DE2434431A1 - Giessereisandbindemittel mit hohem silikatverhaeltnis - Google Patents

Description

E.I. DU PONT DE NEMOURS AND COMPANY lOth and Market Streets, Wilmington, Delaware I9898, V. St. A,

Giesserexsandbindemittel mit hohem Silikatverhältnis

In der Metallgiessereiindustrie wird geschmolzenes Metall in Formen gegossen, die Sandkerne enthalten, die aus Giessereisand und einem Bindemittel hergestellt worden-sind. Diese Sandkerne werden herköiamlicherweise mit organischen Harzen gebunden, die während-des Härtens und Giessens der Metalls zersetzt werden; es entwickeln sich Nebenprodukte als riechende, widerwärtige Dämpfe, die gefährlich sein können.

Die Formen" selbst werden aus Giessereisand, der mit Ölen, Tonen und/oder organischen Harzen gebunden wird, hergestellt. Daher können während ihres Gebrauchs ähnliche Probleme auftreten.

Eine andere Möglichkeit ist die Verwendung eines Bindemittels aus Katriumsilikatlösung im Gemisch mit organischen Stoffen, wie Zucker. Damit wurde ein gewisser Erfolg erzielt; aber in vielen Fällen ist die Silikatbindung nach dem Giessen allzu

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fest, so dass der Kern zusammenhängend bleibt und durch Anwendung heftiger mechanischer Bewegung oder durch Lösen der Silikatbindung mit einem starken, heissen, wässrigen Alkali entfernt werden muss.

Es besteht daher ein Bedarf an einem anorganischen Bindemittelsand bei der Herstellung von Kernen und Formen für das Giessen von Metallen, wie Aluminium, Bronze oder Eisen, welche vor dem Giessen des Metalls zufriedenstellende hohe Festigkeit besitzen und genügende Heissfestigkeit und Formbeständigkeit während des Giessens des heissen Metalls beibehalten, welche aber, nachdem das Metall gegossen und abgekühlt worden ist, eine derartige Festigkeit aufweisen, dass der Sand aus den von den Kernen gebildeten Hohlräumen leicht herausgeschüttelt werden kann. Überdies besteht ein steigender Bedarf an einem Bindemittel, das keine übermässigen Mengen an unangenehmen Dämpfen, sowohl wenn die Sandkerne und -formen hergestellt werden als auch wenn das Metall gegossen wird, entwiekeln.

Es wurde gefunden, dass Formen und Sandkerne mit hoher Anfangsfestigkeit, aber im wesentlichen ohne Festigkeit nach dem Giessen von Metallen oberhalb 700° C dadurch hergestellt werden können, dass Giessereisand mit einer Mischung aus Natrium-, Kalium- oder Lithiumsilikat oder ihren Gemischen und amorpher Kieselsäure derart gebunden wird, dass das Gesamtmolverhältnis von SiOp/Alkalioxid 3i5 ^: 1 his 10 : 1 und vorzugsweise 4· :1 bis 6:1, betx^ägt, wobei der Bruchteil der gesamten Kieselsäure in der Mischung, die als amorphe Kieselsäure vorliegt, 2 bis 50 % und vorzugsweise 10 bis 50 % beträgt und die amorphe Kieselsäure eine Teilchengrösse im Bereich von etwa 2 Nanometer bis 500 Nanometer aufweist.

Die erfindungsgemässen Kern- und Formmassen weisen den zusätzlichen Vorteil auf, dass sie kaltabbindend hergestellt werden können, d. h. , dass ein Erhitzen zum Abbinden des Bindemit-

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telsystems nicht notwendig ist. So können sie mit COp oder einem geeigneten, säurefreisetzenden Härtungsmittel abgebunden werden.

Bevorzugt für die Verwendung in den erfindungsgemässen Massen sind Bindemittel, in denen das Alkalisilikat Natriumsilikat ist und die amorphe Kieselsäure aus einem Kieselsäuresol erhalten worden ist.

Bei bevorzugten Ausführungsformen der erfindungsgemässen Massen kommen kohlenstoffhaltige Stoffe und/oder filmbildende Harzklebstoffe zur Anwendung. Diese Stoffe können für zusätzliche wünschenswerte Eigenschaften hinsichtlich des Herausschütteins und der Haltbarkeit sorgen. Die Verwendung dieser fakultativen, aber bevorzugte Stoffen wird mehr im einzelnen in den nachfolgenden Abschnitten beschrieben.

Die erfindungsgemässen Massen sind sowohl zur Herstellung von Sandformen als auch Sandkernen nützlich. In Anbetracht ihrer "Herausschüttelbarlceit" sind sie jedoch für die Herstellung von Sandkernen besonders nützlich.

Die erfindungsgemässen Massen enthalten zwischen 85 und 97 Gew.-teile Giessereisand, vorzugsweise zwischen 90 und 96 Gew.teile. Die angewandte Bindemittelmenge steht insofern in Beziehung zu der Art des Sandes und der Teilchengrösse, als bei kleinen Sandteilchen und eckigeren Oberflächen mehr Bindemittelmischung erforderlich sein wird.

Die Art des verwendeten Giesseireisandes ist nicht kritisch, und zu nützlichen Giessereisanden gehören sämtliche der herkömmlicherweise in der Metallgiessereiindustrie verwen- · deten Giessereisande.

Auch die Teilchengrösse des Giessereisandes ist nicht kritisch, und es können Teilchengrössen (American Foundrymen's Society;

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Ai¹S) mit Kornfeinheitszahlen (GFN) von 25 bis 275 angewandt werden. .

Die nützlichen Sande können gewaschene Sande sein, oder sie können ungewaschene Sande sein und geringe Mengen an Yerun- ■ reinigungen, beispielsweise Ton, enthalten. Wenn Kreislaufsande verwendet werden, kann eine Einstellung der Bindemittelmischung erforderlich werden, um jegliches in derartigen Sanden vorhandene Silikat "in Rechnung zu stellen.

Als Sandzusatzstoffe können verschiedene Mineralien verwendet werden, um die Leistungsfähigkeit der Form oder des Kerns zu optimieren. Beispielsweise können Tonerde oder Tonpulver zur Verbesserung der Eochtemperaturfestigkeit und der Herausschüttelbarkeit der Sandkerne verwendet werden.

Die erfindungsgemässen Massen enthalten 3 bis 15 Gew.teile an einem Bindemittelsystem, in dem ein wasserlösliches Alkalisilikat und amorphe Kieselsäure zur Verwendung kommen. Der Schlüssel zur Lösung des Problems ist der, dass innerhalb des Alkalimetallglasbinders sehr fein-zerteilte, amoi?phe Kieselsäureteilchen von kolloidaler Grosse dispergiert sind.

Wenn die amorphe: Kieselsäure kolloidal unterteilt und innerhalb des Glases dispergiert ist, können in 1 g eines solchen Glases Dutzende von Quadratmetern Oberfläche von amorpher Kieselsäure vorliegen. Die Bedeutung der spezifischen Oberfläche der verwendeten, amorphen Kieselsäure wird durch Versuche aufgezeigt, bei denen Sandkerne mit Hatriumsilikatmischungen gebunden werden, die eine konstante Menge an kolloidaler Kieselsäure, aber von unterschiedlichen Teilchengrössen enthalten. Je kleiner die Teilchen, desto rascher geht die Festigkeit des Kerns nach dem Erhitzen auf 700° C und Abkühlen verloren.

Zu den nützlichen Silikaten gehören die im Handel erhältlichen

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Natrium-, Kalium- oder Lithiumsilikate oder ihre Mischungen. Diese Silikate werden üblicherweise als Lösungen verwendet; es können jedoch ihre Hydrate verwendet werden, vorausgesetzt dass Wasser in das Bindemittel entweder vor oder während des Zus-aimnenbringens mit dem Sand eingemischt wird. Die nützlichen Natriumsilikate weisen ein Gewichtsverhältnis von Kieselsäure zu Natriumoxid im Bereich von 1,9 '» 1 bis 3,75 ·' "1 und eine Konsentration von Kieselsäure und Natriumoxid von etwa 30 bis 50 Gew.% auf. Silikate mit einem Gewicht sverhältnis von Kieselsäure zu Natriumoxid oberhalb 3,25 '· 1 werden gewöhnlich als Natriumpolysilikate bezeichnet'.

Wenn ein Natriumpolysilikat mit einem Molverhältnis von seisäure zu Alkalioxid im Bereich von 3»5 "bis 10 verwendet wird, erhält man dieselbe Wirkung wie mit dem amorphen Kieselsäure-Natriumsilikatsystem. Ein wässriges Natriumpolysilikat, das 10 bis 30 Gew.% Kieselsäure und Natriumoxid enthält und ein Kieselsäure-zu-Natriumoxid-Gewichtsverhältnis von 4,2 : 1 bis 6,0 : 1 aufweist, kann so hergestellt v/erden, wie es in der US-PS 3 492 137 beschrieben ist.

In ähnlicher Weise können die ein hohes Verhältnis aufweisenden Lithiumsilikate gemäss der US-PS 2 668 149 oder die Kaliumpolysilikate gemäss der US-Patentanmeldung SN 728 926 als Bindemittel verwendet werden, vorausgesetzt, dass die Bedingungen hinsichtlich Molverhältnis, Teilchengrösse und Menge der amorphen Kieselsäure eingehalten werden.

Weiterhin können auch Alkalipolysilikate, die durch quaternär e Ammoniumverbindungen oder Guanidin stabilisiert sind, und ihre Salze verwendet werden. Einige stabilisierte PoIysilikate dieser Art sind in der US-PS 3 625 722 beschrieben. Mit Komplex gebundenen Metallionen stabilisierte Alkalipolysilikate können ebenfalls verwendet werden, z. B. mit Kupferäthyl endiaminhydroxid stabilisiertes Natriumpolysilikat, das durch Vermischen von Kupferäthylendiamin mit kolloidaler

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Kieselsäure und dann mit dem Silikat hergestellt wird, oder die stabiliserten Polysilikate gemäss der US-PS 5 715 224.

