DE1286263B

DE1286263B - Modellmasse zum Praezisionsgiessen mit verlorenen Modellen

Info

Publication number: DE1286263B
Application number: DE1966P0039233
Authority: DE
Inventors: Watts Claude Harrison; Daskivich Michael
Original assignee: Precision Metalsmiths Inc
Current assignee: Precision Metalsmiths Inc
Priority date: 1965-04-26
Filing date: 1966-04-20
Publication date: 1969-01-02
Also published as: FR1470922A; CH475048A; NL6605494A; GB1142938A; US3263286A; NL130660C

Description

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Im bekannten sogenannten herkömmlichen Prä- peratur oberhalb des Schmelzpunktes des Modell-

zisionsgießverfahren mit verlorenen Modellen werden materials. Dabei ist es wie beim Hitzeschockentwachs-

im allgemeinen entfernbare Modelle in eine unter verfahren zur Vermeidung eines langsamen Erhitzens

Bildung eines glatten Überzuges erhärtende feuerfeste des Wachses notwendig, die Form möglichst rasch Materialaufschlämmung getaucht, die überschüssige 5 Dampf bei der erforderlichen Temperatur und beim

Aufschlämmung wird von den Modellen abtropfen erforderlichen Druck zu unterwerfen,

gelassen, und der Überzug wird noch im feuchten Kunststoffmodelle können aus keramischen Schalen-

Zustand besandet. Nach Trocknen dieses Vorüber- gießformen durch Erhitzen, wie in einem Autoklav

zuges wird das überzogene Modell in einen geeigneten oder durch das Hitzeschockmodellentfernungsverfah-

hitzebeständigen Formkasten eingebracht, und der io ren, nicht mit Erfolg entfernt werden, da herkömmliche

Formkasten wird mit einem als Hinterfüllung be- Kunststoffe sehr allmählich ohne nennenswertes

kannten zementartigen feuerfesten Material, welches Schmelzen an der Formgrenzfläche erweichen und die

bei Raumtemperatur unter Bildung der Hauptmasse Schalengießformen sprengen, bevor sie flüssig genug

der Form erhärtet, gefüllt. Die fertiggestellte Präzisions- werden, wobei im Falle von vielen herkömmlicher-

gießform wird anschließend zur Entfernung des 15 weise verwendeten Kunststoffen, insbesondere von

Modellmaterials erhitzt. Polystyrol, die durch rasche Zersetzung beim Er-

Keramische Schalengießformen, die bekanntlich hitzen entwickelten Dämpfe unter Erzeugung einer

gegenüber den oben beschriebenen herkömmlichen schäumenden Masse den Sprengdruck noch mehr

massiven Investment-Präzisionsgießformen viele Vor- erhöhen.

teile haben, werden im allgemeinen durch Wiederholen ao Das einzige bekannte Modellentfernungsverfahren, der oben angegebenen Tauch- und Besandungs- welches die Verwendung der Kombination von Kunstarbeitsgänge, bis eine Formschale aus feuerfestem Stoffmodellen und keramischen Schalengießformen Material mit einer ausreichenden Dicke (üblicher- gestattet, umfaßt die Stufen des zumindest teilweise weise 3 bis 13 mm) um die Modelle aufgebaut ist, Lösens des Modelles durch Anwendung eines flüssigen hergestellt. Nach der Bildung der Formschale aus 25 Lösungsmittels und des darauffolgenden Erhitzens der feuerfestem Material werden die Modelle aus der Form zur Verflüchtigung jeglichen verbliebenen Mo-Form entfernt und diese für den Abguß fertiggestellt. dellmaterials. Im allgemeinen wird das Lösungsmittel

Die bisher bei beiden oben beschriebenen be- bei Raumtemperatur durch Tränken der Formen in kannten Verfahren verwendeten typischen Modell- einem Lösungsmittelbad angewandt. Zwar wurde das materialien waren entweder Wachsmischungen oder 3° Lösungsmitteltränkverfahren technisch im großen Kunststoffe, wie Polystyrol und gelegentlich auch Maßstab mit zufriedenstellenden Ergebnissen durchPolyäthylen. Aus den im folgenden erörterten Gründen geführt, es macht jedoch zusätzliche Arbeitsgänge, die wurden Wachsmodelle am meisten verwendet, wenn bei der üblicheren Schalengießformherstellungspraxis auch in vielen Fällen Kunststoffmodelle entschiedene unter Verwendung von Wachsmodellen, welche durch Vorteile bieten. Kunststoffmodelle können durch 35 die oben beschriebenen Verfahren erhitzt und ge-Spritzgießvorrichtungen mit viel höheren Produktions- schmolzen werden können, nicht erforderlich sind, geschwindigkeiten, als sie bei Wachsmodellherstellungs- notwendig.

verfahren erzielt werden können, hergestellt werden. Ferner sind in der deutschen Auslegeschrift 1174 021

Darüber hinaus können Kunststoffmodelle leicht unter anderem Modellmassen aus Polyäthylen, KoIo-

ohne Brechen gehandhabt werden, und sie brechen 4° phonium und Paraffinwachs beschrieben. Die Ver-

bzw. springen nicht bei niedrigen Temperaturen bzw. Wendung eines Äthylen-Vinylacetat-Copolymers ist

erweichen nicht bej den normalerweise auftretenden nicht vorgesehen. Diese bekannten Modellmassen

hohen Temperaturen. haben aber den großen Nachteil, daß sie nicht die

Bei Wachs- bzw. Kunststoffmodellen war eine zum Spritzgießen erforderliche Festigkeit, Zähigkeit kritische Stufe bei der Formherstellung die Ent- 45 und Biegsamkeit besitzen (häufiges Brechen der Modelle fernung des Modellmaterials aus der Form. In den unter der Wirkung des Angußabreißers der Spritzmeisten Fällen vermögen zwar die herkömmlichen gießmaschine beim Öffnen der Spritzform) und nicht massiven Investment-Präzisionsgießformen dem durch die zum Spritzgießen erforderliche Härte aufweisen Wachsmodelle beispielsweise beim Erhitzen erzeugten (häufig drücken sich die Ausdrückstifte der Spritzstarken inneren Druck zu widerstehen, dennoch tritt 5° gießmaschine in die Modelle und zerstören sie). Weiterhäufig Brechen bzw. Springen von Investment- hin sind in der USA.-Patentschrift 2 362 507 unter Präzisionsgießformen auf, insbesondere bei Ver- anderem Modellmassen aus Vinylharzen, gegebenenwendung von Kunststoffmodellen, so daß Gießgrate falls mit Anteilen an Naturwachsen und Harzen, immer noch ein üblicher Fehler sind. erwähnt. Von der Verwendung eines Äthylen-Vinyl-

