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Verfahren zum Herstellen von härtbaren Gießharzen fur verschleißfeste,
kerrosionsbeständige selbsttragende Bauelemente Die Erfindung betrifft ein Verfahren
zum Herstellen von härtharen vergießbaren Harzen, die in gehärtetem Zustand gegenüber
verschleißenden und zugleich stark aggressiven Medien sowohl sauren als auch alkalischen
Charakters eine hohe Abriebfestigkeit aufweisen.
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Es ist bekannt, daß zur Verminderung einer hohen Verschleißwirkung
und zwecks Erhöhung der Lebensdauer von Maschinen und Bauelementen verschiedene
Werkstoffe metallischer oder nicht metallischer wirt, beispielsweise legierter Stahlguß,
Grauguß, Keramik, Weichgummi angewendet werden.
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Perner ist bekannt, beispielsweise Behälter mit Epoxidharz auszukleiden
oder auf Maschinenteile solche Harze aufzutragen. Diese bekannten Technologien gestatten
es nicht, abriebfeste, selbsttragende Bauteile durch Vergießen herzustellen0 Die
bekannten Werkstoffe haben die Versehleißprobleme bisher nur in ungenügendem Maße
gelöst, zumal die Verschleißfestigkeit und damit die Lebensdauer der Maschinen und
Bauteile durch die Einwirkung von stark aggressiven Agenzien mit sauren oder alkalischem
Charakter und durch das Auftreten höherer Temperaturn negativ beeinflußt werden.
Der Einsatz der bekannten Werkstoffe ist daher ökonomisch nicht vertretbar. Es ist
auch erwiesen, daß sich die bekannten kalt- oder heißhärtenden Epoxidharze auf Bisphenolbasis
nicht als abriebfest erwiesen haben und gegen stärker alkalische Medien nicht beständig
sind.
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Die Erfindung bezweckt, die Mängel der konventionellen Werkstoffe
und der bisherigen Harze unter ausnutzung der dem Epoxidharz eigenen Vorzüge, insbesondere
der hohen Chemikalienbeständigkeit und: der relativ niedrigen Verarbeitungskosten
zu vermindern.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Herstellung
eines abriebfesten Gießharzes zu finden, daß sich zu selbsttragenden Bauelementen,
insbesondere Formgußteilen vergießen läßt und durch individuelle Kombination von
Harz - Härter und Füllstoffen den herkömmlichen metallischen Workstoffen in zahlreichen
Anwendungsbereichen an Verschleißfestigkeit überlegen ist.
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Erfindungsgemäß wird die Aufgabe dadurch gelöst, daß als Füllstoff
Siliziumkarbid in verschiedener Körnung, insbesondere mit 200 - 500 µ und im Feinkorn
mit 10 für sich oder in Gemisch mit anderem llstoff eingesetzt werden, wobei der
Anteil des Siliziumkarbids im Gießharzgemisch zwischen 20 % und 80 % der Gesamtmasse
liegt.
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jis Gießharz wird eine Mischung von 20 - 70 % Triglycidylisecyanurat
mit Epoxidharz auf Bisphenolbasis und als Härter Endomethylentetrahydrophtalsäure
eingesetzt.
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Siliziumkarbid hat den hohen Härtegrad von 9.6 nach Mohs, eine hohe
Chemikalienbeständigkeit sowie gute Temperatur-Wechzelbeständigkeit und besitzt
somit alle Vorteile, um die gestellte Aufgabe lösen zu können.
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Durch den Zusatz von Triglycidylisocyanurat wird erreicht, daß die
mit der erfindungsgemäßen Gießharzkombination gefertigten verschleißfesten Bauelemente
eine um durch seknittlioh 40 - 600 C gesteigerte Einsatztemperaturbeständigkeit
aufweisen.
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Wird als Härter für das Gießharzgemisch Endomethylentetrahydrophtalsäureanhydrid
eingesetzt, wird erreicht, daß die Formteile auch gegenüber alkalischen Medien bis
zu einer Einsatztemperatur von 1200 0 beständig sind. Bisher waren Epoxidharzgießmischungen
mit ausreichender Altalienbeständigkeit nicht bekannt.
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Die Aushärtung dieser speziellen Gießharzgemische erfolgt in mehreren
Stufen von 700 bis 2000 Q. Die Werte für die Wärmeformbeständigkeit nach Martens
entsprechend TGL 14 O71 ergaben mit Normprüfstäben 1500 bis 2000 C.
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Die erwähnten erfindungsgemäßen abriebfesten Gie8barsmischungen zeichnen
sich auch durch Unempfindlichkeit gegenüber thermischen Schocks aus.
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Auch die mechanischen Eigenschaften weisen gute Werte auf, die den
bekannten Harzen nicht nachstehen.
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Biegefestigkeit kp/cm² nach TGL 14 067 = 1000 bis 1200, Zugfestigkeit
kp/cm² nach TGL 40 070 = 700 bis 900, Schlagzähigkeit kp/cm² nach TGL 14068 = 9
bis 11.
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Infolge des des Zweck entsprechenden, hohen Härtegrades des erfindungsgemäßen,
abriebfesten Gießharzgemisches ergibt sich die Tatsache, daß sich dieser Werkstoff
nicht durch Schneidwerkzeuge zerspanen läßt. Diesem Unstand wird dadurch abgeholfen,
daß die Gießlinge in einem speziellen G.naugießverfahren unter Einhaltung der erforderlichen
Toleranzen hergestellt werden.
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Die technisch-ökonomischen Auswirkungen der Erfindung sind beträchtlich.
Die Kosten für das der Erfindung zugrunde liegende Gießharzgemisch sind in Zusammensetzung
und Verarbeitung niedriger als metallische Werkstoffe, Hartporzellan oder Weichgummi.
