DE1608338B - Verfahren zum Herstellen von Gießereiformen und -kernen - Google Patents
Verfahren zum Herstellen von Gießereiformen und -kernenInfo
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Description
Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Herstellen von Gießereiformen und -kernen durch
Mischen eines Gießereisandes mit einem Bindemittel aus Polyester mit noch reaktionsfähigen Hydroxyl-,
Sulfhydryl- oder Aminogruppen und Isocyanaten sowie einem Lösungsmittel, Einformen der Sandmischung
und Aushärten bei Raumtemperatur mit Hilfe eines Katalysators.
Die bisher bekannten Bindemittel härten entweder unter der Einwirkung von Wärme oder von festen,
flüssigen oder gasförmigen Katalysatoren aus.
Wärmehärtende Bindemittel erfordern im allgemeinen eine langdauernde Ofentrocknung oder besondere
Modelle und Kernkästen, wie sie beispielsweise bei dem bekannten Croning- oder dem Hot-Box-Verfahren
verwendet werden. Die letztgenannten Verfahren haben sich zwar bei der Herstellung großer Serien bewährt,
erfordern aber Modelle und Kernkästen aus Metall, die nicht nur teuer sind, sondern infolge der
Wärmeausdehnung des Werkstoffes nur eine bedingte Maßhaltigkeit besitzen. Man ist daher bestrebt, kalt
härtende Bindemittel zu verwenden, die in möglichst kurzer Zeit aushärten und den Formen und Kernen
rasch eine ausreichende Grünfestigkeit verleihen. In den deutschen Patentschriften 880 467 und 880 469
sind bereits kalt aushärtende Bindemittel beschrieben, die aus einer Mischung von Polyester mit noch
reaktionsfähigen Hydroxyl-, Sulfhydryl- oder Aminogruppen einerseits und Di- oder Polyisoxyanaten andererseits
bestehen. Auch bei einem aus der deutschen Auslegeschrift 1 241 044 bekannten Verfahren werden
dem Sand derartige kalt aushärtende bzw. lufttrocknende Bindemittel in Form einer Mischung aus einem
ölmodifizierten Alkydharz, das eine Hydroxylzahl von mindestens 25 hat, mit Polyisoxyanaten, zugesetzt.
Der Sandmischung kann außerdem ein Katalysator beigemengt werden.
Obgleich diese bekannten Bindemittel zum Aushärten keiner Wärme bedürfen, besitzen sie doch den
Nachteil, daß sie bis zum Erreichen einer das Ausformen gestattenden Grünfestigkeit eine verhältnismäßig
lange Härtezeit erfordern, da sie bei Raumtemperatur nur in einer Oberflächenzone aushärten. Es ist daher
eine im Verhältnis zur Gußerzeugung hohe Anzahl von Form- und Kernkästen erforderlich.
Bei dem bekannten Kohlensäure-Erstarrungsverfahren zum Herstellen von Kernen wird ein Gemisch aus
Quarzsand und Natronwasserglas als Bindemittel eingeformt und mit einem Injektor oder unter einer Haube
mit Kohlendioxyd begast. Die Nachteile dieser Ver-
ao fahren sind die durch das spezielle Bindemittel bedingten geringen Festigkeiten und die schlechten Zerfallseigenschaften der Kerne nach dem Gießen.
Bei der Herstellung von Überzugsschichten war es bereits bekannt, Polyester-Polyisocyanat-Gemische mit
Hilfe tertiärer Amine auszuhärten. So wird in der deutschen Auslegeschrift 1 001 486 ein Verfahren zum
Aushärten von Filmen oder Überzugsschichten aus Gemischen von Polyisocyanaten und reaktive Wasserstoffatome
enthaltenden Polykondensationsprodukten beschrieben, nach dem diese Filme einer Atmosphäre
ausgesetzt werden, die ein flüchtiges tertiäres Amin enthält. Diese bekannte Verwendung von tertiären
Aminen als Härtungsmittel für Gemische aus Polyisocyanaten und reaktive Wasserstoffatome enthaltenden
Polykondensaten ist jedoch kein Hinweis auf eine Herstellung von Gießereiformen und -kernen unter
Verwendung eines Gemisches von Kohlendioxyd und Aminen als Härtungsmittel. Es ist zwar bei dem bekannten
Verfahren möglich, das tertiäre Amin in einer an Amin gesättigten Atmosphäre anzuwenden. Da
jedoch normale Luft einen sehr geringen Gehalt an CO2 von 0,03 % aufweist, ist der CO2-Gehalt von mit
Trimethylamin gesättigter Luft vernachlässigbar gering.
