DE2543055A1

DE2543055A1 - Harzbeschichteter sand und dessen verwendung zur herstellung von gussformen und/oder -kernen

Info

Publication number: DE2543055A1
Application number: DE19752543055
Authority: DE
Inventors: Robert Simpson Craig
Original assignee: Unilever Bestfoods North America
Current assignee: Unilever Bestfoods North America
Priority date: 1974-09-27
Filing date: 1975-09-26
Publication date: 1976-04-01
Also published as: FR2285943A1; JPS5325222A; JPS5327210B2; AU8501775A; US4113916A; JPS5157631A; FR2285943B3; BR7506216A; SE7510822L; ZA755913B; IT1042915B; BE833778A; CA1050831A; ES441297A1; JPS5327207B2; AR205050A1

Description

PATENTANWÄLTE

KIOLLER-BORg · GROhNING · DSUfIL SCHÖN · H£F.T2L

CPG INTERNATIONAL INC.

International Plaza
Englewood Cliffs, New Jersey 07632 USA

" Harzbeschichteter Sand und dessen Verwendung zur Herstellung

von Gußformen und/oder -kernen "

Die Erfindung betrifft neue, harzbeschichtete, heiß—aushärt— bare Phenol—Formaldehyd-Novolakharze enthaltende Sande, die eine verbesserte Beständigkeit gegen thermischen Schock aufweisen, ohne zu Rauch- und Geruchentwicklungsproblemen zu führen, und insbesondere einen harzbeschichteten Sand (Formsand), enthaltend

a) Sandteilchen, die, bezogen auf das Gewicht des Sands, mit etwa 1 bis 8 Gewichtsprozent eines Phenol-Formaldehyd-Novolakharzes (Novolak) überzogen sind,

b) ein Härtungsmittel,

sowie die Verwendung eines derartigen Formsands zur Herstellung von Gußformen und/oder -kernen.

Beständigkeit gegen thermischen Schock war viele Jahre lang ein Problem bei Gußformen und -kernen. Als "thermischer Schock" wird die Neigung einer Gußform oder eines Gußkerns bezeichnet,

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zu springon, worin Metall darauf bzw. dufwven f^f.ny-Hon wird. Hi Idol sich ein kl.oiitur UiIi, .so dringt «las Mntal 1 in den Riß t > i 11 ihk! b illicit, auf dar (Jußoberf I urin; cinon St.o^ oder Grat. Das Abseil 1 ei fön dieser Grato odor Sto^o trägt zu den fOndbe-irbe itungskosten der Gußstücke boi. Wenn bei in Gießen de.s Me teil Is ein größerer Riß auftritt, so kann das heiße Metall, bzw. die Schmelze aus dor Porm auf den Boden auslaufen» Dien i^>fihrt zu einem ernsthaften Sicherhe i tsprob 1 ein und zu einer Vergeudung von Produktionszeit und Geld. Die Verminderung der thermischen Schockprobleme ist somit offensichtlich eine wichtige Au V—

Jahrelang wurden beträchtliche Anstrengungen gemacht, um die Beständigkeit gegen thermischen Schock zu verbessern. Üblicherweise wurde versucht, dieses Problem dadurch zu lösen, daß man entweder die Art des verwendeten Sundes lindert oder dem harzbeschichteten Sandgomisch bzw. Formsand Zusatzstoffe einverleibt. Kantige Quarzsande, wie Sande von Seen und Ufersando, ergeben Fortnsande, die weniger zum Springen (thermischem Schock) neigen als rttnd&ömige Sande. Außerdem werden anstelle von Quarz- bzw« Kieselsaiicten zuweilen mich Spezi al sande, wie Zirkon-, Alumini-UBisilikat-. Olivin- und Chromi tsande verwendet, weil sie ein© größere Beständigkeit gegen thermischen Schock besitzen. Diese Spözialsande sind jedoch weitaus teurer als Quarzsand, weshalb es wünschenswert ist, Wege zu finden, die die Verwendung von Quarzsand ermöglichen.

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Ju Kombination mit Quarzsund wurde Itcrci t.s oinc Vielzahl verschiedener Zusatzstoff« verwendet, um dessen Heatiindigkei t gagon thermischen Schock zu verbessern. Tn einigen Füllen erwiesen sich anorganische Materialien, wie lOisenoxyd um! Ton, al s hilfreich. Her mei stverwendu te; Zusatz ist wahrscheinlich ein unter der Bezeichnung "Vinsol" bok.-nntes organi Hche.s Additiv. Dieser Zusatzstoff ist bezüglich der Verminderung oder gar Beseitigung der Probleme durch thermischen Schock wirksam und beeinträchtigt die Zugfestigkeitswerte dos harzbeschichteten Sandes bzw. daraus hergestellter Gußformen und -kerne nicht« Die anorganischen Zusatzstoffe können dagegen die Zugfestigkeitswerte stark herabsetzen. Die Verwendung von Vinsol in harzbeschichteten Sanden ist in der US-Patentschrift 2 751 650 beschrieben. Vinsol wirkt als reaktiver Weichmacher, dor fixe Kerne und Formen weniger spröde und somit gegen thermischen Schock beständiger macht.

