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Formmassen zur Herstellung ton Dreharbeitsformen und Vorrichtungen
für die Abformung von Ton-, Keramik- und Porzellanmassen Für Ton-, Keramik- und
Porzellanmassen werden in erheblichem Umfang Gipsformen zur plastischen und spanabhebenden
Formung als Dreharbeitsformen verwendet. Gips ist einfach zu verarbeiten und ein
billiges Material, das eine gute Wiedergabe der Oberfläche gewährleistet. Nachteilig
ist das hohe spezifische Gewicht, die mangelnde Wasser- und Temperaturfestigkeit
und die ungenügende Abriebfestigkeit unter Feuchtigkeitseinfluß, die nur 30 bis
100 Abformunge gestattet.
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Aufgabe der Erfindung ist es hierfür eine Formmasse zu schaffen, die
bessere Eigenschaften besitzt und Formteile und Vorrichtungen daraus, die unter
Nutzung der besseren Materialeigenschaften zu rationelleren Lösungen der Verarbeitung
führen.
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Als Ersatzmaterial für Gips kommen Materialien infrage, die einerseits
eine ausreichende Durchlässigkeit und andererseits eine feinkörnige Beschaffenheit
der Formoberfläche haben müssen.
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Die bakannten Filtermassen sind entweder zu schwierig zu verarbeiten
oder sie besitzen keine befriedigende Oberflächeneigenschaften. Nachdem man mit
Gips durch offenen Guß zu einwandfreien Formabgüssen kommt, wäre eine kompliziertere
Formherstellung zumindest in dieser Hinsicht ein Rückschritt.
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zekanntlich werden, von wenigen Ausnahmen abgesehen, feste Filtermassen
bis heute nur nach einem Prmzip hergestellt, das nur eine Variante, den werkstoff"
kennt. Dieses Prinzip
besteht in der Verklebung oder Verschweißung
mehr oder weniger feiner Feststoffpartikel als Metallen, Glas, Porzellan, Keramik,
Quarz und schließlich auch von Kunststoffen (vorwiegend Polystyrol und Polyaethylen).
Selbst auf dem Kunststoffgebiet wurde das Prinzip nicht geändert, obwohl hier die
Möglichkeit seit Jahrzehnten besteht poröse Formkörper durch Aufblähen mit Gasen
oder Dämpfen von härtbaren oder polymerisierbaren Massen oder durch Einarbeiten
löslicher nach der Härtung wieder allswasehbarer Stoffe, herzustellen. Der Grund
ist vor allem darin zu suchen, daß man auf diesem Wegs feste offenporige Schäume
nur mit hohem Porenvolumen vC:7: und mehr ß mit einer ausreiehenden Durchlässigkeit
für Gase und Flüssigkeiteu erhält, die keine Festigkeiten besitzen. Die durch ein
terung hergestellten Filtermassen hingegen besitzen Porenvolumen zwischen 30 - 50
%. Bei diesen Produkten liegt die Grenze des Porenvolumens etwa bei 50 %,die kaum
zu überwinden ist.
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Es war daher nicht zu erwarten, daß man überhaupt auf dem Weg der
Aushärtung oder Polymerisation von Kwnststoffmassen eine Lösung findet, die zu Produkten
mit Bigenschaften führt, die den durch Sinterung hergestellten Filtermassen annähernd
gleichkommen oder sogar übertreffen, und sich als gießfähige Formmanssen verarbeiten
lassen, womit sie zur Herstellung von Dreharbeitsformen echte Vorteile bieten.
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Die nach der Erfindung vorgeschlagenen Formmassen zeigen erstaunlicherweise,
daß man entgegen den vorhandenen Erfahrungen doch in der Lage ist die gewünschten
Bedinguneen zu erfüllen.
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Nach der Erfindung bestehen die Formmassen zur Herstellung von Dreharbeitsformen
aus einem polymerisierbaren oder härtbaren Gemisch, das Wasser in fein verteilter
Form als Porenbildner, in Mengen zwischen 20 - 60 Gew./o enthält, das nach Forrnbung
im Guß und anschließend vollzogener
Härtung oder Polymerisation
entfernt wird und ein der enthaltenen Wassermenge entsprechendes Porenvolumen freigibt.
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Man erhält auf diesem Wege eine Dreharbeitstorm, die e bei den genannten
Porenvolumen von 20 - 60 ß also im Bereich der üblichen Filtermassen eine Durchlässigkeit
für Flüssigkeiten aufweist, die brauchbar ist, jedoch die von Filtermassen nicht
erreicht.