Brauchbar sind diejenigen amorphen Kieselsäuren, deren Teilchengrösse im Bereich von etwa 2 Nanometer bis 500 Nanometer liegt. Derartige Kieselsäuren kann man aus kolloidalen Kieselsäuresolen, kolloidalen Kieselsäurepulvern oder Kieselsäuresubmikroteilchen erhalten. Die kolloidalen Kieselsäuresole und kolloidalen Kieselsäurepulver, insbesondere die Sole, werden im Hinblick auf die Herausschüttelbarkeit der aus ihnen hergestellten Bindemittel bevorzugt.

Die bei der Herstellung der erfindungsgemässen Massen nützlichen, kolloidalen, amorphen Kieselsäuren haben eine spezi-

o fische Oberfläche, die grosser als 5m je g ist und im all-

gemeinen im Bereich von 50 bis 800 m /g und vorzugsweise

im Bereich von 50 bis 250 m /g liegt. Die spezifische Oberfläche wird durch Stickstoff-adsorption gemäss der BET-Methode bestimmt. Die endgültige Teilchengrösse der verwendeten Kieselsäure liegt im kolloidalen Bereich und im allgemeinen im Bereich von 2 bis 500 Nanometer und vorzugsweise von 12 bis 60 Nanometer.

Bestimmte, sehr fein-zerteilte, kolloidale Kieselsäurepulver, wie die nach dem "Abgasprozess" erhaltenen, die durch Verbrennen einer Mischung aus Siliciumtetrachlorid und Methan hergestellt werden, haben eine genügend diskrete, teilchenförmige Struktur, so dass solche Pulver durch Kolloidmahlen in Wasser zu einem für die vorliegende Erfindung nützlichen Sol dispex⁴-giert werden können. Es ist auch offensichtlich, dass ein solches Pulver auch direkt zu einer Silikatlösung kolloidgemahlen werden kann.

Sehr fein-zerteilte, kolloidale Kieselsäurepulver können auch durch Behandeln bestimmter Silikatmineralien, wie Ton oder Calciumsilikat mit Säure, und nachfolgende geeignete Hitze-

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behandlung in einem alkalischen Medium erhalten werden. In ähnlichei¹ Weise können fein-zerteilte, kolloidale Kieselsäuren durch Ausfällen von Kieselsäure aus einer Lösung von Natriumsilikat mit Kohlendioxid hergestellt werden. Derartige ausgefällte Kieselsäuren werden gewöhnlich als verstärkende Füllstoffe für Elastomere verwendet, weil sie äusserst feinzerteilt sind und die endgültig erhaltenen Teilchen leicht voneinander entfernt werden können. Fein-zerteilte Aerogele von Kieselsäuren, wie die in den US-PSen 2 093 4-54- und 2 24-9 7&7 beschriebenen, sind verwendbar.

Die fein-zerteilten, kolloidalen Kieselsäurepulver, die in den erfindungsgemässen Massen nützlich sind, kennzeichnen sich durch spezifische Oberflächenwerte (bestimmt durch

Stickstoffadsorption nach der BET-Methode) von 5 bis 800 m²/g

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und vorzugsweise 50 bis 250 m /g und weiterhin dadurch, dass die Aggregate der endgültigen Kieselsäureteilchen im allgemeinen im Durchmesser kleiner als 10 Mikron sind.

In den erfindungsgemässen Massen liegen 2 bis 50 % und vorzugsweise 10 bis 50 % der gesamten vorhandenen Kieselsäure in dem Bindemittelgemisch als amorphe Kieselsäure vor. Mit Erhöhung der spezifischen Oberfläche der amorphen Kieselsäure sind geringere Mengen in der Bindemittelmischung erforderlich.

Das Bindemittelsystem sollte ein Molverhältnis von Kieselsäure zu Alkalioxid im Bereich von 3,5 bis 10 und vorzugsweise von 3*5 bis 7 aufweisen. Dieses Verhältnis.ist b,edo.utsam, weil die Verhältnisse von löslichen Kalium-, Lithium- oder Natriumsilikaten, die im Handel als Lösungen erhältlich sind, innerhalb eines verhältnismässig engen Bereichs liegen. Die Verhältnisse der meisten Natriumsilikate liegen innerhalb des Si0₂/Na₂0-Bereichs von etwa 2 :1 bis 3,75 : 1. Daher zeigen die Gesamtverhältnisse der durch Zumischen von kolloidaler Kieselsäure erhaltenen Bindemittelmassen, z. B. Verhältnisse von 4 : 1, 5 '· 1 und 7 : 1, hauptsächlich an, welche

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Mengenanteile von kolloidaler Kieselsäure und löslichen Silikaten vermischt wurden.

In dem Verhältnisbereich von etwa 3,5 : 1 bis 4-,O : 1 sind jedoch Massen eines vorgeschriebenen Verhältnisses nicht notwendigerweise gleichwertig. So unterscheidet sich ein Kaliumsilikat mit einem SiOo/KpO-Verhältnis von 3»9 '- 1» in dem Polysilikationen verteilt sind, aber nur verhältnismässig wenig kolloidale Kieselsäure vorliegt, beträchtlich von einer Mischung, die durch Vermischen einer Kaliumsilikatlösung mit einem SiC^/K^O-Verhältnis von 2,0 : 1 mit kolloidaler Kieselsäure hergestellt wurde, die eine Teilchengrösse von beispielsweise 14 Nanometer aufweist. Im letzteren Falle bleiben die kolloidalen Teilchen als solche über eine beträchtliche Zeitspanne hin in Lösung. Eine solche Masse weist zwei Vorteile gegenüber der homogeneren insofern auf, als das niedrigere Silikatverhältnis eine höhere Bindekraft und grössere Anfangsfestigkeit ergibt, während der höhere Gehalt an kolloidalen Teilchen zu einer stärkeren Herabsetzung der Festigkeit in dem Kern nach dem Giessen des Metalles führt.

Beim Giessen einiger Metalle, beispielsweise von Eisen oder Stahl, treten sehr hohen. Giesstemperaturen auf, d. h. 1371° C bis 1593° C (2500° F to 2900° F). Wenn die Masse des Kerns im Verhältnis zur Masse des Giessmetalls während eines solchen Giessens bei hoher Temperatur klein ist, kann eine gewisse Verglasung des Silikats eintreten, wodurch Ausschüttel-· Probleme auftreten. Zur Milderung dieser Situation kann ein kohlenstoffhaltiges Material der Kernmasse zugesetzt werden. Diese kohlenstoffhaltigen Stoffe unterstützen das erfindungsgemässe Bindemittel bei der Bereitstellung der ausgezeichneten Ausschüttelbarkeitseigenschaft, insbesondere nachdem der Kern sehr hohen Temperaturen ausgesetzt worden ist.

Die nützlichen, kohlenstoffhaltigen Stoffe sollten die folgenden Merkmale aufweisen:

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(a) Er sollte auf das Bindemittelsystem nicht einwirken.

(b) Er sollte eine Teilchengrösse oder einen dem primären Aggregat äquivalenten Durchmesser aufweisen, der genügend gross ist, dami't in dem durch das Bindemittel bei sehr hohen Temperaturen gebildeten Glas Unterbrechungen zurückbleiben, während es !teilweise oder vollständig abbrennt. Er sollte auch eine Teilchengrösse aufweisen, die nicht gross genug ist, um den Sandkern im hergestellten Zustand zu schwächen, und insbesondere nicht grosser ist als die Teilchengrösse des Sandes selbst. So sollte die Teilchengrösse oder der dem primären Aggregat äquivalente Durchmesser von 0,1 Mikron bis 75 Mikron und vorzugsweise von 5 Mikron bis 50 Mikron reichen. Wenn die endgültige Teilchengrösse des kohlenstoffhaltigen Materials kleiner als 0,1 Mikron ist, koalesziert es im allgemeinen oder neigt zum Koaleszieren in dem Sandge- misch zu primären Aggregaten, die grosser als 0,1 Mikron sind.

(c) Der kohlenstoffhaltige Stoff sollte Wasser nicht allzuy begierig aufsaugen, da er sonst von dem Bindemittelsystem abziehen, den Sand austrocknen und seine Verformung erschweren xfürde.

Bevorzugt veriirendet werden Pech, Teer, Steinkohlenteerpech, Pechverbindungen, Asphaltene, ßuss und Steinkohle; am meisten bevorzugt sind Pech und Euss.

Das kohlenstoffhaltige Material sollte in der Kernmasse in einer Menge von 0,5 bis 4· Gew.%, bezogen auf den Giessereisand, vorzugsweise von 1 bis 2 Gew.% vorliegen.

Die benötigte Menge an kohlenstoffhaltigem Material, beispielsweise Pech, hängt in gewissem Ausmasse von der Feuerbeständigkeit des verwendeten Bindemittels ab, die ihrerseits eine Punktion des Kieselsäure/Alkali-Molverhältnisses ist} sie

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hängt auch von der Temperatur ab, der der Kern während des Giessens ausgesetzt wird. Wenn bei dem verwendeten Bindemittel das SiO₂ZKa₂O-Verhältnis 5 :T Hatriumpolysilikat beträgt, wird kein Pech benötigt, wenn der Kern für Giesslinge aus Mcht-Eisenmetallen verwendet wird, da in diesen Fällen die Kerntemperatur etwa 12OQ⁰ C nicht übersteigt. Wenn dasselbe Bindemittel für kleine Kerne in massiven Eisengiesslingen verwendet wird, sind 2 % Pech nützlich, um das Aufbrechen der gebildeten Silikatglases zu unterstützen.

Für den Fall, dass es wünschenswert ist, Kerne herzustellen und sie längere Zeit lang vor dem Gebrauch zu lagern, verlängert der Zusatz eines filmbildenden Harzklebstoffs in Form einer wässrigen Lösung oder wässrigen Dispersion, wie gefunden wurde, radikal die Lagerfähigkeit von Giessereisandkernen, die mit dem erfindungsgemässen Bindemittel hergestellt worden sind. Daher ermöglichen diese Stoffe, dass die gebildeten Kerne genügend viel Festigkeit und Härte während der Lagerung beibehalten.

