are curable by heat. Resins of the two-stage or "novolak" type can be used here, which consist of 0.5 to 0.9 moles of formaldehyde per mole of phenol and which remain thermoplastic until they cope with the added aldehyde, e.g. B. 8 to 20 weight percent hexamethylenetetramine are combined, whereupon the resin becomes potentially heat curable and later cured by heating in the heat can be. A distinction is made between two types of resin: One is under normal conditions liquid and is made from 0.5 to 0.725 moles of formaldehyde per mole of phenol and has a Solids content from 70 to 80% and can be used in the present invention together with the hexamethylenetetramine and the wax or waxy
ίο Zusatzstoff sowohl im Heiß- als auch im Kaltverfahren angewandt werden. Diese Art stellt das bevorzugte Harz dar. Die andere Art ist ein unter normalen Bedingungen festes Harz, das aus 0,75 bis 0,9 Mol Formaldehyd je Mol Phenol entsteht; es kann ebenfalls in der vorliegenden Erfindung zusammen mit dem Hexamethylentetramin und dem wachsartigen Zusatzmittel entweder im Heiß- oder Kaltverfahren angewandt werden, nur muß dieses feste Harz bei Anwendung des Kaltverfahrens zunächst in einem Lösungsmittel, z. B. dem gleichen Äthanol, aufgelöst werden. Nach dem anderen Verfahren kann ein flüssiges, einstufiges Phenolformaldehydharz von in der Wärme härtbarem Charakter, das keinen Zusatz an Aldehyd erfordert, in demίο Additive in both hot and cold processes can be applied. This type is the preferred resin. The other type is a sub normal conditions solid resin, which is formed from 0.75 to 0.9 moles of formaldehyde per mole of phenol; it can also be used in the present invention together with the hexamethylenetetramine and the waxy additives are used either in the hot or cold process, only this must solid resin when using the cold process first in a solvent, e.g. B. the same Ethanol. The other method can be a liquid, one-stage phenol-formaldehyde resin of thermosetting character which does not require the addition of aldehyde, in which
as Kaltverfahren zusammen mit dem Wachs oder wachsartigen Zusatzstoff angewandt werden, wobei dieses Harz aus mindestens äquimolaren Teilen eines Phenols und eines Aldehyds, gegebenenfalls mit einem Überschuß des letzteren, hergestellt wird. Im allgemeinen sind 2 bis 4 Gewichtsprozent des letzteren angemessen. Es können aber auch etwas größere Mengen, z.B. 5%, angewandt werden, insbesondere bei Sanden, die eine gewisse Menge absorptionsfähigen Tons enthalten.The cold process together with the wax or waxy additive can be applied, this resin of at least equimolar parts of a phenol and an aldehyde, optionally with an excess of the latter. in the generally 2 to 4 weight percent of the latter is adequate. But it can also be a little larger Amounts, e.g. 5%, can be used, especially in the case of sands which have a certain amount of absorbent Tones included.
In dem Heißverfahren wird das flüssige Novolakharz bzw. das feste Novolakharz entweder in festem oder geschmolzenem Zustand zu dem zu überziehenden Sand zusammen mit dem Hexamethylentetramin und dem Wachs oder wachsartigen Zusatzmittel in geeignete Mischvorrichtung gegeben. Diese Bestandteile werden in einem Kessel miteinander erhitzt, der mit einem Dampfmantel versehen ist; man kann aber auch erhitzte Luft in das Gemisch einleiten oder aber auch lediglich entsprechend vorerhitzten Sand anwenden. Die Wärme dient dazu, um das Harz in flüssigem Zustand zu erhalten, damit es die Sandkörnchen überziehen und sich mit dem Hexamethylentetramin teilweise umsetzen kann. Das Erhitzen wird eingestellt, und die Substanzen werden durch Kühlwasserzusatz abgekühlt (bzw. diese Abkühlung tritt ein, wenn der ursprünglich vorerhitzte Sand seine Wärme verloren hat), wenn der Schmelzpunkt des Harzes auf dem Sand auf mindestens 80 und bis zu 1020C im Falle eines flüssigen Harzes und bis zu 115° C im Falle eines festen Harzes angestiegen ist. An diesem Punkt befindet sich das Harz in dem sogenannten potentiell in der Wärme härtbaren Zustand, da alles für die weitere Aushärtung beim weiteren Erhitzen benötigte Hexamthylentetramin in dem Gemisch vorhanden ist. Das Wachsmaterial fällt beim Abkühlen weitgehend aus dem heißen Harz aus und bildet auf der Harzoberfläche eine dünne Schicht und einen gleichmäßigen Überzug.In the hot process, the liquid novolak resin or the solid novolak resin either in the solid or molten state is added to the sand to be coated together with the hexamethylenetetramine and the wax or waxy additive in suitable mixing devices. These components are heated together in a kettle fitted with a steam jacket; however, heated air can also be introduced into the mixture, or else just appropriately preheated sand can be used. The heat is used to keep the resin in a liquid state so that it can coat the grains of sand and partially react with the hexamethylenetetramine. The heating is stopped and the substances are cooled by the addition of cooling water (or this cooling occurs when the originally preheated sand has lost its heat) when the melting point of the resin on the sand is at least 80 and up to 102 0 C in the case of a liquid resin and up to 115 ° C in the case of a solid resin. At this point the resin is in what is known as the potentially thermosetting state since all of the hexamethylene tetramine needed for further curing upon further heating is present in the mixture. The wax material largely precipitates out of the hot resin when it cools and forms a thin layer and an even coating on the resin surface.
