DE1908549A1

DE1908549A1 - Formkoerper und Verfahren zu seiner Herstellung

Info

Publication number: DE1908549A1
Application number: DE19691908549
Authority: DE
Inventors: Susumu Terunuma
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 1968-02-21
Filing date: 1969-02-20
Publication date: 1969-09-04
Also published as: GB1238392A; FR2002337A1; CH497617A

Description

Patentanwälte DlpK-In.!. λ. Bo©tz u. Dipl.-hin- Lsmpreeht 8j~i4 Wp ?n ρ

München 22, St.ltJorie*. IS ^{öl 14} '^^{015 20}"²

HITACHI , LTD., To k i ο (Japan)

Formkörper und Verfahren zu seiner Herstellung

Die Erfindung bezieht sich auf einen neuen Formkörper und ein Verfahren zu seiner Herstellung.

Zum Beispiel in Herstellerbetriebenweisen viele Arten und eine große Zahl .von Werkzeugen und Einspannvorrichtiin-" gen zur Bearbeitung oder Aufnahme des Erzeugnisses verwendet. Bei der Bearbeitung eines Erzeugnisses, die eine hohe Genauigkeit verlangt, werden allgemein Werkzeuge und Einspannvorrichtungen aus metallischen Materialien, insbesondere Eisenmateriälien, die weniger Dimensionsänderungen erleiden, verwendet, doch wegen deren großen Gewichts hatten die damit umgehenden Personen Mühe beim Transport oder Übertragen dieser metallischen Werkzeuge und Einspannvorrichtungen. Außerdem erfordert es viel Zeit und" zahlreiche Arbeitsschritte, um eine Schneidarbeit an diesen metallischen Werkzeugen und Eijispannvorrichtungen vorzunehmen. Daher wer-

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den trotz nicht teurer Eisenmateriaiien die hergestellten Werkzeuge und Einspannvorrichtungen teuer, was zu hohen Kosten des gewünschten Erzeugnisses führt.

Zwar gibt es auch viele FaIIe₁ in denen Ilolziiiateriaiien zur Herstellung von Werkzeugen und Einspannvorrichtungen verwendet werden. Doch haben diese hölzernen Werkzeuge und Einspannvorrichtungen die Nachteile, daß sie nicht nur dazu neigen, beträchtliche Abmessungsärideruußeii zu erleiden, sondern daß sie auch nicht verwendet wex'deri können» falls V/ärmebeständigkeit verlangt wird» ;

Angesichts der Tatsache; daß die Werkzeuge, und Einspannvorrichtungen, obwohl sie nicht Erzeugnisse sind,eine sehr bedeutende Rolle in den Herstellerbetrieben spielen, ist es wesentlich, die erwähnten verscliiedeneii Nachteile zu überwinden, die mit den herkoinmlicfcien Werkzeugen· ^ und Einspannvorrichtungen verbunden sind.« Ais Hauptpunkte bei der Herstellung verbesserter Werkzeuge und Einspannvorrichtungen sind folgende zu berücksichtigen.s sie sollen gewichtsmäßig leicht sein; sie sollen olme Anstieg in der Bearbeitungszeit soule ohne Zunahme der Bearbeitungsschrittzahl herzustellen seinj sie sollen keine Mmensionsänderungen erleiden; und sie sollen von ausreichender mechanischer Festigkeit sein.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, einen neuen Formkörper zu schaffen, der auf weiten Gebieten als Konstruktionsmaterial, Formgegenstand, Isoliermaterial oder dergleiphen verwendet werden kann. Gleichzeitig' soll im- Rahmen der Erfindung ein Verfahren zur Herstellung eines solchen Formkörpers angegeben werden. Auch, soll der neue Formkörper eine hohe Druckfestigkeit und eine gute Bearbeitbarkeit aufweisen, und es ist anzustreben» daß der Formkörper

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J ΐίIclitux" als einer aus metallischem Material ist,, genaue Abmessungen aufweist und sich zu verschiedenen Konstrüktlonsteilen und Einspannvorrichtungen od. dgl. verarbeiten läßt. .

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß zunächst dürcli einen Formkörper gelöst, der durch einen Haufen kugeliger fester Teilchen gekennzeichnet ist, der mittels eines Bindemittels unter Bildung eines, flüssigkeitsdürchlässigen Sctuvaimngegens Landes verbacken ±_s±__t dessen Hohlraum'unter Schaffung-- eines physikalisch stabilen Gebildes völlig mit festem Kunstharz ausgefüllt ist,-

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Das erfindungsgemäße Verfahren zur- Herstellung eines solchen Formkörpers weist das Kennzeichen auf, daß man einem Haufen fester Teilchen eine geeignete Menge eines flüssigen Bindemittels zusetzt, die erhaltene Mischung in eine Form bx"ingt, das Bindemittel unter Verbackung des. Haufens fester Teilchen in poröser Form aushärten läßt, den HoM-raum im Haufen der verbackenen festen Teilchen mit einem ■flüssigen Kunstharz imprägniert und dieses bei dichter Ausfüllung des Hohlraumes in den festen Zustand überfütirt.

Das bemerkenswert vorteilhafte Ergebnis läßt sich durch Verwendung eines Bindemittels erzielen, das sich zur Auslösung einer Selbsthärtereaktion eignet. Wenn die Reaktion ' i merklich expthermisch, verläuft, läßt sich der in den Porenräumen des Haufens von Festteilchen'enthaltene Feuchtigkeitsgehalt ohne Anwendung irgendeines äußeren Trocknungsmittels entfernen. \ ■_. .

Nach der Erfindung werden die zu verwendenden Stoffe vom Gesichtspunkt verschiedener Faktoreii,SiW.i.e z.. B. Zweck, Anwendungsbedingung, Wiastaehaf tliclTkeituusw'. ausgewählt. Hiiisiclitlich des kugelförmigen festen Materials kann man die Auswahl zwischen Kieselsäuresand, Flußsand, Seesand,

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Gebirgssand, Glaspixlver, pulverisiertem Steinpulver, klei-· η cn. Ivies ein oder HoIzpulver allein oder in Mischung treffen. Da diese pulverförmig·■sind, lassen sie sich leicht.in eine Form einfüllen. Anorganische Mineralpulver sind meistens -zu geringen Kosten erhältlich und können bei der Herstellung von allen möglichen Baumaterialien, wie z_:. -B-. Konstruktionsinaterial, elektrischen Masten, geformten Gegenständen, · i;inspannvorrichtungen, Fundamenten, Tragerbiöcken od. dgl. mit wirtschaftlichen Vorteilen verwendet werden. Zusätzlich sind diese festen. Stoffe gegenüber verschiedenen Kunstharzen inert, die im einzelnen später erwähnt werden sollen, so daß eine ungünstige Veränderung auch bei ihrer gleichzeitigen Anwesenheit nicht stattfindet. Weiter ist festzustellen, daß die mechanisch« Festigkeit, insbesondere die Festigkeit gegenüber Biegen oder Dehnen des Formkörpers durch Einbetten eines metallischen Netzes, Stahldrahts oder aii- · deren starren Körpers in dem Formkörper verbessert werden kann.; . ' - ^

Viele der natürlichen anorganischen Mineralien haben eine Benetzbarkeit und einen organischen Bestandteil, und manchmal haftet eine elektrolytisches z. B, alkalische Substanz an ihnen. Dies bedeutet ein Hindernis für die Verwendung des Formlcörpers als Isoliermaterial. Als Ergebnis von Untersuchungen wurde gefunden, daß die erwähnten ungünstigen Faktoren, die bei den kleinen Körnchen aus natürlichen anorganischen Mineralien, wie z. B. Sand, auftreten, durch vorheriges Ausbacken solcher kleiner Körnchen bei einer- Temperatur von 6Oü bis .13.00'.⁰C beseitigt werden können, wodurch die Verbesserung der Isoliereigenschaft sowie der Nichtbenetzbarkeit erreicht werden kann. So ergibt sich gemäß der Erfindung ein neues und nützliches Isöliermate- " ■ rial. . ...-■.·_- .-■-.· . .. ..; -;-■ :■ _: .·■ ■ ,'· ;

Holzstücke, kurze Glasfasern oder.metallische Pulver können den erwähnten Mineralpulvern zugesetzt werden. Ein -

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magnetisches Pulver enthaltender Formkörper gemäß der Erfindung hat eine relativ hohe Permeabilität, wodurch ein neue.B magnetisches Material geschaffen wird. Wie schon er- \välmt, gibt es im Hahmen der Erfindung verschiedene· 'Ab-.'" Handlungen und Kombinationen.

