DE2163669C2

DE2163669C2 - Verfahren zum Herstellen von Formen mit einer Vielzahl feiner offener Poren insbesondere zur Erzeugung keramischer Gegenstände

Info

Publication number: DE2163669C2
Application number: DE19712163669
Authority: DE
Inventors: Bruno Laufen Jung
Original assignee: AG fur KERAMISCHE INDUSTRIE LAUFEN 4242 LAUFEN CH
Current assignee: AG fur KERAMISCHE INDUSTRIE LAUFEN 4242 LAUFEN CH
Priority date: 1970-12-23
Filing date: 1971-12-21
Publication date: 1982-04-08
Also published as: FR2119601A5; NL7106371A; CH539098A; GB1378866A; NL167450C; JPS5519723B1; DE2163669A1; NL167450B; IT943336B

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Herstellen von Formen, deren Formwandungen eine Vielzahl feiner offener Poren aufweisen und die insbesondere zur Erzeugung keramischer Gegenstände bestimmt sind durch Einbringen des Ausgangswerkstoffes, bestehend aus einer Mischung aus einem pulverförmigen Stoff und einer flüssigen, aushärtbaren organischen Verbindung in eine Form und Aushärten des Werkstoffes.

In der keramischen Technik wird bekanntlich für die Formgebung vor allem das Verpressen in trockenem oder leicht feuchtem Zustand, das Verformen in plastischem Zustand und das Gießen im flüssigen Zustand angewandt. Als Formenwerkstoff für das Gießverfahren wird praktisch fast ausschließlich Gips verwendet. Die Vorteile von Gips beruhen im wesentlichen auf einer ausreichenden Porosität, der sehr feinen Porenstruktur und der einfachen Verarbeitung. Nachteilig ist die kurze Gebrauchsdauer von Gipsformen infolge der unzureichenden Korrosionsbeständigkeit. Beim Schlickergießverfahren werden z. B. nur etwa Abgüsse erreicht. Ferner ist die Festigkeit von Gipsformen sehr gering.

Die kurze Gebrauchsdauer von Gipsformen erweist sich als Hemmnis für die weitere Verbesserung der Formgebungsverfahren. Die Tendenz geht dahin, Formenwerkstoffe zu entwickeln, die den spezifischen Anforderungen des jeweiligen Einsatzes besser angepaßt sind.

Man hat versucht, kürzere Formgebungszeiten beim Schlickergießverfahren, das im Prinzip ein Filtrationsprozeß ist durch die Anwendung von positiven Drücken zu erreichen. Bei dieser Ausführungsform des Schlickergießverfahrens wird die keramische Masse einem Druck von 10 bis 80 bar ausgesetzt Die Scherbenbildung erfolgt nicht mehr durch die Saugkraft der Kapillaren der Form, sondern durch das Druckgefälle wie bei der Filtration: vgl. z. B. die Gleichung von Carman-Konzeny:

L² 2PgE³

Dabei bedeuten

L die Dicke des Filterkuchens (cm)

T die Filtrationsdauer (see)

P den Filtrationsdruck (g/cm²)

E den Porenanteil im Filterkuchen

Sp die spezifische Oberfläche des Feststoffes (cm²/

cm³)

η die Viskosität der Suspensionsflüssigkeit (Poise) g die Gravitationskonstante (980 cm/sec²) und y die Konzentration der Trübe.

Das Druckgießverfahren setzt einen porösen Formenwerkstoff voraus, der eine gleichmäßige, offene Porenstruktur, gute Oberflächeneigenschatten und eine ausreichende mechanische Festigkeit aufweist Weiterhin ist es wesentlich, daß die Formenherstellung ohne großen technischen Aufwand ertolgen und die bei der Herstellung von Gipsformen übliche 1 echnik. übernom men werden kann.

Man hat schon versucht, Sintermetalle und anorganische Werkstoffe als Formenmaterial in der keramischen Industrie einzusetzen, jedoch ohne Erfolg, weil die geforderte, gleichmäßige Forenstruktur sowie die gewünschten ODerflächeneigenschaften und die einfache Verarbeitung, wie sie bei der Herstellung von Gipsformen üblich ist, nicht erreicht werden konnten.

Um nun die vorbeschriebenen Nachteile auszuräumen und ähnliche Verhältnisse wie bei der verwendung

so von Gipsformen, jedoch ohne eieren eingangs dargelegten Nachteile vorzutinden, ist in der DE-OS 15 71 362 ein Verfahren zur Herstellung einer porösen Arbeitsform vorgeschlagen worden, die ihrerseits für die Erzeugung von Keramikgegenständen geeignet ist. Der Ausgangswerkstoff für diese Arbeitsform besteht dabei aus einer Mischung aus einem partikulären, anorganischen Füllstoff, wie beispielsweise Aiuminiumoxydtrihydrat, Calcit, Quarzmehl oder dgl., und aus einem Kunstahrz einschließlich Härter. Das Mischungsverhältnis ist dabei so gewählt, daß der Ausgangswerkstoff zu 90 bis 98 Gewichtsprozeni aus dem besagten partikulären, anorganischen Füllstoff besteht und das Kunstharz nur in einer solchen geringen Menge zugesetzt wird, daß eine stampfbare Masse entsteht, die durch das Kunstharz-Härter-Gemisch zusammengehalten, in die Form eingebracht und dort durch Stampfen, Biasen oder Pressen verfestigt und ausgehärtet wird. Bei einer solchen Formherstellungsweise ist es jedocn nicht zu