In dem Kaltverfahren wird das flüssige, einstufige Harz oder das flüssige Novolakharz zusammen mit dem Hexamethylentetramin oder aber das feste, in einem Lösungsmittel gelöste Novolakharz zusammen mit dem Hexamethylentetramin mit dem Sand inIn the cold process, the liquid one-step resin or the liquid novolak resin is combined with the hexamethylenetetramine or the solid novolak resin dissolved in a solvent with the hexamethylenetetramine with the sand in
einem geeigneten Mischer ohne Wärmezufuhr vermischt. Während des Mischens werden ein oder mehrere Anteile des Wachszusatzstoffes zugegeben. Da nicht erwärmt wird, härtet sich das einstufige Harz auch nicht weiter, und zwischen den Novolakharzen und dem Hexamethylen tritt auch keine schnelle Umsetzung ein, obwohl eine solche bis zu einem gewissen Ausmaß stattzufinden scheint. Sobald einige Minuten lang vermischt worden ist, während welcher Zeit kühle Luft durch das Mischgefäß geblasen werden kann, um das Abtreiben der flüchtigen Bestandteile zu erleichtern, wird die Masse in frei fließende einzelne Sandteilchen verwandelt, von denen jedes Teilchen mit einem potentiell in der Wärme härtbaren Harzüberzug überzogen ist, der von einem Film aus festem, nichtklebrigem wachsigem Material umhüllt ist.mixed in a suitable mixer without supply of heat. While mixing, one or more Portions of the wax additive added. Since there is no heating, the single-stage resin hardens also no further, and no rapid conversion occurs between the novolak resins and the hexamethylene either one, although it does seem to be taking place to some extent. As soon as a few minutes has been mixed for a long time, during which time cool air is blown through the mixing vessel can, in order to facilitate the expulsion of the volatile constituents, the mass becomes in free flowing individual Sand particles transformed, each of which has a particle with a potentially heat-curable Resin coating is coated, which is covered by a film of solid, non-sticky waxy material is.
In allen Fällen ergibt die Verwendung dieser wachsartigen Zusatzstoffe eine Erhöhung der Zugfestigkeit in Standardbriketts, die aus diesem mit Harz überzogenen Sand hergestellt werden, um 7 kg/cm2 oder mehr, wenn man diese Ergebnisse mit einem ähnlichen Test vergleicht, der mit Harz überzogenem Sand durchgeführt wird, der keinen wachsartigen Zusatzstoff enthält.In all cases, the use of these waxy additives gives an increase in tensile strength in standard briquettes made from this resin coated sand by 7 kg / cm 2 or more when compared to a test similar to that of resin coated sand which does not contain any waxy additive.
Die folgenden Beispiele erläutern die Erfindung.The following examples illustrate the invention.