Das beherrschende Kennzeichen der Erfindung besteht darin, daß der erwähnte Haufen von kugeligen Festteilchen oder kugeligen Stückchen mittels einer Form gestaltet und anschließend mit Hilfe eines Bindemittels ausgebackeii wird. Die Art des Bindemittels und das Verfahren zu seiner Verwendung werden in Abhängigkeit von den Eigensehaften des gewünschten Gegenstandes, von der Wirtschaftlichkelt, ' von _Λ der Gestalt, von den Abmessungen, von der Menge, von der Bearbeitbarkeit usw. des gewünschten Gegenatandes usw. bestimmt. Nach einer rohen Einteilung lassen sich die Bindemittel· gemäß der Erfindung in eine anorganische Gruppe und eine organische Gruppe einordnen. Unter den anorganischen Bindemitteln ist Wasserglas (Natriumsilikat) ganz besonders ausgezeichnet, d. h. in Abhängigkeit vom Änwendungsverfaliren läßt es sich ohne zusätzliche ¥ärmeanwendimg vorteiL-haf't verfestigen.. Wenn z. B. die erwähnten festen Pulver oder kleinen Teilchen mit Pulvern aus Ferrosilizium, Silizium, Calziumsilizid und/oder dgl. vermischt werden und das Wasserglas mit einer geeigneten Menge Wasser verdünnt wird, worauf das Formgeben in der Form folgt, läuft die f

exothermische ReaJction zwischen dem Wasserglas ,und dem Silizium ab, wodurch erreicht wird, daß das Natriumsilikat in dem Wasserglas aushärtet. Ein solches zum Aushärten ohne zusätzliche Erhitzung geeignetes Bindemittel wird selbsthärtendes Bindemittel genannt. Die selbsthärtenden Bindemittel umfassen z« B. eine Kombination von Natriumsilikat oder Kaliumsilikat mit Silizium, Ferrosiliziumoder Calzium-'silizid, eine Kombination von Natriumsilikat mit Glyoxal oder Pblyoxal und Alkalis±likofiuorid (wozu Eisenoxyd oder Magnesiumoxyd und Dextrin zugesetzt werden kann) und Korn-

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binationen von Natriumzirkonat mit Aluminiumpulver, von -=.-Natriumaluminat rait Aluraiiiiumchlorid und von Alkalisilikat mit Kohlendiöxyd. Die Verwendung des selbstliärtencleii^ Bindemittels ergibt eine verbesserte Bearbeitbarkeit, und die Herstellung des vorgeformten Formkörpers wird Vorteilhaft erleichtert.

Wie schon erwähnt, können im Rahmen der Erfindung viele verschiedene Bindemittel verwendet werden. Zum leie/iiteren Verständnis wird die Erläuterung bezügXich des besonderen Beispiels gegeben, in dem Natriumsilikat öder Kaliumsilikat als Bindemittel verwendet wird.

Der Vorteil der Verwendung des exotherm!sehen selbsthärtenden Biridemitteltyps, z. b. einer Kombination von Na- . triumsilikat oder Kaliumsilikat mit Silicium, einerrSiliziumlegierung oder einem Suizid od. dgl. liegt in -der Tatsache, daß die Aushärtungsreaktion exothermisch verläuft, d. h. daß die Reaktionswärme dazu beiträgt, einen Feuch— ' tigkeitsgehalt zu entfernen, der im Inneren des vorläufigen porösen Fornikorpers vorhanden ist. Da der Feuchtigkeits- - gehalt nicht nur nachteilig für die Imprägnierung der HoIiI-. räume des vorgeformten Formkörpers mit einem Harz ist, sondern auch einen ungünstigen Effekt auf die Eigenschaft des, gewünschten Gegenstandes, z. B. die Haftung eines Kunsthar-B zes an dem Haufen von Festteilchen, die elektrisclien Isolations eigenschaften u. dgl. hat, muß er auf einen möglichst niedrigen Betrag verringert.werden. Die Entfernung des .Feuchtigkeitsgehalts des vorgeformten Formkörpers wird zur Vereinfachung Trocknungsvorgang genannt. Die Verwendung des exothermischen selbsthärtenden Bindemittels ermöglicht eine Auslassung oder Vereinfachung des TrockungsVorganges, wodurch das Verfahren gemäß der Erfindung unter vielen Gesichtspunkten vorteilhaft wird. Zusätzlich ist festzustellen,- daß die Tatsache, daß, wie später erläutert, die Aüs-

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hurtungsrealctioii des Bindemittels in kurzer Zeit vollendet wird, im Hinblick auf die Verbesserung des Arb-eitswirkuiiGS grades selir vorteilhaft ist. Dementsprechejid fördert das vorstellend erwähnte \^rerfahrcn die Voi^teilliaf tißkeit unter wirtschaf tii clieii Gesichtspunkten.

Uie die folgenden Formeln zeigen, wird Natriumsilikat oder Kai-iumsilikat hydrolysiert.,.. um Natriumhydroxyd oder Kaliumhydx-oxyd und einen. Silikatbestandteil in Form eines Sols freizumachen:

+ H₂O < *NaOH + NaIISiO .......... (i)

₂ + . H₂O _K > ICOlI + KHSiO₃ .. ... ........( 1 )·

Ein Teil des Reaktionsprodukts, d.~h. NaHSiO„ oder KHSiO- wird weiter nach folgender Formel hydrolysierts

NaHSiO₃ + H₂O 1—» NaOII.+ H₂SiO₃ ........... (2 )

iaiSiO„ + H_O » KOII -K H_SiO„ (2)

NaIISiO , iaiSiO und H SiO^ sind in der Form eines Sols in dem vorläufig geformten Formkörper vorhanden. Silizium des zugesetzten Silxziunibestandteils reagiert entsprechend folgenden Formeln unter Anwesenheit- von NaOH oder KOH und Λ Vas s er : ■ . .'.-.'"

2NaOH + Si + H₃O = Na₂SiO + 2H₂ ........... (3).

2K0H + Si.+ H₂O = Iv₂SiO₃ + 2,H₂ ...... . (3.)«

Es bilden sich nämlich Natritimsilikat oder Kaliumsilikat, in Form von Gel, und das Wasserstoffgas wird frei. Diese chemische Reaktion, ist. .exotherm!sch. Daher werden das er-

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zeugte Wasser und das restliche Wasser verdampft und aus dem Inneren des Formkörpers durch Wirkung der Realctionswärme freigemacht, wobei Wasserstoff.gemäß den Formeln (3) oder (3)¹ frei wird. Weiter wird durch Einwirkung des verdampften und .zerstreuten Gases der Formkörper porös, und so erhält man den verhältnismäßig leichten Formkörper. In diesem Zusammenhang ist festzustellen, daß trotz dieser Erscheinung das Schrumpf Volumenverhältnis geringer als 1 ^o ist, wodurch man einen Formkörper hoher Genauigkeit erhält. Da der Feuchtigkeitsgehalt verdampft und entfernt wird, ist es unnötig, den Formkörper einem Trocknungsvorgang zu unterwerfen, so daß es also nicht nur möglich ist, die Trocknungskosten einzusparen^ sondern auch die Imprägnierung mit einem Epoxyharz oder ungesättigten Polyesterharz leicht und ohne Auftreten irgendwelcher Störungen vorteilhaft durchzuführen. Erfindungsgemäß ist es nämlich im wesentlichen, unnötig, den Formkörper zu erhitzen und zu trocknen, und gleichzeitig kann die Imprägnierung mit lösungsmittelfreiem wärmehärtenden Harz einwandfrei durchgeführt werden, so daß ein Vorteil in wirtschaftlicher und technischer Hinsicht erzielt wird.

Die Silizium liefernden Stoffe gemäß der Erfindung umfassen z. B. Silizium selbst, Ferrosilizium, Calziumsilizid u. dgl.