Die Hauptnachteile von Vinsol sind darin zu sehen, daß es bei der Herstellung von Gußkernen und/oder —formen und auch dann, wenn Metall auf die Gußkerne und/oder -formen gegossen wird, in beträchtlichem Ausmaß Rauch um« iiorucli bz»;. Gesbunk ont-Viicke't, Angesichts der zunehmend schärfer werdenden Gesetze gegen die Luftverschmutzung und OSHA-Gesetze ist es wichtig geworden, mit der Verwendung von Vinsol Schluß zu machen. Das Auffinden eines organischen Materials, das harzbeschichtetem iinnd einverleibt werden kann, um diesem Beständigkeit gegen thermischen Schock zu verleihen, ohne Rauch- oder Geruchentwicklungsprobleme zu schaffen, ist daher für die Hersteller

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von harzbcaohj chteten Formsandon ein wiiriHrhoriswfTte.s Ziel,

Erfindung lag deshalb die Aufgabe zugrunde, einen derartigen Zusatzstoff zur Verfügung zu stellen bzw. Fornisanclp mit einem Zusatz zu schaffen, eier hinsichtlich der liauch- und Geruehsentwicklung nicht mit ilen Nachteilen de.s Standes der Technik behaftet ist und trotzdem zu harzbeschichteten Sanden führt, aus denen sich gegen thermischen Schock beständige Gußformen und -kerne hersteilen lassen. Rs wurde nun gefunden, daß durch Einverleiben einer kleiner Menge mindestens eines Epoxy- und/oder Phenoxyharzes in harzbeschichteten Sand eine gute Beständigkeit gegen thermischen Schock erzielt werden kann, Außerdem wurde festgestellt, daß derartige neue Pormsandmassen eine Geruchs- und Rauchentwicklungsneigung besitzen, die ebenso gering wie ohne einen derartigen Zusatz und wesentlich geringer als bei Anwesenheit von Vinsol ist. Anders gesagt wurde gefunden, daß man durch Einverleiben von Epoxy— und/oder Phenoxyharzen in mit thermisch bzw. heiß-aushärtbaren Novolaken beschichtete Sande harzbeschichtete Formsande mit verbesserter Beständigkeit, gegen thermischen Schock erhält, die nicht zu Rauch- und/oder Geruchsentwicklungsproblemen führen. Außerdem bleiben bei der Verwendung derartiger harzbeschichteter Formsande gute Zugfestigkeitseigenschaften erhalten.

Gegenstand der Erfindung ist daher ein Formsand der eingangs bezeichneten Art, der dadurch gekennzeichnet ist, daß er

c) bezogen auf das Gewicht des Novolaks, etwa 2 bis 50 Gewichtsprozent mindestens eines Epoxy- und/oder Phenoxyharzes (Korn-

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ponente c) enthält.

Die Erfindung betrifft weiterhin ein Verfahren zur Herstellung von Gießerei— bzw. Gußkernen und —formen durch folgende Vor— fahrensschritte;

1) Tnberühru!i{\bri ngen eines hei ilen Modells mit einem frei Cliodonden, h.irzbeschichteten Formsand der vorstehend bezeichneten Art,

2) Tnberührunghalton des harzbeschichteten Formsands mit dem heißen Modell, um dadurch einen Teil der harzbeschichteton Sandtoilchen miteinander unter Ausbildung einer Gußform oder eines Gußkerns geeigneter Dicke zu verbinden,

3) Entfernen nicht-gebundener, harzboschichteter Sandteilchen von den gebundenen Formsandteilchen, die die Gußform oder den Gußkern bilden,

^t) Aushärten der Gußform oder des Gußkerns bei einer Temperatur im Bereich von etwa 175 bis etwa 320, vorzugsweise etwa 200 bis etwa 200°0

und
5) Abnehmen der Gußform oder des Gußkerns vom Modell.

Phenolharze sind beim Gußformverfahren bekanntlich besonders zweckmäßig. Für Guß- bzw. Gießereiformen werden heiß-aushärt-

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bare zweistufige bzw. nach einem zweisIufigeη Verfahren hergestellte Phenol —Korinaldehyd-Harzo verwendet, die aucli unter der Hezeichnunt; Novolake bekannt sind. Thermoplastische Phenol— Fornuildehyd-Novolakharze kann man dndurch hei M-aushürtbar machen, (IaU man ihnen ein Härtungsmi ttel , wio Hexiune thy 1 entetrami η , einverleibt. Geeignete Beispiele mit warm-aushärtbaren Phenolharzen, beschichteter Formsande sind in den US-Patentschriften 2 7O6 163 und 2 888 *M 8 beschrieben, auf die hiermit Bezug genommen wird.

Kin fUr die Zwecke der Erfindung brauchbarer bzw. erfindungsgemäß modifizierbarer harzbeschichteter Sand ist in der US-Patentschrift 3 838 095 beschrieben, auf die hiermit Bezug genommen wird. Tn dieser Patentschrift sind mit einem Phenol— Formaldehyd—Novolakharz, einem Härtungsmittel und einer Zubereitung von Harnstofftyp beschichtete Sande beschrieben und be ansprucht.

