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Bindemittel für Gießerei-Form- und Kernmassen und Verfahren zu seiner
Herstellung Die Erfindung betrifft ein Bindemittel, das für Gießerei-Form- und Kernmassen
bestimmt ist, sowie ein Verfahren zu seiner Herstellung.
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Zum Binden von Form- und Kernmassen werden verschiedene organische
und anorganische Bindemittel verwendet. Von den organischen Stoffen werden am häufigsten
Harze und (5le eingesetzt. Die organischen Bindemittel ermöglichen zwar eine leichte
Reinigung der Gußstücke, da die organischen Stoffe durch die Hitze des gegossenen
Metalls verbrennen. Die organischen Harze und Öle setzen jedoch beim Guß wie auch
während der Herstellung und Verarbeitung der Gemische gesundheitsschädliche Stoffe
frei, die eine Verunreinigung von Abwässern oder ähnliche Schäden verursachen und
daher ein Problem des Umweltschutzes darstellen.
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Von diesem Standpunkt aus ist die Anwendung anorganischer Stoffe
als Bindemittel ffir Formsandmischungen vorteilhafter. Das verbreitetste anorganische
Bindemittel ist Wasserglas bzw. Natriumsilikat, das gesundheitlich unschädlich,
leicht zugänglich und billig ist. Die Natriumsilikat enthaltenden Mischungen werden
durch Durchblasen von Kohlendioxid gehärtet, oder es werden selbsthärtende Gemische
mit Zement-, Ferrosilizium- oder Schlackenzusätzen im Gemisch verwendet. Die Nachteile
dieser Gemische beruhen auf dem schlechten Zerfallen, der hohen Klebkraft der Mischung
sowie der rauhen Oberfläche der Abgüsse.
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Der Hauptnachteil liegt vor allem im schlechten Zerfallen der Mischungen
nach dem Gießen, das auch durch Zusätze verschiedener Stoffe zu den Mischungen nicht
verbessert werden kann. Üblicherweise werden anorganische Stoffe wie z.B. Ton oder
Bauxit zugegeben. Eine teilweise Verbesserung des Zerfallsverhaltens bringt allerdings
den Nachteil geringerer Festigkeit nach dem Aushärten mit sich.
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Nach der GB-PS 881 )52 wird den Mischungen, die durch Kohlendioxid
gehärtet werden, Ammoniumchlorid, Oxalsäure, deren Alkalisalze oder Polystyrol zugegeben.
Auch der Zusatz von organischen Stoffen wie Bitumen, Zucker, Stärke, Dextrin, Cellulosederivaten
o.dgl. zu den Mischungen verbessert ihr Zerfallsverhalten nicht. Diese Zusätze verbessern
gewissermaßen die Abnützung der Kerne und ermöglichen dadurch die Herabsetzung des
Gehaltes an Alkalisilikaten in der Mischung.
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Nach der CS-PS 14F 072 wird der Lösung der Alkalisilikate ein Polykieselsäure-Hydrosol
zugegererl, das mit einer Lösung von Arnmoniak, Hydrazin, Äthanolamin oder Kaliumcarbonat
hergestellt wurde.
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Auch dieses Bindemittel ermöglicht keine wesentliche Verbesserung
des Zerfallsverhaltens und ist zudem nur filr bestimmte Arten insbesondere thermisch
beanspruchter Kerne anwendbar.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrurlde, ein Bindemittel sowie
ein Verfahren zu seiner IIerstellung anzugeben, das die genannten Nachteile nicht
aufweist.
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Die Aufgabe wird gemäß den Patentansprüchen gelöst. Das erfindungsgemäße
Bindemittel enthält ein Gemisch von Alkalisilikaten in wäßriger Lösung und oraranischen
Stoffen. vorzursweise Stärken in einer Menge von
- 40 10/Gew.-% und/oder Polyvinylalkohol in einer Menge von 1,0 - 10 Gew.- in Form
kolloidaler Lösungen, wobei die organischen Stoffe jeweils allein oder in gegenseitigen
Kornbinationen vorliegen können. Eine vorteilhafte Weiterbildung der Erfindung beruht
auf der Verwendung von 0,1 - 10 Gew.- Celluloseäthern. Das Bindemittel enthält vorteilhaft
eine Substanz, die Wasserstoffionen zu bilden vermag, beispielsweise p-Toluolsulfonsäure
in einer Menge von 0,5 - 8 Gew.-ffi. Das Verfahren zur Herstellung des erfindungsgemäßen
Bindemittels beruht darauf, daß die einzelnen Kompqnenten des Bindemittels auf 60
- 100 OC erwärmt werden.