Die Menge des anorganischen Bindemittels, wie z. B. Natriumsilikat, Calziumsilikat od. dgl. sollte nicht so groß sein, daß die Imprägnierung mit dem Kunstharz schwierig wird. Ein solches anorganisches Bindemittel kann in einer Menge von 0,2 bis 5 Gew.# (auf einem gelierten Teil basierend), vorzugsweise 0,5 bis 3 Gew.^, bezogen auf die Menge des vorgeformten Formkörpers im Fall des Konstruktionsmaterials, des Formgegenstandes zur allgemeinen Verwendung, der Einspannvorrichtung od. dgl. verwendet werden. Beim Ver-

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mischen des Haufens kugeliger Festteilchen mit dem Bindemittel, wie z. B. Natriumsilikat, Kaliumsilikat u. dgl., wird das Bindemittel in der Form einer wässerigen Lösung mit einem spezifischen Gewicht von 1,2 bis 1,5 verwendet, und dabei wird das Bindemittel vorzugsweise in einer Menge von 1 bis 15 Gew.^, insbesondere 3 bis 6 Gew»?o, bezogen auf die Menge des Haufens von Festteilchen, eingesetzt» Dabei ist jedoch zu bemerken, daß diese Mengen aus der Erfahrung bestimmt wurden und keine Einschränkung darauf beabsichtigt ist. · -.·"■■

Die vorstehende Erläuterung befaßt sich mit dem anor- panischen Bindemittel. Andererseits lassen sich auch orga- ' nische Bindemittel verwenden. Die organischen Bindemittel umfassen z. B. (a) Trocknungsöle oder Kunstharzmodifizierte Öle mit konjugierter Doppelbindung; (b) Furanharz, Harnst of f-Furanharz, Phenol-Furanharz, plastisches Harnstoffharz od. dgl. in Kombination mit saurem Härtermittel (härtbar bei normaler Temperatur); u. dgl.

Beim Verbinden des Haufens von Festteilchen durch das vorerwähnte Bindemittel ist zu berücksichtigen, daß die Imprägnierung der Poren zwischen den Festteilchen mit dem Kunstharz'und seine Aushärtung nicht gehindert werden. Unter diesem Gesichtspunkt sollten die Art und die Menge des M zu verwendenden Bindemittels ausgewählt werden. Wenn das Bindemittel in einer zu großen Menge verwendet wird, kann die Imprägnierbarkeit des vorgeformten Formkörpers mit Kunstharz verringert werden, wodurch es schwierig wird, die Imprägnierung des Formkörpers mit Kunstharz bis in die innersten Poren durchzuführen. Wie bereits erwähnt wurde, verursacht die unzureichende Imprägnierung mit Kunstharz Fehler, insbesondere dann, wenn der Formkörper als Konstruktionsmaterial oder Isoliermaterial verwendet wird.

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Die Imprägnierbarkeit der Poren des vorgeformten Form- körpers mit Kunstharz kann in Abhängigkeit vom Volumen, der Viskosität des flüssigen Kunstharzes und der Imprägniermethode bestimmt werden. Daher soll die folgende Erläuterung unter Bezugnahme auf das bestimmte Beispiel gegeben werden.

Um zu erreichen, daß der Formkörper eine Dimensionsgenauigkeit aufweist, ist es vorteilhaft, daß der lö'sungsmitbelfreie wärmehärtende Kunstharztyp verwendet wird, weil er ein geringes Schrumpfvolunien bei der Verfestigung zeigt. Aus der Gruppe der Epoxyharze werden vorzugsweise das aus · Bisphenol A und Epichlorhydrin synthetisierte Harz, epoxydiertes pflanzliches Öl und epoxydlertes Polyolefin verwendet. Anstelle von. Bisphenol A lassen sich auch Glycerin, Phenolnovolakharz, ein epoxydiertes Erzeugnis einer langkettigen aliphatischen ungesättigten Verbindung und Diglycidyläther verwenden. Was den Härter betrifft, kann man eine Arainverbindung, organische Säure und ihr Anhydrid und exne hochmolekulare Verbindung, wie z. B. Polyamidharz, Polyesterharz, Phenolharz od. dgl. verwenden. Was die Aminverbindung angeht, lassen sich Äthylendiamin, Diäthylentriamin, Triäthylentetramin, m-Phenylendiamine Diäthylaminopropylamin, Dicyandiamid, Melamin, Pyrrolidin, Piperidin, Diaminodiphenylmethan, Diaminodiphenylsulfonsäure, . 2,4,A-tris(dimethylaminomethyl)phenol od. dgl. verwenden. Was den sauren Härter betrifft, kann man Phthalsäureanhydrid, Maleinsäureanhydrid, Dichlorphthalsäureanhydrid, Hexahydrophthalsäureanhydrid, p-Dichlorphthalsäureanlrydrld, HET-Säureanhydrid (Additionsprodukt von Hexachlorcyclopentadien und Maleinsäureanhydrid), Pyromellitinsäureanhydrid, Methylnadinsäureanhydrid, Dodecenylphthalsäureanliydrid od. dgl. verwenden. Man kann auch ein Salz, ζ. B. Friedel-CraftSi-Kanalysator, wie z. B. SnCl„, ein Salz von BF_ mit einem Amin, ein Salz der Karbonsäüre mit 2,4,6-tridimethylaminomethylphenol verwenden. Falls eine hochmolekulare Substanz verwendet wird, wird sie nicht nur als Härter,

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sondern auch zur Verbesserung der Eigenschaft des Epoxyharzes zur Verringerung der Kosten verwendet. Zum Beispiel kann Polysulfidharz, Phenolharz, Polyamidharz, Polyesterharz, Anilinharz, Harnstoffharz od. dgl. verwendet werden.

Die zu verwendenden ungesättigten Polyesterharze werden aus denen gewählt, die unter den hochmolekularen Verbindungen, die aus einer polybasischen Säure und einem polyhydrisehem Alkohol unter Dehydrierung und mit Esterbindung hergestellt wurden, von einer dibasischen Säure abgeleitet sind, die in ihrem Molekül eine Doppelbindung hat, wie z. B-. Maleinsäure« Diese ungesättigten Polyester sind hir.sebreiartig oder fest und geeignet, sich durch Einwir- λ kung von Sauerstoff oder einem Katalysator selbst zu polymerisieren, doch werden sie allgemein in der flüssigen, in einem polymerisierbaren Monomer, wie z. B. Styrol, Methylacrylat, Diacrylphthalat od. dgl. gelösten Form verwendet. Obwohl die Viskosität des Polyesterharzes in Abhängigkeit von der MMolekülarstruktur und dem Molekulargewicht variiert, kann sie in einem weiten Bereich, nämlich von 0,5 bis 2000 Poise gesteuert werden. Was den Polymerisationskatalysator des ungesättigten Polyesterharzes betrifft, kann man ein organisches Peroxyd, wie z. B. Hydroxyheptylperoyd, 1-Hydroxycyclohexylhydroperoxyd-1, t-Butylperoxyd, Methylamylketonperoxyd, Lauroylperoxyd, Benzoylperoxyd, t-Butylpermaleinsäure, t-Butylperbenzoat, t-Butylperphthalat, Di- '■ ä t-butylperphthalat', p-Ghlorbenzoylperoxyd od. dgl. verwenden.

Beim Vermischen von Epoxyharz mit z. B. einem herkömmlichen Amingruppenhärter erfolgt die Gelierung "des Epoxyharzes leicht, und daher wird die Brauchbarkeitsperiode ,

(mit anderen Worten "Topfzeit") verkürzt. Um dieses Problem zu lösen, kann man ein Amin, das einen hohen Siedepunkt hat und durch die infolge der Reaktion des Siliziums mit Natriumsilikat oder"Kaliumsilikat entwickelte Wärme nicht zersetzt wird, wie z. B. Tetramethylaminodiphenylmethan

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(Siedepunkt 195 °C), OctylmethyltetrabenzilaminobisphenolA (Siedepunkt 230 °C) od. dgl. mit der Mischung von kugeligen festen Teilchen, wie z. B. Sand mit dem siliziumhaltigeh Stoff und Natriumsilikat oder Kaliumsilikat in dem Stadium der Herstellung der Mischung vermischen, worauf man die Einformung und anschließend die Imprägnierung mit dem Epoxyharz vornimmt, welches, ein saures Anhydrid enthält und das Harz aushärten läßt. Da der saure Härter die Topfzeit des Epoxyharzes nicht verkürzt, kann die Brauchbarkeitsdauer des Epoxyharzes verlängert werden, wodurch eine Verringerung der erforderlichen Epoxyharzmenge wirtschaftlich vorteilhaft erreicht wird.