Zu nützlichen filmbildenden Harzklebstoffen gehören Polyvinylester und -ätherund ihre Mischpolymeren und Zwischenpolymeren mit Äthylen und Viny!monomeren, Acrylharze und ihre Mischpolymeren, Polyvinylalkohol, wässrige Dispersionen von Polyolefinharzen, Polystyrolmisehpolyraere, wie Polystyrolbutadien, Polyamidharze, natürliche Kautschukdispersionen und natürliche und modifizierte Kohlehydrate (Stärke oder Carboxycellulose). Besonders bevorzugt werden wässrige Dispersionen von Polyvinylacetat und Vinylacetat-Äthylen-Mischpolymeren.

Das Pqlymerenharz sollte in einem ünterteilungszustand vorliegenj der es geeignet macht für die gleichmässige Verteilung auf den Sandkörnern unter Bildung eines Klebstoffilms, der die Sandkörner fest zusammenhält. Vorzugsweise liegt der Feststoff gehalt der Harzdispersionen zwischen 40 und 60 Gew.%.

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Je höher die Feststoffkonzentration ist, desto besser, weil weniger Wasser entfernt werden muss; bei Konzentrationen oberhalb 60 Gew.% kann es jedoch schwierig sein, die Dispersion in dem'Sand einzumischen. Bei Harzlösungen, beispielsweise Lösungen von Polyvinylalkohol, werden Konzentrationen von 4- bis 20 % Feststoffen bevorzugt.

Nützliche Polyvinylacetatdispersionen sind milchweisse Dispersionen mit hohen Feststoffgehalten von Vinylacetathomopolymerem in Wasser. Derartige Dispersionen weisen ausgezeichnete mechanische und chemische Stabilität auf. Typische Eigenschaften einer bevorzugten Polyvinylacetatdispersion werden in der folgenden !Tabelle angegeben. Im Handel erhältliche Dispersionen mit ähnlichen Merkmalen sind S-55L der Firma Konsanto, "Polyco" 11755 der Firma Borden, "Vynac" XX-210 der Firma Air Products und "Seycorez"' C-79 der Firma Seydel Wooley.

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Tabelle

Typische Eigenschaften einer bevorzugten, wässrigen Polyvinylacetathomopolymeren-Dispersion

Feststoffe, % 55 .

Brookfield Viscosität, P* 8,5-10

pH 4-6

Molekulargewicht (Zahlenmittel) 30 000 - 60 000

(meistens vernetzst)

Durchschnittliche Teilchengrösse, 1-2 (Bereich von

Mikron 0,1 Ms 4)

Dichte (25° C)₁ ungefähr in g/l 1104 (9.2 Ib./gal.)

Oberflächenspannung (25° C),

ungefähr in dyn/cm 55

Minimale Filmbildungstemperatur**

o^C ^

⁰F 63

Restliches Monomeres als Vinyl- 1,0 acetat, maximal in % .

Teilchenladung ~ im wesentlichen nicht

ionisch

* Brookfield Modell LVF, Spindel Ur. 2 bei 6 Umdrehungen je Minute oder ITr. 3

** ASTM D2354

Die nützlichen Vinylacetat-Äthylen-Mischpolymeren sind milchweisse Dispersionen mit einem Feststoffgehalt von 55 w/o in Wasser und einer Viscosität zwischen 12 und 45 Poisen. "Elvace" der Firma Du Pont ist eine im Handel erhältliche Dispersion mit diesen Merkmalen.

Der nützliche Polyvinylalkohol (PVA) ist ein wasserlösliches, synthetisches Harz, das zu 85 % bis 99»8 % hydrolysiert ist. "Elvanol"-Harze der Firma Du Pont und Goshenol &L-05, zu 85 % hydrolysiertes, niedrig-viscoses PVA sind Beispiele für geeignete, im Handel erhältliche Stoffe. "Elvanol"-Sorten ergeben 4 %ige_t wässrige Lösungen mit einer Viscosität im Bereich von

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3,5 bis 65 Cp bei 20° C₁ gemessen, nach der Hoeppler¹ sehen Kugelfalimethode. Wässrige, niedrig-konzentrierte ("bis zu etwa 10 bis 15 Gew.%) PVA-Lösungen oder konzentrierte, wässrige, kolloidale Dispersionen der wasserunlöslichen Polymerenharze vermischen sich gleichmässig mit Sand' und ergeben gute Haftung. Sehr konzentrierte, wässrige PVA-Lösungen (höhere Konzentration als 20 Gew.%) sind zu viscos und vermischen sich nicht gut genug mit Sand.

Um optimale Haftung zu erhalten, sollte die Dispersion oder Lösung des filmbildenden Harzes derart zugesetzt werden, dass sie weder die Kieselsäure noch das Natriumsilikat, bevor sie dem Sand zugesetzt werden, zum Gelieren oder Koagulieren bringt. Beispielsweise können die Polymerenharzdispersionen mit der Kieselsäure vor der.Zugabe zu dem Sand vermischt werden, weil beide verträglich sind und nicht gelieren, wenn sie miteinander vermischt werden. Die Mischungen können zu Sand zugegeben werden, und sie bilden einen Klebstoffilm auf der Oberfläche der Sandkörner. Nachdem die Kieselsäure und die Polymerenharzdispersion mit dem Sand vermischt worden sind, kann die Natriumsilikatlösung . dem Sand zugesetzt werden, und, obgleich sie in Berührung mit der Kieselsäure und der Polymerenharzdispersion dick wird, erfolgt das Verdicken in situ, d. h. sie wird auf einem vorgeformten Film aus Kieselsäure und Polymerenharz ziemlich gleichmässig verteilt.

Wenn das Natriumsilikat vor der Zugabe zu dem Sand mit der konzentrierten Polymerendispersion und der Kieselsäure vermischt wird, wird es dick und geliert und kann nachfolgend nicht angemessen mit dem Sand vermischt werden. Anstatt dass es sich ziemlich gleichmässig auf der Oberfläche der Sandkörner verteilt, neigt es dann zur Lumpenbildung und ungleichmassigen Verteilung in dem Sand.

Die kolloidale-Kieselsäure-Harz (beispielsweise Polyvinylacetat )-Bestandteile des Bindemittels können in Form einer

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stabilen, flüssigen Mischung, wobei das kohlenstoffhaltige Material fakultativ anwesend ist, verwendet werden. So können einheitliche Mischungen, die kolloidale Kieselsäure und Polyvinylacetat innerhalb der erfindungsgemäss vorgeschriebenen, relativen Mengen, z. B. 1,94- Gew.teile 40%iger, wässriger, kolloidaler Kieselsäure und 2 Gew.teile 55%iger, wässriger Polyvinylacetatdispersion, enthalten, durch Vermischen der beiden Bestandteile in einem Becher hergestellt werden. Die Mischung ist stabil und einheitlich und kann innerhalb des Arbeitstages verwendet werden. Übernacht neigt die Mischung dazu, sich in zwei Schichten zu trennen, und sie kann durch Kühren homogenisiert werden.

Ein Verfahren zur Bereitstellung einer stabilen, vergiessbaren Mischung aus kolloidaler Kieselsäure und Polyvinylacetat mit oder ohne dem kohlenstoffhaltigen Material, beispielsweise Pech, besteht darin, dass man die-flüssige Phase geringfügig thixotrop, aber nicht viscos macht. Mit anderen Worten, man stellt sie derart her, dass sie sofort sich zu einem weichen Gelgebilde verfestigt, wenn sie nicht aufgerührt wird (damit sämtliche Teilchen in gleichemässiger Suspension bleiben) aber dass die Fliessgrenze, wenn die Mischung gerührt oder sogar zum Ausgiessen gekippt wird, so niedrig ist, dass eine leichte Überführung des Materials und einfaches Vermischen mit dem Sand möglich ist.

Thixotrope Suspensionen mit den oben beschriebenen Merkmale η können unter Verwendung eines Dreikomponentensuspendierungsmittel-Systems hergestellt werden, das in der anhängigen US-Anmeldung SN 4-31 861 offenbart ist. Dieses System besteht aus (a) Carboxymethylcellulose und (b) Carboxyvinylpolymerem in einer Gesamtmenge von. etwa 36 bis 65 Gew.%, wobei das prozentuale Gewichtsverhältnis von (a) zu (b) von etwa 1 : 4- bis 4· : 1 variiert und (c) Magnesiummontmorillonitton in einer Konzentration von etwa 35 bis 64- Gew.%.

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Die nützlichen Massen enthalten zwischen 95 und 99 1/2 Gew.% an den Bindemittelbestandteilen und zwischen 1/2 und 5 Gew.% an dem Suspendierungsmittelsystem. In einer Masse, die nur die kolloidale Kieselsäure und Harz enthält, sind 15 his 35 % des Bindemittels Kieselsäurefeststoffe und 15 bis 35 % des Bindemittels Harzfeststoffe. In einem Dreikomponenten-Bindemittel sind 5 bis 20 % Kieselsäurefeststoffe, 5 his 20 % Harzfeststoffe und 5 bis 40 % kohlenstoffhaltiges Material.

Die erfindungsgemässe Bindemittelmischung kann in verschiedener Weise auf den Sand aufgebracht werden. Wenn also die Bindemittelmischung ausreichend lagerbeständig ist, kann sie angesetzt, gelagert und zu dem erforderlichen Zeitpunkt auf dem Sand aufgebracht werden. Das Silikat und amorphe Kieselsäure können getrennt gelagert und dann zu dem erforderlichen Zeitpunkt miteinander vermischt und aufgebracht werden. Weiterhin können sie auch getrennt auf dem Sand aufgebracht werden. Bei Am^endung dieser letzten Arbeitsweise ist es vorzuziehen, zuerst die amorphe Kieselsäure aufzubringen, sie in den Sand einzumischen, dann das Silikat aufzubringen und . wiederum zu mischen. Jedoch kann das Silikat auch zuerst aufgebracht werden.