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Das erfindungsgemäß herstellbare Bindemittel ist eine lyophile Kolloidlösung,
in der die Kolloidteilchen entladen sind und die Lösung sich am isoelektrischen
Punkt
befindet. Eine derartige Lösung kann durch Störung des stabilen Zustands sehr leicht
ausgefällt werden, wodurch eine schnelle Aushärtung des Gemischs erreicht wird.
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Das Bindemittel kann zur Herstellung von Gießerei Form- und Kernmischungen
verwendet werden. Der Bindemittelgehalt hängt dabei von der Art des verwendeten
Füllstoffs, vor allem von der Feinheit, dem Gehalt an Pulverteilchen und der Kornform
ab. Die Herstellung der Formmasse kann auf die übliche Art geschehen.
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Durch Verwendung des erfindungsgemäßen Bindemittels können Formsandmischungen
hergestellt werden, die auf zwei Arten härtbar sind: durch Selbsthärtung oder durch
äußere Einwirkung. Das erfindungsgemäße Bindemittel kann für alle bisherigen Ausführungsweisen
beider Verfahren zur Aushärtung verwendet werden, beispielsweise zur Herstellung
von Bindemittelmischungen, die an der Luft erhärten,oder von Mischungen, die durch
Zusätze von Zement, Ferrosilizium, Schlacke o.dgl.
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ausgehärtet werden.
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Gemische, die das erfindungsgemäße Bindemittel enthalten, können
nach dem üblicherweise verwendeten Verfahren durch Durchblasen von Kohlendioxid
gehärtet werden.
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Der Hauptvorteil des erfindungsgemäßen Bindemittels in den genannten
Gemischarten liegt in der sehr guten Zerfallsfähigkeit nach dem Guß. Die Reinigung
der Gußstücke ist so leicht wie bei Ölgemischen vorzunehmen. Ein weiterer Vorteil
des erfindungsgemäßen
Bindemittels liegt in der wesentlichen Erhöhung
der Aushartungsgeschwindigkeit, die durch die hohe Reaktivität der Kolloidlösung
gegeben ist. Die Härtungsgeschwindigkeit ist gegenüber den bisher verwendeten Gemischen,
die ein Natriumsilikat enthalten, auf etwa das Zweifache erhöht.
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Mit dem erfindungsgemäßen Bindemittel hergestellte Gemische kleben
nicht auf den Modellvorrichtungen und bleiben nicht an den Händen der Arbeiter haften,
was einen weiteren Vorteil gegenüber dem bisher verwendeten Natriumsilikat darstellt.
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Das erfindungsgemäße Bindemittel ermöglicht ferner eine Härtung durch
Druckluft. Die Geschwindigkeit der Aushärtung entspricht der Aushärtung durch Kohlendioxid,
ermöglicht jedoch die Erreichung wesentlich höherer Festigkeiten. Die Festigkeit
auf diese Weise hergestellter Gemische kann 5 - 7-fach höher sein als beim Durchblasen
mit Kohlendioxid, wobei die Zerfallsfähigkeit derjenigen von Gemischen entspricht,
die mit einem Ölbindemittel hergestellt wurden.
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Die Erfindung wird im folgenden anhand von Herstellungs- und Anwendungsbeispielen
näher erläutert.
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Beispiel 1 20 Gew.- Weizenstärke werden zu 80 Gew.-% einer wäßrigen
Lösung von Natriumsilikat mit einer Dichte von 48 - 50 ° Beaume kalt zugegeben.
Das Gemisch wird erwärmt und auf 60 - 100 °C gehalten, bis die Stärke in der Natriumsilikat-Lösung
gelöst ist.
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Das Bindemittel kann beispielsweise zur Herstellung
einer
selbsthärtenden Mischung mit Zement mit folgender /usammensetzung verwendet werden:
Quarzsand 95,5 Gew.-Teile Bindemittel aus 80 o/o Natrium- 6,0 Gew. -Teile silikat
und 20 % Stärke Bentonit 3,0 Gew.-Teile Portlandzement 1,5 Gew.-Teile 20 0/0ige
Natriurnhydroxid-Lösung 0,5 Gew.-Teile.