Andererseits haben keramische Schalengießformen 55 acetat-Copolymers ist auch dort keine Rede. Diese keine ausreichende Festigkeit, um dem durch ein ver- bekannten Modellmassen haben jedoch den erhebhältnismäßig langsames Erhitzen des Modellmaterials liehen Nachteil, daß, sofern überhaupt die Bestandteile geschaffenen inneren Druck zu widerstehen. Im Falle miteinander verträglich sind, ihre Formtrenneigenvon Wachsmodellen wurde die Häufigkeit des Springens schäften nicht zufriedenstellend sind, indem sie so von Formen durch das Hitzeschockentwachsverfahren, 60 klebrig sind, daß sie von der Spritzgießform nicht mit bei welchem die Schalengießform direkt in einen Ofen Erfolg entfernt werden können, weswegen auch zumit einer erhöhten Temperatur, beispielsweise von gunsten anderer Materialien, und zwar Polyester von etwa 871 bis 1093⁰C, eingebracht wird, vermindert. Acryl-und Methacrylsäure, von der Verwendung von Ein anderes bekanntes Verfahren zur Entfernung von Vinylharzen abgeraten wird. Außerdem ist ihre Form-Wachsmodellen aus keramischen Schalengießformen, 65 beständigkeit schlecht, indem sie eine große Schrumpbei welchem die Häufigkeit des Springens der Formen fung zeigen. Auch sind sie im allgemeinen für das vermindert ist, umfaßt das Unterwerfen der Form einer Spritzgießen zu weich.
Dampfatmosphäre in einem Autoklav bei einer Tem- Auf Grund des obigen Sachverhaltes bestand ein

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Bedarf an besseren Modellmaterialien, welche Prä- Modellmaterial ohne Bildung von Innenhohlräumen

zisionsgießverfahren erleichtern würden. Insbesondere oder Lufttaschen spritzgegossen werden, und es kann

bestand ein Bedarf an entfernbaren Modellmaterialien, Modelle mit dicken Querschnitten von bis zu 13 mm

welche in der bei Kunststoffmodellen verwirklichten oder mehr, welche frei von Oberflächenhohlräumen

vorteilhaften Weise spritzgegossen und gehandhabt 5 bzw. -Vertiefungen an der Oberfläche sind, ergeben,

und gleichzeitig aus keramischen Schalengießformen so daß seine Formbeständigkeit ausgezeichnet ist.

durch Erhitzungsverfahren, wodurch die durch Schalen- Wegen dieser vorteilhaften Eigenschaften des Materials

gießformen gezeigten oben dargelegten Vorteile ganz können ausgezeichnete Dimensionstoleranzen erzielt

ausgenutzt werden, entfernt werden können. Durch werden, und das Auftreten von fehlerhaft gebildeten

die Erfindung wurde diese Aufgabe unter Behebung io Modellen, welches zu Ausschuß führen würde, wird im

der Nachteile der Modellmassen des Standes der wesentlichen vermieden.

Technik gelöst. Das erfindungsgemäße Modellmaterial hat auch gute

Gegenstand der Erfindung ist eine Modellmasse Formtrenneigenschaften, so daß die Modelle von den zum Präzisionsgießen mit verlorenen Modellen mit Formen leicht und sauber ohne Brechen beziehungseinem Gehalt an etwa 5 bis 40 Gewichtsprozent eines 15 weise Springen abgelöst werden können. Bekanntlich synthetischen Polymers, an etwa 30 bis 70 Gewichts- ist eine bestimmte Menge von Graten auf geformten prozent eines verträglichen organischen Materials mit bzw. formgepreßten Modellen nahezu immer voreinem Erweichungspunkt von weniger als etwal21,l°C, handen, insbesondere längs der Eingußsysteme. Bei mit der Eigenschaft des raschen Schmelzens der Ober- aus dem Modellmaterial nach der Erfindung hergestellfläche zu einer Flüssigkeit mit niedriger Viskosität beim 30 ten Modellen läßt sich der Grat sauber mit den Teilen Unterwerfen einer Temperatur von etwa 871 bis ablösen, so daß keine zeitraubenden Reinigungs-126O⁰C und einer Volumausdehnung von weniger arbeitsgänge zwischen jedem Schuß erforderlich sind, als 5 °/o beim Erhitzen auf eine Temperatur von etwa So kann der gesamte Spritzgießarbeitsgang wirtschaf t-21,1 bis 104,4⁰C und an etwa 10 bis 50 Gewichts- lieh und mit hohen Produktionsgeschwindigkeiten prozent eines zumindest teilweise aus einem Paraffin- 25 durchgeführt werden.

wachs bestehenden Wachses, welche dadurch gekenn- Andere wichtige Eigenschaften des erfindungs-

zeichnet ist, daß das synthetische Polymer ein Äthylen- gemäßen Modellmaterials sind eine geringe Volumaus-

Vinylacetat-Copolymer ist. dehnung beim Erhitzen und das Schmelzen der Ober-

Die erfindungsgemäße Modellmasse bringt gegen- fläche zu einer Flüssigkeit mit niedriger Viskosität über den Polyäthylen enthaltenden Modellmassen des 30 beim Ausschmelzen bei etwa 871 bis 1260° C, wie Standes der Technik den erheblichen technischen durch Hitzeschock oder in einem Autoklav, ohne Fortschritt mit sich, daß sie die zum Spritzgießen er- Brechen bzw. Sprengen der Form, so daß sich die forderliche Festigkeit, Zähigkeit und Biegsamkeit sowie Verwendung der bisher für die Entfernung von Kunst-Härte besitzt. Dies wird in erster Linie durch das Stoffmodellen erforderlichen verhältnismäßig kost-Äthylen-Vinylacetat-Copolymer verliehen. Dies ist 35 spieligen und oft zeitraubenden Lösungsmitteltränksehr überraschend, da überhaupt keine Modellmasse arbeitsgänge erübrigt.