Wenn eine Alkalipolysilikatlösung als Bindemittel verwendet wird, sollte sie direkt mit dem Sand vermischt werden. Wenn andererseits kolloidale Kieselsäure und Natriumsilikatlösung getrennt dem Sand zugesetzt werden, setzt man vorzugsweise zuerst das Kieselsäuresol zu und mischt es gründlich mit dem Sand, bevor man das Natriumsilikat zugibt. Sobald einmal, das Natriumsilikat zugegeben worden ist, sollte die Mischung nicht zu lange in dem Mischer gehalten werden. Eine Rührzeit von 2 Minuten ist im allgemeinen optimal für das Natriumsilikat,

Wenn das filmbildende Harz oder Pech der Kernmasse einverleibt werden, sollte das Harz, wenn die Bestandteile getrennt dem

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Sana zugesetzt werden, vor dem Silikat zu dem Sand gegeben werden. Das Harz kann dem Sand vor oder nach der kolloidalen Kieselsäure zugegeben werden. Die Reihenfolge, in der das Pech, zugesetzt wird, ist hinsichtlich der Kieselsäure oder des Silikats nicht kritisch.

Wenn neben dem Bindemittel Stoffe, wie Tone oder Oxide, als Zusatzstoffe verwendet v?erden, sollten sie vor der Zugabe zu dem Bindemittel gründlich mit dem Sand in dem Sandmischer vermischt werden.

Zum Herstellen und Abbinden des Sandkerns oder der !form kann die herkömmliche GieSsereipraxis befolgt v/erden. Der Sand kann verdichtet werden, indem er von Hand oder automatisch in den Kernformrahm en eingerammt, gequetscht oder gepresst wird, oder er kann in den Kernformrahmen mittels Luft unter Druck eingeblasen werden.

Die gebildete Sandmischung kann sehr schnell bei Raumtemperatur gehärtet werden, indem der Sand mit COp wenige Sekunden lang begast wird. Die optimale Begasungsdauer lässt sich bestimmen, indem man entweder die Härte oder die Festigkeit des Kernes misst oder die Farbänderung der Sandmischung beobachtet, wenn ein Indikator, wie Phenolphthalein, zuvor dem Sand zugesetzt wurde.

Für Kerne, die mit den erfindungsgemässen Bindemittelmassen hergestellt wurden, kann anstelle der COp-Härtung· thermische Härtung angewandt werden. Im allgemeinen ist die zur Erzielung eines bestimmten Festigkeitsniveaus erforderliche Zeit umso kürzer, je höher die Temperatur ist. Andererseits nimmt bei einer festgelegten Temperatur im allgemeinen die Kernfestigkeit mit der Erhitzungsdauer zu. Die thermische Härtung ist jedoch kein bevorzugtes Abbindeverfahren für die erfindungsgemässen Massen, weil Kerne, die auf diese Weise hergestellt sind, nicht so gute Ausschüttelungsmerkmale aufweisen wie die

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durch COp-Härtung hergestellten.

Ein anderes Schnellhartungsverfahren, das angewandt werden kann, ist die COp-Begasung in einem warmen Behälter (etwa 60° bis 80° C) oder die Begasung mit erhitztem

Wenn ein schnelles Erhärten nicht verlangt wird, können Kerne mit den erfindungsgeoiässen Bindern mit anderen gewöhnlichen Härtungsmitteln abgebunden werden, die für die aus dem Stand der Technik bekannten Systeme verwendet werden und als "Silikat nicht-backende Mittel" bekannt sind. Diese Härtungsmittel · sind organische Stoffe, die latente Säuren darstellen, xfie Äthylacetat, Formamid und Acetine. Die meisten dieser Mittel enthalten Glycerinmono-, di- oder tri-acetate oder irgendein anderes Material, das sich zu einem sauren Stoff zersetzen oder einen solchen freisetzen kann, der seinerseits ein Härten des Alkalisilikats hervorruft. Ausserdem kann ein solches Härtungsverfahren Kerne ergeben, die lange Haltbarkeit aufweisen, ohne dass ein filmbildender Harzklebstoff, z.B. Polyvinylacetat, benötigt wird.

Die Oberfläche der Kerne kann mit herkömmlichen Kernwaschmitteln auf der Grundlage von Wasser oder Alkohol behandelt werden. Diese Behandlungsart dient in manchen !fällen .zur Verbesserung der Oberfläche des Metallgiesslings oder der Härte und Lagerfähigkeit des Kerns. Die Lagerfähigkeit ist diejenige Zeitdauer nach der Herstellung, während der der Sandkern brauchbar ist.

Polyvinylacetathoinopolymere und -mischpolymere können als Kernwaschmittel für Sandkerne als wässrige Dispersionen, in organischen Lösungsmittellösungen oder im Gemisch mit Zircon oder Graphit in wässrigen oder alkoholischen Suspensionen verwendet werden. Polyvinylalkohol oder teilweise hydro lysierter Polyvinylalkohol kann in wässrigen Lösungen, organischen Lösungsmitteldispersionen oder im Gemisch mit Zircon oder Graphit verwendet werden.

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Sandformen und -kerne, die mit den erfindungsgemassen Bindemittelmassen hergestellt sind, können zum Giessen der meisten Metalle, wie grauem, duktilem und schmiegbarem Eisen, Stahl, Aluminium und Legierungen auf Kupferbasis, wie Messing oder Bronze, verwendet v/erden. Stahl wird üblicherweise bei rund 1593° C, Eisen bei etwa 14-54-° O, Messing und Bronze bei rund 114-9° C und Aluminium bei etwa 704-° C gegossen.

Bei den erfindungsgemässen Formen oder Kernen ist es wünschenswert, dass der Kern eine solche Anfangsfestigkeit aufweist, dass er gehandhabt werden kann, ohne dass man aussergewöhnliche Sorgfalt anwenden muss, und dass er während des Giessens des geschmolzenen Metalls stehenbleibt, d.h. nicht weggewaschen wird oder sich verzieht* Unter den Standardlaboratoriumsprüfungen der American Foundrymen's Society bedeutet dies, dass

2 der Kern eine Druckfestigkeit von mindestens 7>O3 kg/cm (100

ο psi) und vorzugsweise von über 10,3 kg/cm aufweisen sollte.

Wünschenswert ist, dass die Härte der frisch hergestellten Kerne 5 und vorzugsweise 10 übersteigt. Je höher die Härte, desto besser ist dies; insbesondere zu der Zeit, wenn das Metall gegossen wird, sollte die Härte 10 und vorzugsweise 20 übersteigen.

Der Kern sollte, nachdem das Metall gegossen und abgekühlt worden ist, eine solche Festigkeit zurückbehalten, dass er ohne unüblichen Energieaufwand herausgeschüttelt werden kann. Dies entspricht einer Druckfestigkeit in Laboratoriumsprüfun-

gen von vorzugsweise weniger als 3,5 kg/cm .

Alle Teile und Prozentzahlen in den folgenden Beispielen sind, soweit nicht anders angegeben, auf Gewicht bezogen.

Beispiel 1

Dies ist ein Beispiel für die Verwendung von mit Guanidin stabilisiertem Natriumpolysilikat (Si0p/Na20-Verhältnis von 5:1), das gemäss Beispiel 1 der US-Patentanmeldung SN 287 037

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. /«_ Z 4 ο 4 4 ο I

hergestellt worden ist, als Bindemittel für Giessereisandkerne. Diese Sandkerne wurden zur Herstellung von Aluminiumgiesslingen in einer Schmelzanlage, in der Hicht-Eisenmetalle gegossen werden, verwendet.

Die Bindemittelprobe wurde mit 1890 g Natriumsilikat (Du Pont Sorte Hr. 20; Si0₂/lTa₂0-MolverMltnis 5,25 : 1, 28,4 % SiO₂, 8,7 % Ha₅O), 56 g Wasser, 539 g 1,3ni-Guanidinhydroxid und 1015 g Ludox HS, einem kommerziellen, kolloidalen Kieselsäuresol, das 30 % SiO₂ einer Teilchengrösse von etwa 14 Nanometer enthält, hergestellt.

Das Sandgemisch wurde in folgender Weise hergestellt: 90 g Kaolin und 2 g Phenolphthalein wurden zu 4,54 kg (10 lbs.) Sand gegeben, während in einem 'Clearfield-Mischapparat mit einem Fassungsvermögen von lJ,5 kg gerührt wurde. 0,227 kg Bindemittellösung wurden ebenfalls unter Rühren dem Sand zugesetzt, und der Sand wurde insgesamt 2 Minuten lang gemischt.

Der verwendete Sand war eine Mischung von 50. Teilen eines subangularen Dammsandes (Houston's subangula. bank sand AFS Nr. 40-45) und 5° Teilen eines gemahlenen Sandes (Nr. 1 Millcreek, Oklahoma AFS 90 ground sand). Der Sand befand sich bei der Verwendung bei Baumtemperatur (23,9° C)· Die Raumfeuchtigkeit war etwa 80 %. Das Bindemittel vermischte sich leicht mit dem Sand und zeigte ausgezeichnete Mischmerkmale. Auch die Fliessfähigkeit des Gemisches war ausgezeichnet.

Das Sandgemisch wurde in einen Polyäthylenbeutel gefüllt, und der Beutel wurde verschlossen. Das Sandgemisch wurde an dem folgenden Tage zur Herstellung von Sandkernen verwendet. 1,5 bis 2 kg (three to four pound)-Sandkerne wurden hergestellt, indem hölzerne Kernformrahmen mit dem Sandgemisch gefüllt wurden, der Sand von Hand verdichtet und etwa 15 bis 25 Sekunden lang mit CO₂-GaS bei einem geschätzten Druck von 9»07 bis 13,6 kg (20-30 pounds) begast wurde.

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Die Farbe des Sandes ist infolge des zugesetzten Phenolphthaleins dunkelrosa. Nach dem Begasen wiesen die Kerne die natürliche Farbe des ursprünglichen Sandes auff. Es wurde beim öffnen des Kernformrahmens zum Herausnehmen des Kerns beobachtet, dass der Kern sich gut ablöste. Die Kerne wurden in ein herkömmliches Alkohol-Zircon-Kern-Vaschmittel eingetaucht und vor dem Gebrauch mit einer Flamme behandelt. Dies ist die übliche Praxis bei Kernwaschmitteln für Natriumsilikatsandkerne.

Die Kerne wurden in einer Sandform gesammelt und zur Herstellung eines Aluminiumgiesslings verwendet. Aluminium wurde bei einer Temperatur von etwa 74-6° C gegossen. Machdem das Giessen beendet war, liess man den Giessling etwa 15 Minuten lang innerhalb der Sandformzusammenstellung abkühlen. Der Aluminiumgiessling wurde, während er noch heiss war, aus der Form herausgenommen, und der Sandkern wurde vor dem Herausschütteln beobachtet.-Das Herausschütteln ging sehr leicht; der Kern zerbrach und rieselte beim Berühren wie ungebundener Sand. V/ährend des Giessens und Abkühlens wurden keine unangenehmen Gerüche wahrgenommen.