4540 g gewaschenen Gießereisandes wurden auf 285 bis 290° C erhitzt und in einen offenen Simpson-Mischer gegeben. Hierzu wurden 125 g eines normalerweise flüssigen Novolakharzes der oben beschriebenen Art gegeben, worauf das Gemisch 15 Sekunden lang umgewälzt wurde. Dann wurden 12 g Hexamethylentetramin und 2 g »Acrawax C« zu dieser Mischung gegeben. Nach 4 Minuten hatte sich der mit Harz überzogene Sand infolge Wärmeübertragung durch das Metall des Mischers und an die umgebende Luft bis unter den jetzt modifizierten Schmelzpunkt abgekühlt, und der Teig begann aufzubrechen. Durch weiteres 5 Minuten langes Mischen brachen die Klumpen des überzogenen Sandes völlig bis zu frei fließendem Material auseinander, das gebrauchsfertig war. Der Schmelzpunkt des Harzes auf dem Sand lag bei 95° C, im Vergleich zu 88° C, wenn der Wachskörper fortgelassen wurde. Die Zugfestigkeit eines aus diesem Sand hergestellten Prüfbriketts betrug 35,8 kg/cm2, im Vergleich zu 21,3 kg/cm2 bei Fortlassen des Wachses.4540 g of washed foundry sand was heated to 285-290 ° C. and placed in an open Simpson mixer. To this was added 125 grams of a normally liquid novolak resin of the type described above and the mixture was tumbled for 15 seconds. Then 12 g of hexamethylenetetramine and 2 g of “Acrawax C” were added to this mixture. After 4 minutes, the resin-coated sand had cooled below the now modified melting point as a result of heat transfer through the metal of the mixer and to the surrounding air, and the dough began to crack. By mixing for an additional 5 minutes, the clumps of coated sand completely broke apart into free flowing material that was ready for use. The melting point of the resin on the sand was 95 ° C, compared to 88 ° C if the wax body was omitted. The tensile strength of a test briquette produced from this sand was 35.8 kg / cm 2 , compared to 21.3 kg / cm 2 if the wax was omitted.
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90 kg gewaschenen und getrockneten Kieselsäuresandes (Maschengröße 525 je Quadratzentimeter) wurden in einen Beardsley-Schnellmischer zusammen mit 1,8 kg flüssigen Novolakharzes gegeben, das auf 0,7 Mol Formaldehyd je Mol Phenol hergestellt und bis auf einen Feststoffgehalt von 70% entwässert worden war. Dazu wurden 0,22 kg Hexamethylentetramin gegeben, die 5 % Talk enthielten. Das Ganze wurde bei Raumtemperatur 3 Minuten vermischt, wobei kalte Luft durch den Mischer geblasen wurde, um das Abtreiben der flüchtigen Substanz zu unterstützen. Zu diesem Zeitpunkt begann die Masse aufzubrechen. Es wurden nun 0,13 kg »Acrawax C« zugesetzt, worauf das Mischen noch 2 Minuten lang fortgesetzt wurde. Erhalten wurde ein frei fließender Sand, der noch einige Klümpchen enthielt, die durch Absieben entfernt wurden. Der Schmelzpunkt des Überzuges auf dem Sand lang bei 80° C. Durch Verblasen unter einem Druck von 1,75 at hergestellte Testbriketts wiesen nach der Härtung des Harzes eine Zugfestigkeit von 25,2 kg/cm2 auf.90 kg of washed and dried silica sand (mesh size 525 per square centimeter) were placed in a Beardsley high-speed mixer together with 1.8 kg of liquid novolak resin which had been prepared to 0.7 moles of formaldehyde per mole of phenol and had been dehydrated to a solids content of 70% . To this were added 0.22 kg of hexamethylenetetramine containing 5% talc. The whole was mixed at room temperature for 3 minutes while blowing cold air through the mixer to help drive off the volatile matter. At this point the mass began to break up. 0.13 kg of "Acrawax C" were then added and mixing was continued for a further 2 minutes. A free-flowing sand was obtained which still contained a few lumps, which were removed by sieving. The melting point of the coating on the sand was 80 ° C. for a long time. Test briquettes produced by blowing under a pressure of 1.75 atm had a tensile strength of 25.2 kg / cm 2 after the resin had cured.
Das unter Verwendung der wachsigen Zusatzstoffe hergestellte Produkt war in erhöhtem Maße frei fließend und wies ein seidiges Gefüge auf, wobei der mit dem Harz überzogene Sand von einer dünnen Schicht des wachsigen Materials umhüllt war. Der Mischer arbeitete außerordentlich ruhig und glatt, und die Flächen des Kessels blieben völlig sauber. Die Dichte der Testbriketts lag 13% höher als die der Kontrollen.The product made using the waxy additives was to an increased extent free flowing and had a silky texture, whereby the sand coated with the resin of a thin Layer of waxy material was wrapped. The mixer worked extremely quietly and smoothly, and the surfaces of the kettle remained perfectly clean. The density of the test briquettes was 13% higher than that of controls.
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