DE2245330C3 - Wachszusammensetzung mit niedriger Zusammenziehbarkeit - Google Patents
Wachszusammensetzung mit niedriger ZusammenziehbarkeitInfo
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Description
Die Erfindung betrifft eine Wachszusammensetzung mit niedriger Zusanimenziehbarkeit und einem Füllstoff
aus Kohlenstoff, die für die Verwendung in einem Präzisionsforrnverfahren in der Feingußtechnik
geeignet ist.
Ein Wachs, das bei einem Präzisionsformverfahren in der Feingußtechnik verwendet wird, d. h. ein Wachs
für Wachsformen, muß eine niedrige Zusammenziehbarkeit und einen niedrigen Aschegehalt besitzen.
Jedoch zeigten bekannte Wachssorten, die als Formwachs verwendet worden sind, e ne beträchtliche
Volumen-Zusammeriziehbarkeit, wenn die Wachse von dem geschmolzenen Zustand in den festen Zustand
übergeführt wurden. Das stellt einen ernsten Nachteil für die Herstellung von Präzisionsgießformen
dar.
Um die nachteilige Zusammenziehbarkeit des veitvendeten
Wachses zu verringern, sind bereits verschiedene Verfahren vorgeschlagen worden, unter
Anderem: verschiedene Wachsarten zusammenzu-Inischen,
die Ausfo.imbedingungen zu steuern, eine Preßform etwas größer auszubilden, wobei die darauf
lolgende Kontraktion in Betracht gezogen wird, und terschiedene Arten vor. Zusatzstoffen dem Wachs beilumengen,
wie z. B. dem Wachs einen festen Zusatz-Itoff, wie brennbares Harzpulver, hinzuzufügen. Dabei
War jedoch die Wärmeausdehnung des Zusatzstoffes zu gioß. In der britischen Patentschrift 10 90 77'>
wurde vorgeschlagen, einer Wachszusammensetzung für das Präzis.ionsformverfahren in der Feingußtechnik
einen Füllstoff aus Kohlenstoff beizugeben Da jedoch beim Gießverfahren mit verlorenen Wachsmodellen
ein Grunderfordernis darin besteht, daß das Wachs die Form schnell und vollständig ausfüllt, ist
es wünschenswert, daß das Wachs eine möglichst gute Fließfähigkeit bei geringer Schrumpfneigung besitzt
In dieser Hinsicht zeigt die Beigabe von Kohlenstoff in amorpher Pulverform als Füllstoff roch unbefriedigende
Ergebnisse.
Es ist daher Aufgabe der Erfindung, eine Wachszusammensetzung mit niedriger Zusammenziehbarkeit
und einem Füllstoff aus Kohlenstoff zu schaffen, die zur Herstellung einer Wachsform geeignet ist und eine
hervorragende Fließfähigkeit bei möglichst geringer Schrumpfneigung besitzt.
Diese Aufgabe wird durch eine Wachszusammensetzung der eingangs beschriebenen Art gelöst, die
aus einem Wachs oder einer Wachsmischung und 20 bis 60 Volumprozent, bezogen auf das Wachs,"Kohlenstoff
in Form hohler Mikrokugeln sowie gegebenenfalls einem Zusatzstoff, wie einem Terpentinharz oder
einem Amid, besteht.
Vorzugsweise weist der Kohlenstoff eine Teilchendichte von 0,4 bis 1,2 g/cm3 und eine Teilchengröße
von 10 bis 300 μ auf.
Für derartige Wachszusammensetzungen wurde gefunden, daß die Zusammenziehbarkeit einer aus der
Mischung erhaltenen Wachsform beträchtlich verringert ist.
Die Erfindung wird nun hinsichtlich ihrer speziellen Zusammensetzungen und Wirkungen näher erläutert.
Die hohlen Kohlenstoffmikroteilchen, die in der Erfindung verwendet werden, besitzen die Form von
Kugeln und weisen eine Teilchengröße von 10 bis 300 μ auf (das Verfahren zur Herstellung der hohlen
Kohlenstoffmikrokugeln ist Gegenstand der DT-OS 21 26 262) und besitzen Eigenschaften, die besonders
auf die spezielle Form des Kohlenstoffs zurückzuführen sind, wie z. B. die Eigenschaft, lipophil zu sein,
niedrige thermische Zusammenziehbarkeit, Brennbarkeit in Luft und einen geringen Aschegehalt. Die
physikalischen Eigenschaften der hohlen Kohlenstoffmikrokugeln und verschiedene Arten bekannter synthetischer
Harze, die zu dem Wachs zur Verbesserung hinzugegeben werden, sind in Tabelle 1 angegeben.