Die Aluminiumgiesslinge wiesen eine sehr gute Oberflächenbeschaffenheit auf und wurden in der normalen Produktion verwendet.

Beispiel 2

Dies ist ein Beispiel für die Verwendung von Sandkernen, die mit der Bindemittellösung des Beispiels 1 hergestellt wurden, zur Herstellung von Graugusstücken.

Es wurden zwei 4,54 kg-Sandgemischpartien bereitet, indem 0,22? kg der Bindemittellösung und 0,7 g Phenolph thai ein 4,5 kg subangularem Dammsand (Houston AFS 45--40) unter Rühren in einem Clearfield-Mischer mit einem Fassungsvermögen von 4,54- kg zugesetzt wurden und 2 Minuten lang durchmischt wurde.

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.21- 243443 Ί

Das Bindemittel vermischte sich sehr gut mit dem Sand und ergab ein einheitliches Sandgemisch, das 5 % Bindemittel, bezogen auf das Gewicht des Sandes, enthielt. Das Sandgemisch zeigte ausgezeichnete Fliessfähigkeit. Das Sandgemisch wurde 4 Stunden lang vor dem Gebrauch in einem verschlossenen Polyäthylenbeutel gehalten.

Zwei weitere 4,54 kg-Sandgemischpartien wurden bereitet, indem 23 g "Nusheen"~Kaolinpulver, das von der Firma Freeport Kaolin Co. geliefert wird, 0,227 kg der Bindemittellösung und 0,7 g Phenolphthalein zu 4,54- kg desselben Houston-Sandes (AFS 45-50) gegeben wurden, während, in einem 4,54 kg Clearfield-Mischer gerührt wurde und in 2 Minuten lang durchmischt wurde. Das Kaolinpulver und das Bindemittel vermischten sich leicht mit dem Sand und man erhielt in dieser Veise ein gleichmassiges Sandgemisch mit- ausgezeichneter Fliessfähigkeit, _ das 5 % Bindemittel und 0,5 % Kaolin, bezogen auf das Gewicht des Sandes, enthielt. Das Sandgemisch wurde vor dem Gebrauch etwa 4 Stunden'lang in einem verschlossenen Polyäthylenbeutel gehalten.

Sandkerne wurden he3?gestellt, indem die Sandgemische ohne ein Ablösungsmittel in einen halbflaschenförmigen Aluminiumkernformrahmen gefüllt, Eisenstäbe in Längsrichtung in das Gemisch gebracht wurden, der Sand abgelassen und der Kern mit COp so lange begast wurde, bis die Kernoberflache genügend viel Härte entwickelte, aber der Sand noch eine hellrose Farbe aufwies. Das Begasen erfolgte, indem eine CO2~Son.de 1,27 biß 25*4 cm (5 to 10 inches) tief in verschiedene Teile des Sandkerns eingeführt wurde, bis er einheitlich gehärtet war.

Sechs Kernhälften mit der Gestalt von Halbflaschen wurden in dieser V/eise erhalten; alle wurden 1 Minute lang bei 232° C getrocknet. Es wurde kein Eernwaschmittel auf die Oberfläche der Kerne aufgebracht. Zwei halbflaschenförmige Teile, die mit einem Sandgemisch, das keinen Kaolin enthielt, hergestellt

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Z 4 ό 4 4 J I

worden waren, wurden zusammengebracht und mit einer herkömmlichen Silikatkernpaste, die von der Firma M. A. Bell Co., St. Louis, Mo. unter dem Handelsnamen "East-Dry" geliefert wird, unter Bildung eines flaschenförmigen Sandkernes zusammengekittet.

Zwei halbflaschenförmige Teile, die mit einem Sandgemisch, das Os5 % Kaolin, bezogen auf das Gewicht des Sandes, enthielt, hergestellt worden waren, wurden ebenfalls zusammengebracht und mit der gleichen Kernpaste unter Bildung eines zweiten flaschen!'örmigen Sandkernes zusammengekittet.

Ein dritter flaschenförmiger Kern wurde hergestellt, indem ein halbflaschenförmiges Kernteil, das mit Sand hergestellt worden war, der 0,5 Gew.% an Kaolin enthielt, und ein halbflaschenförmiges Kernteil, das mit Sand hergestellt worden, war, der kein Kaolin enthielt, zusammengebracht und mit Paste vereinigt wurden.

Auf diese Weise erhielt man drei vollflaschenförmige Sandkerne, die im Inneren einer Sandform zusammengestellt wurden. Grauguss wurde bei 14-54- C in die Form gegossen und etwa 1 Stunde lang abkühlen gelassen* bevor man ihn aus der Form herausnahm. Alle drei Kerne (mit und ohne Kaolin) liessen sich sehr leicht herausschütteln: Der Sandkern zerbracht und rieselte heraus, wenn er mit einem Eisenstab angebohrt wurde.

B _e i s ρ i e 1 ^

Dies ist ein Beispiel für die Verwendung einer Lithiumpolysilikatlösung als Bindemittel für Giessereisandkerne. Die mit diesem Bindemittel hergestellten Sandkerne wurden zum Giessen von Messingmetallteilen verwendet.

Die Lithiuinpolysilikatlösung enthielt 20 Gew<>% Kieselsäure und 2,1" Gew.% Lithiumoxid, so dass das SiO^A^O-Verhältnis

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also 4,8 : 1 betrug. Das spezifische Gewicht der Lösung betrug 1,17 g/ccm (9.8 lbs/gal), ihre Viscosität 10 cp und ihr pH-Wert 11.

Das Sandgemisch wurde hergestellt, indem 0,04-54- kg "Nusheen"-Kaolinpulver, 2. g Phenolphthaleinpulver und 0,4-5²I- kg Lithiumpolysilikatbindemittellösung zu 4,54 kg einer Sandmischung (50 Gew.% Houston-Sand, AFS 50 und 50 Gew.% Nr. 1 Millcreek, Oklahoma, Sand AFS 90) in einem 4,54 kg-Clearfield-Sandmischer unter Rühren gegeben wurden. Das Gemisch wurde 1 1" /2 Minuten lang gerührt, und 30 g eines herkömmlichen Ablösemittels, das im Handel von der Firma M.A. Bell Co. St. Louis, Mo. unter dem Handelsnamen Mabco Release Agent "G" erhältlich ist, wurden unter Rühren zugesetzt. Das Gemisch wurde insgesamt 2 Minuten lang gerührt.

Während der Operation wurde beobachtet, dass das Bindemittel sich leicht mit dem Sand vermischte. Das erhaltene Sandgemisch wies eine sehr gute Fliessfähigkeit auf; es wurde Übernacht in einem verschlossenen Polyäthylenbeutel gehalten, bevor es zum Herstellen von Sandkernen verwendet wurde.

Kerne wurden hergestellt, indem das Sandgemisch mit einem Stampfer in einen hölzernen Kernformrahmen gestossen wurde, der mit Aluminiumanstrichmasse bestrichen war. 5 "bis 10 Sekunden lang wurde von federn Ende der U-förmigen Kerne her oder durch ein zentrales Loch im Falle von zylinderartigen Kernen mit GOp begast. Als die Kernformrahmen geöffnet wurden, lösten sich die harten, festen Sandkörner ohne Schwierigkeit ab. Die Kerne wurden in ein herkömmliches Zircon-Alkohol-Kernwaschmittel eingetaucht und vor dem Gebrauch mit der Flamme behandelt.

Die Kerne wurden in Sandformen zusammengestellt, und geschmol zenes Messing wurde bei etwa 1149° C eingegossen. Man liess das Metall sich auf etwa Raumtemperatur abkühlen. Der Sand-

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kern zerbrach, sehr leicht und rieselte aus dem Inneren des G-iesslings ohne Schwierigkeit heraus.

Beispiel 4-

Diese ist ein Beispiel für die Verwendung des mit Guanidin stabilisierten Natriumpolysilikats (SiOo/iia^O-Verhältnis gleich 5 ^: Ό <3.es Beispiels 1 zur Herstellung von Sandkernen und zu deren Prüfung gemäss Standardmethoden der American Foundrymen's Society.

Das Sandgemisch wurde hergestellt, indem 30 g der Bindemittellösung und 100 mg Phenolphthal einpul ve r zu 570 g Portage 5^5-Sand gegeben wurden. Portage 5^5 ist ein Sand aus Portage, Wisconsin, mit einer APS (American Foundrymen's Society)-Kornfeinheitszahl, wie sie auf den Seiten 5 bis 8 der siebten Auflage (1963) des AFS Foundry Sand Handbook definiert ist, von 67-71. In diesem Beispiel betrug die AFS-Zahl 68. Pheno!phthalein wird nur als Indikator zur Festlegung der optimalen Zeit der Begasung mit CO₂ zugesetzt.

Die Zugabe des Natriumsilikats zu dem Sand erfolgte allmählich, wobei der Sand bei der Geschwindigkeitseinstellung 2 in einem "Kitchenaid"-Mischer Hobart K45 gerührt wurde. Der Sand wurde" insgesamt 10 Minuten lang gemischt.

Die Prüfungen wurden mit AFS-Standard und Prüfkörpern für Giessereisandmischungen durchgeführt. Die Prüfkörper sind zylindrisch gestaltet und genau 50,8 mm + 0,0254- mm (2 in. + 0.001 in.) im Durchmesser gross und 50,8 mm + 0,794- mm hoch. Sie werden in einer normalen Sandramme hergestellt. Die Standardsandramme und die Standardarbeitsweise zur Herstellung der Prüfkörper sind in den Abschnitten 4 bis 5 bzw. 4 bis 9 des oben erwähnten Giesseireisand-Handbuchs beschrieben. In diesem Beispiel wurden 170 g des gemischten Sandes verwendet, um Prüfkörper herzustellen, die nach dem Feststampfen unter die AFS-rPrüfkörperspezifikationen bezüglich der Höhe fielen.