bekannt ist, in welcher speziell ein Äthylen-Vinyl- Die erfindungsgemäße Masse besitzt eine oder

acetat-Copolymer verwendet wird, und ein normales mehrere der folgenden charakteristischen Eigen-

Vinylharz, wie Polyvinylacetat, in den erfindungs- schäften:

gemäßen Modellmassen unbrauchbar wäre, insbe- 40

sondere weil es neben den an sich nach sich ziehenden 1· Erweichungspunkt von etwa 98,9 bis 104,4⁰C;

Nachteilen, wie Klebrigkeit, mit den anderen Bestand- ₂_ _{in dner herkömmlichen} Kunststoffspritzgieß-

teilen der erfindungsgemaßen Modellmasse nicht ver- _maschine bei einer Temperatur von etwa 54,4 bis

traghch ist, so daß em Spritzgießen unmöglich ist, wie 1211⁰C spritzgießbar ·

es durch Vergleichsversuche nachgewiesen wurde. 45 ' '

Daß jedes an Stelle des Äthylen-Vinylacetat-Copoly- 3. unmittelbares Schmelzen der Oberfläche zu einer

mers in der erfindungsgemäßen Modellmasse ver- Flüssigkeit mit niedriger Viskosität, wenn die

suchte Material, und zwar insbesondere auch das Masse hohen Ofentemperaturen von etwa 871 bis

Polyäthylen und das Polyvinylacetat, unbrauchbare 1260⁰C unterworfen wird.

Modellmasse ergibt, war geeignet, den Fachmann von 50

der Erfindung geradezu abzulenken, weswegen sie Mit der Masse nach der Erfindung kann ein brauch-

erst recht überraschend ist. bares Verfahren zum Präsizionsgießen mit den Stufen

Die erfindungsgemäße Modellmasse kann also in der Herstellung des neuen Modellmaterials, des Spritz-

der bei herkömmlichen Kunststoffen bzw. syntheti- gießens des Materials zu Modellen in Form der aus

sehen plastischen Materialien üblichen Weise spritz- 55 Metall zu gießenden Gegenstände, des Bildens einer

gegossen und darüber hinaus in der bei Wachsen zum Gießen von Metall geeigneten Schalengießform

üblichen Weise ohne Sprengen der Formen aus aus feuerfestem Material um die Modelle und des

Schalengießformen ausgeschmolzen werden. Entfernens der Modelle aus der Form durch Erhitzen

Auf Grund ihrer Fähigkeit zum Spritzgießen durch durchgeführt werden. Zweckmäßigerweise kann die herkömmliche Kunststoffspritzgießvorrichtungen unter 60 Herstellung der erfindungsgemäßen Modellmasse so Bildung von Modellen mit im wesentlichen derselben erfolgen, daß in Abwesenheit eines Lösungsmittels ein Größe und im wesentlichen denselben Dimensionen Äthylen-Vinylacetat-Copolymer, ein zumindest teilwie spritzgegossene Polystyrolmodelle können die weise aus einem Paraffinwachs, vorzugsweise in einer bestehenden Bearbeitungs- und Form- beziehungs- Menge von mindestens 10 Gewichtsprozent, bezogen weise Formpreßvorrichtungen für Polystyrolmodelle 65 auf die ganze Masse, bestehendes Wachs und ein verohne nennenswerte Änderung zum Bearbeiten bzw. trägliches organisches Material, vorzugsweise ein poly-Verarbeiten des erfindungsgemäßen Modellmaterials merisiertes Harz bzw. Kolophonium, mit einem Erverwendet werden. Ferner kann das erfindungsgemäße weichungspunkt von weniger als 121,1⁰C, der Eigen-

schaft des raschen Schmelzens der Oberfläche zu einer Flüssigkeit mit niedriger Viskosität beim Unterwerfen einer Temperatur von etwa 871 bis 1260⁰C und einer Volumausdehnung von weniger als 5°/₀ beim Erhitzen auf etwa 21,1 bis 104,4° C geschmolzen und miteinander vermischt werden und die vermischten Bestandteile zur Erzielung eines festen Stoffes mit im wesentlichen gleichmäßiger Verteilung der obigen Bestandteile im ganzen festen Material auf Raumtemperatur gekühlt werden.

Eine speziellere erfindungsgemäße Masse ist wiefolgt:

Gewichtsprozent Äthylen-Vinylacetat-Copolymer .... 5 bis 40

Paraffinwachs 10 bis 30

Verträgliches organisches Material.. 30 bis 70

Eine weitere spezielle erfindungsgemäße Masse ist wie folgt:

Gewichtsprozent

Äthylen-Vinylacetat-Copolymer 5 bis 20

Extrahartes synthetisches Wachs mit

hohem Schmelzpunkt 0 bis 15

Wachsmischung auf Erdölgrundlage mit einem Gehalt an einem Paraffinwachs 15 bis 35

Verträgliches Harz 30 bis 50

Eine noch speziellere erfindungsgemäße Masse ist wie folgt:

Gewichtsprozent

Modifiziertes blasses Holzharz 30 bis 50

Äthylen-Vinylacetat-Copolymer 5 bis 20

Fischer-Tropsch-Wachs 0 bis 15

Paraffinwachs 10 bis 20

Mikrowachs 5 bis 15

Das wie oben festgelegte verträgliche organische Material kann zur Verleihung vieler der erwünschten Eigenschaften, insbesondere der niedrigen thermischen Ausdehnung und Schrumpfung sowie allgemein Formbeständigkeit des Modellmaterials mit dem Äthylen-Vinylacetat-Copolymer vermischt werden. Vorzugsweise ist der Erweichungspunkt des verträglichen organischen Materials etwa 54,4 bis 121,1° C. Verträgliche organische Materialien, welche mit Erfolg

ίο verwendet wurden, umfassen verschiedene polymerisierte Harze sowohl natürlichen als auch synthetischen Ursprunges. Brauchbare Naturharze sind polymerisierte oder modifizierte Harze bzw. Kolophonium bzw. Terpentinharze u. dgl. Die synthetischen Harze bzw. Kunstharze umfassen Cumaron-Inden-Harze, Estergummis bzw. Harzester und andere thermoplastische Materialien, die zum Unterschied von Kunststoffen, wie Polystyrol, zu einer beweglichen Flüssigkeit mit niedriger Viskosität erhitzt werden können. Noch weitere verwendbare Materialien umfassen handelsübliche Abietinsäure, verschiedene Wachse und Mischungen derselben.