Gießerei- bzw« Gußformkerne können auch nach anderen Verfahren hergestellt werden, bei denen einstufige bzw. nach einem einstufigen Verfahren hergestellte Phenol-Formaldnhyd-Harze verwendet werden können, die auch unter der Bezeichnung "Resole" bekannt sind. Derartige Verfahren, bei denen einstufige Harze, die mit Harnstoff modifiziert sind, verwendet werden, sind beispielsweise in den US-Patentschriften 3 306 86*« und 3 kok 198, auf die hiermit Bezug genommen wird, beschrieben. Außerdem ist aus der US-Patentechrift 3 215 585 die Verwendung von Harnstoff

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in Kombination mit einem "hetio 1 — Komm 1 «lehyd — \U\vy. Mil' dem Gebiet der GlaaJ'.'isertoclm Lk bekannt. Die ei nstui'i c;<>t\ Phenolharze sind jedoch beim Sund -fin H l'orm-V· · r IVüi ro ti nicht allgemein zwockinii Hi g bzw, anwendbar.

ffte harzbeschichtete Sande, die für die Zwecke der ICrfindung besonders geeignet sind, bestehen aus mit benachbarten Teilchen bzw. Körnchen nicht zusammenhängenden Sandteilchen, die mit etwa 1 bis 6 Gewichtsprozent eines Harzes beschichtet sind, das aus einem zweistufigen (Novolak) Phenol Formaldehyd-Harz besteht. Das üeschi chtungshnrv kann zw.'ir grundsätzlich sowohl ein Feststoff als auch eine Flüssigkeit sein, jedoch verwendet man vorzugsweise ein festes Beschichtungsharz.

Verfahren zur Herstellung dieser bevorzugten, frei-fließonden, harzbeschichteten Sande sind dem Fachmann an sich wohlbekannte Diese bekannten Methoden körinen im allgemeinen auch bei der Durchführung der Erfindung angewandt werden. Kin für die Zwekke der Erfindung geeignetes Phenol—Formaldehyd—Novolakharz besteht aus einem durch Umsetzen von

Phenol mit Formaldehyd in einem Molverhältnis von etwa 0,5 bis etwa 0,85 Mol Formaldehyd pro Mol Phenol in Gegenwart eines sauren Katalysators, z»B. etwa 0,^ bis etwa 0,8 Prozent Salzsäure, bezogen auf das Gewicht des Phenols, oder, wenn Säuren wie Schwefel- oder Oxalsäure verwendet werden, sogar mehr, hergestellten Phenol-Formaldehydharz. Tn Kombination mit Phenol können uuch substituierte Phenole, wie o-0resol, tert,—Butyl-

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phenol usw., verwendet werden. Das bei diesem Vorfahren hergestellte Phenolharzpolymer wird zweckmäßig bis zur gewünschten Polymerisations— bzw. Kondonsationsstufe auskondensiert, indem man die Reaktionstöllnehmer, vorzugsweise auf eine Temperatur von etwa 35 bis etwa 100 C, erwärmt und die Säure dann neutralisiert. Tn dem dabei erhaltenen Ueaktionsgemisch enthaltenes Wasser kann entfernt werden, um ein konzentriertes, flüssiges Harzprodukt zu erzeugen, das für die Verwendung bei der Herstellung harzbeschichteter Sande geeignet ist. Man kann auch soviel Wasser abtrennen, daß das Harz bei Raumtemperatur (25 C) lest ist. Das xeate Harz kann zu einem Pulver gemahlen oder zu Flocken verarbeitet werden, worauf man das dabei erhaltene Produkt zur Herstellung eines bevorzugten erfindungsgemäßen Formsands verwenden kann.

Zur Beschichtung mit dem Harz wird der Sand im allgemeinen in einen der verschiedenen in der Gießereitechnik üblicherweise verwendeten Mischer gegeben. Beispiele derartiger Mischer sind der "Beardsley-Piper speed muller" und der "Simpson muller¹¹. Dem vorgelegten Sand werden, bezogen auf sein Gewicht, etwa 1 bis 8 und vorzugsweise 1 bis etwa 6 Gewichtsprozent Harz und eine entsprechende Menge eines Härtungsmittels, z.B. Hexamethylentetramin, um das Novolakharz wärmehärtbar zu machen, zugesetzt. Eine Härtungsmittelmenge, die im allgemeinen ausreicht, um das Harz warmaushartbar zu machon, beträgt etwa 8 bis etwa 20 Gewichtsprozent, bezogen auf das Gewicht des Harzes, Die Komponenten werden auf eine geeignete Mischtemperatur erwärm^ und miteinander vermischt, so daß jedes Sand—

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korn mit einer Schicht aus Harz und Hürtuiigsmi tte.l wird. Wenn der Sand mit dem Harz beschichtet ist, wird er auf Raumtemperatur abgekühlt, z.R. durch Abschrecken mit Wasser. Das Mischen wird dann solange weiter fortgesetzt, bis mau ein frei, fließendes Produkt erhalt.

