DE1608337C - - Google Patents
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Description
Die Erfindung bezieht sich auf ein Bindemittel auf Basis Polyester und Isocyanat zum Herstellen von
lufttrocknenden Gießereiformen und -kernen aus Gießereisand.
Die bekannten Bindemittel werden entweder in der Wärme oder durch Beigabe von Katalysatoren ausgehärtet.
Das' Warmaushärten besitzt jedoch den Nachteil, daß es einen erheblichen Zeitaufwand und
teure Trockenöfen mit zum Teil erheblichem Platzaufwand erfordert. Diese Nachteile besitzen kaltaushärtende
Bindemittel nicht, denen als Härtungsbeschleuniger feste, flüssige oder gasförmige Katalysatoren
zugesetzt werden. Dennoch sind auch heute noch eine Reihe von warmaushärtenden Bindemitteln
im Gebrauch, die jedoch, wie beispielsweise bei dem ,5 bekannten Croning- oder dem Hot-Box-Verfahren,
einen beträchtlichen Aufwand an maschinellen Einrichtungen erfordern. Insbesondere sind für diese
Verfahren hochwertige Modelle und Kernkästen aus metallischen Werkstoffen erforderlich, die zudem den
Nachteil besitzen, daß die Maßhaltigkeit der Formen und Kerne infolge der Wärmeausdehnung der Modelle
und Kernkästen nur begrenzt ist.
. Demzufolge geht das Bestreben dahin, Formen und Kerne ohne Anwendung von Wärme herzustellen. Dem steht jedoch die zum Teil beträchtliche Aushärtezeit der kaltaushärtenden Bindemittel entgegen, die eine entsprechende Verweilzeit der eingeformten Sandmischungen in den Formen und Kernkästen erforderlich macht. Dies gilt beispielsweise Tür ein aus den deutschen Patentschriften 880 467 und 880 469 bekanntes Verfahren zum Herstellen von Formschalen für Metall- oder Eisenguß, bei dem als Bindemittel eine Mischung aus Polyestern mit noch reaktionsfähigen Hydroxyl-, Sulfhydryl- oder Aminogruppen und Di- oder Polyisocyanaten verwendet wird. Bei einem ähnlichen, aus der deutschen Auslegeschrift 1 241 044 bekannten Verfahren wird dem Sand als lufttrockenendes Bindemittel eine Mischung aus einem ölmodifizierten, aus einem oder mehreren natürlichen trocknenden ölen, einer oder mehreren Polykarbonsäuren und einem oder mehreren polyvalenten Alkoholen hergestelltes Alkydharz, das mindestens 40 Gewichtsprozent natürliches trocknendes öl einpolymerisiert enthält und eine Hydroxylzahl von mindestens 25 hat, und Polyisocyanat zugesetzt. Dabei kann das Alkydharz teilweise durch ein normalerweise festes Petroleumpolymer mit äthylenisch ungesättigten Doppelbindungen ersetzt und der Sandmischung ein Katalysator beigemengt werden.
. Demzufolge geht das Bestreben dahin, Formen und Kerne ohne Anwendung von Wärme herzustellen. Dem steht jedoch die zum Teil beträchtliche Aushärtezeit der kaltaushärtenden Bindemittel entgegen, die eine entsprechende Verweilzeit der eingeformten Sandmischungen in den Formen und Kernkästen erforderlich macht. Dies gilt beispielsweise Tür ein aus den deutschen Patentschriften 880 467 und 880 469 bekanntes Verfahren zum Herstellen von Formschalen für Metall- oder Eisenguß, bei dem als Bindemittel eine Mischung aus Polyestern mit noch reaktionsfähigen Hydroxyl-, Sulfhydryl- oder Aminogruppen und Di- oder Polyisocyanaten verwendet wird. Bei einem ähnlichen, aus der deutschen Auslegeschrift 1 241 044 bekannten Verfahren wird dem Sand als lufttrockenendes Bindemittel eine Mischung aus einem ölmodifizierten, aus einem oder mehreren natürlichen trocknenden ölen, einer oder mehreren Polykarbonsäuren und einem oder mehreren polyvalenten Alkoholen hergestelltes Alkydharz, das mindestens 40 Gewichtsprozent natürliches trocknendes öl einpolymerisiert enthält und eine Hydroxylzahl von mindestens 25 hat, und Polyisocyanat zugesetzt. Dabei kann das Alkydharz teilweise durch ein normalerweise festes Petroleumpolymer mit äthylenisch ungesättigten Doppelbindungen ersetzt und der Sandmischung ein Katalysator beigemengt werden.