Modifizierte blasse Holzharze erwiesen sich als für die dargelegten Zwecke besonders geeignet. Ein

as bevorzugtes modifiziertes blasses Holzharz, welches mit Erfolg verwendet wurde, hat die folgenden typischen chemischen und physikalischen Eigenschaften :

Erweichungspunkt 93,9°C

Säurezahl 148

Verseifungszahl 160

Unverseifbares Material 7°/₀

Spezifische Drehung —2,8 °/„

Brechungsindex bei 20° C 1,5440

Dichte bei 2O⁰C 1,073

Volumausdehnung bei 28,9 bis 93,3 ° C 2,5 °/₀

Andere brauchbare modifizierte Holzharze umfassen

Im erfindungsgemäßen Modellmaterial wird ein Äthylen-Vinylacetat-Copolymer als Mittel zum Zähmachen und zur Verleihung der notwendigen Festigkeit und Geschmeidigkeit, Biegsamkeit bzw. Elastizität, welche das Spritzgießen des Materials^ ermöglichen, 40 handelsübliche blaßfarbene hydrierte Holzharze bzw. verwendet. Nur 5 Gewichtsprozent Äthylen-Vinyl- handelsübliches blaßfarbenes hydriertes Kolophonium. acetat-Copolymer erzeugen ein brauchbares Material für einige Anwendungen, und bei anderen Anwen

dungen werden mit soviel wie 40 Gewichtsprozent Der bevorzugte Mengenbereich des verträglichen organischen Materials, wie des obigen modifizierten blassen Holzharzes oder seines Äquivalentes, in der

zufriedenstellende Ergebnisse erhalten. Das Äthylen- 45 erfindungsgemäßen Masse ist etwa 30 bis 50 Gewichts-Vinylacetat-Copolymer ist jedoch ein verhältnismäßig prozent.

kostspieliger Bestandteil, und es wurde festgestellt, daß Das in der erfindungsgemäßen Modellmasse

mit Mengen von über 20% wenig beziehungsweise keine Verbesserungen erzielt werden. Der bevorzugte Das in der erfindungsgemäßen Modellmasse verwendete Wachs kann ein extrahartes Wachs mit einem hohen Schmelzpunkt enthalten. Die Verwendung

Mengenbereich des Äthylen-Vinylacetat-Copolymers 50 eines Wachses mit diesen Eigenschaften ist bei den in der erfindungsgemäßen Masse ist etwa 5 bis 20 Ge- meisten Anwendungen bevorzugt, da es die Erzielung wichtsprozent. Die optimale Menge ist annähernd 15 Gewichtsprozent.

Das bevorzugte Äthylen-Vinylacetat-Copolymer ist ein amorphes hochmolekulares Copolymer von Äthylen und Vinylacetat
Eigenschaften:

mit den folgenden typischen

Eigenviskosität bei 30° C (0,25 Gewichtsprozent in Toluol) 0,85

Comonomerverhältnis von Äthylen zu

Vinylacetat in Gewichtsprozent ... 71: 29

Schmelzindex 15

Zugfestigkeit in kg/cm^a 141

Bruchdehnung in % 750

Dichte in g/cm³ bei 30° C 0,95

Brechungsindex n^!£ 1,482

Erweichungspunkt in ⁰C 135,6

von schnelleren Erstarrungsgeschwindigkeiten fördert, so daß die Spritzgießfolgen nicht übermäßig lang sind, und da es dem Modellmaterial auch eine größere Starrheit beziehungsweise Härte verleiht, so daß der Widerstand gegen die Verformung während des Transportes und der Handhabung erhöht ist. In Fällen, in welchen jedoch ein biegsames bzw. elastisches Modellmaterial zufriedenstellend ist, kann das harte Wachs ganz fortfallen. Wachse, welche für diese Zwecke zufriedenstellend verwendet wurden, sind extraharte Mineralwachse, bestehend aus Paraffinkohlenwasserstoffen mit hohem Molekulargewicht. Typische Wachse dieser Art werden aus den Grundstoffen Kohlenoxyd und Wasserstoff durch das Fischer-Tropsch-Verfahren synthetisiert und sind gewöhnlich als Fischer-Tropsch-Wachse bekannt. Es wurde festgestellt, daß Prozentsätze von mehr als

20 Gewichtsprozent zu Mischungen mit schlechten Spritzgießeigenschaften führen. Der wünschenswerteste Mengenbereich des Fischer-Tropsch-Wachses ist etwa 10 bis 15 Gewichtsprozent.

Ein bevorzugtes Fischer-Tropsch-Wachs weist die folgenden typischen Eigenschaften auf:

Schmelzpunkt (Kapillarröhre).
Penetration (100 g, 5 Sekunden,

25⁰C

Dichte bei 20⁰C

Viskosität bei 13O⁰C in cSt ..

Farbe

Erstarrungspunkt (rotierendes

Thermometer)

Erweichungs(tropf)punkt ....

Verseifungszahl

Flammpunkt

Brennpunkt

Jodzahl

Säurezahl

Hydroxyzahl

In Toluol unlöslicher Teil in °/₀

105⁰C

weniger als 1,0
etwa 0,933 etwa 10,7
Weiß

98 bis 102⁰C
110 bis 112⁰C

etwa 28O⁰C
etwa 310° C

3 bis 5

Die erfindungsgemäße Modellmasse enthält ein Paraffinwachs bzw. sein Äquivalent. Das Paraffinwachs hat die wichtige Funktion, daß es dem Modellmaterial Formtrenneigenschaften verleiht, wodurch das Spritzgießen und leichte und zufriedenstellende Entfernen des Materials aus der Form ermöglicht wird. Modellmassen mit zufriedenstellenden Formtrenneigenschaften wurden unter Verwendung von nur 10 Gewichtsprozent und soviel wie 30 Gewichtsprozent Parafinwachs hergestellt. Wenn jedoch das Paraffinwachs als einziger Wachsbestandteil in einer Menge von über etwa 20 Gewichtsprozent der Masse verwendet wird, ist beim Spritzgießarbeitsgang eine längere Verweilperiode erforderlich, um das Modellmaterial erstarren zu lassen. Mengen von über 20 Gewichtsprozent Paraffinwachs haben auch die Neigung, zum Auftreten von Oberflächenhohlräumen bzw. -Vertiefungen in den Formmodellen zu führen.