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Formmassen nach der Erfindung können nach folgenden Varianten hergestellt
werden: 1. Das als Porenblldner verwendete Wasser wird mit Hilfe entweder verschiedener,
das Wasser absorbierender stoffe wie z.B. Kieselgur oder wasserlöslicher Kolloide
z.B. Polysäure soweit gebunden, daß eine Abscheidung qder Entmischung vor der Aushärtung
bzw. Polymerisation vermieden wird.
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Derartige Verfahren sind in der englischen Patentschrift 879 207
und der schweizer Patentschrift 386 694 beschrieben. Nachteilig sin die zur Verteilung
des Wassers benötigten Hilfsmittel, die die Eigenschaften des Material nicht unerheblich
beeinträchtigen und die Formmasse in der Einstellung des Porenvolzmens stets von
den hydrophilen Füllstoffen abhängig machen.
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2. Diese Nachteile sind nach anderen auch zur Herstellung von Dreharbeitsformen
nach der Erfindung infrage kommenden Verfahren behoben. Diese Verfahren sind in
der österreichischen Patentschrift 241 828 und in der französischen Patentschrift
1 538 572 beschrieben. Danach werden aus mit Wasser omulgierbaren polymerisierbaren
Flüssigkeiten und Wasser stabile Wasser-in-Öl-Emulsionen hergestellt md auspolFmerisiert.
Das Wasser wird anschließend durch Trocknen entfernt. Dieses Verfahren bietet wesentlich
bessere Voraussetzungen für die Verarbeitung, bessere Materialeigenschaften der
resultierenden
Produkte, die Mitverwendung hydrophiler das Wasser absorbierender Füllmittel ist
nicht erforderlich. Die Durchlässigkeit für Gase und Flüssigkeiten ist noch ausreichend
zur Herstellung von Dreharbeitsformen, jedoch noch geringer als bei den vorgennanten
Verfahren0 3. Schließlich lassen sich zur Herstellung nach der Erfindung Dreharbeits£ormen
aus härtbaren bzw.
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kondensierbaren Formmassen verwenden. Das Vorgehen ist allerdings
auf den Einsatz solcher harte barer Stoffe beschrikt, die durch Wasser in grösseren
Mengen in ihrer Härtung nicht oder nur mwesentlich beeinträcht werden. Man geht
in diesem Fall am besten von mit Wasser emulgierbaren fltssigen Vorkondensaten aus,
die man mit Wasser mischt und aushärtet, wie es in der österreichischen Patentschrift
ili 534 ausgeführt ist. Man gelangt hiernach jedoch zu Produkten die außerordentlich
spröde sind und ebenfalls in der Durchlässigkeit kaum befriedigend.
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Die vorgenannten Verfahren lassen sich soweit die zur Polymerisation
bzw. Härtung infrage kommenden Verbindungen verträglich sind auch beliebig kombinieren.
Hierbei müssen nicht unbedingt einheitliche Produkte entstehen. Es k ggf. im Interesse
des Materials liegen die Eigenschaften der im Gemisch vorhandenen Verbindungen zu
erhalten und auch die verschiedenen Reaktionen der Polymerisation und Härtung nebeneinander
oder hintereinander ablaufen zu lassen.
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Uber die in den vorgenannten Verfahren erwähnten polymers sierbaren
bzw. härtbaren Verbindungen sind in der genannten Literatur ausführliche und ausreichende
Angaben ebenso gemacht, wie über die Polymerisation bzw. Härtung dieser Massen.
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FAr die unter 1 und 2 genannten Varianten kommen als polymerisierbare
Verbindungen infrage: Ester der Methacrylsäure insbesondere der Methacrylsäuremethylester,
Styrol, sowie zusätzlich mit diesen Monomeren copolymerisierende Verbindungen z.B.
Acrylnitril oder vernetzende Monomere wie Aethylenglykoldimethacrylat aber auch
vernetzbare Verbindungen in Form von Vorkondensaten die in den Monomeren gelöst
sind z.B. ungesättigte Polyester. Nach der Variante 3 können beispielsweise Harnstoff
oder Melaminharze eingesetzt werden.
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Für die Herstellung von Dreharbeitsformen und dazu geeigneter Vorrichtuggen
sind die vorgenannten Formmassen wsa ihre Variantenieer ursprünglich in der Literatur
beschriebenen Form weniger geeignet, als die sich hieraus ergebenden möglichen Kombinationen.