| Dichte (g/cms) |
Wärme ausdehnungs- Koeffizient • IO-5 cm/cm/"C) |
Schmelzpunkt (Deformations temperatur) (0C) |
|
| Polyäthylen | 0,9 | 10 bis 20 | 130(60 bis 80) |
| Polystyrol1 | 0,8 | 6 bis 9 | 230 (70 bis 90) |
| Nylon | 1,1 | 10 | 215(140) |
| Acrylharz | 1,2 | 5 bis 7 | 160 (70 bis 85) |
| Amorphes Kohlenstoffpulver | 2,0 | 0,3 | kein |
| Hohle Kohlenstoffmikro kugeln |
0,4 bis 1,2 | 0,7 | kein |
Anmerkung: Zum Vergleich sind ebenfalls die physikalischen Eigenschaften von amorphem Kohlenstcflpulvcr
in der Tabelle angegeben.
Wie aus der vorstehenden Tabelle hervorgeht, ist die
Wärmeausdehnung der Harzzusatzstoffe beträchtlich groß, verglichen mit der des Kohlenstoffes, und die
Schmelzpunkte der Harzzusatzstoffe liegen zu tief für eine Verwendung als Zusatzstoffe in einer Wachsform.
Der Vorteil der hohlen Kohlenstoffmikrckugeln
in der Erfindung besteht darin, daß der Kohlenstoff in der Form von Kugeln vorliegt, so daß der Anstieg
der Viskosität des Wachses gering ist, wenn die hohlen Kohlenstoffmikrokugeln zu dem Wachs hinzugegeben
werden. In diesem Zusammenhang zeigt Tabelle 2 die Änderungen der Viskosität eines Wachses,
dem Kohlenstoff in Form hohler Mikrokugeln bzw. unabhängig davon in Form von amorphem Kohlenctoffpulver
innerhalb eines bestimmten Mengenbereiches hinzugegeben wird.
Zugegebene Hohle
Menge KohlenstofT-
mikrokugeln
(Gewichtsprozent) (cP)
(Gewichtsprozent) (cP)
Amorphes
KohlcnslofTpuh er
KohlcnslofTpuh er
(cP)
| 0 | 20 | 20 |
| 20 | 40 | 40 |
| 30 | 90 | 100 |
| 40 | 320 | 760 |
| 45 | 750 | 2000 |
| 50 | 3200 | _ |
Aus der obigen Tabelle geht klar hervor, daß der Anstieg der Viskosität des Wachses, dem hohle
Kohlenstoffmikrokugeln zugegeben werüen, geringer ist als bei einem Wachs, dem amorphes Kohlenstoffpulver
in der gleichen Menge zugegeben wird.
Weiterhin besitzt Kohlenstoff in Form hohler Mikrokugeln die Eigenschaft, lipophil zu sein und
liegt in Form von Kugeln vor, so daß dann, wenn diese zu dem geschmolzenen Wachs hinzugegeben werden,
sich der Kohlenstoff in Form hohler Mikrokugeln nicht von dem Wachs trennt. Dies ist ein überraschendes
Phänomen, wenn man von dem herkömmlichen Gesichtspunkt ausgeht, daß die Neigung zur Trennung
zwischen dem Zusatzstoff und dem Wachs vom physikalischen Standpunkt mit dem Anwachsen des
Unterschieds in der Dichte zwischen den zwei Materialien ansteigt. Die Dichte des Kohlenstoffes in Form
hohler Mikrokugeln liegt in einem Dichtebereich von 0,4 bis 1,2 g/cm3, und demgemäß erreicht die maximale
Differenz in den Dichten zwischen dem Kohlenstoff in hohler Mikrokugelform und dem geschmolzenen
Wachs 0,4 g/cm3. Trotz einer derartig hohen Dichtedifferenz zwischen dem Kohlenstoff in Form hohler
Mikrokugeln und dem Wachs ist es schwer, die hohlen Kohlenstoffmikrokugeln von dem Wachs zu trennen,
und diese Tatsache wird auf eine spezielle lipophile Eigenschaft des Kohlenstoffes zurückgeführt. Jedoch
ist es wünschenswert, daß das Schüttgewicht von Teilchen der hohlen Kohlenstoffmikrokugeln, die in
der Erfindung verwendet werden, in einem Bereich von 0,7 bis 1,1 g/cm3 liegt. In diesem Dichtebereich tritt
im wesentlichen keine Trennung zwischen dem geschmolzenen Wachs und dem in Form hohler Mikrokugeln
vorliegenden Kohlenstoff auf. Praktisch gesehen, ist die Trenngeschwindigkeit des geschmolzenen
Wachses von den hohlen Kohlenstoffmikrokugeln ein wesentlicher Faktor bei der Bildung der Wachsform.