Wenn der poröse Formkörper oder vorläufige Formkörper durch Natriumsilikat oder Kaliumsilikat verbacken ist und mit einem Epoxyharz, bzw. ungesättigtem Polyesterharz imprägniert wird, ist es erforderlieh, daß die Viskosität des Imprägnierharzes ausreichend ist, daß die Hohlräume, des porösen Formkörpers ausgefüllt werden. Sonst ist es schwierig, einen Formkörper zu erhalten, der eine aus ge ■?■ zeichnete Druckfestigkeit und sonstige mechanische Festigkeit aufweist. Beispielsweise ist festzustellen, daß es.."'—'". wünschenswert ist, daß entweder der Formkörper vor der Im- , prägnierung auf mehr als 40 C, insbesondere mehr als 6O C erhitzt wird, bevor er der Imprägnierung mit Harz ausgesetzt wird, oder daß das Harz selbst.erhi.tzt wird, um seine Viskosität auf weniger als 100 Centipoise, insbesondere weniger als 50 Centipoise zu senken. /■-■..."

Ein Merkmal der Erfindung beruht darauf, daß die Reaktion des Siliziums mit Natriumsilikat oder Kaliumsilikät rasch und exotherm verläuft und daher die so erzeugte Reaktionswärme vorteilhaft für die nachfolgende. Imprägnierung mit Harz ausgenutzt werden kann. *

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Als Ergebnis der exothermischen Reaktion erhitzt sich der Formkörper auf 90 C oder mehr. Wenn daher der Formkörper mit einem Epoxyharz od. dgl. in Berührung gebracht wird, bevor er abkühlt, kann die Imprägnierung mit Harz günstigerweise ohne Erhitzung des Formkörpers und des Imprägnierharzes durchgeführt werden. Die Reaktionswärme steigt angenähert im Maße des Anstieges der zugemischten Menge des Natriumsilikats.oder Kaliumsilikats sowie des Silizium liefernden Stoffes im Verhältnis zur Menge der kugeligen Festteilchen. Wenn z. B. 5/6 Natriumsilikat in wässeriger Lösung mit 2 Molen Natriumsilikat und 15"$ Ferrosilizium bzw.. 20 $ Ferrosilizium vermischt werden, steigt die Temperatur des Forrakörpers auf 96 bzw. 103 °C. Wenn 10 ^lf> der gleichen Λ wässerigen Natriumsilikatlösung und 15 /" Ferrosilizium bzw. 20 ^ϋ/ο Ferrosilizium vermischt werden, erreicht die Temperatur des Formkörpers 102 bzw. 1 03 C. Dementsprechend ermöglicht die Ausnutzung der Reaktionswärme eine Verringerung der Heizkosten, der Einrichtungskosten und der Löhne.

Da Natriumsilikat oder Kaliumsilikat zur Vermischung mit Kieselsäuresand, Seesand, Gebirgssand od. dgl. eine viskose Flüssigkeit i's't, wird es in der Form einer wässerigen Lösung mit einem spezifischen Gewicht von 1,2 bis 1,5i wie schon erwähnt, verwendet. Die Antidruckfestigkeit des Formkörpers vor der Imprägnierung mit Harz kann durch Erhöhen der Zumischmenge des Bindemittels (wässerige Lösung) \ und des Siliziumbestandteils erhöht werden.· Zum Beispiel zeigt der Formkörper, dem Natriumsilikatlösung (spezifisches Gewicht 1,3 bis 1,5) in einer Menge von 6 bis 8 % im Verhältnis zu 1 bis 2 "ρ Ferrosilizium zugesetzt wird, eine maximale Antidruckfestigkeit, ohne daß ein Abfallen der Durchlässigkeit für das flüssige Kunstharz auftritt. So erhält man mit 2 % Ferrosilizium und mit k ^ajo einer wässerigen Natriumsilikatlösung (Verdünnung des Natriumsilikats zweifach) bzw» mit 7 io Natriumsilikatlösung bzw. mit 8 $ Natriumsilikatlösung eine Antidruckfestigkeit von 32 kg/cm

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bzw. 78 kg/cm bzw. 84 kg/cm sowie eine Durchlässigkeit von 14O AFS bis 250 AFS (American Founding Standard). Die Antidruckfestigkeit des Formkörpers vor der Imprägnierung mit Kunstharz kann auch durch Erhitzen auf 150 bis 3ÖO C gesteigert werden. Falls z. B. die wässerige Natriumsilikatlösung ("Verdünnung des Natriumsilikats zweifach) mit 2 $ Ferrosilizium verwendet wird, kann, wenn die Menge der · wässerigen Natriumsilikatlösung 4 ⁴Jo betragt, die Antidruekfestigkeit durch Erhitzung auf 200 C von etwa 4 kg/cm'*' auf

ρ *

etwa 7 kg/cm gesteigert werden. In gleicher Weise kann die

ρ · O.

Antidruckfestigkeit von etwa 19 kg/cm auf etwa 27 kg/cm -,-. -

2 ο

bzw. von etwa 22 kg/cm auf etwa 3h kg/cm"" bzw. von etwa

2 2

24 kg/cm auf etwa 45 kg/cm gesteigert werden, wenn die Menge der wässerigen Natriumsilikatlösung 6 bzw. 7 bzw. 8 % ist. Wenn der Formkörper mit einer so hohen Antidruckf estigkeit mit dem erwähnten wärmehärtenden Kunstharz imprägniert wird, worauf die Aushärtung des Kunstharzes folgt, kann man ein Erzeugnis mit höherer* Festigkeit erhalten.

Als Ergebnis von Untersuchungen wurde gefunden, daß, wenn Festteilchen mit kantiger Form verwendet werden, ein Formkörper mit höherer mechanischer Festigkeit erhalten werden kann. Zum Beispiel hat der Seesand im Vergleich mit Kieselsäuresand die kantigere Form, und der aus dem ersteren hergestellte Formkörper hat eine höhere Festigkeit als der aus dem letzteren hergestellte. Der Grund dafür liegt vermutlich im Unterschied in der Gießstärke des Sandes.

Die Durchlässigkeit des vorgeformten Formkörpers verringert s.ich bei etwa 8 Gew.%, als Grenzlinie, der wässerigen Natriumsilikatlösung mit einem spezifischen Gewicht von 1,2 bis 1,5> wenn Wasserglas als Bindemittel verwendet wird. Zusätzlich wurde, obwohl es unklar ist, ob der Rückgang der Durchlässigkeit der Hauptgrund ist oder nicht, festgestellt, daß die Zugabe von mehr als etwa 9 Gew.^ des

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wässerigen Natriumsilikäts dazu führt, daß ein Teil des imprägnierten Epoxyharzes im Laufe des Aushärtens ausgeschwitzt wird. Unter Berücksichtigung dieser Tatsache wird empfohlen, das Wasserglas in einer Menge von weniger als etwa 8 ⁰Jo, insbesondere etwa 3 bis 6 % zu verwenden.

Neben den wärmehärtenden Harzen, wie Epoxyharz, ungesättigtes Polyesterharz, Phenolharz od. dgl. kann auch ein thermoplastisches Kunstharz verwendet werden. Insbesondere lassen sich nach der erfindungsgemäß entwickelten Technik die Niedrigviskositätsflüssigkeiten, die man durch Auflösen polymerisierbarer Monomere, wie Styrol, Methylacrylat, Methylmetacrylat od. dgl. erhält, deren Polymere oder Co- ^ polymere mit Polymerisationskatalysatoren, wie z. B. Benzoylperoxyd, Laüroylperoxyd od. dgl. versetzt werden, verwenden, wobei mit der sich ergebenden Lösung der Hohlraum des vorläufig gefertigten Formkörpers imprägniert und die Imprägniermasse anschließend der Polymerisation unterworfen wird. Dies ist eine Art von Blockpolymerisierung, und die Polymerisierung kann bei einer Temperatur unter dem Siedepunkt des Monomers (im Fall von Styrol Z. B. 80 bis 100 C) durchgeführt werden. Ein solches Verfahren ist unter dein technischen Gesichtspunkt sowie'hinsichtlich der Eigenschaft des zu erhaltenden Erzeugnisses vorteilhaft im Vergleich mit dem Verfahren, nach dem Polystyrol oder Poly-, -' -m vinylchlorid in einem Lösungsmittel aufgelöst und"mit der erhaltenen Lösung der vorgefertigte Formkörper imprägniert wird. Das ist aus dem Grunde so, well, wenn das Polymer in · einem Lösungsmittel gelöst wird, wegen des hohen Molekulargewichts des Polymers eine große Menge Lösungsmittel benötigt .wird, wodurch Hohlräume im Formkörper auftreten und sich gleichzeitig der wirtschaftliche Nachteil des Verlustes von Lösungsmitteln ergibt. Dementsprechend sollte klar sein, daß der Fall, in dem thermoplastisches Harz in der Form einer im Lösungsmittel gelösten Lösung verwendet wird,

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wesentlich verschieden von dem anderen Fall ist, in welchem das wärmehärtende Harz, wie Phenolharz, in einem Lösungsmittel gelöst wird, wodurch ermöglicht wird, daß die Viskosität der Lösung gesenkt wird, so daß mit der Harzlösung, der vorläufige Formkörper imprägniert werden kann, selbst wenn der Harzgehalt auf "etwa 70 $ gesteigert wird".