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Das Gemisch weist einen niedrigen Feuchtigkeitsgehalt von 2,7 ffi
auf; nach 50 min Einformung beträgt die Druckfestigkeit bereits 15 N/cm2, während
sie bei Verwendung von gewöhnlichem Natriumsilikat lediglich 7 N/cm² besträgt :
< >
bei herkömmlichen Geerreicnt sie mischen/lediglich 160 N/cm2.
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Das erfindungsgemäße Bindemittel erhöht die Härtungsgeschwindigkeit;
das Entformen bzw. das Herausschlagen des Gemisches aus den Gußstücken ist sehr
leicht durchzuführen. Das Gemisch zeigt ferner keinerlei Klebeeffekte.Die Festigkeit
der Formen wächst nach dem Herausnehmen des Modells rasch an, was eine erhebliche
Steigerung der Produktivität ermöglicht.
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Beispiel 2 2 Gew- Carboxymethylcellulose und 15 Gew.-Weizenstärke
werden zu 95 Gew.-7% Natriumsilikatlösung kalt zugegeben. Das Gemisch wird erwärmt
und auf etwa 60 °C gehalten, bis die Carboxymethylcellulose und die Stärke aufgelöst
sind.
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<nach 24 h wächst die Festigkeit auf 280 N/cm2 an,>
Das
Bindemittel kann beispielsweise zur Herstellung eines Rindemittelgemisches mit Bentonit
verwendet werden. Eine derartige Mischung hat beispielsweise folgende Zusammensetzung:
Quarzsand 92 Gew.-Teile Bindemittel aus 8) % Natriumsilikat, 15 ,% Weizenstärke
und 2 % Carboxymethylcellulose 5 Gew.-Teile Bentonit 3 Gew.-Teile 20 ,Çige Natriumhydroxidlösung
0,3 Gew.-Teile.
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Die Festigkeit des Gemischs nach dem Einstampfen beträgt 7 N/cm2,
die Festigkeit wächst nach 2 h auf 20 N/cm2 und nach 24 h auf 200 N/cm2 an. Die
Gemische sind nicht klebrig und zerfallen nach dem Guß sehr gut.
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Beispiel 5 Zu 70 Gew.-% Natriumsilikatlösung werden 2 Gew.-% p-Toluolsulfonsäure
zugegeben. Nach vollständigem Vermischen werden 28 Gew. - Weizenstärke zugegeben
und gelöst.
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Das Bindemittel kann zur Herstellung von Gemischen verwendet werden,
die durch äußere Einwirkung gehärtet werden und beispielsweise folgende Zusammensetzung
aufweisen: Quarzsand 100 Gew.-Teile Bindemittel aus 70 % Natriumsilikat, 2 % p-Toluolsulfonsäure
und 28 % Weizenstärke 5 Gew.-Teile.
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Das Gemisch klebt nicht an den Modellvorrichtungen und bleibt nicht
an Iländen haften. Das Ge-< > misch kann/durch Durchblasen von Kohlendioxid
ge härtet werden. Dic Druck
beträgt 130 - 180 N/cm².
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Das lierausstoßen der Kerne nach dem Guß ist leicht vorzunehmen. Während
ein aus einer Mischung mit gewöhnlichem Natriumsilikat hergestellter Kern beispielsweise
auch nach )00 Schlägen unverändert bleibt, lockert sich das mit dem erfindungsgemäßen
Bindemittel hergestellte Gemisch bereits nach etwa <)0 Schlägen. Die Zerfallsfähigkeit
ist mit der von Olmischungen vergleichbar. Die Oberfläche der Gußstücke ist zudem
ausgesprochen hochwertig.
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Ein weiterer Vorteil des Gemischs liegt in der Möglichkeit, anstelle
von Kohlendioxid Luft durchblasen zu können. Die Härtungsgeschwindigkeit bleibt
mindestens gleich hoch, die erreichten Festigkeiten sind jedoch mehrfach erhöht
und betragen 600 - 800 N/cm2.
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Auch bei diesen hohen Festigkeiten ist die Zerfallsfähigkeit der Kerne
noch besser als bei der Aushärtung durch Kohlendioxid, da bei der Härtung durch
Luft keine niedrigschmelzenden Produkte entstehen.
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<nach dem Einformen>