Erfindungsgemäß werden dem harzboschirhteten Sand, bezogen auf das Gewicht des Phenol—Formaldehyd—Novolnkharzes, etwa 2 bis etwa 50 und vorzugsweise etwa 5 bis etwa .'?5 Gewichtsprozent einer Epoxy— oder Phenoxyverbindung einverleibt. Es wurde gefunden, daß durch Einverleiben von Epoxy- und/oder Phenoxyharzen in den harzbeschichteten Sand überraschenderweise beschichtete Formsande mit verbesserter Beständigkeit gegen thermischen Schock erhalten worden. Diese beschichteten Sande weisen außerdem bei der Herstellung von Gußformen oder -kernen sowie beim Aufgießen von Metall eine geringere Geruchs- und Rauchentwicklung als Vinsol enthaltende harzbeschichtete Sande auf.

Das Epoxy- und/oder Phenoxyharz kann dem harzbeschichteten Formsand auf verschiedene Arten einverleibt werden. Beispielsweise kann man das Epoxy- und/oder Phenoxyharz in dem Phenolformaldehyd-Harz dispergieren oder lösen, bevor man das Harz dem Sand zusetzt. Wahlweise können diese Harze dem Sand während des ßeschichtungsvorgangs direkt zugesetzt werden. In diesem Fall empfiehlt es sich, diese Harze otwn gleichzeitig mit dem Phenol—Formaldehyd—Novolakharz zuzusetzen, jedoch können sie dem Sand auch vor oder nach dem Novolak zugesetzt

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werden«

Kr wurde gofiindon, clal-l die Epojryh.-irzzus.itzo überraschenderweise bezüglich der Bestand i ,<:kei t gegen thormi schon Schock soßnr
noch wirksamer zn sein scheinen als iIjih <l i osbe-zügl i oh bcstn bekannte Additiv Vinsol. Beispiel swoi se wurde (jefundcii, daß durch Zusatz von etwa ^r) bis etwa 7 Gewichtsprozent eines lipoxyhnrzes, bezogen auf die Novo1akharzmen^c, eine ebenso gute, wenn nicht sogar eine bessere Beständigkeit gegen thermischen Schock erzielt wird, wie durch Einverleiben von, bezogen auf das Novolakgewicht, 1^1 bis 15 Gewichtsprozent Vinsol in ein Novolakharzsystem. Bei diesem Versuch wurden alle anderen
Variablen dos harzbeschichteten Formsandgemischs konstant gehalten«

Für die Zwecke der Erfindung geeignete Epoxyharze sind u.a. die von der Shell Chemical Company unter den Handelsnamen
Epon 828, Epon 1001, Epon 10.02, Epon 1O0*l usw. im Handel erhältlichen Harze. Andere industrielle Erzeuger ähnlicher
Epoxyharze, die für die Zwecke der Erfindung geeignet sind, sind die Firmen Ciba-Geigy, Dow Chemical Company und Celanese. Die Epoxyharze können in flüssiger oder fester Form verwendet werden. Diese im Handel erhältlichen Epoxyharze werden im allgemeinen dadurch hergestellt, daß man eine überschüssige Menge eines Epichlorhydrins mit Bisphenol A umsetzt bzw. in Berührung bringt. Diese Harze sind durch einen endständigen reaktionsfähigen Qxyranring gekennzeichnet, der mit Härtungsmitteln umgesetzt oder katalytisch unter Bildung einer ver-

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netzten Polymerstruktur homopolymerisi ort werden kann. Ihre hervorstechendste Eigenschaft ist ihr ausgezei chnetes Haftvermögen, das z.T, auf die längs der Molekülkette angeordnet e( η) sekund'ire(n) Hydroxylgruppe(n) zurückzuführen ist. Insbesondere werden die !epoxyharze hergestellt , indem man Epichlorhydrin und Bisphenol Λ in Gegenwart wäßriger Natronlauge reagieren läßt. Die Umsetzung wird stets mit einem Überschuß an Epichlorhydrin durchgeführt, so daß das dabei entstehende Harz endständige Epoxygruppen besitzt. Man kann so durch Variieren der Heretel lungsbedi ngungon und ties Überschusses an Kpichlorhydrin Harze mit niederem, mittlerem oder hohem Molekulargewicht erzeugen. Bei der Herstellung von Epoxy— harzen verringern größere Mengen ICpichl orhydrin das Molekulargewicht des Harzendprodukte. Umgekehrt lassen sich Epoxyharze mit höherem Molekulargewicht herstellen, indem man die Epi— chlorhydrimnenge verringert, wobei jedoch selbstverständlich darauf zu achten ist, daß das Epichlorhydrin trotzdem stets im Überschuß über die bezogen auf das Bisphenol A stöchiometrische Menge eingesetzt wird.