Allgemein ist festzustellen, daß es, falls der Formkörper gemäß vorliegender Erfindung als Konstruktionsmaterial, Isoliermaterial od. dgl. verwendet wird, wünschenswert ist, daß die Poren des vorläufigen Formkörpers im wesentlichen mit einem gehärteten Kunstharz gefüllt werden. .-

^fe Da ein solcher Formkörper eine äußerst hohe Druckfestigkeit aufweist, kann er statt Beton als Konstruktionsmäterial verwendet, werden, bei dem. eine höhere Antidruckeigenschaft benötigt wird. Dieser Formkörper kann durch Einbettung von Stahldrähten oder metallischen Netzen hinsichtlich seiner Biegefestigkeit verstärkt werden. Zusätzlich können dank der ausgezeichneten Bearbeitbarkeit die großen Kosten der Bearbeitung, die üblicherweise im Fall der metallischen Materialien auftreten, erheblich gesenkt werden. Dieses Merkmal und die Leichtigkeit des Formens sind sehr wesentliche Vorteile der Erfindung. Ttfeiter ist. festzustellen, daß, da im weiten Umfang variable Materialien als kleine Festteilstoffe verwendet werden können, das Erzeugnis eine rei-

W ehe Varietät hinsichtlich z. B. Farbe, Isoliereigenschaft, Hitzeleitfähigkeit, elektrischer Leitfähigkeit, thermischem Ausdehnungskoeffizient, Wärmebeständigkeit od. dgl. ermöglicht. Nach der Erfindung ist das Erzeugnis verhältnismäßig leicht an Gewicht und kann daher leicht transportiert und hantiert werden.

Zu einer besonderen Verwendung des Formkörpers nach del* Erfindung ist zu sagen, daß e,s auch als Dekörätionsmaterial in Frage kommt. Da z. B-. eine dünne erfindungsgemäß herge^ stellte Platte» bei der ausgebaGkener natürlicher Kiesei- -

säuresand und eine Harzimprägnierung verwendet werden, eine Lichtdurchlässigkeit aufweist, kann sie zur Erzielung einer rötlich-braunen Beleuchtung ohne Verwendung irgendeines Farbmittels eingesetzt werden. Der Formkörper gemäß der Erfindung wird auch auf verschiedenen und weiten Anwendungsgebieten, z. B. ■ elektrische Masten, Straßenpflasterung, Einspannvorrichtung, Form, Konstrüktionsmaterialien (Boden, Fundament, Dach, Wand, Mastträgerblock u. dgl., Bad, Preßform, Isoliermaterialien, z. B. Isolierplatte für Porzellanisolator) verwendet.·Wenn leitfähige Stoffe darin enthalten sind, ergeben sich halbleitende Materialien.. Wegen der Leichtigkeit des Einfärbens, des Bekorierens mit bestimmten Mustern und der Bearbeitung läßt sieh der Formkörper nach der Erfindung als künstlerisches Material einsetzen. Im Ergebnis läßt sich auch eine stärkere Tonfigur im Vergleich mit der üblicherweise aus Gips gemachten herstellen.

Die Erfindung wird anhand der folgenden Ausführungsbeispiele näher erläutert, die zur Erläuterung und nicht zur Einschränkung gegeben sind. Wenn nicht anders angegeben ist, sind alle Prozent- und Teilangaben als Gewichtsangaben gemacht. -■ ' ■

• Beispiel 1 %

100 Teile Kieselsäuresand von etwa 0,15 mm Korngröße wurden mit 2 $ Calziumsilizid-(Sii 60 $)-Pulver von weniger als 0,075 nun Korngröße und 5 $ mit Wasser verdünntem Natriumsilikat (Molverhältnis etwa 2) vermischt. Die Prozentangaben des Calziumsilizids und der wässrigen Natriumsili- · katlösung basieren auf 100 Teilen Kieselsäuresand. "

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Die wässerige Natriumsilikätlösung wurde folgendermaßen hergestellt? Natriumsilikat mit einemMolverhältnis SiO_ : Na„0 = 2 : 1 in einer 3 $ des Kieselsäuresandes entsprechenden Menge wurde Wasser in einer 2 °]a des Kieselsäii— resandes entsprechenden Menge zugesetzt. Das Mischen wurde

mittels eines Mischgerätes oder per Hand durchgeführt. CaI-ziumsilizidpulver wurde dem Kieselsäuresand zugesetzt, woi-auf beide Stoffe zwecks Erzielung einer gleichmäßigen Mischung vermischt wurden. Anschließend wurde die wässerige Natriumsilikatlösung über diese Mischung versprüht, und dann wurde das Mischen einige Minuten fortgesetzt, bis eine gleichmäßige Durchmischung erhalten war. Ein. zu langes oder unter zu hohem Druck erfolgendes Mischen ist unerwünscht, weil die chemische Reaktion während des Misehens einsetzt.

Die erhaltene Mischung wurde in eine Form der Kapazität 6ö mm χ 200 mm χ 300 nun bei einer Umgebungstemperatur von 20 C und einer -feuchtigkeit von 35 '/<» zur Durchführ rung des Formens eingebracht. Als die Formmasse etwa=-20 und einige Minuten stehen konnte, setzte die chemische Reaktion ein und schritt anfangs allmählich und darauffolgend schneller fort, wobei eine Wasserstoffgas- und Dampfentwicklung auftrat. Die Temperatur des Forpikörpefs wurde auf 70 bis 90 °C gesteigert, um die Härtung durchzuführen. Dieser Probekörper wurde nach zwei Stunden aus der Form entnommen und bei 50 bis 6θ C mit einem Bisphenol-A-Epoxyharz-Typ mit 80 % Himsäure-("himic")anhydrid und 3 $> 2,4,4-tris(dimethylaminomethyl)phenol imprägniert. Als das Epoxyharz, den vorerhitzten Formkörper berührte, verringerte sich die Viskosität des Harzes, wodurch eine völlige Imprägnierung des Formkörpers mit dem Harz ermöglicht wurde. Das harzimprägnierte Erzeugnis wurde in einem elektrischen Ofen 15 Stunden auf 130 °C gehalten, um die Aushärtung des Epoxyharzes zu erreichen. Der Epoxyharzgehalt des so erhal-

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tenen ForrakÖrpers war 35 °ß>, bezogen auf die Menge des Haufens von Kieselsäuresand. Die Biegefestigkeit eines Prüflings von 10 χ 15 x 120 mm bei einem llebelpunkt von 100 mm war 230 kg/cm ; die Zugfestigkeit 98 kg/cm ; Schlag 2 kg/cmcm ; ¥ärmebeständigkeit I.30 °C; Volumenwiderstand 1 χ 10 X~l • cm; spezifisches Gewicht 2,11; Härte HS5'6 5 Lichtbogenbe- : ständigkeit 19Ο Sekunden. Der so erhaltene Formkörper konnte mittels eines Schneidschleifers mit einem Schleifkorn der Klasse etwa c46r, überharten Schneidwerkzeugs der Klasse G (d.h. eines Schneidwerkzeugs zur Verwendung beim Schneiden eines gegossenen Eisenmaterials) oder Bohrers leicht geschnitten, gebohrt oder mit Nuten versehen und so bearbeitet werden, daß er eine sehr glatte Oberfläche . mit einer Oberflächenrauhigkeit von etwa 18S aufwies.

Unter Berücksichtigung der Tatsache, daß Beton entsprechend den j ap. Industriestandardwerten eine Druckfestigkeit von etwa 220 kg/cm oder mehr hat, ist offenbar, daß der Formkörper gemäß diesem Beispiel eine außergewöhnlich große Druckfestigkeit aufweist. ¥enn man weiter berücksichtigt, daß die spanabhebende Bearbeitbarkeit von Beton schlecht ist, wird ohne weiteres klar, daß der Formkörper gemäß der Erfindung eine große Brauchbarkeit besitzt.