Vorzugsweise, jedoch nicht zwingend, enthält die erfindungsgemäße Masse eine Mischung des Paraffinwachses mit einem anderen Wachs auf Erdölgrundlage, wie ein Mikrowachs od. dgl. Die bevorzugte Wachsmischung auf Erdölgrundlage wirkt als Kupplungsmittel zur Erleichterung der Erzielung einer verträglichen Mischung des Äthylen-Vinylacetat-Copolymers mit dem verträglichen organischen Material, beispielsweise dem polymerisierten Harz bzw. Kolophonium. Sie fördert auch die Erzielung einer verträglichen Kombination des polymerisierten Harzes bzw. Kolophoniums oder anderen verträglichen organischen Materials mit dem Fischer-Tropsch-Wachs. Darüber hinaus trägt sowohl das Paraffinwachs als auch das Mikrowachs zur Möglichkeit der Hitzeschockentfernung des Modellmaterials wesentlich bei.

Es wurden mehrere Typen der sogenannten Paraffinwachse mit beträchtlichem Erfolg für die oben beschriebenen Zwecke verwendet. Ein zufriedenstellendes Paraffinwachs hat einen hohen Schmelzpunkt, ein verhältnismäßig niedriges Molekulargewicht, verhältnismäßig große Kristalle und einen etwas schlüpfrigen Griff. Weitere Eigenschaften, durch welche dieses spezielle Wachs identifiziert werden kann, sind wie folgt:

Schmelzpunkt in ⁰C ' 67,2

Penetration (nach ASTM D '1321-57 T durch Messen des Eindringens einer 83 mm langen Standardnadel mit einem in einem Winkel von 8° 55' bis 9° 25' verlaufenden kugelstumpfförmigen Ende [Durchmesser des Endes: 0,14 bis 0,16 mm] während 5 Sekunden unter einer Last von 100 g in die auf die angegebene Temperatur erhitzte Probe)

*5 bei25°C ■·'■ 9

bei32,2°C \.^: 12

bei 37,8⁰C 15

bei43,3°C 20

bei 48,9⁰C 29

*> bei54,4°C ' ..... 50

ölgehalt in Gewichtsprozent 0,3

Viskosität in cSt bei 98,9⁰C 5,5

Spezifisches Gewicht bei 15,6⁰C 0,928

Flammpunkt (offener Tiegel bzw.

Becher) in ⁰C 243,3

Ein zufriedenstellendes Mikrowachs ist eines mit einem verhältnismäßig hohen Molekulargewicht, welches durch Lösungsmittelkristallisationsverfahren aus Wachsdestillationsmedien erhalten wird.

Weitere Eigenschaften sind wie folgt:

67,2

Schmelzpunkt in ⁰C

Penetration (wie oben)

bei 25⁰C 21

bei 32,2⁰C 31

bei37,8°C 45

bei43,3°C 100

Ölgehalt in Gewichtsprozent 0,7

Viskosität in cSt bei 98,9°C 15,4

Spezifisches Gewicht bei 15,6⁰C 0,928

Flammpunkt (offener Tiegel bzw.

Becher) in °C 311,1

Die Erfindung wird an Hand der folgenden nicht als Beschränkung aufzufassenden'■„ Beispiele näher erläutert. ;

B e is ρ i el, 1

Es wurde ein Produktionsansatz von 63,5 kg eines erfindungsgemäßen Modellmaterials der folgenden Zusammensetzung hergestellt: '

,-, Gewichtsprozent

.. -43

Modifiziertes blasses Holzharz

Mikrowachs mit hohem Molekulargewicht 9

Fischer-Tropsch-Wachs .. ..·■·. 14

Paraffinwachs 19

Amorphes Äthylen/Vinylacetat-Copolymer mit hohem Molekulargewicht 15

Bei der bevorzugten Herstellungsverfahrensweise wurden alle Rohmaterialien, ausgenommen das Äthylen-Vinylacetat-Copolymer, in einen Wachsschmelzkessel, wie ein elektrisch beheiztes Waschsschmelzgefäß oder einen Kessel mit Dampfmantel, welcher die Mischung zu schmelzen und auf eine Temperatur von etwa 132 bis 149° C zu erhitzen vermochte, ein-

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9 10

gebracht. Anschließend wurde das Äthylen-Vinyl- trisch erhitzten Wachsschweißgerätes hergestellt. Dann acetat-Copolymer zu den anderen geschmolzenen Be- wurde durch sechsmaliges Tauchen unter Verwendung standteilen unter Rühren zugegeben. einer Suspension von Zirkonmehl (Zirkonsilikat) und Bei Verwendung eines elektrisch beheizten Wachs- Hartfeuerporzellanmehl bzw. geschmolzenem Siliciumschmelzgefäßes waren annähernd 12 Stunden erforder- 5 dioxydmehl in einer Bindemittelflüssigkeit, bestehend lieh, um den obigen Ansatz aus Harz und Wachsen in der Hauptsache aus kolloidalem Silicasol mit zu schmelzen und auf etwa 132° C zu erhitzen. Dann geringen Mengen eines organischen Filmbildners, wurde das Äthylen-Vinylacetat-Copolymer in stückiger eines Netzmittels und eines Antischaummittels, eine Form langsam unter Rühren in das Schmelzgefäß ein- Formschale um den Modellbaum hergestellt. Die gebracht. Es waren annähernd 10 Minuten erforder- io ersten beiden Tauchüberzüge wurden mit einem körlich, um 9,5 kg des Äthylen-Vinylacetat-Copolymers nigen Zirkon und der Rest der Tauchüberzüge wurde zu den anderen geschmolzenen Bestandteilen zuzu- mit einem groben gebrannten Ton mit einer Teilchengeben, größe von etwa 0,30 bis 0,84 mm besandet. Jeder Nach Zugabe des Äthylen-Vinylacetat-Copolymers Tauchüberzug wurde vor dem Aufbringen des nächsten wurde die fertige Mischung annähernd 1 Stunde 15 Tauchüberzuges gründlich trocknen gelassen. Nach gerührt, um die stückigen Körper von Äthylen-Vinyl- dem Aufbringen des sechsten und letzten Überzuges acetat-Copolymer vollständig zu schmelzen und eine wurde die Form über Nacht trocknen gelassen. Die gleichmäßige Mischung aller Bestandteile sicherzu- endgültige Wanddicke der Form betrug annähernd stellen. Der Ansatz wurde dann in Schalen beziehungs- 4,8 mm.