Kür die Zwecke der Erfindung können auch andere Klassen von Epoxyharzen verwendet werden. Beispielsweise kann man die Epoxy-Novolakharze, wie die im Handel unter dem Handelsnamen EPN HIS und EPN 11Ί9 von der Fa. Ciba-Oeigy erhältlichen Harze, allein oder in Kombination mit den Epuxyharzen auf der Basis von Bisphenol A verwenden. Weiter können für die Zwecke der Erfindung aucTi cycloaliphatische Epoxyharze und andere Arten von Epoxyharzen verwendet werden.

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Hevorzugte Kpoyyharze sind festn odor Π üssipe Harze, die durch Umsetzen von Bisphenol Λ mit Kpichlorhydriη erhalten werden.

Die Phenoxypolymeren bzw. -harze sind ebenfalls wirksam bzw. geeignet, den erfindungsgemäßen Formsanden Beständigkeit gegen thermischen Schock zu verleihen. Die Phenoxyharze werden ebenfalls durch Umsetzen von Bisphenol Λ mdt Epichlorhydrin hergestellt, jedoch werden dabei äquimolare Mengen oder Bisphenol Λ im Überschuß eingesetzt. Obwohl die chemischen Grundstrukturen der Epoxy- und der Phenoxyharze einander ähnlich sind, handelt es sich um eigene und spezielle Harze, die sich voneinander hinsichtlich mehrerer wichtiger Eigenschaften unterscheiden. Beispielsweise sind die Phenoxyharze zähe und duktile Thermoplaste. Ihr Molekulargewicht beträgt im allgemeinen etwa 30 000, während das Molekulargewicht herkömmlicher Epoxyharze etwa jkO bis 5 000 beträgt. Die Phenoxyharze weisen keine endständigen hochreaktiven Epoxygruppen auf und sind thermisch stabile btoffe mit langer Lagerungslebensdauer. Außerdem können Phonoxyharze ohne weitere chemische Umwandlung als Klebstoffe und Beschichtungsmittel verwendet werden und brauchen keine Katalysatoren, Härtungsmit— tel oder Härter, um wertvolle Produkte darzustellen. Phenoxyharzo mit hohem Molekulargewicht sind im Handel von der Union Carbide Corporation unter dem Handelsnamen "Bakelite phenoxy resins" erhältlich.

In der Gießereitechnik ist es gängige Praxis, harzbeschichteten Sanden eine Vielzahl verschiedener Hilf sstoffe, wie bei-

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apiol.swoiso wachsi,'T° Verbindungen, wie Γ,ί In uinia t.cara t and
Athy1ondiamin-bis—stenroylamid, Salicylsäure, Ton, liisenoxyd und Harze vom Lignintyp, einzuverleiben. Solche HLl.fsstoffe können auch in den erfindungsgomäßen Pormsanden besonders
zweckmäßig sein.

Die nachstellenden lleiapiele erläutern die ICrfin«hing, .sind jedoch in keiner Weise als Hesehränkuiig zu verstellen. Angaben in Teilen und Prozenten beziehen sich, wenn nicht ausdrücklich etwas anderes gesagt ist, durchwegs auf das Gewicht.

Beispiel 1_

Es wird ein Phenol-Formaldehyd-Novolakharz wie folgt hergestellt :

In einem Reaktor werden 30 000 Gewichtsteile Phenol und ^00 Teile Sulfaminsäure vorgelegt. Dann wird das Gemisch auf 100 C erwärmt und allmählich mit 19 440 Teilen 37 gewichtsprozentiger, wäßriger Formaldehydlb'sung versetzt. Nachdem der Formaldehyd vollständig zugegeben ist, wird das dabei erhaltene Gemisch 3 Stunden am Rückfluß zum Sieden erhitzt, um ein Phenolharz zu erzeugen. Das dabei erhaltene Harz wird zunächst grob entwässert und dann unter vermindertem Druck von 63,5 cm auf
135 C erhitzt, um sämtliche Restspuren von Wasser vollständig zu entfernen. Dann werden dem Harz 1750 Gewichtsteile Äthylendiamin-bis-stearinsäureamid zugesetzt. Das Harz wird zu
Flocken verarbeitet, indem man es durch eine mit gekühlten

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Walzen aus korroa i onsbost.irnligi'iii .'it.-ilil ausgerüstete Walz<!niui ill Io schickt. Das ci.'iboi erhaltene Produkt 1st das immodi fixierte (Vergleichs-) Harz Λ.

Zum Vergleich werdon zwoi woi ton· fMiav^iiti des gleichen Harzes hergestellt tmci mit Vinsol (Harz H) bzw. Kpoxyhnrz (Harz Γ ) vorsetzt. Das Vinso I enthaltende Harz (Harz II) wird auf die gleiche Weise wie das Harz Λ hergos I ο I I t, wöbe L Jedoch iibweichend davon unmittelbar nach der Zugabe des Äthyl endiainin— bis-stearoylamids 5 400 Teile Vinsoi zugesetzt werden.