Als Härtungsmittel dient bei dem bekannten Verfahren demnach lediglich ein tertiäres Amin.
Entsprechend einem älteren Vorschlag können Gießereiformen und -kerne unter Verwendung von
Phenolharzen, organischen Polyisocyanaten und einem tertiären Amin als Härtungskatalysator hergestellt
werden, wobei das tertiäre Amin auch in einem Inertgasstrom suspendiert sein kann. Als Inertgas wird
dabei ein Gas verwendet, das nicht selbst an der Reaktion teilnimmt.
Erfindungsgemäß wurde dagegen festgestellt, daß die Nachteile der beschriebenen bekannten Verfahren
behoben und das Ausformen der im wesentlichen durchgehärteten Formen und Kerne bereits nach
wenigen Sekunden möglich ist, wenn die eingeformte Sandmischung, die ein Bindemittel auf Polyester-Polyisocyanat-Basis
enthält, mit bestimmten tertiären Aminen und mit Kohlendioxyd begast wird.
Anders als bei dem bekannten Härten von Überzugsfilmen muß in dem erfindungsgemäßen Härtergemisch
neben dem vernachlässigbaren Kohlendioxydgehalt der Luft ein zusätzlicher Kohlendioxydstrom verwendet
werden. Dieses Begasen der geformten Sandmischung mit einem tertiären Amin und Kohlendioxyd
ist mit der Verwendung einer gesättigten Aminatmo-
Sphäre zum Härten dünner Überzugsfilme nicht vergleichbar,
wie der unten wiedergegebene Vergleichsversuch zeigt. Daraus ist ersichtlich, daß sich beim
Begasen mit einem Gemisch aus Amin und Luft wesentlich längere Härtezeiten und geringere Festigkeiten
ergeben als bei dem erfindungsgemäßen Begasen mit den nachstehend spezifizierten tertiären Aminen und
Kohlendioxyd.
Gegenstand der Erfindung ist ein Verfahren zum Herstellen von Gießereiformen und -kernen durch
Mischen eines Gießereisandes mit einem Bindemittel aus Polyester mit reaktionsfähigen Hydroxyl-, SuIfhydryl-
oder Aminogruppen und Isocyanaten sowie einem Lösungsmittel, Einformen und Aushärten bei
Raumtemperatur mittels eines Katalysators, das dadurch gekennzeichnet ist, daß die eingeformte Sandmischung
mit Kohlendioxyd und dampfförmigen Aminen oder Kohlendioxyd und Trimethylamin begast
wird.
Als Bindemittel eignet sich vorzugsweise ein ölmodifiziertes Alkydharz mit einem Äquivalentverhältnis der
Polyalkohole zum Öl und zu Polycarbonsäuren größer als 2:1:1. An Stelle des bereits bei Temperaturen über
4 0C gasförmigen Trimethylamine und Kohlendioxyd
kann die Sandmischung auch mit dampfförmigen Aminen, beispielsweise mit dampfförmigen Methylamin,
Dimethylamin, Äthylamin, Diäthylamin, Triäthylamin und Kohlendioxyd begast werden. Die
erreichbaren Härtezeiten und Festigkeiten sind zwar am besten bei Verwendung von Trimethylamin, ergeben
aber auch bei Verwendung der genannten dampfförmigen Amine einen beträchtlichen Fortschritt
gegenüber den herkömmlichen Verfahren. Dem Harz können noch ein Trockner, beispielsweise in Form
einer Lösung von Kobaltnaphthenat, und zur Verbesserung seiner Haftfähigkeit eine organische Siliziumverbindung
zugesetzt werden.
Die Erfindung wird nachstehend an Hand von Beispielen erläutert:
5
5
Aus einer Sandmischung mit 100 Gewichtsteilen
ίο Quarzsand der Qualität H 32, 2 Gewichtsteilen ölmodifiziertem
Alkydharz und 1 Gewichtsteil Diphenylmethandiisocyanat wurden Rundkerne der Abmessung
100 ■ 250 mm geformt. Die noch in den Kernkästen befindlichen Kerne wurden in drei Gruppen unterteilt.
Bei der ersten Gruppe wurde die für das Aushärten erforderliche Zeit ohne Begasung, bei der zweiten
Gruppe nach einer Begasung mit Trimethylamin und bei der dritten Gruppe nach einer Begasung mit Trimethylamin
und Kohlendioxyd gemessen. Es ergab sich, daß die Aushärtezeit bei den nicht begasten
Proben im Durchschnitt 50 Minuten, bei den mit Trimethylamin begasten Proben 15 Sekunden und bei
den erfindungsgemäß mit Trimethylamin und Kohlendioxyd begasten Proben nur 10 Sekunden betrug.