Keine der vorgenannten Methoden ergaben ein Material, welches in der Durchlässigkeit
für Gase und Wasser an die üblichen Filtermassen heranreicht, obwohl teilweise sich
das Wasser sogar mit Druck oder durch Absaugen entfernen läßt, Es war daher erforderlich
eine über den bekannten Stand der Technik hinaus gehende Verbesserung solcher Massen,
vor allem im Hinblick auf ihre Durchlässigkeit und Festigkeit zu finden.
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Überraschenderweise gelang es nicht nur die Durchlässigkeit stark
zu verbessern, sondern gleichzeitig die mechanischen Eigenschaften wesentlich anzuheben,
unidie optimalen Voraussetzungen zu erzielen die für die Herstellung von Dreharbeitsformen
notwendig waren um eine wirklich eindeutige technische Verbesserung zu erreichen.
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Die notwendige Verbesserung der mechanischen Festigkeit ist nicht
nur isfHinblick auf eine erhöhte Lebensdauer der Form, sondern auch aus Gründen
der Materialersparnis von besonderem Interesse.
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Nach der Erfindung setzt sich diese Formmasse zur Herstellung von
Dreharbeitsformen und hierzu gehörigen Vorrichtungen aus folgenden zusammen: Komp.
I 20 bis 60 = a = Gew.T.Wasser Komp. II (100-a) bis (100-a) = b = Gew.T. eines 10
1,8 in Wasser unlöslichen, in Komponente III wenigen steg quellbaren, pulverförmigen
Polymeren, bestehend aus mindesten einem Polymerisat oder Mischpolymerisat, das
zu gleichen Gew.T. mit der Komponente III vermischt, bei 200C wenigstens 5 5 Minuten
noch flüssig ist, vorzugsweise ein Polymerisat oder Mischpolymerisat aus vorwiegend
Methacrylsäuremethylester.
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Komp. III 1OO-(a+b) = c = Gew.T. einer polymerisierbaren Flüssigkeit,
bestehend aus einer oder mehreren mit Wasser emulgierbaren flüssigen Vinylverbindungen
wie Methacrylsäuremethylester, Styrol.
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Komp. IV Als emulgierende Hilfsmittel in geringen Mengen aj mindestens
eine Verbindung als Emulgator der allgemeinen Formel HO (C2H2O)a(C3H6O)b(C2H4O)cH
dessen hydrophober Anteil ein Molekulargewicht von wenigstens etwa 2500 aufweist
und aessen Gesamtmolekül 20 - 70 56 hydrophile Gruppen enthält.
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b) Gegebenenfalls wasserlösliche Netzmittel die auch in Komp. II
als mitgeschleppte Substanz aus der Produktion enthalten sein können.
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Komp. V Eine oder mehrere Initiatoren und Schnellbeschleuniger, vorzugsweise
Benzoylperoxyd und ein tertiäres Amin.
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Es hat sich als sehr Vorteilhaft erwiesen, die Komp. II in Komp. 1
am besten unter Zusatz von Komp. IV b zu suB-pendieren. Man erhält dann eine Flüssigkeit
mit der leichter zu hantieren ist, gleichzeitig wird das polymere Pulver entlüftet.
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Die Komp. V wird geteilt, der Schnellbeschleuniger und Komp. IV a
werden in Komp. III vorgelöst. Dadurch erhält man zwei über Monate hindurch lagerfähige
Komponenten, die bei Bedarf nach Zusatz des Katalysators in Komponente III nur zu
mischen sind, dann in eine Form gegossen und auspolymerisiert werden. Man erhält
nach wenigen Minuten ein fertiges Produkt hoher Durchlässigkeit und mechanischer
Festigkeit.
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Selbstverständlich können in der Komponenten 1 auch andere wasserlösliche
Stoffe in geringen Mengen enthalten sein.
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Die Komp. II betrifft pulverförmige Polymere vorzugsweise Polymerisate
oder Mischpolymerisate mit einem Überwiegenden Ariteil Methacrylsäuremethylester
(mindestens 90 % ) die mit der Komp. III gemischt (1:1) bei 200C noch gut für 5
Minuten etwa flüssig sind, dann langsam zu einer Viskositätserhöhing des Gemischs
führen, das nach etwa 8 bis 20 Minuten 15000 bis 30000 cP erreicht hat. Die vorgenannten
Polymerisate und Mischpolymerisate aus Methacrylsäuremethylester sind hierfür besonders
geeignet. Man kann jedoch auf derartige pulverförmige Produkte durch Vernetzen von
Polymerisaten aus Styrol mit ungesättigten Polyestern, Acrylnitril und anderen vernetzten
Vinylpolymeren erhalten und für den genannten Zweck verwenden. Wesentlich ist, daß
die Viskositätssteigerung ungefähr in dem vorerwähnten Bereich liegt.
