DE2021532A1

DE2021532A1 - Formenbauwerkstoff zur Herstellung von Arbeitsformen fuer die keramische Industrie

Info

Publication number: DE2021532A1
Application number: DE19702021532
Authority: DE
Inventors: Horst Jaeckel
Original assignee: Metallgesellschaft AG
Current assignee: GEA Group AG
Priority date: 1970-05-02
Filing date: 1970-05-02
Publication date: 1971-11-18
Also published as: FR2091067A5; AT305870B; SE357193B; DD88483A5; DE2021532B2; DE2021532C3; ES390802A1; GB1323616A

Description

METALIGESELLSOHAFT Frankfurt a.M., den $0·4·70

Aktiengesellschaft . Ώτ· ίι/π Λπιμ ' ' Frankfurt a.M. Dr.Ml/HWi

Reuterweg 14.

prov>No. 6 2 -9 1 M

Formenbauwerkstoff zur Herstellung von ,Arbeitsformen für die keramische Industrie,

Die Erfindung betrifft die Verwendung von gießfähigen Mischungen auf Basis schnellabbindender Zemente, vorzugsweise aus Galcium-Aluminat-Zement und Zuschlagstoffen»als Werkstoff zur Herstellung von Arbeitsformen für keramische Erzeugnisse,insbesondere zur Herstellung von sog. Rollerformen. .'»'■■■:·

Für die Herstellung keramischer Erzeugnisse ist es bekannt, zur Verformung der Masse Arbeitsformen aus Gips zu verwenden. Die Funktionstüchtigkeit derartiger Arbeitsformen für Dreh-, Gieß- oder Pressvorgänge beruht auf dem offenen Porensystem des Formbauwerkstoffs.. Es ist auch vorveröffentlieht, die Festigkeitseigenschaften der Gipsformen dadurch zu steigern, daß Kunstharz, Kalk oder Zement dem Anmachwasser für den Gips zugesetzt werden. Bin bekannter Vorschlag sieht auch die Herstellung von Formen aus anorganischem

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Füllstoff bestimmter Korngrösse vor, der mit Epoxidharzen oder Polyesterharzen gebunden ist ( Ber. DEG 45, 1968, Heft 7 , S. 373 ff). Derartige formen haben gegenüber den gebräuchlichen Gipsformen zwar gesteigerte Festigkeitseigenschaften und verbesserte Wärmebeständigkeit, und eine hohe Gebrauchsdauer der Arbeitsformen, sind aber wegen des bei der Herstellung erforderlichen Pressens zum Teil mit hohen Drucken z.B. ca. 280 kp/cm , zu aufwendig. Es werden Pressen sowie Spezialformen dafür benötigt. Außerdem ist die Herstellung von Arbeitsformen mit Hinterschneidungen unmöglich. Der Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, einen Werkstoff für die Herstellung von Arbeitsformen bereitzustellen, der erheblich gesteigerte Festigkeitseigenschaften der Arbeitsformen herbeiführt und in technisch einfacher und wirtschaftlicher Weise zubereitet werden kann.

Hierzu sieht die Erfindung die Verwendung von gießfähigen Mischungen aus Oalcium-Aluminat-Zement und Zuschlagstoff als Werkstoff zur Herstellung von saugfähigen Arbeitsformen für keramische Erzeugnisse, insbesondere zur Herstellung von Rollerformen vor.

Calcium-Aluminat-Zemente sind an sich bekannt und werden z.B. als Bindemittel zusammen mit Zuschlagstoffen für Gießmassen und Mörtel verwendet.

Für den erfindungsgemässen Einsatz des Calcium-Aluminat-Zements wird ein Calcium-Aluminatzement der Zusammensetzung

75 - 85 fo Al₂O₃
15-25 i° CaO

verwendet. Neben den genannten Hauptbestandteilen können noch geringe Mengen Verunreinigungen an SiO₂, Eisenoxid, Alkali- und Erdkalioxide enthalten sein, die im allgemeinen unter

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1,5 ?° liegen, in welcher Höhe auch der Glühverlust des Calcium-Aluminat-Produktes liegt. Die erfindungsgemäß zu verwendende gießfähige Mischung aus Calcium-Aluminat-Zement als anorganischem Bindemittel und Füllstoff bzw. Zuschlagstoff wird im allgemeinen mit einem Anteil des Bindemittels von 20 bis 60 fo_t bezogen auf den Feststoffgehalt der Mischung,eingesetzt. Zweckmässig beträgt der Anteil des Calcium-Aluminat-Zements anderMischung35 bis 45 fit während die Feinheit des Zements im wesentlichen unter 0,044 mm liegt (90 $).