Beispiel 2

100 Teile Kieselsäuresand (etwa 0,1-5 mm Korngröße), Z % Ferrosiliziumpulver (unter 0,075 nun) und 7 ^. wässerige Natriumsilikatlösung (Natriumsilikat : Wasser = 5 2 z) wurden miteinander vermischt und in der gleichen Weise wie im Beispiel 1 dem Pormvörgang unterworfen. Nach dem Härten wurde das erhaltene Erzeugnis eine Stunde bei 200 °Ö ausgebakken. Nach dem Abkühlen auf etwa 50 °G wurde der Körper mit einem 2 $> Benzoylperoxyd enthaltenden ungesättigten Poly-

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esterharz imprägniert, worauf eine Erhitzung auf 110 bis 130°C für 15 Stunden zur Durchführung der Aushärtung folgte. Der Kunstharzgehalt des so erhaltenen Formkörpers wair etwa 37 fit bezogen auf die Menge des Kieselsäuresandes." Druckfestigkeit 1200 kg/cm ; Biegefestigkeit des Prüflings von 10 χ 15 χ 120 mm bei einem Hebelpunkt von VOQ mm 250 kg/cm ; Zugfestigkeit 98 kg/cm ; Schlag 2 kg-cm/cm ; Harte HS 53; Wärmebeständigkeit i4o C; Volumenwiderstand Ix 10 /"!· cm. Die spanabhebende Bearbeitbarkeit des Erzeugnisses ist im Vergleich mit dem im Beispiel 1 erhaltenen Körper etwas überlegen. ·-'-

Beispiel 3

100 Teile Kieselsäuresand (0,15 mm), 3 ^ Siliziumpulver und 7»5 $> wässerige Natriumsilikatlösung (Natriumsilikat : Wasser = 5 ! 2,5) wurden miteinander vermischt und in gleicher Weise wie im Beispiel 1 dem Formungsvorgang unterworfen. Das Bisphenol-A-Epoxyharz mit 10' % Diaminodiphenylmethan wurde auf 55 C gehalten, um seine Viskosität zu vermindern, und dann wurde der poröse Formkörper damit ausreichend imprägniert, worauf ein Erhitzen für 8 Stunden auf 200 C zwecks Aushärtung· folgte. Der Formkörper mit verhältnismäßig guter spanabhebender Bearbeitbarkeit und folgenden Eigenschaften wurde erhalten: Druckfestigkeit 13OO kg/cm ; Zugfestigkeit 80 kg/cm ; Biegefestigkeit (1O χ 15 χ 120 mm,

Hebelpunlct 100 mm) 212 kg/cm ; spezifisches Gewicht 2, 1 .

Beispiel k "'■■_■ - -

100 Teile Gebirgssand (&twä 0,18 mni), 2 f> Calziumsilizidpulver (-.Si": 6Cr ^C) von unter 0,075 mm und 5, 7 fa wässerige Kaliumsilikatlösung (Wassergehalt 65 %) wurden miteinander

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vermischt und in der gleichen Weise wie im Beispiel 1 dem Formungsvorgang unterworfen. Der erhaltene Formkörper wurde mit einem Bisphenol-A-Typ-Epoxyharz mit 5 $ Äthylendiamin bei 6o C imprägniert, wonach das Harz ausgehartet wurde. Der Formkörper hatte folgende Eigenschaften: Zugfestig-

2 2

keit 80 kg/cm j Druckfestigkeit 1200 kg/cm ■; Biegefestigkeit (1O χ 15 x 120 mm, Hebelpuhkt 100 mm) 218 kg/cm .

Beispiel 5 " *

100 Teile Seesand (etwa 0,3 mm), 6 $ Calziumsilizid, 9,2 '/i wässerige Kaliumsilikatlösung (Wassergehalt 60 ^) und 30 % Tetramethyldiaminodiphenylmethan wurden miteinander vermischt und in der gleichen Weise wie im Beispiel 1 dem Formungsvorgang unterworfen. Der erhaltene Formkörper wurde mit einem Bisphenol-A-Typ-Epoxyharz mit 2 $ Phthalsäureanhydrid imprägniert,' worauf eine Erhitzung auf 130 bis 150 C für 12 Stunden zwecks Erzielung eines stark verbakkenen Formkörpers folgte. Die Druckfestigkeit des Formkörpers mit Abmessungen!'20 χ 20 χ 20 mm war 1^50 kg/cm ; Biegefestigkeit (1O χ 15 χ 120 nun, Hebelpunkt 100 mm) 490 kg/ cm ; Zugfestigkeit 172 kg/cm ; Harzgehalt J^ fa spezifischef Gewicht 2,2; Lichtbogenbeständigkeit 120 Sekunden..

Beispiel 6

100 Teile Flußsand (etwa 0,25 mm), 2 $0 kurze Glasfasern (Länge etwa 5 mm)., k %> Ferrosilizium und 7 % wässerige Natriumsilikatlösung (Wassergehalt 65 %) wurden miteinander in der gleichen Weise wie im Beispiel 1 vermischt und in eine Form mit einem Inhalt von 100 mm χ 50 nun χ 400 mm zur Durchfülirung des Formens und Härtens eingefüllt. Der 'vorläufige Formkörper wurde mit einem aus 100 Teilen allzyklisches Epoxyharz, SO Teilen Hexahydrophthalsäureanhydrid

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und O,5 Teilen Zinnoctylat· bestehenden Epoxyharz bei 55 0 imprägniert, worauf eine Erhitzung für 5 Stunden auf 15Θ G und für 15 Stunden auf 18O C zwecks Aushärtung folgte. Der so erhaltene Formkörper besaß folgende Eigenschaften: Druck;-festigkeit 1400 kg/cm ; Biegefestigkeit (10 χ 15 χ 120mm,' Hebelpunkt 100 mm) 364 kg/cm } Zugfestigkeit 120 kg/cm². Die Biegefestigkeit und die Zugfestigkeit waren also ganz ausgezeichnet. Wärmebeständigkeit 200 °G; Volumenwider-; stand 1 χ 10 ¹Zl* cm; Härte HS 57; Schleifkorn zum Schneiden C46R. Das Schneiden wurde am besten bei einer Schneidgeschwindigkeit von 30 m/min, einem Vorschub von 0,35mm/rev, und einer Schneidtiefe von 1,5 ram mittels geraden Abtragehs nach Klasse G durchgeführt.

Beispiel 7

Ein Metallnetz (5 mm) wurde als Kern einer Mischung von 100 Teilen Gebirgssand (etwa 0,18 mm), 3 7» FerroSilizium und 5 ia wässeriger Natriumsilikatlösung (Wassergehalt bO $.) verwendet, und der vorläufige Formkörper wurde mit Abmessungen von 100 χ 50 nun χ 350 mm hergestellt. Nach dem Erhitzen auf 65 C wurde der erhaltene Körper mit 100 Teilen eines ungesättigten Polyesterharzes und einem Teil t-Butylperoxyd imprägniert, worauf für 8 Stunden auf 80 C zur Durchführung der Aushärtung erhitzt wurde. Der mechanisch feste Formkörper mit folgenden Eigenschaften wurde erhalten: Zugfestigkeif 320 kg/cm ; Druckfestigkeit 1100 kg/cm ; Biegefestig- . keit (10 χ 15 x 120 mm, Hebelpunkt 100 mm) 26Ο kg/cm .

Beispiel 8

Im Fall der Herstellung eines Kunststoffbades mit einer Kapazität von 1,2m waren bisher Kosten von 6,5 Mill.Yen (Gießen 1,5 Mill. Yen, Bearbeitung 5 Mill Yen) für die Er-

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Zeugung- einer Me tall form erforderlich. Als die Form mit der gleichen ,Gestalt gemäß der Erfindung erzeugt wurde, betrugen die erforderlichen Kosten nur 1,5 Mill. Yen (Material 0,8 Mill. .Yen, Holzform 0,2 Mill. Yen, ,Bearbeitung 0,5 Mill. Yen), so" daß die Bearbeitungskosten merklich reduziert werden konnten. . ·

Beispiel 9 ' -

Eine Turbinenschaufel und ein Läufer einer Wasserturbine werden allgemein durch Formgebung im Verfolg eines vorbereiteten Modells gefertigt, welches beispielsweise durch Gießen hergestellt ist. Diese Modelle wurden auch gemäß der ™ Erfindung hergestellt. Dabei ergab sich eine merkliche Verringerung der Herstellungskosten.