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Für die Komp. III werden vorzugsweise Methacrylsäuremethylester und
Styrol verwenaet oder Gemische aus diesen Monomeren, die auch ungesättigte Polyester
gelöst enthalten können (bis ca. 35/40 X ).
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Komponente IV a ist ein Emulgiermittel, das schon in geringen Mengen
von 0,05 bis 1-2 % bezogen auf Komp. III zur Bildung einer Wasser-in-Öl-Emulsion
führt. Es handelt sich um Nonionics aus Polyoxypropylenglykol die als hydrophilen
Anteil Aethylenoxyd-Gruppe enthalten. Diese Emulgiermittel.
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bewirken zusammen mit anionischen grenzflächenaktiven Netzmitteln,
z.B. hande1 s!ubliche Gemische von Alkylsulfaten und Alkylbenzolsulfonaten, Fettalkoholsulfonaten
und langket tigen Alkylarylsulfonaten (Komponente IV b ) aber auch anderen grenzflächenaktiven
Produkten, die als Reste aus der Produktion in der pulverförmigen Kompe III enthalten
sein können, eine Demulgierung während der Härtung der Formmasse; Die Poren werden
dadurch geöffnet und es entsteht die Struktur einer Filtermasse. Diese Netzmittel
genügt es schon in geringen Mengen der Komp. I von etwa 0,01 °/oo zuzusetzen.
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Mengen um 1 ß können unter Umständen zu einem vorzeitigen Zerfall
der Emulsion führen.
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Bei der Komponente V handelt es sich um Initiatoren und Beschleuniger,
die in Komp. III löslich sind und je nach ge wüns@hter Polymerisationszeit und Temperatur
in üblicherweise zu dosieren sind. (Z.B. Benzoylperoxyd und Dimethyl-p toluidin)
Die genannten Komponenten werden am besten in der vorerwähnten Weise auf zwei lagerfähige
Komponenten beschränkt.
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Im einzelnen wird dies in den später folgenden Beispielen des Näheren
erläutert.
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Die so gebildete Formmasse kann in der bisher üblichen Weise in Kunststofformen
gegossen und ausgehärtet werden. Die er haltenen Formteile erlauben im Gegensatz
zu Gipeformen mehr als 1000, aber auch mehrere Tausend Abformungen je nach eingestellten
Porenvolumen (Wassergehalt) das im WeSntlichen die Abriebfestigkeit bestimmt.
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Die Gestaltung der Dreharbeitsform kann in der üblichen Weise, jedoch
auch mit wesentlichen Vorteil una erheblicher Material einsparung nach der Erfindung
aus einer mehrteiligen Form
bestehen. Dies ist möglich, da das
Material nach der Erfindung eine hohe Druckfestigkeit und Biegebruchfestigkeit aufweist.
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Nach der Erfindung besteht die Dreharbeitsform aus einem wechselbaren
mit dem gebildEten Scherben durch die Trocknung mitlaufenden ggf. mit Glasfasern
armierten Teil, das in der ganzen Fläche oder nur teilweise auf einem zweiten wechselbaren
Zwischenteil aufsitzt, das wiederum mit seinen Zapfen in den treibenden Ring der
Maschine eingesetzt wird. (Siehe Zeichnung 1 - 4).
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Die Form kann zweckmäßigerweise auch dreiteilig ausgeführt werden,
wie aus der Zeichnung ersichtlich ist.
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Die Anderung der konventmenellen Gestaltung der Dreharbeitsform, die
prinzipiell der Arbeitsmethodik in gleicher Weise anzupassen ist, - die Skizze soll
nur die grundsätzliche Voraussetzung der funktionellen Teilung erläutern, - hat
zur Folge, daß die Dreharbeitsform die gewichtsmäßig in konventioneller Gestaltung
mit dem neuen Material um ca. 60 0 redziert ist mit der mehrteiligen Form etwa nur
noch 1/10 und weniger des Gewichts der gleichen aus Gips bestehenden Porm besitzt.
Trotz der wesentlich erhöhten Lebensdauer wird dadurch der Materialbedarf auf ein
Minimum reduziert.
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Im folgenden soll beispielhaft das Vorgehen nach der Erfindung des
Näheren erläutert werden.