Diese Werte zeigen, daß durch das erfindungsgemäße Begasen mit Kohlendioxyd und Trimethylamin eine
außerordentliche Verkürzung der Aushärtezeit erzielt wird.
Neben der Beschleunigung des Aushärtens liegt ein wesentliches Merkmal der Erfindung darin, daß sich
in der kurzen Aushärtezeit sehr hohe Festigkeiten ergeben. Das veranschaulichen die in kp/cm2 angegebenen
Festigkeiten der nachfolgenden Tabelle, die auf Untersuchungen an den drei obenerwähnten Probegruppen
basieren.
15 Minuten Zugfestigkeit nach
1 Stunde I 2 Stunden I 24 Stunden 48 Stunden
1 Stunde I 2 Stunden I 24 Stunden 48 Stunden
ohne Begasung
Trimethylamin
Trimethylamin + Kohlendioxyd
25 35
30
40
40
34
40
36 40
36 40
15 Minuten Biegefestigkeit nach
!Stunde I 2 Stunden 24 Stunden I 48 Stunden
!Stunde I 2 Stunden 24 Stunden I 48 Stunden
ohne Begasung
Trimethylamin
Trimethylamin + Kohlendioxyd
0 53
75 2
68
68
75
75
80
80
14 85 85
16 85 85
Die Versuchsergebnisse zeigen, daß durch Begasen mit Trimethylamin und Kohlendioxyd eine Steigerung
der Festigkeit bis zur Verdopplung erzielt wird.
Ein weiterer Vorteil des erfindungsgemäßen Verfahrens besteht darin, daß die Festigkeiten, nachdem
sie ihren Maximalwert erreicht haben, konstant bleiben und nicht — wie bei der Verwendung mancher anderer
Bindemittel — nach gewisser Zeit wieder abfallen.
In dem nachstehend beschriebenen Vergleichsversuch wird verdeutlicht, daß es für die erfindungsgemäße
Erhöhung der Zug- und Biegefestigkeit wesentlich ist, nicht nur mit Trimethylamin, sondern auch
mit Kohlendioxyd zu begasen.
Verg 1 e i chsνersuch
Probekerne aus einer üblichen Kernsandmischung wurden aus folgenden Bestandteilen hergestellt:
100 GT Quarzsand H 32,
2 GT Harzkondensat mit reaktionsfähigen Hydroxylgruppen und
1,5 GT eines Härtemittels auf Basis Diphenylmethandiisocyanat.
Die Probekerne wurden jeweils bei einem Druck von einer Atmosphäre zunächst 10 Sekunden mit dampfförmigem
Trimethylamin und dann 5 Sekunden mit Luft einerseits sowie 10 Sekunden mit Trimethylamin
und 5 Sekunden mit Kohlendioxyd begast. Bei der Ermittlung der Zug- und Biegefestigkeiten der begasten
Proben ergaben sich folgende Werte (in kp/cm2):
| Zugfe | s t i g k e | it | 24 Stunden | |
| sofort | 1 Stunde | 2 Stunden | 28 45 |
|
| Ami η+Luft Amin+CO2 |
13 24 |
33 39 |
34 46 |
|
Biegefestigkeit
Amin+Luft
Amin+CO2
Amin+CO2
sofort
33
58
58
1 Stunde
.79
.85'
.85'
2 Stunden
•85
24 Stunden
80
100
100
Die vorstehenden Daten zeigen, daß sich beim Begasen nach dem erfindungsgemäßen Verfahren, das
heißt mit Amin und Kohlendioxyd, nicht nur erheblich geringere Härtezeiten, sondern auch wesentlich größere
Festigkeiten ergeben als beim Begasen mit Amin in einem Luftstrom.
Claims (3)
1. Verfahren zum Herstellen von Gießereiformen
und -kernen durch Mischen eines Gießereisandes mit einem Bindemittel aus Polyester mit reaktionsfähigen
Hydroxyl-, Sulfhydryl- oder Aminogruppen und Isocyanaten sowie einem Lösungsmittel, Einf
ormen und Aushärten bei Raumtemperatur mittels eines Katalysators, dadurch gekennzeichnet,
daß die eingeformte Sandmischung mit Kohlendioxyd und dampfförmigen Aminen oder Kohlendioxyd und Trimethylamin begast
wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
daß die Sandmischung mit einem Gemisch von Trimethylamin und Kohlendioxyd begast wird.
3. Verfahren nach Anpruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß als Bindemittel ein ölmodifiziertes
Alkydharz mit einem Äquivalentverhältnis der Polyalkohole zum Öl und zu Polycarbonsäuren
größer als 2:1:1 zugesetzt wird.
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