Das ein Epoxyharz enthnlteiide Harz C wird fjenau wif! flaw Harz A hergestellt, wobei abweichend davon lediglich 1 H^r)0 Teile nines festen Epoxyhax*zos (Araldite 7O^7)fler Firma Oiba-Goigy mit einem Enoxyiiqni va.l ent gewicht von 1 6^O bis 2 f>00 unmittelbar nach der Zugabe des Athylendianrin—bi s—stearoy-laniicis zu gegeben werden.

In der nachfolgend anfjegnboncn Vfei se wird eine Reihe harzbeüchichteter Sande bzw. Formsande hergestellt, die nachfolgend kurz als beschichteter Sand A, beschichteter Sand B bzw. beschichteter Sand C bezeichnet werden. GuOformsanci (Wedron 7020) wird auf 13O°C erhitzt und in einen Mischer (Simson Porto Muller) gegeben. Dann wird eine Menge des vorstehenden flockenfürmigen Harzproduktes in den Mischer gegeben und das Gemisch aus Harz und Sand 90 Sekunden gemischt, um die Flocken jsu schmelzen und den Sand damit zu beschichten. Dann wird eine Hexamethylentetramin in Wasser enthaltende Lösung

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in don Mischer gegeben, worauf weitnr durchgemischt wird, bis das Gemisch in frei fließende Körner aus mit Harz beschichtetem Sand aufbricht» Der beschichtete Sand wird dann aus dem Mischer entnommen« Die Rezepturen der drei beschichteten Sande sind aus der nachstehenden Tabelle J zu ersehen»

Tabelle

Beschichteter Sand A	1 '3 3 I	S
Harz Λ	'15,4	kg
Sand	192	S
Hexa*	800	ml
Wasser

Beschichteter Beschichteter Sand B Sand 0

Harz B	1331	ß	Harz C	1ΤΠ	ε
Sand	45,	4 kg	Sand	45,	5 kg
Hexa*	192	ε	Hexa*	192	ε
Wasser	8OO	ml	Wasser	800	ml

Hexamethylentetramin

Der mit Harz beschichtete Sand C ist ein Beispiel eines erfindungsgemäßen Formsandes, während die beschichteten Sande A und B Vergleichsformsande sind.

Von jedem Formsand werden die Kalt- und die Heißzugfestigkeit wie folgt bestimmt:

Die Heißzugfestigkeitswerte werden unter Verwendung eines Dietert Nr. 365 Hot Shell Tensile Tester bestimmt. Die Versuche werden bei 232 C mit einer Härtungszeit von 3 Minuten durchgeführt.

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Die Kai tzugt'os tigkei tswerte worden bestimmt., ändern man in einer Dietert Nr. 363 A Heatet Shell Curing Accessory 6,35 mm dicke "Ilundsknoohen¹¹—Testproülingo herstellt. Die 'Festkörper werden 3 Minuten bei 232 C gehärtet, worauf man sie auf Raumtemperatur abkühlen läßt. Dann wird die Kai. tzugfestigkeit der Testkörper unter Verwendung eines 'K) 1 Universal Sand Strength Testers in der von der American Koundryman'a Society angegebenen Weise bestimmt. Die Geruchs- und Iiauchentwicklungseigenschaften werden durch sensorische Goiuichsprüfung und visuelle Begutachtung fostgestelIt.

Versuphsergebnisse ;

Beschichteter

Sand ; A B C

KaltZugfestigkeit kp/cm² 36,21 ^5,7 ^5,^9 Heißzugfestigkeit kp/cm² 30,23 30,4U 29,B1 Rauchentwicklung schwach beträchtlich schwach

Geruch normaler starker normaler

Pormsandge- Vinsolge- Pormsandge— ruch ruch ruch

Die vorstehenden Versuchsergebnisse zeigen klar, daß der epoxy— harzrnodifizierte beschichtete Sand C Zugfestigke^jbswerte besitzt bzw. ergibt, die denjenigen des zum Vergleich hergestellten und geprüften beschichteten Sandes A und denjenigen des mit Vinsol modifizierten beschichteten Sandes B gleichen. Die Geruchs- und Rauchentwicklung ist derjenigen des unmodifizierten beschichteten Sandes A äquivalent und weitaus geringer als diejenige des mit Vinsol modifizierten Sandes B.

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Metal

Unter Vorwondung der Harze U und C werden harzlieschichtote Saude nach folgenden Rezepturen in eier vorstellend !ingfRe Weiae hergestellt:

St.-Marie-Dank Sand Harz Π bzw. Harz C Hexamethylentetramin Wasser

1OO TeiIe >i Te i I e 0,6 Ted Ie 1,0 Tei Le

Aus den so erhaltenen Formsanden werden jeweils fiullformen hergestellt, in die dann korrosionsbeständiger Stahl gegossen wird,

Dabei werden folgende Beobachtungen gemacht:

ForraherstellungJ

Metallguß ι

Bei der Verwendung des mit dem Harz C beschichteten Formsands ist eine viel geringere Rauch- und Geruchsentwicklung zu beobachten als bei der Verwendung des mit dem Harz B beschichteten Formsands. Beim Eingießen des Metalls in die aus dem mit dem Harz C beschichteten Formsand hergestellten Gußformen ist eine viel geringere Rauch- und Geruchsentwicklung festzustellen als beim GuJi in aus mit Harz B beschicntetem Formsand hur-*estell» uo Formen.