Es wurde gefunden, daß die Trenngeschwindigkeit durch die Teilchengröße der verwendeten hohlen
Kohlenstoffmikrokugeln merklich beeinflußt wird. Es ergab sich dabei, daß eine Teilchengröße von 10 bis
300 μ die geeignete ist. Da die Trennungsgeschwind'gkeit in Abhängigkeit von der Viskosität des geschmolzenen
Wachses verändert werden kann und da die Trennung zwischen dem Wachs und den hohlen
Kohlenstoffmikrokugeln geringer wird, wenn die Viskosität der Mischung steigt, wird die Viskosität des
geschmolzenen Wachses, wie oben beschrieben, mit dem Anwachsen der Menge an zugegebenem Kohlenstoff
in Form hohler Mikrokugeln erhöht. Wenn die Menge der hohlen Kohlenstoffmikrokugeln in der
Mischung geringer als 20 Volumprozent des Wachses ist, tritt eine Trennung zwischen den hohlen Kohlenstoffmikrokugeln
und dem geschmolzenen Wachs ein. Jedoch riiUß bemerkt werden, daß der Flüssigkeitsgrad
der geschmolzenen Wachse unangenehm niedrig wird und auch deren Viskosität anwächst, wenn die Menge
der hohlen Kohlenstoffmikrokugeln in dem geschmolzenen W-r-.chs gesteigert wird, so daß die Bildung der
Wachsform schwierig wird. Im allgemeinen wird der Flüssigkeitsgrad des Wachses verringert, wenn die
Menge der hohlen Kohlenstoff mikrokugeln 60 Volumprozent des Wachses übersteigt, und wenn die Menge
70% erreicht, zeigt das Wachs im wesentlichen keine Fließfähigkeit mehr. Demgemäß sollte die verwendete
Menge hohler Kohlenstoffmikrokugeln in der Erfindung innerhalb eines Bereiches von 20 bis 60 Volumprozent,
bezogen auf das verwendete Wachs, betragen. Die hohlen Kohlenstoffmikrokugeln können vorher
zu dem geschmolzenen Wachs hinzugefügt werden, um sich darin gleichförmig zu dispergieren. Alternativ
dazu können die hohlen Kohlenstoffmikrokugeln zu dem geschmolzenen Wachs zur Zeit der
Bildung der Wachsform hinzugegeben werden. Dementsprechend sollte der Ausdruck »Wachszusammensetzung«,
wie er in der Erfindung verwendet wird, so verstanden werden, daß er ein geschmolzenes Wachs
umfaßt, zu dem hohle Kohlenstoffmikrokugeln zur Herstellung einer Wachsform für ein Formverfahren
hinzugegeben sind.
Die in der Erfindung verwendeten Wachse können kommerziell erhältliche Formwachse, wie z. B. Paraffinwachs,
Karnaubawachs, Bienenwachs usw., sein. Im allgemeinen ist es vorzuziehen, mehr als eines
dieser Wachse in Form einer Mischung zu verwenden. Zusätzlich ist es möglich, einen Zusatzstoff, wie z. B.
einen harzförmigen Rückstand aus der Rohterpentindestillation, ein Amid od. dgl., zu der Wachsmischung
hinzuzufügen.
Die Erfindung wird in den folgenden Beispielen noch näher erläutert.
Hohle Kohlenstoffmikrokugeln wurden zu einem Wachs bis zu 50 Volumprozent hinzugegeben, und die
Mischung wurde dann wie folgt behandelt: Eine vorherbestimmte Menge der hohlen Kohlenstoffmikrokugeln
mit einer durchschnittlichen Teilchengröße von 100 μ und einer Teilchendichte von 0,8 g/cm3 wurden zu dem
Wachs, das vorher auf 1000C erhitzt worden war,
| Menge der hinzu- Kohlenstoff- mikrokugeln (Volumprozent) |
Kontraktions koeffizient bei Verfestigung |
Wärme ausdehnungs- koeffizient (· 10~* anlernt'· C) |
| 0 | 1,17 | 5,1 |
| 10 | 0,66 | 2,2 |
| 20 | 0,56 | 2.. 3 |
| 30 | 0,40 | 1,8 |
| 40 | 0,31 | 1,5 |
| 50 | 0,25 | 1,4 |
5 6
hinzugegeben. Danach wurde die entstandene Mi- verformt und auf Raumtemperatur abkühlen gelassen,
schung in eine Gießform mit den Abmessungen von Die Wachsformabmessungen wurden gemessen, und
30 χ 30 χ 150 cm gegeben und auf 600C erhitzt und die Kontraktion der Mischung wurde durch die
unter einem Druck von 1 kg/cm2 IU Minuten lang folgende Gleichung abgeschätzt.