vermeiden, daß die Formwandungen bezüglich ihrer Porenstuktur recht unregelmäßig aufgebaut sind, was für sogenannte keramische Eindreh-, Überform- oder Preßmassen ohne schädliche Folgen ist Sollen indessen — wie im vorliegenden Fall — keramische Gießmassen verarbeitet werden, dann tritt — wie die Praxis gezeigt hat — bei einer Form mit unregelmäßiger Porenstruktur der Nachteil auf, daß sich die erzeugten Keramikgegenstände beim Entformen nicht mehr von den Formwandungen lösen lassen.

Die Erfindung, wie sie in den Ansprüchen gekennzeichnet ist, löst nun die Aufgabe, ein Verfahren zum Herstellen von Formen der eingangs genannten Art zu schaffen, bei dem nicht nur die guten Eigenschaften einer Gipsform oder einer ähnlichen bekannten Form beibehalten und ihre Nachteile vermieden werden, sondern bei dem auch ein Anhaften des erzeugten Keramikgegensxandes beim Entformen dann vermieden wird, wenn der Ausgangswerkstoff eine keramische Gießmasse ist

Die durch die Erfindung erreichten Vorteile sind im wesentlichen darin zu sehen, daß es mit einer in der beanspruchten Weise hergestellten Kunststoffmischung möglich ist, poröse Formen herzustellen, die keine unregelmäßigen Porenstrukturen aufweisen, womit die Gefahr des Anhaftens der mit der Form gegossenen Keramikgegenstände an den Formwandungen ausgeräumt ist Beim Herstellen des Ausgangswerkstoffes für die zu erstellende Form kann durch Zusatz von Wasser die Polymerisationsreaktion in gewünschtem Sinne gesteuert und der Wärmestoß, der bei der Polymerisation entsteht, aufgefangen werden. Der Wasserzusatz dient zugleich dazu, auch bei Verwendung einer geringen Menge der flüssigen poiymerisierbaren Verbindung eine gleichmäßige Vermischung mit der Polyrrsrkomponene zu gewährleisten und das Gemisch gießfähig ^u machen. Zudem wird durch Wasserzusatz eier Volumenschwund bei der Polymerisation vermindert.

Die Beschaffenheit des pulverförmigen Polymerisats ist für das vorliegende Verfahren sehr wesentlich. Korngröße, Kornform und Kornstruktur des pulverförmigen Polymerisats sind für die Erzielung einer definierten Porenstruktur entscheidend Zweckmäßig haben 90% des pulverförmigen Polymerisats eine Korngröße feiner als 100 Mikron, wobei die Körner kugelförmig sind.

Zur Erzielung einer gleichmäßige Polymerisation der flüssigen polymerisierbaren Verbindung enthält das pulverförmige Polymerisat vorzugsweise einen Überschuß an eingebautem Katalysator, z. B. Benzoylperoxid. Darunter versteht man, daß bei der Herstellung des pulverförmigen Polymerisats ein Überschuß über die für die Polymerisation erforderliche Katalysatorenmenge verwendet wurde, der im fertigen Polymerisat verteilt ist. Dab pulverförmige Polymerisat macht den größten Tei¹ des erfindungsgemäß hergestellten Kunststoffes aus.

Als pulverförmiges Polymerisat wird vorzugsweise ein Polymerisat oder Mischpolymerisat auf der Basis von Methacrylsäuremethylester verwendet Ais polymerisierbare flüssige Verbindung können monomere sister der Methacrylsäure und Acrylsäure, Vinylacetat, Vinylidenchlorid, Styrol oder Gemische davon verwendet werden. Die flüssige polymerisierbare Verbindung iiisnt als Bindemittel zur Verfestigung des Pulvers. Für die Härtung können die üblichen Beschleuniger, z. B. Aminbeschleuniger, zugesetzt werde. Das Wasser wird zweckmäßig zusammen mit einem oberflächenaktiven Mittel zugegeben.

Das Zusammenmischen der Ansatzkomponenten kann in einem Rührwerkmischer erfolgen, doch ist die Mischmethode und die Reihenfolge der Zugabe der Ansatzkomponenten freigestellt Entscheidend ist jedoch immer, daß die Mischung der Komponenten gießbar ist

Die homogene Mischung der Komponenten kann

ίο anschließend in eine geeignete Form gegossen und bei Raumtemperatur polymerisiert werden. Ein bedeutender Vorteil des Verfahrens besteht darin, daß ein Kunststoff mit gleichmäßiger Porenstruktur und hoher mechanischer Festigkeit, der dennoch eine gute Durchlässigkeit hat erhalten wird.