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-4*

Die Begutachtung· dor "abgekühlten (Hi(Sh tunke hat IOlfjon.deη iOrgebnis :

Mit Harz B beschichteter Sand - geringe Gratbi !dung Mit Harz C beschichteter Sand - koine Grate

Die vorstehenden MetallguHorgebnisso zeilen «'in, dai.5 der t'.'poxyliarzzusatz bezüglich der Metn 11 ha I tun/; und der Verringerung des thermischen Schocks wirksamer als Vinsol ist.

B e i s ρ i e I 2

Dieses Beispiel erläutert die Verwendung eines l'henoxyharzes in einem erfindungagemlißen harzbeschichteten Formsand.

Das phenoxymodifizierte Harz wird analog dem Harz A von Beispiel 1 hergestellt, wobei abweichend davon lediglich 1850 Teile eines Phenoxyharzes (PLC-700, Produkt der Union Carbide Corporation) unmittelbar nach der Zugabe des Athylendiamin—bis—stearoylamids zugesetzt werden. Mit diesem Harz wird analog Beispiel 1 ein Gießereisand (Wedron 7Ο2θ) beschichtet, wobei lediglich statt des in Beispiel 1 verwendeten Mischers ein Hobart-Mischer zum Durchmischen oder Mahlen des Sandes während des Beschichtungsvorgangs verwendet wird. Zum Vergleich wird auch ein mit dem Harz Λ von Beispiel 1 beschichteter Formsand auf ansonsten gleiche Weise hergestellt.

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lloschi nhtotor Sand nach Beispiel ?.

T<? 1 1 ο

V e T'g 1 ο i c h

Tei le

Harz B von Beispiel Ί '}() Ilarx A von Hei spiel 1 3O

Sand 1O0O Hand U)OO

Ilexamotliylentetramin Ί,ί-i Hexamethylentetramin Ί,2

Wasser 1 1

Dei beiden (Form-)Sanden werden jeweils die Kalt- und Heiüzugfestiglcei tseigertschaf ten bestimmt, wobei folgende Krgeb-

niHscrcrhaiten werdon:

Beschichteter Sand

nach Beispiel 2

KaJtzugfestigkeit kp/cm² 36,00 Heißzugfestigkeit kp/cm" 26,72

Vergleich

35,15
26,36

Die vorstehenden Versuchsergebnisse zeigen klar, daß der er— findungsgemäße, mit einem PKenoxyharz modifizierte Formsand Zugfestigkeitseigenschaften aufweist, die denjenigen des nicht· modifizierten Vergleichs-Formsands äquivalent sind. Die Geruchs- und Rauchentwicklung ist ebenfalls derjenigen beim
nicht-modifizierten Vergleichs-Formsand äquivalent. Die ein Phenoxyharz enthaltenden erfindungsgemäßen B'ormsande stellen somit hinsichtlich der Umweltverschmutzung gegenüber den herkömmlichen mit einem Vinsol enthaltenden Harz beschichteten Formsanden eine erhebliche Verbesserung dar.

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- :ϊο -

U Ci i κ ρ i ο 1 Ί

Uieso.s Beispiel zeigt, daü mn η <li<i Epoxy- iiinl/odcr Phonoxyharzc ebenso gut direkt: als .iiirh in Ι'Όπιι oi nor Vormischung mit dom Pheno] -Fnrinn idehyd-IInrz - wie in «lon Hoiiipielon 1 und erläutert — in don Kollergang odnr Mi schür viilirond iIch Hcschichtungsvorgangs geben k.-mn.

10s werden nna1og Beinpiο 1 1 zwei beschichtete, orfimiungsgeinuße Pormsande hergestellt, wobei abweichend davon ί ediglich anstelle des Simpson Muller ein Hobart Mischer verwendet, wird« Zur Herstellung des mit einer Vormischung aus einem Epoxyharz und einem Novolak beschichteten Formsands wird das Harz C von Beispiel 1 verwendet.

Zur Herstellung des Formsands durch getrennte Zugabe des Epoxyharzes und des nicht-tnodifizierten Novolaks bzw. Phenolharzes zum Sand während des Beschichtungsvorgangs wird nach der nachstehend wiedergegebenon Rezeptur gearbeitet. Das Epoxyharz und das Phenolharz bzw. das Novolakharz werden beide getrennt voneinander am Beginn der 90 Sekunden dauernden NiiOmischung bzw. -mahlung zugesetzt.

Vormischung aus Epoxyharz Getrennte Zugabe von Epoxy-*

und Novolak harz und Novolak

Teile Sand 1000

Harz A (Beispiel 1) 28,5 Epoxyharz (Araldite

7097) 1,5

Hexamethy 1 ent.etrami η h , 2

Wasser 11 .