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Beispiel 1 Aus 3 Gew.T. Aerosil (DEGUSSA) 33 Gew.Tb Wasser 33 Gew.T
eines pulverförmigen Polymerisates aus vorwiegend Polymethacrylsäuremethylester
33 Crew.T. Methylmethacrylat (darin gelöst '0,5 Gew.T.
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Benzoyl- oder Lauroylperoxyd) 0,2 Gew.T. Dimethyl-p-toluidin wird
ein Gemisch hergestellt, nachdem zunächst das Aerosil im Wasser suspendiert worden
ist. Es entsteht eine dickflüssige pasteuse Gießmasse, die das Wasser in feiner
Verteilung enthält.
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Die Masse wird in eine, einer Dreharbeitsform entsprechenden Negativform
eingegossen und härtet nach ca. 30 Minuten bei ntemperatur aus. Das Wasser läßt
sich durch Trocknen entfernen.
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Bs entsteht eine luftdurchlässige Dreharbeitsform mit einer Naterialdichte
von 0,66.
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Beispiel 2 Zu 40 Gew.T. Polyestergießharz (Isophtalharz) (otyrolgehalt
50%) 2 % Benzoylperoxyd enthaltend und 0,5 % eines in dem Gießharz löslichen .Masserrin-Öl-Emulgators
werden 60 Gew.T. Wasser langsam eingerührt und gleichzeitig 0,15 g Dimethyl-p-toluidin
und eine Wasser-in-Öl-Emulsion gebildet. Die Emulsion gießt man in eine aus Kunststoff
oder Metall bestehende Negativform, die einer Dreharbeitsform entspricht und läßt
die Masse aushärten. 1Tan erhält eine Dreharbeitsform deren Durchlässigkeit für
Luft etwa 100 Bo höher als Gips ist, mit einem Porenvolumen von 60 Xo.
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Beispiel 3 Komp. A Aus 33 Gew.T. Wasser (100-33) ~ 33 Gew.T. pulverförmiges
Polymerisat aus vor-2 Methacrylsäuremethylester 0,00003 Gew.T. eines handelsüblichen
Netzmittels wird eine Suspension angesetzt Komp. B In 100-(33+33) = 34 Gew.T. Methylmethacrylat
werden 10-25 % eines ungesättigten Polyesters, 0,3 ß Dimethyl-p-toluidin sowie 0,5
% eines Emulgators auf Polyoxypropylen~Basis, MG des
t t hydrophoben
Anteils ca. 3200 mit 40 % hydrophilen Gruppen im Gesamtmolekül gelöst.
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Man erhält 2 über lange Zeit haltbare Komponenten A und B Zur Herstellung
einer Dreharbeitsform werden 2 Gew.T. der Komp A mit einem Gew.T. Komp. B in der
2 ffi Lauroyl- oder Benzoylperoxyd gelöst wurden, vermischt. Es entsteht eine sahnenförmige
Gießmasse, die 15 bis 60 Sek. gerührt wird und dann in eine Negativ form, die einer
Dreharbeitsform oder einen Formteil nach Zeichnung 1-3 entspricht, eingegossen.
Das Material härtet bei ca.
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20° C in 25 bis 40 Minuten aus Während dessen wird ein Teil des Wassers
unter Umständen abgeschieden. Nach der Härtung kann man bis etwa 60 * des Wassers
mit Preßluft oder durch Absaugen entfernen. Nach völliger Trocknung beträgt das
Porenvolumen 33 .
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Die Durchlässigkeit für Wasser und Luft entspricht einer Filtermasse
aus z.B. Polyaethylen mit ca. 40-50 % Porenvolumen. Die Druckfestigkeit des Materials
liegt bei mehr als 200 kp/cm2.
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Auf den so hergestellten Dreharbeitsteilen lassen sich mehr als 2000
- 3000 Abformungen von ocherben vornehmen.
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Das Gewicht des Arbeitsteils ist je nach Formgebung (siehe Zeichnung)
1/3 und weniger als 1/10 der konventionellen Dreharbeitsform aus Gips.
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Erstaunlicherweise lassen sich solche Ergebnisse, hohe Durchlässigkeit
für Flüssigkeit und Gase bei einem niedrigen Porenvolumen nur dann erreichen, wenn
die für die Emulgiermittel genannten Bedingungen einCehalten werden. Die Verwendung
von Emulgiermitteln z.«. mit niedrigerem Molekularge'.icht üer hydrophoben Basis
oder höheren Anteil an hydrophoben gruppen führen zu völlig t'kohten Produkten.