weise Tröge ausgegossen und zu festen Blöcken aus ao Nach dem Trocknen über Nacht wurde die Form

Kunststoffmaterial mit einer Dicke von annähernd direkt in einen bei einer Temperatur von 1093° C

2,5 cm gekühlt. Es wurde festgestellt, daß dieses betriebenen gasgefeuerten Ofen eingebracht und

Material einen Erweichungspunkt von annähernd etwa 10 Minuten lang bzw. bis zur Entfernung der

101,l°C hatte. letzten Spuren von Modellmaterial im Ofen gelassen.

Bei der Verwendung wurden die großen Kunststoff- as Als die Form aus dem Ofen herausgenommen wurde,

blöcke nächstfolgend zu kleineren Klumpen von un- wurde festgestellt, daß keine Brüche, Sprünge, Risse

regelmäßiger Form von etwa 5,1 · 10,2 · 2,5 cm Dicke oder anderen Fehler vorlagen.

zerkleinert, welche in den Einfülltrichter eines Kunst- Bei einer ähnlichen Schalengießform, die in der-

stoffzerhackers eingeführt wurden. Brauchbare Ma- selben Weise hergestellt wurde, ausgenommen, daß

schinen für diesen Zweck sind handelsüblich und 30 Polystyrolmodelle verwendet wurden, zerbrach wäh-

dienen zur weiteren Zerkleinerung der Kunststoff- rend des Arbeitsganges der Hitzeschockmodellent-

klumpen zu Körnern von unregelmäßiger Form von fernung die Kunststoffmodelle umgebende Form-

etwa 3,2 bis 4,8 mm in Länge, Breite und Dicke. schale. Weiterhin wurde festgestellt, daß selbst zwölf

Es kann auch etwas feines Pulver erzeugt werden; Tauchüberzüge keine ausreichende Dicke um die

die genaue Größe der Körner ist jedoch nicht kritisch, 35 Kunststoffmodelle erzeugten, um die Durchführung

da das einzige Erfordernis nur darin besteht, daß des Arbeitsganges der Hitzeschockmodellentfernung

das zerkleinerte Material eine solche Größe hat, daß mit Erfolg zu gestatten,
es vom Zerhacker in den Spritzgießzylinder einer
Kunststoffspritzgießmaschine eingeführt werden kann.

Zur Erzielung der besten Ergebnisse und Erleich- 40 B e i s ρ i e 1 2
terung des Zerhackens wurden die festen Blöcke aus

Kunststoffmaterial vorzugsweise durch Abkühlen auf Es wurde eine Modellmaterialmenge mit den im

eine Temperatur von etwa —1 bis 10⁰C vor dem geschmolzenen Zustand innig vermischten und im

Zerkleinern der festen Blöcke zu kleineren Klumpen ganzen Material bei Raumtemperatur im wesent-

weiter gekühlt. Das Kühlen des Materials auf die 4.5 liehen gleichmäßig verteilten Bestandteilen nach dem

angegebenen Temperaturen schadet nicht, obwohl Beispiel 1 hergestellt. Das Material wurde in ähnlicher

festgestellt wurde, daß bei Temperaturen von etwa Weise zu Werkstückmodellen spritzgegossen, und

—18°C und niedriger das Material so brüchig wird, die Modelle wurden zur Erzeugung einer keramischen

daß während des Zerhackverfahrens ein hoher Pro- Schalengießform verwendet.

zentsatz von feinpulverigem Material erzeugt 50 In diesem erfindungsgemäßen Beispiel wurden

wird. [ die Modelle unter Verwendung eines Standard-

Das so hergestellte Modellmaterial wurde unter autoklavs erhitzt und aus der Form ausgeschmolzen.

Verwendung einer herkömmlichen Kunststoffspritz- Der Autoklav wurde auf annähernd 124° C vorerhitzt,

gießmaschine, welche bei einem Leitungsdruck von und die die zu entfernenden Modelle enthaltende

annähernd 56 kg/cm² (entspricht einem Stempel- 55 Form wurde dann in den Autoklav eingebracht,

druck von annähernd 431 kg/cm²) und mit einer Die Form wurde möglichst rasch der Wirkung eines

Spritzgießtemperatur von etwa 71⁰C betrieben wurde, Dampfes mit einem Druck von 1,3 atü und einer

zu einer Vielzahl von Modellen von einem zur Her- Temperatur von 124⁰C unterworfen, so daß ein lang-

stellung durch Präzisionsgießen geeigneten typischen sames Erhitzen der Modelle vermieden wurde,

technischen Teil spritzgegossen. In die spritzgegossenen 60 Nach etwa 10 Minuten wurde festgestellt, daß im

Modelle war das Eingußsystem einbezogen. Es wurde wesentlichen das gesamte Modellmaterial aus der

festgestellt, daß die für die Modelle erforderliche Form entfernt worden war und daß es frei von Brüchen,

Spritzgießzeit annähernd zwei Drittel der zum Formen Sprüngen und Rissen war und sich zum Gießen von

derselben Modelle aus Polystyrol mit derselben Metall eignete. Aus derselben Masse hergestellte

Maschine erforderlichen Zeit war. 65 Modelle enthaltende ähnliche Formen wurden im

Es wurde ein Baum von Modellen durch Ansetzen Autoklav bei Dampfdrücken von bis zu 3,5 atü

der Modelle an ein Wachseinlauf rinnen-bzw. Wachs- und Temperaturen von bis zu 148⁰C mit Erfolg

eingußtrichtersystem unter Verwendung eines elek- behandelt.