Kontraktionskoeffizient _ Abmessungen der Gießform — Abmessungen der Wachsform
durch Verfestigung ~~ Abmessungen der Gießform
Die Beziehung zwischen der Menge der hinzuge- io Tabelle 3
fügten hohlen Kohlenstoffmikrokugeln und dem
Kontraktionskoeffizienten der erhaltenen Wachsform
ist in Tabelle 3 angegeben. Wie aus Tabelle 3 ersichtlich
ist, verringert sich der Kontraktionskoeffizient durch
Verfestigung der Wachsmischung auf etwa ein Viertel 15 (Volumprozent) des Wertes von Wachs allein, wenn 40 Volumprozent
der hohlen Kohlenstoffmikrokugeln hinzugegeben
werden.
Kontraktionskoeffizienten der erhaltenen Wachsform
ist in Tabelle 3 angegeben. Wie aus Tabelle 3 ersichtlich
ist, verringert sich der Kontraktionskoeffizient durch
Verfestigung der Wachsmischung auf etwa ein Viertel 15 (Volumprozent) des Wertes von Wachs allein, wenn 40 Volumprozent
der hohlen Kohlenstoffmikrokugeln hinzugegeben
werden.
Weiterhin ist der Wärmeausdehnungskoeffizient (von Raumtemperatur bis 58°C) der erhaltenen Wachsformen
ebenfalls in Tabelle 3 angegeben. Aus Tabelle 3 geht hervor, daß die Wärmeausdehnung durch das
Hinzufügen der hohlen KohlenstofTmikrokugeln beträchtlich
verringert wird.
Eigenschaften von Wachszusammensetzungen, die hohle Kohlenstoffmikrokugeln
enthalten
Zusatz Nein Ja Ja
Teilchengröße (μ)
Teilchendichte (g/cm3)
Zugegebene Menge (Volumprozent) Begrenzung der Fließfähigkeit (Volumprozent) Wachstrennung (100° C, 10 min), % Viskosität (9O0C), cP
Teilchendichte (g/cm3)
Zugegebene Menge (Volumprozent) Begrenzung der Fließfähigkeit (Volumprozent) Wachstrennung (100° C, 10 min), % Viskosität (9O0C), cP
Ausfließende Menge (100°C), Gewichtsprozent Kontraktionskoeffizient bei Verfestigung
Wärmeausdehnungskoeffizient (Raumtemperatur
Bleibende Verformung (35°C) Druckfestigkeit (kg/cm2)
Spezifisches Gewicht (g/cm3) Aschegehalt
Spezifisches Gewicht (g/cm3) Aschegehalt
Beispiel 2 einem anderen Beispiel 40 Volumprozent hohle Koh-
55 lenstoffmikrokugeln mit einer mittleren Teilchengröße
Das Beispiel 1 wurde wiederholt mit der Ausnahme, von 100 μ und einer Dichte von 1,02 g/cm3 zu dem
daß einmal 40 Volumprozent hohle Kohlenstoffmikro- Wachs hinzugegeben wurden. Die Eigenschaften der
kugeln mit einer durchschnittlichen Teilchengröße von auf diese Weise erhaltenen Wachszusammensetzungen
50 υ. und einer Dichte von 0,76 g/cm3 ur:J dann in sind in Tabelle 4 zusammengestellt.
| — | 50 | 100 |
| — | 0,76 | 1,02 |
| — | 40 | 40 |
| — | 60 | 60 |
| — | 0 | 0 |
| 20 | 300 | 320 |
| 99,9 | 99,2 | 99,3 |
| 1," | 0,23 | 0,30 |
| 5,03 | 1,60 | 1,57 |
| nein | nein | nein |
| 0,9 | 1,7 | 1,5 |
| 0,95 | 0,86 | 1,00 |
| 0,02 | 0,03 | 0,21 |
Claims (2)
1. Wachszusammrnsetzung mit niedriger Zusammenziehbarkeit
und einem Füllstoff aus Kohlenstoff, dadurch gekennzeichnet, daß sie aus einem Wachs oder einer Wachsmischung und
20 bis 60 Volumprozent, bezogen auf das Wachs, Kohlenstoff in Form hohler Mikrokugeln sowie
gegebenenfalls einem Zusatzstoff, wie einem Terpentinharz oder einem Amid, besteht.
2. Wachszusammensetzung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Kohlenstoff eine
Teilchendichte von 0,4 bis 1,2 g/cm3 und eine Teilchengröße von 10 bis 300 μ aufweist.
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP7216671 | 1971-09-18 | ||
| JP46072166A JPS5036641B2 (de) | 1971-09-18 | 1971-09-18 |
Publications (3)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| DE2245330A1 DE2245330A1 (de) | 1973-04-26 |
| DE2245330B2 DE2245330B2 (de) | 1976-05-06 |
| DE2245330C3 true DE2245330C3 (de) | 1976-12-16 |
Family
ID=
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