Es ist besonders vorteilhaft daß diese Kunststoffe als Werkstoffe für Gießformen geeignet sind. Der innige Verband auch der sehr feinen Partikel gibt eine gute Oberflächenbeschaffenheit und einen einwandfreien Schutz gegen äußere Einwirkungen, insbesondere Wegreißen von Partikeln durch Strömungseinwirkungen auch bei längerer Gebrauchsdauer. Gegenüber anderen bekannten Verfahren zur Herstellung von porösen Kunststoffen ermöglicht das Verfahren nach der Erfindung die Herstellung von offenporigen Kunststoffen mit einer Dichte von über 0,8 und einer sehr regelmäßigen Porenstruktur sowie mit einem Porenvolumen von ca. 30%.

Praktische Versuche haben gezeigt, daß beim Druckguß bei einem Schlickerdruck von 50 bar eine Standzeit der Form von weit mehr als 5000 Abformungen erreicht wird.

Das Verfahren gemäß der Erfindung läßt sich für die Herstellung der verschiedensten porösen Formteile anwenden. Insbesondere ist es geeignet für die Erzeugung von Arbeitsformen für den Druckguß keramischer Massen und auch von Filtern für flüssige und gasförmige Medien.

100 Gewichtsteile

30 Gewichtsteile

20 Gewichtsteile
5 Gewichtsteile

Beispiel 1

Pulver DV 400 (Imperial Chemical Industries Limited), ein Polymethyl- r-".th^^ry'·· —;· Überschuß an eingebautem Katalysator
Methylmethacrylat »DEGALAN« (Degussa)
Wasser

»ANTARüX« (Markenprodukt der GAF-Corporation)

0,2 Gewichtsteile Amin-Beschleuniger A 302 (Elektro-Chemische Werke München)

werden gemischt, in eine Form gegossen und bei Raumtemperatur polymerisiert. Es entsteht ein Werkstoff mit ca. 30% offenen Poren, einer durchschnittlichen Porengröße von 5 bis 15 Mikron, einer Dichte von 0,85 g/cm³, einer Zugfestigkeit von 54 kp/cm² und einer Druckfestigkeit von 235 kp/cm². Das Wasser kann aus dem Material nach der Entformung durch Erwärmung auf 60⁰C oder mittels Druckluft ausgetrieben werden.

R e i s ρ ι e i 2

Es wird nach Beispiel 1 verfahren, jedoch wird anstelle des Puivers DV 400 ein Polymethylmethacrylat ohne eingebauten Katalysator verwendet. Man erhält einen Werkstoff mit ca. 30% offenen Poren und einer durchschnittlichen Porengröße von 5 bis 20 Mikron.

Beispiel 3

Man verfährt wie in Beispiel 1, jedoch wird als monomere flüssige Verbindung ein in Styrol gelöster ungesättigter Polyester verwendet (Sxyrolgehalt 50%). Man erhält ebenfalls einen Werkstoff mit ca. 30% offenen Poren und einer durchschnittlichen Porengröße von 5 bis 20 Mikron.

Claims

Patentansprüche:

1. Verfahren zum Herstellen von Formen, deren Formwandungen eine Vielzahl feiner offener Poren aufweisen und die insbesondere zur Erzeugung keramischer Gegenstände bestimmt sind durch Einbringen des Ausgangswerkstoffes, bestehend aus einer Mischung aus einem pulverförinigen Stoff und einer flüssigen, aushärtbaren organischen Verbindung in eine Form und Aushärten des Werkstoffes, dadurch gekennzeichnet, daß als pulverförmiger Stoff ein von Füllstoffen freies Polymerisat und Wasser in einer solchen Menge verwendet wird, daß die Mischung vergießbar ist.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man als pulverförmiges Polymerisat Polymethylmethacrylatpulver oder ein pulverförmiges Copolymerisat der Acrylsäure verwendet

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man ein pulverförmiges Polymerisat verwendet, daß einen Überschuß an eingebautem Katalysator, vorzugsweise Benzoylperoxid, enthält

4. Verfahren nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß man auf 100 bis 150 Gew.-Teile eines feinkörnigen pulverförmigen Polymerisats mit einem Überschuß an eingebautem Katalysator 5 bis 60 Gew.-Teile polymerisierbar flüssige Komponente, 5 bis 50 Gew.-Teile Wasser, das ein oberflächenaktives Mittel enthält, und einen Beschleuniger verwendet.

5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die polymerisierbare flüssige Komponente zum größten Teil aus Methacrylsäureesterr. besteht.

6. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die polymerisierbare flüssige Komponente zum größten Teil aus Styrol besteht.

7. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die polymerisierbare flüssige Kompo nente ungesättigte Polyester enthält.