Als Füllstoffkomponente der erfindungsgemäß zu verwendenden Mischung werden feinpulvrige silikatische Verbindungen bzw. pulvrige Mineralien, wie Tremolite (CaO . 3MgO . 4SlO₂), Wollastonit, Asbest, Bimsstein, oder auch Aluminiumoxid oder Quarz eingesetzt. Der Anteil des Füllstoffes an der Mischung beträgt 40 bis 80 fo. Zur Erzielung eines geeigneten und wirkungsvollen Kapillarsystems in der fertigen Mischung und zur Erzielung eines saugfähigen Werkstoffes in gehärtetem Zustand wird der Zuschlagstoff in einer Siebfeinheit von ca. 40 bis 160/U eingesetzt. Die Feinheit des Galcium-Aluminats sowie des Zuschlagstoffes erfordern im allgemeinen einen Wasseranteil von ca« 40 Teilen auf 100 Teile Mischung, um einen gut und im Gießverfahren verarbeitbaren Werkstoff zu erhalten. Geeignete Zusammensetzungen sind beispielsweise 40 Gew.Teile Calcium-Aluminat-Zement, 60 Gew.Teile WoIlastonit, Tremolite, Asbest oder Bimssteinmehl, ca. 35 bis 40 Gew.Teile Anmachwasser. Der Formenbauwerkstoff bindet bei Zimmertemperatur ab und ist innerhalb 12 Stunden ausreichend fest, um eine Entformung vornehmen zu können. Naoh. einer Trocknung bei Raumtemperatur und evtle Härtung bei 105⁰C wird die Festigkeit des Formenbauwerkstoffes noch ganz erheblicli gesteigert.ÜTaoli einer weiteren Ausführungsform der

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Erfindung kann durch Zugabe von ca, 1 bis 4 °/° Glasfasern ein^r Länge bis ca. 3 mm, eine weitere Festigkeitssteigerung der Formen erreicht werden. Bei der Bindung tiberwiegen als hydraulisch abbindende Phasen Monocalcium aluminat (CaO · AIpO,) und Pentacalciumtrialuminat (5 OaO . 3 Al₂O₃ oder 12 CaO . 7

Mit dem erfindungsgemäß zu verwendenden Werkstoff kann die Abformung von üblichen im Modellbau der Porzellanindustrie und keramischen Industrie verwendeten Materialien vorgenommen werden, z.B. von Modellen aus Kunststoffen jeglicher Art. Hierbei ist insbesondere die Möglichkeit gegeben, auch von elastischen Mode11einrichtungen mit Hinterschneidungen, Abformungen vorzunehmen.

Die Festigkeitseigenschaften des Werkstoffes liegen bei

ca. 98 kp/cm Biegezugfestigkeit (ermittelt an Prüfkörpern mit den Abmessungen 40x40x160mm) und ca. I.90 kp/cm Druckfestigkeit (ermittelt an Prüfkörpern mit den Abmessungen 60x60x60mm)· Die thermische Dauerbelastbarkeit liegt bei einer Temperatur von 60 bis 200⁰C und höher„

Der erfindungsgemäß zu verwendende Formenbauwerkstoff zur Herstellung saugförmiger Arbeitsformen für keramische Erzeugnisse weist Vorteile auf« Arbeitsformen, insbesondere Dreh- oder Rollerformen aus dem erfindungsgemäß zu verwendenden Werkstoff haben gegenüber Arbeitsformen aus Gips eine höhere Verschleißfestigkeit sowie eine höhere Druckfestigkeit und Biegezugfestigkeit. Der Werkstoff ist ferner im hohen Maße temperaturbeständig, d_oh. es findet während des Trockenprozesses der überformten, bzw. eingeformten Porzellanmassen oder Keramikmassen keine Dehydratisierung statt. Die Arbeitsformen aus dem erfindungsgemäß zu ver wendenden Werkstoff können ferner ohne aufwendige technische

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Hilfsmittel und mit im Modellbau der Porzellan- und
Keramikindustrie üblichen Material hergestellt werden.

Die Erfindung wird anhand der nachstehenden Beispiele näher erläutert«,

Beispiel 1

Zur Herstellung von Arbeitsformen für Gießformen, z.B. Gießformen für Krüge, wurde in einer Keramikfabrik von einer Masse folgender Zusammensetzung ausgegangen:

29,6 Gew.Teile Calciumaluminatzement 44,4 Gew.Teile Wollastonit
26,0 Gew.Teile Wasser,

Der Galciumaruminatzement hatte bei einer Feinheit von 90 io 45/u , 7 io von 45 bis 74 /u, 1 $ von 74 bis 149/U, folgende Zusammensetzung;

79 io Al₂O₃ .

-18 96 OaO
. 170 QlUo

⁰

o,Ai° MgO '
■ 1,5$ QPlühverlust.