Obgleich das zuletzt genannte Bindemittel zum Aushärten keiner Wärme bedarf, besitzt es doch den
Nachteil, daß es bis zum Erreichen einer das Ausformen gestattenden Grünfestigkeit eine verhältnismäßig
lange Härtezeit erfordert, da bei Raumtemperatür zunächst nur eine schmale Oberflächenzone aushärtet.
Demzufolge beträgt die Verweilzeit der Formen und Kerne in den Form- oder Kernkästen etwa
I Stunde und mehr, so daß eine im Verhältnis zur Gußerzeugung hohe Anzahl von Form- und Kernkästen
sowie entsprechende Abstcllflächen erforderlich sind.
Bei dem bekannten Kohlensäure-Erstarrungsverfahren
zum Herstellen von Kernen wird ein Gemisch aus Quarzsand und Natron-Wasserglas als Bindemittel
eingeformt und mit einem Injektor oder unter einer Haube mit Kohlcndioxyd begast. Ein Mangel dieses
Verfahrens besteht in den geringen Festigkeiten und schlechten Zerfallseigenschaften der Kerne.
Die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe besteht nun darin, die vorerwähnten Nachteile zu
beheben und insbesondere ein Bindemittel zu schaffen, das ein rasches Ausformen der im wesentlichen durch-,
gehärteten Formen und Kerne bereits nach wenigen Sekunden gestattet. Zur Lösung dieser Aufgabe wird
ein Bindemittel der eingangs erwähnten Art vorgeschlagen, das im wesentlichen aus einem ölmodifizierten
Acrylharz auf Basis Butylmethacrylat oder Methylmethacrylat und dem bekannten Isocyanat
besteht. Das erfindungsgemäße ölmodifizierte Acrylharz besitzt gegenüber dem bekannten ölmodifizierten
Alkydharz oder Erstarrungsölen den Vorteil höherer Festigkeiten und einer rascheren Erstarrung, die ein
Ausformen bereits nach wenigen Sekunden gestattet.
Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren unter Verwendung eines Gemisches von ölmodifiziertem Acrylharz und Isocyanat al^ Bindemittel kann die eingeformte,
das Bindemittel enthaltende Sandmischung mit Ammoniakgas ausgehärtet werden, wodurch sich
eine weitere Beschleunigung und insbesondere ein gutes Durchhärten der Formen und Kerne erreichen
läßt. An Stelle von Ammoniakgas können auch gas- oder dampfförmige Ammoniakabkömmlinge, wie beispielsweise
Methylamin, Dimethylamin, Trimethylamin, Äthylamin, Diäthylamin und Triäthylamin,
verwendet werden. Schließlich ergibt sich eine weitere Verbesserung des erfindungsgemäßen Verfahrens, wenn
dem Sand-Bindemittel-Gemisch Metalltrockner, wie beispielsweise Kobaltnaphthenat, Bleinaphthenat,
Zinndibutyldilancat oder Mischungen dieser Stoffe, oder organische und/oder anorganische Peroxyde
zugesetzt werden.
Die Erfindung wird nachfolgend an Hand von Ausführungsbeispielen des näheren erläutert, denen
Sandmischungen mit herkömmlichen Bindemitteln gegenübergestellt sind.
la
100,0GT. Sand
1,5GT
Erstarrungsöl
Erstarrungsöl
Sandmischungen
Ib
100,0 GT Sand
1,5 GT
ölmodifiziertes
Alkydharz
Alkydharz
Ι 00,0 GT Sand
1,5GT
ölmodifiziertes
Acrylharz
Acrylharz
Die herkömmlichen Sandmischungen 1 a und 1 b sind einer Sandmischung 1 c mit Acrylharz als Bindemittel
gegenübergestellt. Von sämtlichen Sandmischungen wurden zylindrische Prüfkörper mit den Abmessungen 100 χ 250 mm cingeformt und die Zeit bestimmt,
die bis zum Erreichen einer das Ausformen gestattenden Grünfestigkeit verstrich. Außerdem wurden
aus den Sandmischungen Biegestäbe hergestellt und deren Biegefestigkeit mit einem + GF-t-Prüfgerät
ermittelt. Die Versuchsergcbnissc sind in der nachfolgenden Tabelle I zusammengestellt.