Beispiel 3

Eine weitere Menge von Modellmaterial wurde mit dem folgenden Ansatz hergestellt:

Gewichtsprozent

Äthylen- Vinylacetat-Copolymer 20

Paraffinwachs 30

Polymerisiertes Harz bzw. Kolophonium 50

Die obigen Bestandteile wurden in der im Beispiel 1 beschriebenen Weise miteinander vermischt. Das Material wurde gekühlt und danach zu Werkstückmodellen spritzgegossen. Diese Modelle wurden zur Erzeugung einer keramischen Schalengießform verwendet. Die die Modelle enthaltende Form wurde mit Erfolg Hitzeschockmodellentfernungsbedingungen unterworfen, und die Modelle wurden ohne Brechen oder Springen der Form sowie ohne Rißbildung an dieser geschmolzen.

Obwohl die Ergebnisse allgemein zufriedenstellend waren, wurde festgestellt, daß auf Grund der zur Erstarrung des Materials erforderlichen längeren Zeit eine verhältnismäßig lange Verweilzeit beim Spritzgießarbeitsgang erforderlich war. Wesentlich kürzere Verweilzeiten, wurden bei Verwendung von Massen mit Wachsmischungen und einer Menge von Paraffinwachs von etwa 10 bis 20 Gewichtsprozent erhalten. Es wurde aucli festgestellt, daß sich etwas Oberflächenhohlräume bzw. -Vertiefungen an den spritzgegossenen Modellen ergaben.

Beispiel 4

Gewichtsprozent

Äthylen-Vinylacetat-Copolymer 20

Cumaron-Inden-Harz (Volumausdehnung

2,5 von 28,9 bis 93,3° C) 50

Paraffinwachs 30

Diese Masse wurde, wie in den vorherigen Beispielen beschrieben, gemischt, spritzgegossen, und die Modelle wurden zur Erzeugung einer keramischen Schalengießform verwendet. Die Form wurde durch Hitzeschockmodellentfernungsyerfahren ohne Brechen,
Springen oder Rißbildung mit Erfolg hergestellt, und die Ergebnisse waren ähnlich wie die im Beispiel 3 erhaltenen, ausgenommen, daß die Verweilzeit in der Spritzgießmaschine etwas kürzer war.

Beispiel 5

Gewichtsprozent

Äthylen-Vinylacetat-Copolymer 35

Cumaron-Inden-Harz (dasselbe wie im

Beispiel 4) 55

Paraffinwachs 10

Modellmasse I

Material

Gewichtsprozent

Blasses Polyharz (polymerisiertes blasses

Holzharz)

Mikrowachs

Fischer-Tropsch-Wachs
Paraffinwachs

Äthylen-Vinylacetat-Copolymer

43

14

19

15

Modellmasse II

Material

Blasses Polyharz (polymerisiertes blasses

ao Holzharz)

Mikrowachs

Fischer-Tropsch-Wachs

Paraffinwachs

Polyäthylen

Gewichtsprozent

43
9

14
19

15

Alle Massen wurden in Standardkunststoffspritz-

gießmaschinen vom Typ Van Dorn und Lewis spritzgegossen. Die Maschinen hatten die üblichen Ausdrückstifte und den Angußabreißer. Dabei wurde festgestellt, daß die Masse, welche das Polyäthylen enthielt (Modellmasse II), nicht zufriedenstellend geformt werden konnte, da das Material nicht die notwendige Zähigkeit und Festigkeit hatte. Die Einwirkung des Angußabreißers brach häufig den Steg bzw. Anschnitt des geformten Modelies, und die Ausdrückstifte drückten sich häufig in die Modelle und zerstörten oder beschädigten sie in einem solchen Ausmaß, daß sie nicht verwendet werden konnten. Dagegen wurden völlig erfolgreiche Ergebnisse er-

halten, wenn die Masse, welche das Äthylen-Vinylacetat-Copolymer enthielt (Modellmasse I [nach dem erfindungsgemäßen Beispiel I]) in denselben Maschinen mit einem Leitungsdruck von annähernd 56 kg/cm^a und bei einer Spritzgießtemperatur von annähernd

71⁰C spritzgegossen wurde. Die das Äthylen-Vinylacetat-Copolymer enthaltende Masse (Modellmasse I) war zäher und fester als die das Polyäthylen enthaltende Masse (Modellmasse Π) und wurde weder durch den Angußabreißer noch durch die Ausdrückstifte der Maschinen beschädigt oder zerstört.

Es wurden auch mehrere weitere Massen nach der Erfindung mit Ausnahme des Ersatzes des Äthylen-Vinylacetat-Copolymers durch Polyäthylen identischen Massen verglichen, und dabei wurden den obigen Ergebnissen entsprechende Ergebnisse festgestellt.

Diese Masse wurde mit Erfolg zu Werkstück- Beispiel 7

modellen spritzgegossen, und die Modelle wurden Es wurden die folgenden Modellmassen hergestellt

ohne Brechen, Springen oder Rißbildung durch und geprüft.

Hitzeschock aus der keramischen Schalengießform 6o Modellmasse A

entfernt. Es wurde mit der erhöhten Menge des

Äthylen-Vinylacetat-Copolymers im Vergleich zum Material Beispiel 1 kein Vorteil festgestellt.

Beispiel 6

Äthylen-Vinylacetat-Copolymer

Paraffinwachs

Es wurden die folgenden Modellmassen hergestellt Polymerisiertes Harz bzw. Kolopho- und geprüft. nium

Gewichtsprozent

20 30

50

Modellmasse B

	Material	Kolopho-	Gewichts- prozent
Polyäthylen ...		20 30 50
Paraffinwachs Polymerisiertes nium
Harz bzw.

Modellmasse C

	Material	Kolopho-	Gewichts- prozent
Polyvinylacetat Paraffinwachs .		20 30
Polymerisiertes nium		50
Harz bzw.

Modellmasse D

Material

Äthylen-Vinylacetat-Copolymer .....

Bienenwachs .

Polymerisiertes Harz bzw. Kolophonium

Modellmasse E

Gewichtsprozent

20 30

50

da sie zu brüchig bzw. zu spröde war. Die Modelle brachen, wenn die Spritzform geöffnet wurde.