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In dieser Weise hergestellte AFS-Standardprüfkörper waren fest genug, um geh.andh.abt werden zu können. In diesem Falle wiesen sie infolge des Pheno!phthalein-Indikators, der dem alkalischen Gemisch zugesetzt worden war, eine rosa Farbe auf.

Die Härtung der Sandprufkörper wurde mit einem Dietert-COp-Begasungs-Vorrichtungssatz Nr. 655» der von der Firma Harry V. Dietert Co., Detroit, Michigan, geliefert wird, vorgenommen, indem CO^-Gas bei kontrollierter Geschwindigkeit eine optimale Zeitspanne lang durch sie fliessen gelassen wurde. Die CO^- Abbinde-Ausrüstung besteht aus einem Reduzierstück und einer Strömungsuhr sowie Begasungsvorrichtungen für das 5>O8 cm im Durchmesser grosse Standardpräzisionsprüfkörperrohr, in welchem der Sandprufkörper festgestampft wird.

Die Ströiaungsuhr wird in 0 bis 15 Liter je Minute Gasströmung unter Atmosphärenäruck geeicht. Es wurde eine konstante Gasströmung von J Liter je Minute angewandt, und die optimale Begasungszeit jedes Sandgemisches wurde durch Prüfung einer Anzahl von Kernen, die bei unterschiedlichen Begasungsseiten hergestellt worden waren, bestimmt. Die Farbänderung des Phenolphthaleins in dem Sand während des Begasens zeigte den Neutrali sationsgr.ad an, der durch das alkalische Silikat erreicht wurde,, und konnte als vorläufige Richtschnur zur versuchsweisen Abschätzung der Härtung der Probe benützt v/erden.

Nach dem Begasen wurde die Druckfestigkeit der Standardsandprüfkörper in einer motorgetriebenen Universalsandfestigkeitsapparatur (Dietert Nr. 400) gemessen, die mit einer Zusatzeinrichtung (Nr. 410; hohe Trockenfestigkeit) zur Erhöhung

des Druckfestigkeitsbereichs auf 19,7 kg/cm ausgestattet war.

Die Bewertung der Ausschüttelbarkeitsmerkmale der Sandkerne, die mit den Bindemittelmassen hergestellt worden waren, erfolgte nach der AFS-Nichtstandard-Prüfmethode (beibehaltene Festig-

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keit). Die normalen, durch Begasen gehärteten 5»O8 cm χ 5iO8 cm (2" χ 2 ")-Sandp ruf körper wurden in einem elektrischen Muffelofen bei 850° C 12 Minuten lang in ihrer eigenen Atmosphäre dauergeglüht, dann aus dem Ofen herausgenommen und bis gerade oberhalb Raumtemperatur abkühlen gelassen, und in der Universal-Sandfestigkeitsapparatur geprüft.

Einige Prüfkörper, die zum Vergleich mit handelsgängigen Silikaten hergestellt worden waren, ergaben bisweilen Festigkeitswerte von über 19»7 kg/cm und wurden daher in einer Instron-Apparatur geprüft.

In der Tabelle werden die Begasungszeiten und Festigkeitswerte angegeben, die mit AFS 68-Portage 515-SancLi der mit Guanidin stabilisiertem Natriumpolysilikat gebunden war, erhalten wurden.

Unter Anwendung der Verfahren zum Herstellen des Sandgemisches, des Herstellens und Härtens des Sandkernprüfkörpers und der Messung der Druckfestigkeit, die in diesem Beispiel M- angegeben werden, wurden aus unterschiedlichen, erfindungsgemässen Bindemi-ttelmassen Sandkerne hergestellt und geprüft. Die verwendeten Bindemittelmassen sind unten beschrieben. Die erhaltenen Prüfergebnisse sind in der Tabelle aufgenommen.

Beispiele

A. 2 G-ew.% Kaolin, gemischt mit dem Sand vor der Zugabe des mit 5 % Guanidin stabilisierten Natriumpolysilikats gemäss diesem Beispiel 4-; es wurde 2 Minuten lang gemischt.

B. Mit 5 % Tetramethylammoniumhydroxid (TMAH) stabilisiertes Eatriumpolysilikat, das gemäss den Lehren der US-PS

3 625 722 hergestellt wurde.

C. 0,5 Gew.% Kaolin, gemischt mit dem Sand vor der Zugabe des mit TMAH-stabilisierten Natriumpolysilikats der

,Probe B; es wurde 2 Minuten gemischt.

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D. 5 % Natriumpolysilikat mit einem SiOp/NaoO-Molverhältnis von 3,75 '· 1, das durch Auflösen von feinem, kolloidalem Kieselsäurepulver (HiSiI 233) in Natriumsilikat hergestellt wurde (Si0p/Na₂0-Molverhältnis gleich 3,25 : 1).

E. 5 % Natriumpolysilikat (SiO^NagO-Molverhältnis gleich . 6,5 : 1), das mit Kupferäthylendiaminhydroxid stabilisiert war.

Έ. 10 % Lithiumpolysilikat (SiOg/Li^-Molverhältnis gleich 4,8 : 1), das gemäss den Lehren der US-PS 2 668 149 hergestellt wurde.

G. 10 % Kaliumpolysilikat (SiOg/EgO-Kolverhältnis gleich 5 : 1>

τ a	Bindemittel	belle	ρ (kg/cm 2
	Druckfestigkeit	Minuten bei
	Nach dem Mach 12 Begasen 850° C
Mit Guanidin stabilisier
tes Natriumpolysilikat	11,25	0,703
Beispiel A	11,25	2,11
Beispiel B	13Λ	2,11
Beispiel C	13,0	2,11
Beispiel D .	11,25	0,703 ·
Beispiel E	14,1	1,76
Beispiel F	12,7	0,703
Beispiel G		7,03 ^0,703
Beispiel 5

Amorphe Kieselsäure-NatriumsiÜkat-Bindemittelmasse mit einem Si0₂/Na20-Verhältnis von 5 ^: 1 kann direkt auf dem Sand hergestellt werden, indem kolloidales Kieselsäuresol mit einem gleichmässigen Teilchendurchmesser von etwa 14 nm dem Sand zugesetzt, gemischt und dann Natriumsilikat mit einem SiOp/NapO-Molverhältnis von 3,25 : 1 zugesetzt und 2 Minuten lang gemischt wird.

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14,96 g Du Pont Ludo^e^.HS-W (40 w/o SiO₂) wurden in 745 g Portage 515-Sand in einem Hobart K-45-Mischer gegossen, während bei der Geschwindigkeitseinstellung 2 gerührt wurde. Dann wurden 40 g Natriumsilikat der Firma Du Pont, Sorte Nr..20 (Si0₂/Na₂0-Molverhältnis gleiche 3,25 > 1) zugefügt, und es wurde 2 weitere Minuten lang gemischt.

5iO8 cm χ 5iO8 cm grosse AFS-S tandardp rob en, die durch Feststampfen und nachfolgendes 30 Sekunden langes Begasen mit COp bei einer Strömungsgeschwindigkeit von 3 Liter/Minute hergestellt worden sind, haben eine Druckfestigkeit von 14,1 kg/cm und eine bei Raumtemperatur beibehaltene Druckfestigkeit, nachdem sie in einem Ofen 12 Minuten lang bei 850° O dauergeglüht und abgekühlt worden sind, von 1,41 kg/cm

Beispiel 6

Amorphe Kieselsäure-Natriumsilikat-Bindemittelmasse mit einem SiO₂ZNa₂O-Verhältnis von 5 · 1 wurde wie in Beispiel 5 direkt auf dem Sand hergestellt, nur dass ein kolloidales Kieselsäuresol mit einem einheitlichen Teilchendurchmesser von etwa 25 nm anstelle von 14 mn zusammen mit dem gleichen Natriumsilikat verwendet wurde.

12 g Du. Pont Ludox^ TM-50 (50 w/o ₂ 40 g Du Pont-Natriumsilikat Nr. 20
748 g Portage 5I5-Sand

C0_o-Begasungszeit » 30 Sekunden

2
Druckfestigkeit = 16,2 kg/cm

Beibehaltene Festigkeit (805° C; 12 Minuten) = 1,05 kg/cm² Beibehaltene Festigkeit (1375° C; 12 Minuten) = 2,46 kg/cm².

Beispiel 7

Amorphe Kieselsäure-Natriumsilikat-Bindemittelmasse wurde aus denselben Bestandteilen und unter Anwendung derselben Her-

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Stellungsmethode, wie sie in Beispiel 5 angewandt wurde, direkt auf dem Sand hergestellt, nur dass die relativen Mengen von Kieselsäuresol und Hatriumsilikat so berechnet waren, dass sich in der Mischung ein Endmolverhältnis von SiO^/Ma O wie 8 :- 1 ergab.

32 g Du Pont Ludox^TM-50 40 g Du Pont-lTatrium silikat Wr. 20 728 g Portage 515-Sand C0_o-Begasungszeit = 30 Sekunden Druckfestigkeit = 1,48 kg/cm

Beibehaltene Festigkeit (850° C; 12 Minuten) =1,41 kg/cm²

Beispiel 8

Dies ist ein Beispiel für die Verwendung einer amorphen Kieselsäure-Hatriumsilikat-Masse mit einem SiOo/FapO-Verhältnis von 5 : 1 als Bindemittel für Giessereisandkerne, einer wässrigen. Polyvinylacetatdispersion als zusätzliches Bindemittel und Zusatzstoff zur Verbesserung der Haltbarkeit und von Pech als Hilfsmittel zur Verbesserung der Herausschüttelbarkeit und Oberflächenbeschaffenheit des G-iesslings. ,

Eine amorphe Kieselsäure-Hatriumsilikat-Bindemittelmasse mit einem SiOp/ITapO-Verhältnis von 5 : 1 wird direkt auf dem Sand hergestellt, indem kolloidales Kieselsäuresol· mit einem einheitlichen Teilchendurchmesser von etwa 15 um dem Sand zugesetzt, gemischt und dann Natriumsilikat mit einem SiOp/ Ua₂O-Mo!verhältnis von 3»25 : 1 zugegeben und eine zusätzliche Zeit lang gemischt wird.