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	pie! I)	Teile
Sand	Tetralin	1000
Harz C (Beis		30
Hexamethy 1 eti	4,2
Wasser	11 ,0

Hoi beiden Formsanden werden die Zugfos 1; i gke i tswnrte bestimmt und miteinander verglichen, wohni .sieh ergibt,dnü nach beiden Methoden zur Einverleibung des Kpoxyliarzes in «Jen Forn.sand in etwa die gleichen Krf;i'bnisso erhalten werden.

Vormischung aus Epoxyharz Oetrenrifco Zugabe von. iC

und Νονοίak hör/ und NovoIak

Kaltuugfostigko.it, kp/ein 2J₁Cy'] Ka 1 !,zugfest i gko:i t, kn/cm'"

Heißzugfestigkeit, kp/cin'"' 21,1 Hoißzugfestigk. ,kp/cm" 19,19

Die vorstehenden Versuchsergebnisse zeigen weiterhin, daß die Verwendung von Epoxy- und/oder Phonoxyharzen in mit Novolakon beschichteten Formsnnden z-.u guten Zugfestigkeitswerten führt, ohne sich auf die Rauch- und Geruchsbildung nachteilig auszuwirken,

Ohne auf diese Theorie festgelegt werden zu wollen, wird angenommen, daß die erfindungsgemäß verwendeten Epoxy- und/oder Phenoxyharze als reaktive Weichmacher in den mit Novolakharzen beschichteten Formsanden wirken. Dies würde der guten Zugfestigkeit der fertigen erfindungsgemäßen harzbeschichteten Sande Rechnung tragen bzw, deren diesbezügliche ausgezeichnete Eigenschaften erklären. Die erfindungsgemäüen Formsande ergeben somit erfreulicherweise ebenso gute Zugfestigkeit seigenschaf ten, wie die Vinsol enthaltenden Formsande, sind jedoch im Gegensatz zu den letztgenannten bekannten Formsanden nicht m|.t dem Nachteil der Hauch- und Geruchentwicklungsneigung behaftet,

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Ks ist darauf hinzuweisen, daß dio KrTi ndiing vorstehend zwar in Verbindung mit speziellon Ausführung.·*formen erläutert wurde, jedoch weitere Abwandlungen in"gl.ioh sind. Uns Schutz— bewehren soil deshalb alle Varial ionon , Aiiwendungsiiiögl ichkei — ten oder· Abwandlungen der ICrfindung umfassen, soweit daboi vom Grundprinzip fies ICrf'indim£7s^(Mlank<;ri.s Gobr'-'uioli ^oinaclit wii'd und insbesondere al Je dd.e.jonif^en Abwand 1 uiifien der lOrFin— dunfi· einschließen, die in dem Gobi et dor Technik, auT das sich die Erfindung bezieht, an sich bekannt odor ri'lftoineino Praxis sind, und auf die weiter oben dargelegten wesentlichen Merkmale der Erfindung angewandt werden können.

Patentansprüche

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Claims

? π. tent ansprücho

1. Harzbeschichteter Sand (Formsand), enthaltend

a) Sandteilchen, die, bezogen auf das Gewicht des Sands, mit etwa 1 bis 8 Gewichtsprozent eines Pheno!-Formaldehyd—N ovolakharzes (Novolak) überzogen sind, und

b) ein Härtungsmittel,
dadurch gekennzeichnet, daß er

c) bezogen auf* das Gewicht des Novolaks, etwa 2 bis 50 Gewichtsprozent mindestens eines Epoxy- und/oder Phenoxyharzes (Komponente c) enthält.

2. Formsand nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß er, bezogen auf das Gewic'it des Novolaks, etwa 5 bir- etwa 25 Gewichtsprozent Komponente c enthält.

3. Formsand nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß er, bezogen auf das Gewicht des Sands, etwa 1 "bis etwa 6 Gewichtsprozent Novolak enthält.

4. Formsand nach einem der Ansprüche 1 bis 3» dadurch gekennzeichnet, daß er als Komponente c Epoxyharz(e) enthält,

5. Formsand nach Anspruch h, dadurch gekennzeichnet, daß er als Epoxyharz ein Re akt ions produkt aus Bisphenol A und Epi— chlorhydrin mit einem Molekulargewicht im Bereich von etwa

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bis 5 000 enthält.

6. Verwendung eines Formsands nach einem der Ansprüche 1 bis 5 zur Herstellung von Gußformen und/oder -kernen durch Inberührungbringen des freifließenden Formsands mit einem heißen Modell, insbesondere einem Metallmodell, wobei die Temperatur des Modells vorzugsweise zwischen etwa 175 und 320 C und insbesondere zwischen etwa 200 und 290 C liegt, Inberührunghalten des Formsands mit dem Modell bis sich ein Teil der harzbeschichteten Sandteilchen zu einer Gußform oder einem

Gußkern geeigneter Dicke verbunden hat, Entfernen nichtge-"bundener, harzbeschichteter Sandteilchen von dem zur Gußform bzw. zum Gußkern gebundenen Formsand, Aushärten der Gußform bzw. des Gußkerns und Abnehmen der Gußform bzw. des Gußkerns vom Modell.

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