Wenn versucht wurde, die Modellmasse C (mit Ausnahme des Ersatzes des Äthylen-Vinylacetat-Copolymers durch Polyvinylacetat nach Beispiel 3) herzustellen, wurde festgestellt, daß das Polyvinylacetat nicht verträglich war. Es mischte sich nicht mit den anderen Bestandteilen und trennte sich während des Mischens. Es war unmöglich, eine

ίο Mischung, die spritzgegossen werden könnte, herzustellen.

Die Modellmasse D (mit Ausnahme des Ersatzes des Paraffinwachses durch Bienenwachs nach Beispiel 3) war nicht brauchbar. Sie war klebrig, und es fehlten ihr die dem erfindungsgemäßen Material durch das Paraffinwachs verliehenen Gleiteigenschaften. Wegen der Klebrigkeit des Materials konnten die geformten Modelle nicht unversehrt aus der Spritzgußform entfernt werden. Die Modelle brachen und waren so weich, daß die Ausdrückstifte sich in das Material hineindrückten und die Modelle zerstörten. Die Modelle wiesen auch übermäßige Oberflächenhohlräume bzw. -Vertiefungen auf. Der Versuch zeigt, daß Bienenwachs kein erfolgreicher Ersatz von Paraffinwachs ist.

Die Modellmasse E (in Anlehnung an die USA.-Patentschrift 2 362 507) hatte dieselben Mängel wie die Modellmasse C. Das Polyvinylacetat war völlig unverträglich und trennte sich während des Mischens, was ein Spritzgießen unmöglich machte.

39

Material

Gewichts-Prozent

40

Polyvinylacetat 60

Bienenwachs 20

Polymerisiertes Harz bzw. Kolophonium 20

Es wurden folgende Ergebnisse festgestellt:

Die Modellmasse A (nach Beispiel 3) erwies sich als völlig zufriedenstellend. Sie hatte die notwendige Festigkeit und Biegsamkeit, so daß sie ohne Brechen oder Springen mit Erfolg spritzgegossen, werden konnte. Feiner wies die Masse die notwendige Formtrenneigenschaft auf, so daß die geformten Modelle ohne Kleben aus den Spritzformen entfernt werden konnten. Es träten keine sichtbaren Oberflächenhohlräume bzw. -Vertiefungen an den Modellen bzw. keine übermäßige Schrumpfung auf. Die die Modelle enthaltende Form wurde mit Erfolg Hitzeschockmodellentfernungsbedingungen unterworfen, und die Modelle wurden ohne Brechen oder Springen der Form ausgeschmolzen. Der einzige sichtbare Unterschied zwischen dieser Masse und der Masse des erfindungsgemäßen Beispieles 1 bestand darin, daß eine etwas niedrigere Spritzgießtemperatur von annähernd 6O⁰C zur Erzielung der besten Ergebnisse erforderlich war (die beste Spritzgießtemperatur für die Modellmasse des erfindungsgemäßen Beispieles 1 betrug 65,6 bis 71,1°C). .

Die Modellmasse B (mit Ausnahme des Ersatzes des Äthylen-Vinylacetat-Copolymeres durch Polyäthylen nach Beispiel 3) war unmöglich zu verwenden,

Claims

Patentansprüche:

1. Modellmasse zum Präzisionsgießen mit verlorenen Modellen mit einem Gehalt an etwa 5 bis 40 Gewichtsprozent eines synthetischen Polymers, an etwa 30 bis 70 Gewichtsprozent eines verträglichen organischen Materials mit einem Erweichungspunkt von weniger als etwa 121,1° C, mit der Eigenschaft des raschen Schmelzens der Oberfläche zu einer Flüssigkeit mit niedriger Viskosität beim Unterwerfen einer Temperatur von etwa 871 bis 1260°C und einer Volumausdehnung von weniger als 5°/₀ beim Erhitzen auf eine Temperatur von etwa 21,1 bis 104,4° C und an etwa 10 bis 50 Gewichtsprozent eines zumindest teilweise aus einem Paraffinwachs bestehenden Wachses, dadurch gekennzeichnet, daß das synthetische Polymer ein Äthylen-Vinylacetat-Copolymer ist.

2. Modellmasse nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Menge des Äthylen-Vinylacetat-Copolymers etwa 5 bis 20 Gewichtsprozent, bezogen auf die Modellmasse, beträgt.

3. Modellmasse nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Menge des Paraffinwachses des zumindest teilweise aus einem Paraffinwachs bestehenden Wachses etwa 10 bis 30 Gewichtsprozent, vorzugsweise 10 bis 20 Gewichtsprozent, bezogen auf die Modellmasse, beträgt.

4. Modellmasse nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Wachs eine Mischung von verschiedenen Wachsen ist und seine Menge in der Modellmasse etwa 15 bis 50 Gewichtsprozent beträgt.

5. Modellmasse nach Anspruch 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Wachsmischung zumindest

teilweise aus Wachsen auf Erdölgrundlage in Mengen von etwa 15 bis 35 Gewichtsprozent, bezogen auf die Modellmasse, besteht.

6. Modellmasse nach Anspruch 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Wachse auf Erdölgrundlage ein Mikrowachs in einer Menge von mindestens 5 Gewichtsprozent, bezogen auf die Modellmasse, enthalten.

7. Modellmasse nach Anspruch 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Wachsmischung ein hartes Wachs mit hohem Schmelzpunkt in einer Menge von bis zu annähernd 20 Gewichtsprozent, bezogen auf die Modellmasse, enthält.

8. Modellmasse nach Anspruch 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß das harte Wachs mit hohem Schmelzpunkt ein Fischer-Tropsch-Wachs ist und

seine Menge bis zu annähernd 15 Gewichtsprozent, bezogen auf die Modellmasse, beträgt.

9. Modellmasse nach Anspruch 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß das verträgliche organische Material ein modifiziertes oder polymerisiertes Harz bzw. Kolophonium ist und seine Menge etwa 30 bis 50 Gewichtsprozent, bezogen auf die Modellmasse, beträgt.

10. Modellmasse nach Anspruch 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß sie 35 bis 50 Gewichtsprozent modifiziertes blasses Holzharz, 15 Gewichtsprozent Äthylen-Vinylacetat-Copolymer, 10 bis 20 Gewichtsprozent eines Paraffinwachses mit hohem Schmelzpunkt, 5 bis 15 Gewichtsprozent Mikrowachs und 10 bis 15 Gewichtsprozent eines harten Mineralwachses enthält.

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