Das Sandgemisch wird in folgender Weise hergestellt: 16 g "O"-Pech, das von der Firma Ashland Chemical Company of Columbus, Ohio, vertrieben wird, werden zu 800 g Portage 5^5-Sand, der von der Firma Martin Marietta Aggregates of Eukton, Illinois geliefert wird, in einem ^t'Kitchen-Aid"-Hobart K-45-

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Mischer unter Rühren bei der Geschwindigkeitseinstellung 2 gegeben und gründlich mit dem Sand vermischt.

14,70 g kolloidale Kieselsäure "Ludox" HS-40, die von der Firma E. I. du Pont de Nemours and Company vertrieben wird,. und 16 g wässrige Polyvinyl ac et at dispersion Gelva S-55k, die von der Firma Monsanto Chemical Company vertrieben wird, werden in einem Kunststoffbecher durchmischt, zu dem Sand-Pech-Gemisch gegeben und in dem Hobart-Mischer 2 Minuten lang gemischt»

Schliesslich werden 40 g Du Pont-Hatriumsilikat der Sorte Nr. 9 (Si0₂/Na₂0-Molverhältnis gleich 3,25 : 1) zugefügt, und es wird noch 2 Minuten lang !gemischt ►

Unmittelbar nachdem das Mischen beendet ist, werden, wie in Beispiel 4 beschrieben, AFS (American Foundrymen's Societyj)-Standardprüfkörper für Giessereisandmischungen hergestellt. Die.Prüfkörper werden durch Begasen mit Kohlendioxid unter Anwendung der Ausrüstung und Arbeitsweise des Beispiels 4 abgebunden. Die optimale Begasungszeit für die Masse dieses Beispiels ist 20 Sekunden.

Die begasten Kerne werden in zwei Gruppen getrennt: eine Gruppe von Kernen lässt man unbehandelt, die zweite Gruppe von Kernen wird durch Eintauchen in verschiedene Kernwaschmittel, die in der Tabelle II angegeben werden, überzogen. Kern©, die mit Kernwaschmitteln auf wässriger und methanolischer Grundlage überzogen wurden, lässt man an der Luft trocknen,während Kerne, die mit Kernwaschmitteln auf der Grundlage von Äthanol überzogen wurden, unmittelbar nach dem Herausnehmen aus dem Kernwaschbad angezündet werden. Man lässt die Flamme erlöschen.

Die Druckfestigkeit der Standardsandprüfkörper -wird, wie in Beispiel 4 beschrieben, gemessen. Die Zugfestigkeit wird be-

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. yi^ / 4 ο 4 4 ο I

stimmt, indem AFS-Standardpresslinge hergestellt, 20 Sekunden lang mit COp* begast und die Presslinge gemäss der Standard-APS-Methode (Briquet-Methode) geprüft werden.

Die Oberfläche (und Suboberflachen-)-Härte der Kerne wird mit einem Dietert-Detroit-Kernhärteprufgerät Nr. 674- gemessen.

Die Lagerfähigkeit der Kerne wird durch Messen der Kernkratzhärte, der Druckfestigkeit und in einigen Fällen der Zugfestigkeit von Kernen, die unter normalen Temperatur-Peuchtigkeits-Bedingungen gelagert werden, als Funktion der Lagerungsdauer bewertet.

Die erhaltenen Druckfestigkeits-, Zugfestigkeits- und Kernkratzhärtewerte sind in den Tabellen I und II angegeben.

Die Bewertung der Ausschüttelbarkeit.smerkirLale der Sandkerne, die mit den Biiidemittelmassen hergestellt worden waren, erfolgte mit der AFS-Ni-cht st andard-Prüf methode (beibehaltene Festigkeit). Die normalen, durch Begasen gehärteten 5,08 cm χ 5,08 cm-Sandprüfkörper werden in einem elektrischen Muffelofen bei 850° C oder 1375° C 12 Minuten lang in ihrer eigenen Atmosphäre dauergeglüht, dann aus dem Ofen herausgenommen und bis gerade oberhalb Raumtemperatur abkühlen gelassen. Sie werden in der Universal-Sandfestigkeitsapparatur geprüft. Bei allen Kernen, die wie in diesem Beispiel beschrieben, hergestellt wurden, waren die Werte der beibehaltenen Festigkeit sowohl für 850° C als auch für 1575° C kleiner als 1,76 kg/cm².

Einige Prüfkörper, die mit handolsgängigen Silikaten als Vergleich hergestellt worden sind, ergeben bisweilen Werte

der beibehaltenen Festigkeit, die höher als 19»7 kg/cm sind., und werden daher auf einer Instron-Apparatur geprüft.

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Beispiel 8- Tabelle I

Mechanische Eigenschaften gegen die verstrichene Lagerzeit bei 22,8° C + 1,11° C
(73° F + 2 F) 'and 50^i^er. relativer Feuchtigkeit von Portage 51 5- Sandkern en, die
hllt d i 5 % Niilikt* 94 % Kiläl** % äi

hergestellt wurden mit 5 % Natriurnsilikat* , 1,94 % Kieselsäuresol**- 2 % wässriger 5 Polyvinylacetatdispersicn*** - 2 % Pech**** ο

Mechanische Eigenschaften Seit der Herstellung der Kerne verstrichene Zeit ^

Eigenschaften der herge- 1 Tag 2 Tage 3 Tage 1 Woche · 1 Monat. -*

stellten Kerne [L

Du Pcnt-Katriumsilikat Hr. 9: 29w/o SiO₂; 8,9 w/o
** Du Pont Ludox^HS-40 : 40 w/o SiO₅.
*** Monsanto Gelva S-55L: 55 w/o Polyvinylacetat.
**** Ashland Chemical "O'^!-Pechpulver.

Druckfestig- 11,6 12,7 14,1 18,3, 18,3 19,5
keit, kg/cm.2

Kernhärte 30 40 45 45 45 45

£j (Ritshärte)

to Zugfestigkeit;. 1,76 , 1,76 2,81 3,16 3,16 3,16
ι ^^a

B e i s id i e 1 8 - Tabelle II

Druckfestigkeit	und Kernhärte geg	en die	sol -	verstrichene Lagerzeit bei 22,8° C + 1,11° C	σ.s.*	hergestell- 1 Tag	12,7	und	1 Monat	IC-
50 % relativer	!Feuchtigkeit von Portage	die mi	515-Sandkemen,	Härte*	Kerne	40	% Na-		cn
triumsilikat -	1,94 % Kieselsäure	len in	. die hergestellt wurden mit 5	Druckfestig	11,6		Pech,	19,3	0
die nicht überzogenen wurden und	2 % wässriger Polyvinylacetatdispersion - 2 %	keit	30		Kernwaschmitteln überzogen wurden	45
(Sorten von Bindemittelbestandtci	t verschiedenen	Härte	10,5	90			cn Q
Ke mvra schmitt el	Tabelle I)		Beim Lagern verstrichene Zeit		_Λ
	Eigenschaften	90	2 Tage 5 Sage 1 Woche	90
	der
Kein Kernwasch	ten	14,1 18,3 18,3
mittel	45 45 45
PoIyvinyl-	19,7
acetat-Kern-
waschmittel auf	90 90 90

wässriger Basis (75 % Moncanto Gelva ■ S-55L in Wasser)

Kommerzielles Zirconk ernwaschmittel r50%^)!Lite-0ffⁿ A-Äthanoldispersion)***

Handelsgängiges Graphitkernv/aschmittel (50 % " Pyrokote*^>ic*^;lc-Äthanoldispersion)

CS. Härte

11 ο 60

0.S-.

Härte

11,9 55

>19,7

>19,7

23,5
60

75 ■

Beispiel

'Tab eile II

(Fortsetzung)

Kernwaschmittel

	Polyvinylacetat- C.S.
	kernwaschmittel Härte
	auf Alkoholbasis
	(75 % Monoantο
	Gelva V7-M5O in
	Methanol)
	Polyvinylacetat- G.S.
ο	Zircon-ICern- Härte
co	waschmittel auf
00 ι	wässriger Basis
CO '	(1 Teil Gelva
σ> ν»	S-55L, 1 Teil Lite-
*>» +-	Off A, 1 Teil
-* I O	Wasser
O *·-

Eigenschaften der hergestell-Kerne

11,9 >100

9,15 30 '

Beim Lagern verstrichene Zeit

Tage

Tage 1 Woche 1 Monat

> 19,7
>100

>1.00

19,7
100

C.S. = Druckfestigkeit, kg/cm ; Standardmethode der American Foundrymen's Society für lose aufgeschüttete Kerne.

Härte; Kernhärte (Ritzhärte)

Lite-Off A ist ein Produkt der Firma M. A. Bell Co., St. Louis, Mo.

nna. Foundry Supply and

Pyrokote Supreme 114--6X wird von der Firma Philadelphia, Pennsylvania geliefert. OO .-Ρ-*· ■4>· CO

IC-6101/6101-A ο / ο / / ο ι

.5S- ' Z4J44J1

Beispiel 9

In diesem Beispiel wird die Herstellung von Sandkernen, die mit amorpher Kieselsäure, Natriumsilikat und Polyvinylacetat gebunden sind, und ihre Verwendung zum Giessen von 6,35 cm-Grauguss- und Messingrohr-T-Stücken beschrieben. Das Sandgemisch wird in einem Carver-"S"-Mischer durch Zugabe einer Mischung, die aus 4,76 kg "Ludox" HS-40 der Firma Du Pont und 4,08 kg wässriger Gelva S-55L-Polyvinylacetatdispersion der Firma Monsanto besteht, und von 4,08 kg Pech (Ashland Chemicals ^!lO"~Sorte) zu 181 kg Sand (Uhitehead Brothers "E"-Sand mit einer AFS-Zahl von 92,2) hergestellt.. Nach 5 Minuten v/erden 12,25 kg Natriumsilikat Nr. 9 der Firma Du Pont zugegeben, und das Mischen wird weitere -5 Minuten lang fortgesetzt. Das freifliessende, gleichmässig braune Gemisch wii?d dann in einen Lagerbunker entleert.