Der eingesetzte Wollastonit besaß folgende Korngrößenver·»» teilung:

, 75 ^ 40/U

4 io 40 bis 63^u
14 io 63 bis 71/U
6 io 71 bis 160/u ..'■■■'

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Die gießfähige Masse wurde über einem Modell aus elastischem oder hartem Kunststoff verformt. Die Masse hat hydraulisch "bei Raumtemperatur im Verlauf von ca. 10-12 Stunden abgebunden. Hierauf wurde von der Kuifibstoff-Modelleinrichtung entformt, und die abgebundene Form aus dem erfindungsgemäßen Werkstoff einer Härtung durch weitere Trocknung bei Raumtemperatur während mehrerer Tage, sowie einer 24-stündigen Trocknung bei 40 bis 5O⁰C unterzogen. Hiernach besaß die Form eine Biege-Zugfestigkeit von ca_o 93,0 kp/cm (gemessen an Prüfkörpern von der Abmessung 40 χ 40 χ 160 mm) und eine Druckfestigkeit von ca. 180 kp/cm (gemessen an Prüfkörpern von der Abmessung 60 χ 60 χ 60 mm). Mit der in der beschriebenen Weise hergestellten Form und mit einer herkömmlichen Gipsarbeitsform zum Vergleich, wurden Einschlickerungan mit Keramik bzw„ Porzellanschlicker vorgenommen. Während die Oberflächen der Gipsarbeitsformen durch den alkalischen Schlicker mit einem H₂0-Gehalt von ca, 30 bis 40 $ und einem pH-Wert von ca. 8,0 bis 10 bereits nach ca, 30 bis 40 Einschlickerungen zerstört war, konnten mit den Formen aus dem erfindungsgemäßen Werkstoff ca. 160 Einschlickerungen vorgenommen werden, ohne daß die Oberfläche der Formen Verschleißerscheinungen zeigte.

Beispiel 2

Zur Herstellung von Arbeitsformen für Drehformen, z.B. Drehformen für Flachgeschirre wie Teller, für Roller- bzw. Drehautomaten wurden in einer Porzellanfabrik Überformungen einer Kunststofform mit Massen folgender Zusammensetzung vorgenommen:

A) 29,6 Gew.Teile Calciumaluminatzement

(Zusammensetzung u.Feinheit wie im Beispiel 1)

29,6 GeWoTeile Wollastonit

(Feinheit wie im Beispiel 1)

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— 7 — ■■■■'■ ■■■-"■

14,8 Gew.Teile Tremolite (oder Bimsstein entsprechender Feinheit)

26.0 Gew.Teile Wasser

3>er Füllstoff Ttremolite (CaO . 3 MgO . 4 SiO₂) wurde ' in folgender Feinheit eingesetzt:

67 Io 28 bis 49/U

7 <fi 22 bis 28yu

15 Io 15 bis 22/u

3 $■ 7,7bis 11yu

1 # 6,3bis 7,7/U

2 fo 3,Ibis 6,3/u

B) 28,6 Gew.Teile Calciumaluminatzement

(Zusammensetzung und Feinheit wie in Beispiel 1)

14,2 Gew.Teile Wollastonit

(Feinheit wie in Beispiel 1)

28,6 Gew.Teile Tremolit

(Feinheit wie in A)

28,6 Gew.Teile Wasser

C) 28,2 Gew.Teile Calciumaluminatzement

(Zusammensetzung und Feinheit wie in Beispiel 1)

7,1 Gew.Teile Wollastonit

(Feinheit wie in Beispiel 1)

35.1 Gew.Teile Tremolite

(Feinheit wie in A)

1,4 Gew.Teile Glasfaser (1 bis 3 mm lang)

28.2 Gew.Teile Wasser

Die gießfähigen Massen nach A bis C wurden entsprechend der Arbeitsweise in Beispiel 1 über einem Modell aus

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elastischem oder hartem Kunststoff verformt, nach der hydraulischen Abbindung entformt und getrocknet. Es wurden die gleichen Biegezugfestigkeitswerte und Druckfestigkeitswerte wie an den Prüfkörpern aus Massen des Beispiels 1 ermittelt. Durch Zusatz von Glasfasern gemäß der Masse 2c wird eine gute Verfilzung der Masse erzielt und der Gefahr von Rißbildungen vorgebeugt. Die mit dem erfindungsgemaßen Werkstoff hergestellten Drehformen zeigten in der Praxis eine überlegene Abriebfestigkeit.

COPY

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Claims

Patentansprüche

1) Die Verwendung von gießfähigen Mischungen aus Calciumaluminat-Zement und Zuschlagstoff als Werkstoff zur Herstellung von saugfähigen Arbeitsformen für keramische Erzeugnisse, insbesondere zur Herstellung von Rollerformen.

2) Die Verwendung von Mischungen nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Calciumaluminat-rZement die Zusammensetzung 75 bis 85 i° Aluminiumoxid, 15 bis 25 fo Calciumoxid aufweist.

3) Die Verwendung von. Mischungen nach einem oder beiden Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Calciumaluminat-Zement in einer Menge von 20 bis 60 fi vorzugsweise 35 bis 45 $> bezogen auf den Feststoffgehalt der Mischung, in der Mischung enthalten ist.

4) Die Verwendung von Mischungen nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß als Zuschlagstoff Aluminiumoxid, Quarz oder silikatische Stoffe, vorzugsweise Wollastonit, Tremolite, Asbest oder Bimsstein eingesetzt werden,,

5) Die Verwendung von Mischungen nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Zuschlagstoff in einer Kornfeinheit von 40 Hs 160/u eingesetzt wird.

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