(1) Herstellung eines Modells einer Turbinenschaufel. (Abmessungen 700 mm Länge, 7.50 min Breite, 150 mm Höhe) Gemäß vorliegender Erfindung Gemäß bekanntem Verfahren

Material 12.000 Yen Material: 12.000 Yen

Holzform: . 24.000 Yen Holzform 35.000 Yen

Bearbeitung: 20.000 Yen Formgebung: 72.000 Yen J

Insge.samt : 56.OOO Yen Insgesamt: 119.000 Yen

. : Da₁S- Gewicht des Modells war weniger als 1 /h des Gewichts des metallischen Materials.. .

(2) Herstellung eines Läufers einer Kaplanturbine.

Gemäß der Erfindung Gjsnräß bekjann^5.¹ S-V*^3rfahren

Etwa 80.000 Yen ' Wegen der hohen Kosten der

• '-■· ■- · Bearbeitung waren 3ΟΟ.ΌΟΟ

, , - - Yen erforderlich

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- 24 .... 19Q8549.

Dementsprechend können nach der Erfindung die Modelle mit einem Kostenaufwand von weniger als etwa 1/3 im Vergleich mit dem herkömmlichen Verfahren hergestellt werden₆

Beispiel 10

100 Teile Kieselsäuresand (etwa 0,15 mm), 2 ^ Calziumsilizidpulver (60 $ Silizium) von weniger als 0»075 nun und 5 i° wässerige Natriumsilikatlösung wurden miteinander vermischt. Das spezifische Gewicht der wässerigen Natriumsilikatlösung war 1,3· Als die erhaltene Mischung in eine Form gegeben und stehen gelassen wurde, setzte die Selbstaushärtungsreaktion unter Aushärtung des Körpers ein. Der vorläufige poröse Formkörper wurde bei 130 C 30 Stunden getrocknet, worauf er mit Styrolmonomer imprägniert wurde, in dem 1,8 $ Benzoylperoxyd aufgelöst war. Die Reaktion ließ man ; bei 80 bis 95 ^ ^4 Stunden fortschreiten, um einen neuen Formkörper mit Polystyrolgehalt herzustellen. λ ,

Beispiel 1 1 . ■" . ■ .

100 Teile Kieselsäuresand (Chikuma Nr. 7) wurden mit 5 Teilen einer wässerigen Natriumsilikatlösung (Wassergehalt 50 5p, Molyerhältnis z) mittels eines Wahl-Mischertyp-Mischers bei 15 C an Luft drei Minuten vermischt. Die', erhaltene Mischung wurde in eine Form mit einem Inhalt von 200 mm χ 120 mm χ 4θ mm gegeben. Die Form.vwär an "ihrem Boden mit einem Gehäuse eines tragbaren Radios versehen. Dieses Beispiel hat einen Aufnahmeuntersatz zürn Galvanisieren von Chrom auf der Frontseite des Gehäuses zum Ziel. Der erwähnte gemischte Sand wurde gleichmäßig dicht, einhüllend um das Gehäuse als Modell eingefüllt. Darauf wurde CO -Gas

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unter einem Druck von 1,5 Atmosphären etwa 20 Sekunden eingeleitet und auf die hölzerne Oberflächenplatte gerichtet, worauf die Anordnung umgedreht und das Gehäuse durch Klopfen, abgenommen wurde. Das Ergebnis Iiei3 man 2.h Stunden stehen, und es wurde sodann in einer Thermostatzelle 60 Minuten bei 130 C getrocknet, worauf es in einen Behälter gebracht wurde, der ein Epoxyharz mit einer Viskosität von 2 Poise (jOO Teile Chisso Nox #201 (hergestellt von der Chisso Company), 20 Teile Chisso Nox#206 (hergestellt von der Chisso Company), 87 Teile Methylhimsäure("himic"Janhydrid (hergestellt von Hitachi Chemical Company Ltd.) und 0,5 Teile DY O65 (hergestellt von Chiba Co.)J enthielt, und der Entgasung unterworfen, und die Imprägnierung mit Λ

Harz in einem Vakuumtank (θ, 5 mm Hg) dauerte 60 Minuten. Der poröse vorgefertigte Formkörper wurde aus dem Kunstharztank· entnommen und wieder in der Thermostatzelle 5 Stunden bei 150 C und 15 Stunden bei ISO C behandelt, um die Aushärtung des Harzes zu ermöglichen. Nach dem Abkühlen wurde das Erzeugnis mit einer Form entsprechend dem Gehäuse versehen und für das Galvanisieren verwendet. Dieser Aufnahmeuntersatz kann Betriebsbedingungen eines schnell auf einaiiderfolgenden ' Temperatureinflusses von 1000 C und

'2
eines Druckes von 100 kg/cm aushalten, und die Kosten für seine Iler-stellung wurden im Vergleich mit dem bekannten auf X/h reduziert. Auch kann so das Gewicht reduziert werden, f

Beispiel 12

Der Kieselsäuresand (Chikuma Nr. 7) wurde in einem elektrischen Ofen bei 1000 C etwa 90 Minuten zur Bildung von Kieselsäuresandoxyd (gelblich-braun) ausgebacken. 100 Teile des erhaltenen Sandes, Furanharz und ein Härterkatalysator CT-1 (Mischung von Benzoylperoxyd und Weichmacher im Verhältnis 1:1, hergestellt von Hitachi Chemical Com-

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pany Ltd.) wurden mit Hilfe eines Wahl-Mischertyp-Mischers an Luft 2 Minuten vermischt, und die Mischung wurde in eine siliziumverbackene Metallform gegeben und mit einem,Gewicht von 300 kg gepreßt, worauf sie in einer Thermostatzelle 24 Stunden bei 50 C getrocknet wurde. Danach wurde, sie in eine ein Epoxyharz einer Viskosität von 1,5 Poise . (100 Teile Chisso Nox#201, >Q Teile Chisso Nox#206, 103.. Teile Methylhimsäure("himic"Janhydrid und 0,5 Teile DY. 065 ) enthaltende Zelle gegeben und der Entgasung sowie der Imprägnierung mit Harz unter 0,3 mm Hg unterworfen. Nach dem Herausnehmen des Produkts wurde es in der Thermostatzelle 5 Stunden bei 110 °C, 5 Stunden bei 150 °C und 15 Stunden bei ISO C zwecks Trocknens und Erzielung der Aushärtung des Epoxyharzes behandelt. Der so erhaltene Formkörper wurde bis auf eine Dicke von 4 mm flach geschliffen und auf seine Eigenschaften hin untersucht. Als Ergebnis wurde gefunden, daß das Erzeugnis ausgezeichnet war, wie die folgende Tabelle zeigt. Die "Herkömmlich"-Angaben in der Tabelle bezeichnen ein Erzeugnis, das hergesteilt wurde, indem Asbest, Kieselsäuresand und Forterit (Mg SiO^)-Pulver und eine wässerige iiatriumsilikatlösung vermischt wurden und Borsäure zugesetzt wurde, worauf die Mischung geformt und ausgehärtet wurde.

	Lichtbogenbe ständigkeit	90% rel. Feuchtig keit 100 h	" Isolierver halten	90 % rel. Feuchtig keit 100 h	ifasser- absorb- tions- fähig- keit
	näcH Trock nung see.	unmöglich heraus nehmbar	nach Trock nung	0,3	14, 0
Herkömmlich	330	350 see.	2,3	2,1	2, 5
Formkörper nach dem .Aus führung s- beispiel	41O	5,0

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Die erfinduiigs gemäß hergestellten Formkörper wurden, wie schon erwähnt, in vielen Fällen verwendet, wo-bei sich eine Verringerung der Herstellungskosten und Gewichte erzielen ließ. Im Fall einer Oberflächenplatte nach der Erfindung war ein Wechsel oder eine Abweichung der Abmessungen sehr klein, wie z. -B. sehr iangzeitig weniger als 0,01 $ , und so wurde gefunden, daß diese Oberflächenplatte einer herkömmlichen metallischen Oberflächenplätte völlig gleichwertig ist. .