Die Kerne werden hergestellt, indem das Gemisch mit Luft in ein Stahlmuster, das 6,35 cm-Zwilliiigs-T-Stücke enthält, geblasen und 3*5 Sekunden lang mit Kohlendioxid bei 4,56 kg/cm begast wird. Die Korne werden sofort aus dem Muster herausgenommen und auf Lagerschalen gelegt. 150 Kerne werden in 18 Minuten hergestellt. Jeder dieser Kerne wiegt ungefähr 1,02 kg. Keine Dämpfe oder Gerüche werden während des Mischens oder der Kernherstellung nachgewiesen, und die Kerne v/eisen angemessene Festigkeit für die normale Handhabung in der Giesserei auf. Sie haben eine sehr glatte· Oberfläche mit einer AFS--Härtezahl von etwa 20. Die Kerne werden in mit Öl gebundenen Sandformen angeordnet und von Stahlkästen eingeschlossen, und Grauguss wird bei etwa 1482° C eingegossen. 90 Kerne werden innerhalb weniger Stunden der Herstellung verwendet, und 58 werden 3 Tage lang bei relativer Feuchtigkeit von etwa 25 % bei etwa 18° G gelagert. Die Kerne, die drei Tage lang gelagert worden sind, sind sowohl fester als auch härter als im Zustand der ersten Herstellung.

- 35 -409886/100 4

Nach dem Giessen des Eisens werden die Kerne "bis fast auf Raumtemperatur abgekühlt. Keine unangenehmen Gerüche werden während des- Metallgiessens oder des Abldihlens nachgewiesen. Die Kerne sind dann sehr schwach und· lassen sich leicht herausschütteln, wobei die Oberfläche sich ausgezeichnet von dem Eisen ablöst. Nach dem abschliessenden Säubern durch Nasstrommeln und Kugelstrahlen xfeisen die Rohr-T-Stücke eine viel glattere innere Oberfläche auf als diejenigen, die in normaler Produktion mit handelsgängigem Markensilikatbindemittel hergestellt worden sind. Ausser dass sie eine rauhere Oberfläche aufwiesen, haftete an einigen der T-Stücke, die unter Verwendung von Kernen mit dem handelsgängigen Bindemittel hergestellt worden waren, noch Sand an der inneren Oberfläche nach dem Säubern.

Zwei der wie oben beschrieben hergestellten Kerne werden durch Auf streichen einer Aufschlämmung, die aus 50 °/r> Zircon und 20 % 'umthanolißcher Pol-vvjnylacetatdispersiou (Honsi&nto Gelva Y'~/~WJ>Q) und 50 % Motlumol besteht, überzogen. Hon lässt den Alkohol an der Luft trocknen, so dass ein harter Zircon-überzug, der mit ΓοIjvinylacetat gebunden ist, zurückbleibt. Die Härte wird au 90 AFß gemessen und ^oigt keine Veränderung nach ji>tägigem Lagern bei etua 25 %iger relativer Feuchtigkeit und etwa 18° C.

Die Kerne werden in Formen angeordnet, und Messing wird bei 1160° 0 eingegossen. Hacn dem Abkühlen auf Räumtempcratur fallen die Kerne leicht zusammen, und das Herausschütteln lässt sich ].eicht bewerkstelligen, wobei sich eine ausgezeichnete Ablösimg von der Metalloberfläche ergibt«. Keine unangenehmen Dämpfe werden während des Metallgicssen.s und Abkühlens nachgewiesen· Die innere Oberfläche der Messing-T-Stücke ist sehr sauber und glatt«,

- 36 -

39886/1004 BAD ORtCaINAL

IC-6101/6101-A

? Λ 3 ^431

Beispiel 10_ · ***

Arnorphes Kie selsäure-Natriums.ilikat-Polyvinylacetat mit einem SiOp/KapO-Holvernältnis von 5 '» 1 wird direkt auf atm Sand hergestellt, indem eine einheitliche, stabile Mischung von wässrigem Kieselsäuresol, das einen einheitlichen Teilchendurchmesser von etwa 12 Manometer aufweist, zu dem Saud gegeben wird,, gemisch'.; und dann Natriumsilikat mit einem SiOj/Ka^O-Kolverhältnis von 3,25 · 1 zugesetzt wird und 2 Minuten lang gemischt wird.

14,96 g Du Pont "Liulox" HS-40 (40 v;/o SiO₂) v;erdon in einem Becher mit 16 g wässriger Gelva £l·-55·Ι>™Ρυlyvinyla.ee tatclispersion der Firma νΐ-οίΰ-.κϊύ',ο (55 w/o Polyvinylacetat) vermischt und in 7^0 g .Portal:.: 515-Sand .in r.inem Fiobart "Kitchen-Aid" K45~Hicchej? f;;c^;.)soen; die WiKchung v/ird bei dor GoeGb\;inäigke±l.r:fdrn:!;r:) Iuv-q; 2 2 i-ümiteti lang gerührt-Dann \jerdon 40 β liatriuhir^ likat JIr. 9 d--u- Firma Du Pont (29 vi/o SiO^, 8,9 v./o lia^O) y.u^cfü^i:·, und es wird 2 Hinuten 1εη& v;oiter {roi_iii,^<:ⁱ.ohi."o

5,03 ein χ 5-0Ö cm grouse AKi-Gt^.ndarclprobo.n, die· durch Fest-· stosceri und nachi'ol[_,oades 2^!'^! iiekuiidon lautres Bcgiirstin mit COp bei einer SfcrömuagssoschwiuO i.r-;keit von 5 Liter/Hinute hergestellt wurden, lässb marj b..i etwa 23° C und 50 % Feuchtigkeit altern; andere v/t.rdc:.) in Polyvinylacetat- oder PoIy-vinylacetat-Zircon-Eernv/aschmi ttel auf wässriger .Basis einketauoht und ειη der. Luft trockDengelassen«, Proben, die mit ■ Kernv.'E'Schmittel behandelt worden sine?, lässt man unter denselben Bedingungen vie die unbehandelten Prüfkörper altern,. Die Druckfestigkeit und Kemritzhärte und in einigen Fällen die Zugfestigkeit werden sni Tage der Herstellung der Kerne und nach verschiedenen Zeitcpannftn bestimmt.

Die erhaltenen Ergebnisse sied in der Tabelle wiedergegeben.

- 37 -

409886/1004

BAD ORIGINAU ·:.

e i s r» i e 1 10

Mechanische Eigenschaften gegen die verstrichene lagerseit bei 22,8 C + 1, 50 % relativer !Feuchtigkeit; von Portale· 3^5^~'~^<£-"dkⁱ3rnen, die hergestellt wu

^J C und

wurden mit

'5 % Eatriuiisilikat - 1.94- % ICiec-3lsä;?.r-2col - 2 "/.· wässriger Polyvinylacetatdispersion, die nicht übersogen wurden und die tzLx, verschiedenen Kernwaschr:irteln überzorren wurden.

Kernwaschnittel

Yerstrichen9 Lacerzeit

Si gon£ ehert en XK hergestellten Zustand

Kein Kern-

waschmittel

Polyvinylacetat-Zircon-Kem-

Wc.schmittel auf wässriger Basis (1 Teil Monsanto C-elva S-55L; Λ Teil "Idte-Off" A; 1 Teil Wasser)

Polyvinylacetat-Zircon~Kemwascliaittel auf Alkoholbasis
(I₃O Teile Gelvs. 17"30 verdünnt mit Methanol zu 20 % Polyvinylacetat; 1 Teil

Druckfe	11,9
stigkeit ,
kg/cra^
Zugfestig	2,11
keit, ρ
kg/cm
Kernritz	35
härte
Druckfestig	10,5
keit1

Härte

CS. BTärte

p '■■"'j.ri-.cN

20,4

1 2.1 Woche Wochen Monat

12,7	1<	4,1	18,3	21	,1	PO
						CO
3,52	3	,86.	4,22

29,9
100

50

95

31,0

95

31 100

IC-6101/6101-A

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409886/1004 BAD ORIGINAL.

Claims (9)

IC-6101/6101-A 17. Juli 197* Patentansprüche

1. Sandkern- oder Formmasse aus 85 bis 97 Gew. teilen ... Giessereisand und 3 bis 15 Gew.teilen einer Bindejnittelmischung von Natrium-, Kalium- oder IAthiumsilikat oder Mischungen daraus mit amorpher Kieselsäure, dadurch gekennzeichnet, dass die Bindemittelmischung ein Mo!verhältnis von Kieselsäure zu Alkalioxid wie 3,5 J 1 "bis 10 : 1 aufweist, der Bruchteil der gesamten Kieselsäure, der als :amorphe Kieselsäure vorliegt, von 2 bis 50 % reicht" und die amorphe Kieselsäure eine"Teil-, chengrösse im Bereich von etwa .2 Nanometer bis 500 Nanometer aufweist.

2. Masse nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Kern oder die Form zusätzlich 0,5 bis 10 Gew.%, bezogen auf den Sand, an Ton oder Tonerde enthält.

3· Masse nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Kern oder die Form 0,5 bis 4- Gew.%, bezogen auf den Giessereisand,an einem kohlenstoffhaltigen Material' enthält.

4-. Masse nach Anspruch 3_t dadurch gekennzeichnet, dass das kohlenstoffhaltige Material Pech oder Russ ist.

5. Masse nach Anspruch 3» dadurch gekennzeichnet, dass sie zusätzlich 1 bis 6 Gew.%, bezogen auf den Giessereisand, an einer wässrigen Lösung oder Dispersion eines filmbildenden Harzklebstoffs enthält.

6. Masse nach Anspruch 5» dadurch gekennzeichnet, dass der filmbildende Harzklebstoff eine wässrige Polyvinylacetatdispersion ist.

- 40 -

409886/1004

IC-6101/6101-A

-^- 243A431

7. Masse nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Kern oder die Form zusätzlich 1 bis 6 Gew.%, bezogen
auf den Giessereisand, an einer wässrigen Lösung oder
Dispersion eines filmbildenden Harzklebstoffes enthält.

8. Masse nach Anspruch 7» dadurch gekennzeichnet, dass der

fumbildende Harzklebstoff eine wässrige Polyvinylacetatdispersion ist.

9. Masse nach Anspruch 7» dadurch gekennzeichnet, dass der filmbildende Harzklebstoff eine wässrige Dispersion
eines Vinylacetat-Äthylen-Copolymeren ist.

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