ι | Tabelle | 3 Stunden | I | Biegefestigkeit nach | 4 h I 24 h I 48 h | 4 | leratur | 5 | |
2 | 3 Stunden | bei Kaumlcm; | 4 | 5 | IO | ||||
Sand | 2 | Ausharte/eit | 2'/2 Stunden | 15' | 2h | 15 | 8 | 25 | |
mischung | 25 | ||||||||
la | bis | O | |||||||
Ib | bis | O | 2 | ||||||
Κ | bis | O | 2 | ||||||
4 | |||||||||
Obgleich die Sandmischungen kein Isocyanat enthielten,
ergibt sich aus Tabelle I, daß die Aushiirtezeit bei der erfindungsgemäßen Sandmischung 1 c etwas
geringer ist, die Biegefestigkeiten jedoch bereits wesentlich höher liegen als bei den herkömmlichen Sandmischungen
und insbesondere früher erreicht werden. Um die besonderen Vorteile des erfindungsgcmüßen
Bindemittelgemisches aus ölmodifiziertem Acrylharz und Isocyanat nachzuweisen, wurden den herkömmlichen
Sandmischungen 2a und 2b eine erfindungsgemäße Sandmischung 2c gegenübergestellt und ebenfalls
die Aushärtezeit und die Biegefestigkeiten ermittelt. Die Zusammensetzungen der Sandmischungen
2 a bis 2 c ergeben sich aus der nachfolgenden Zusammenstellung:
100,0 GT Sand
0,3 GT
Isocyanat
Isocyanat
1,5GT
Erstarrungsöl
Erstarrungsöl
Sandmischungen
2b
2b
100,0 GT Sand
0,3 GT
Isocyanat
Isocyanat
1,5GT
ölmodifiziertes
Alkydharz
Alkydharz
100,0 GT Sand
0,3 GT
Isocyanat
Isocyanat
1,5GT
ölmodifiziertes
Acrylharz
Acrylharz
Tabelle | II | Biegefestigkeit nach | 1:5" | 0 | 2 h | 4 h | 24 hI48 h | 14 | 14 | 16 | |
b | 0 | ei Raumtemperatur | 25 | 33 | 40 | ||||||
Saiidmischung | Aushärtezeit | 0 | (kp/crrr) | 28 | 50 | 50 | |||||
5 | |||||||||||
15 | |||||||||||
2 a | 50 Minuten | 18 | |||||||||
2b | 60 Minuten | ||||||||||
' 2c | 40 Minuten |
35
4c
45
Ein Vergleich der Werte aus den Tabellen I und II ergibt eine beträchtliche Verringerung der Aushärtezeiten
infolge des Zusatzes von Isocyanat zu den Sandmischungen, wobei die erfindungsgemäße Sand-.mischung
2c die geringste Aushärtezeit und die hochsten Biegefestigkeiten besitzt.
Eine weitere Verbesserung ergab sich, als die Sandmischungen 2a bis 2c nach dem Einformen mit
Ammoniakgas als Härter begast wurden. Die dabei ermittelten Versuchsergebnisse sind in der nachfolgenden
Tabelle III zusammengestellt.
Sandmischung
Aushiirtezeit
15 Sekunden
15 Sekunden
15 Sekunden
15 Sekunden
15 Sekunden
Biegefestigkeit nach
15" ! ' :h ι I h I 2 h I 4 h I 24 h| 4Xh
bei Raumtemperatur (kpcrrr)
3 | 5 | 6 |
2 | 14 | 25 |
6 | 18 | 28 |
35 40
Die bis zum Ausformen erforderlichen Aushärtezeiten sowie die Biegefestigkeiten ergaben sich aus der
nachfolgenden Tabelle II.
Aus Tabelle III ergibt sich, daß infolge der Ammoniakbegasung die Aushärtezeiten sämtlicher Sandmischungen
sprunghaft abfallen, dabei jedoch die erfindungsgemäße Sandmischung 2c wesentlich höhere
Biegefestigkeiten erreicht. Insofern führt die Verwendung des erfindungsgemäßen Bindemittels insbesondere
im Falle einer Ammoniakbegasung nicht nur zu einem schnelleren Aushärten, sondern auch zu höheren
Grünfestigkeiten.
Claims (5)
1. Bindemittel auf Basis ölmodifizierter Polyester und Isocyanat zum Herstellen von lufttrocknenden
Gießereiformen und -kernen aus Gießereisand, dadurch gekennzeichnet, daß es aus einem ölmodifizierten Acrylharz auf Basis Butylmethacrylat
oder Methylmcthacrylat und Isocyanat besteht.
2. Verfahren zum Herstellen von lufttrocknenden Gießereiformen und -kernen unter Verwendung
eines Bindemittels nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die eingeformte, das Bindemittel
enthaltende Sandmischung mit Ammoniakgas ausgehärtet wird.
3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die eingeformte Sandmischung mit
gas- oder dampfförmigen Ammoniakabkömmlingen ausgehärtet wird.
4. Verfahren nach den Ansprüchen 2 und 3, dadurch gekennzeichnet, daß dem Sand-Bindemittel-Gemisch Metalltrockner zugesetzt werden.
5. Verfahren nach den Ansprüchen 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß dem Sand-Bindemittel-Gemisch
Peroxyde zugesetzt werden.
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