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Ferner ergibt sich eine erheblich Kosteneinsparung durch die um ein
Vielfaches höhere Verschleißfestigkeit und eine damit verbundene beträchtlich längere
Lebensdauer der Maschinen sowie eine hohe Einsparung an vergegenständlicher Arbeit
bei der Herstellung der dem Verschleiß unterworfenen Teile, insbesondere. :von Pumpen.
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Die Erfindung soll nachstehend an einigen Beispielen erläutert werden:
Beispiel 1 Der Nachweis für die Überlegenheit des erfindungsgemäßen abriebfesten
Harzgemisches entsprechend der Erfindung wurde durch Vergleichsversuche mit den
Werkstoffen Hartporzellan und Weichgummi erbracht, wobei als besonders stark verschleißwirkendes
Medium eine Erztrübe aus dem Zinnerzbergbau herangezogen wurde.
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Unter gleichen Leistungsparametern und auch sonst gleichen Betriebsbedingungen
wurden Pumpen aus vorgenannten Werkstoffen eingesetzt.
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Die Standzeit des der Erfindung zugrunde liegenden abriebfesten Gießharz-Formstoffes
betrug das 40-facbe gegenüber Hartporzellan und das 12-fache gegenüber Weichgummi.
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Die Zusammensetzung des Feststoffes der Erz trübe wari Quarz = 65
% Climmer ~ 20 % Topas = 10 % Hämatit = 5 % pH-Wert = 4,8 bis 5,2 Härte nach Mohs
ca. 8 Korngröße 300 µ Dichte 2 1,5 Kg/dm Zusammensetzung des Gießharzgemisches 100
Masseteile Bisphenolepoxidharz mit einem Epoxi-Äquivalent von 200 - 400 30 " Härter
Phtalsäureanbydrid 270 n Siliziumkarbid Körnung 200 - 500 µ 90 " Siliziumkarbid
Körnung Aushärtung 12 bis 16 Stunden bei 140 bis 1500 C.
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Beispiel 2 Vergleichserprobung durch Aufprallen eines Erztrübestrahles
entsprechend Beispiel 1 auf Platten von 50 mm x 100 mm.
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Vergleichswerkstoff: Chromstahlguß G-XI20 CrMo 29,2 Verschleißstück:
Chromstahlguß: abriebfestes Gießharz: Laufzeit: Stunden: 142 142 Einbaumasse - g
726,0 213,0 Ausbaumass - g 717,7 212,3 Verschleiß - g 8,3 0,7 Verschleiß - cm3 1,099
0,357 Fallhöhe - cm 20,0 Feststoffaustrag - kg/h 848 Austrittsgeschwindigkeit: cm/s
421 Trübedichte - g/cm3 1,452 Feststoffanteil g/l 699 Ergebnis: Der Verschleiß betrug
beim Chrom-Stahlguß gegenüber dem der Erfindung das 3-fache bezogen auf das Volumen
und das 12-fache bezogen auf die Masse.
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Zusammensetzung des Gießharzgemisches: 100 Masseteile Bisphenol-Epoxidharz
mit einem Epoxi-Äquivalent von 200 - 400 30 Härter Phthalsäureanhydrid 300 " Siliziumkarbid
200 - 500 Aushärtung 12 bis 16 Stunden bei 140 - 1500 C.
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Beispiel 3 Einsatz einer Säure-Kreiselpumpe aus abriebfestem Epoxidharz
zur Förderung eines äußerst aggressiven und zugleich stark abrasiven Fördermedium
bei einer Temperatur von 1100 C, pH X 1 und großen Temperaturschwankungen.
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Medium: Ammoniumsulfat mit Schwefelsäure bis max. 20 % und Spuren
von Schwefelwasserstoff und Cyanverbindungen.
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Dichte w 1,4 g/cm3, starker mechanischer Verschleiß hervorgerufen
durch Ammonsulfatkristalle.
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Die Standzeit der Pumpe mit dem erfindungsgemäßen abriebfesten Gießharz-Formstoff
betrug das 3 bis 4-facher gegeniiber legiertem Stahlguß bzw. Rotguß.
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Zusammensetzung des Gießharzgemisches: 60 Masse teile Bisphenol-Epoxidharz
mit einem Epoxid-Äquivalent von 200 - 400 40 " Triglycidylisocyanurat 74 " Mischhärter
Phthalsäureandydrid und Tetrahydrophthalsäureanhydrid 260 " Siliziumkarbid Körnung
10 80 " Quarzmehl Aushärtung in 3 Stufen, und zwar 3 Stunden bei 1100 C 12 bis 16
" bei 140 - 1500 C 2 " bei 180 - 2000 C
Einsatz einer Laugen-Kreiselpumpe
aus abriebfestem Epoxidharz zur Förderung von übersättigter NaCl-Lösung (300 g NaCl/l),
Temperatur = 800 C, Dichte X 1,195 : pH 3 10 bis 11, stark abrasiv durch Kristallbildung.
Die Standzeit der Pumpe mit dem der Erfindung zugrunde liegenden abriebfesten, alkalibeständigen
Gießharz-Formstoffes betrug das zweifache gegenüber gummierten Pumpen.
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Zusammensetzung des Gießharzgemisches: 100 Masseteile Bisphenolepoxidharz
mit einem Epoxi-Äquivalent von 180 - 220 72 n Harter Endomethylantetrahydrophthalsäureanhydrid
2 n Beschleuniger Triäthanolamin 280 n Quarzmehl 264 " Siliziumkarbid Körnung 10
Aushärtung in zwei Stufen: 3 Stunden bei 900 C 12 bis 16 n bei 1400 C