Durch Untersuchungen wurde ermittelt, daß der Formkörper, wenn der schwammähnliclie Körper des ausgebackenen Haufens einen verhältnismäßig kleinen Hohlraum zum Imprä- Λ gnieren mit Harz aufweist mit den Eigenschaften eines geringen thermischen Ausdehnungskoeffizienten und einer äußerst hohen mechanischen Festigkeit erhältlich ist, Zu diesem Zweck kann es nötig sein, eine geeignete Korngrößenverteilung zu wählen, um so einen geringen Hohlraum in dem Schwammkörper zu schaffen, d. h. eine kleine Körngröße oder eine Kombination von gröberen Körnern mit feinen Körnern kann zweckmäßig sein» Unter diesem Gesichtspunkt sind anorganische kugelige Teilchen mit nicht nur einem kleinen Wärmeausdehnungskoeffizient , sondern auch einer passenden Korngrößenverteilung zum Herstellen solcher Formkörper geeignet. In einem Beispiel wurden Magnesiurnoxydsande mit einer Teilchengröße unterhalb 0,075 mm verwendet, um einen .. % solchen schwammartigen Körper herzustellen. Der Harzgehalt des Formkörpers war etx-/ä 17 G.ew.$"ini schwaimxsartigen Körper.. Es ergab sich so ein Wärmeausdehnuagskoeffizieixt von etwa 1,8 χ 10"^/.Co Es versteht sich, daß Formkörper mit einem ; so niedrigen ifärmeausdehniaÄgskoeff-isienteti besonders für Fälle mit XiTä,rmezyklusbeanspruchtmg; ^;geelgriet . sind. - -

Da natürlich viele Änder-ungeri und Modifikatioiten der " ' ■ vorbeschriebenen Einzelheiten vorgenommen werden könn.en, ohne vom Erfindungsbereicli abzuweichen^. versteht es sich,

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daß die Erfindung, die in den Ansprüchen gekennzeichnet ist, auf die ins einzelne gehende Beschreibung nicht beschränkt ist. .

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Claims

Patentansprüche

Formkörper, .gekennzeichnet" durch, einen Haufen kugeliger fester Teilchen, der mittels eines Bindemittels unter Dlldung eines flüssigkeitsdurchlässigen Schwammgegenstandes verbacken ist, dessen Hohlraum unter Schaffung eines physikalisch stabilen Gebildes völlig mit festem Kunstharz ausgefüllt ist. . ·-...-■
2. Formkörper nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, ' daß mindestens ein Teil des Haufens der kleinen festen Teilchen aus einem Kieselsäure enthaltenden anorganischen Stoff ^ besteht.
3· Formkörper nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Haufen kugeliger fester Teilchen einen kugeligen
anorganischen Mineralstoff umfaßt.
4. Formkörper nach Anspruch 3» dadurch gekennzeichnet, daß der Haufen kugelig.er fester Teilchen aus wenigstens einem Material der Gruppe Kieselsäuresand, Seesand, "Gebirgesand, Steinpulver, Asbestpulver und Mineralpulver sowie
Verbackerzeugnis daraus besteht.

5· Formkörper nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Bindemittel ein anorganischer Stoff ist.-

6. Formkörper nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Bindemittel ein wärmehärtender organischer Stoff ist.

7· Formkörper nach Anspruch 5> dadurch gekennzeichnet, daß das Bindemittel wenigstens ein Stoff der Gruppe Natriumsilikat, Kaliumsilikat, Natriumzirkonat, Kaliumzirkonat,
Natriumaluminat und Kaliumaluminat ist.

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8. Formkörper nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet>-:- „. ' daß das Bindemittel in einer Menge von 0,2 bis 5 Geidclitsteilen, bezogen auf 100 Gevachtsteile des Haufens, im Formkörper enthalten ist.

9· Formkörper nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Hohlraum mit einem ausgehärteten wärinehürtenden Kunstharz ausgefüllt ist.

10. Formkörper nach Anspruch 9» dadurch gekennzeichnet, daß das wärmehärtende Harz lösungsmittelfrei ist.

^^ 11. Formkörper nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß das lösungsmittelfreie wärmehärtende Harz wenigstens ein Stoff der Gruppe Epoxyharz und ungesättigtes Polyesterharz ist.

12. Formkörper nach Anspruch 9» dadurch gekennzeich-j net,· daß das wärmehärtende Harz in einer Menge von 25 bis 4ό Gewichtsteilen, bezogen auf 100 Teile des Formkörpers, im Formkörper enthalten ist.

13· Formkörper nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Kunstharz wenigstens ein Stoff der Gruppe Polystyrol , Polymethacrylat, Polyacrylate Polybutadienacrylfe nitril und Copolymere davon ist.

1.4. Verfahren zur Herstellung eines Fqrmkörpers nach • Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man einem Haufen fester Teilchen eine geeignete Menge eines flüssigen Bindemittels zusetzt, die erhaltene Mischung in eine Form bringt, das Bindemittel unter Verbacken des Haufens fester Teilchen in poröser Form aushärten läßt, den Hohlraum im Haufen der verbackenen festen Teilchen mit einem flüssigen Kunstharz imprägniert und dieses bei dichter Ausfüllung des ilohlraumes in den festen Zustand überführt.

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1-5 · Verfahren zur Herstellung eines Fornikörpers nach Anspruch 9 oder 11, dadurch gekennzeichnet, daß man einen Haufen kugeliger fester Teilchen eine bestimmte Menge wenigstens eines Hartepulvers der Gruppe Silizium» Silizid
und Siliziumlegierung und eine bestimmte Menge wenigstens einer wässerigen BindemittellÖsung mit einem spezifischen Gewicht von 1,2 bis 1,5 der Gruppe Natriumsilikat und Kaliumsilikat zusetzt, die erhaltene Mischung in eine Form
bringt, die Aushärtungsreaktion des Härters mit dem Bindemittel unter Bildung eines flüssigkeitsdurchlässigen Schwammgegenstandes im wesentlichen vollständig ablaufen
läßt, den Hohlraum im Haufen der verbackenen festen Teilchen mit einem wärmehärtenden Kunstharz imprägniert und ^ dieses anschließend aushärten läßt.

1G. Verfahren zur Herstellung eines Formkörpers nach Anspruch 13« dadurch gekennzeichnet, daß man einem Haufen kugeliger fester Teilchen eine bestimmte Menge wenigstens eines Härterpulvers der Gruppe Silizium, Silizid und SiIi- , ziumlegierung und eine bestimmte Menge wenigstens einer
wässerigen BindemittellÖsung mit einem spezifischen Gewicht von 1,2 bis 1,5 der Gruppe Natriumsilikat und Kaliumsilikat zwecks Bildung eines flüssigkeitsdurchlässigen Schwammgegeiistandes zusetzt, das Bindemittel aushärten läßt, den
Hohlraum im Haufen der verbackenen festen Teilchen mit einem einen Polymerisationskatalysator enthaltenden, poly- · ä merisierbaren Monomer imprägniert und dieses bei wesentlicher Ausfüllung des gesamten Hohlraumes und Anwendung einer Temperatur von 50 G bis unterhalb des Siedepunktes des
Monomers anschließend polymerisieren läßt.

17· Verfahren zur Herstellung eines Formkörpers' nach Anspruch 9i dadurch gekennzeichnet, daß man einen Haufen
kugeliger fester Teilchen unter Bildung eines flüssigkeitsdurchlässigen schwammartigen Körpers verbackt, den erhal-

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tenen Schwammkörper erhitzt, den erhitzten vorgeformten; Körper mit einem wärmehärtenden Kunstharz zwecks Imprägnierung des Hohlraumes im schwammartigen Körper" mit diesem Kunstharz in Berührung bringt und anschließend das Kunstharz aushärten läßt.

18. Verfahren nach Anspruch 15 oder i6, dadurch gekennzeichnet, daß dem Haufen wenigstens ein Stoff der Gruppe Silizium, Silizid und Siliziumlegierung in einer Menge von T bis 4 Gewichtsteilen, bezogen auf 100 Gewichtsteile des Haufens fester Teilchen, zugesetzt wird.

19· Verfahren nach Anspruch 15 oder 16, dadurch gekennzeichnet, daß dem Haufen eine wässerige Bindemittellösung mit einem spezifischen Gewicht von 1,2 bis 1,5 in einer Menge von 1 bis 7 Gewichtsteilen, bezogen auf 100 Gewichtsteile des Haufens fester Teilchen, zugesetzt wird.

20. Verfahren zur Herstellung eines Formkörpers.nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß man einem Haufen kugeliger fester Teilchen ein verhältnismäßig hitzebestähdiges organisches Bindemittel und einen Härter zusetzt, das Bindemittel unter Bildung eines flüssigkeitsdurchlässigen Schwammkörpers aushärten laßt, den Hohlraum im Schwammkörper mit flüssigem Kunstharz imprägniert und anschließend das flüssige Kunstharz in den festen Zustand überführt.

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