DE2752608A1 - Verfahren zum herstellen einer gussform oder eines kernes - Google Patents
Verfahren zum herstellen einer gussform oder eines kernesInfo
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Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen einer Gußform oder eines Kernes.
Normalerweise wird zur Herstellung einer Gußform oder eines Kernes ein Gemisch aus Formsand und Bindemittel in
einer Form oder einem Kernkasten geformt, und anschliessend läßt man das Gemisch, vorzugsweise bei Raumtemperatur,
sich abbinden. Häufig wird es bevorzugt, ein organisches Harzkondensat als Bindemittel zu verwenden, wobei
dann das Gemisch ebenfalls einen sauren Katalysator umfaßen muß, um das Abbinden zu fördern. Normalerweise wird ein derartiges
Gemisch hergestellt, indem der Katalysator einheitlich im Sand dispergiert und danach das Bindemittel hinzugefügt
wird. Wenn die Mischung andersherum gebildet wird, indem der saure Katalysator zu einer vorher gebildeten Mischung
von Bindemittel und Sand hinzugefügt wird, beginnt sofort ein lokalisiertes Abbinden des Bindemittels, wenn die
Säure mit dem Gemisch in Kontakt kommt, so daß eine uneinheitliche Härtung auftritt.
Handelsübliche Gemische von Sand und Bindemittel, die geformt werden sollen, verhalten sich im wesentlichen wie
Feststoffe und müssen in den Kern- oder Formkasten eingestampft oder anderweitig mechanisch hineingezwungen werden.
In der GB-PS 1 085 651 und der US-PS 3 42I 600 offenbart
Liass das Konzept der Herstellung einer strömungsfähigen Sand-Zusammensetzung, in der die wässrige Phase geschäumt
wurde; als Ergebnis dessen konnte die Zusammensetzung dadurch
geformt werden, daß sie lediglich in den Kasten gegossen wurde. Unglücklicherweise sind die von Liass beschriebenen
besonderen Zusammensetzungen nicht völlig zufriedenstellend, auch dann nicht, wenn die Form geschüttelt
wird. Beim Liass'Verfahren und den nachfolgenden Vorschlägen zur Herstellung strömungsfähiger Gemisch aus
Formsand und einer geschäumten wässrigen Phase, scheint es
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generell als wünschenswert oder notwendig betrachtet zu werden, daß die verwendeten Materialien und Bedingungen
des Vermischens derart sein sollten, daß der Schaum bald nach seiner Bildung und normalerweise schnell zusammenfällt,
z.B. einige Sekunden oder Minuten nachdem er in die Porm oder in den Kernkasten gegossen wird. Deshalb fällt der
Schaum in sich zusammen, bevor er abbinden kann und als Ergebniss dessen wird eine permeable Abbindungsstruktur erhalten,
die im wesentlichen dichter und stärker ist, als sie erhalten würde, wenn der Schaum vor dem Abbinden nicht
in sich zusammengefallen wäre. Ferner scheint bei diesen Verfahren die normale Reihenfolge des Vermischens von Sand,
Bindemittel und Katalysator (d.h. Katalysator zuerst) im allgemeinen als notwendig akzeptiert worden zu sein, und
tatsächlich sind die einzig bekannten Offenbarungen der Verfahren,
bei denen die Säure zu einer vorgeformten fluiden Mischung von Sand und geschäumter wässriger Phase, die ein
Bindemittel enthält, hinzugefügt wird, sind die Beispiele 12 und 13 der GB-PS 1 Oo 8^1, wo in der Beschreibung er
wähnt wird, daß die Druckfestigkeit der Produkte dieser Beispiele schlechter als die Druckfestigkeit der Produkte der
in der Beschreibung angegebenen anderen Beispiele ist (bei denen die Säure mit dem Sand vermischt wird , bevor das
Bindemittel hinzugefügt wurde), obwohl mehr Säure verwendet wurde.
In der GB-PS 1 373 647 beschrieben wir, wie verbesserte
Ergebnisse erreicht werden können, wenn die Zusammensetzungen ein Silan enthalten, wobei in diesen Verfahren der Schaum
stabil ist, d.h. er fällt nicht in sich zusammen, bevor die Zusammensetzung abbindet, sondern die Schaumblasen fallen
während des Abbindens zusammen. Derartige Verfahren sind äußerst vorteilhaft, da die Stabilität des Schaumes bewirkt,
daß die Zusammensetzung sich akurat während des Abbindens an
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die Form anpaßt und nicht von den komplizierten Formen abweichend vor dem Abbinden zusammenschrumpft, wobei die
in der Beschreibung erwähnten bevorzugten Zusammensetzungen unter Verwendung eines Silans und, vorzugsweise, eines
Natriumlauryläthersulfat-Schaumbildungsmittels eine gute Gesamtfestigkeit und insbesondere eine gute Oberflächenglätte
und -festigkeit ergeben. Das übliche Verfahren zur Bildung von Formgemischen wird in der o.g. Patentschrift beschrieben,
wobei die Säure mit dem Sand vermischt wird, bevor das Bindemittel hinzugefügt wird.
Ein erstes erfindungswesentliches Merkmal des Verfahrens
zum Herstellen einer Gußform oder eines Kernes liegt darin, daß ein strömungsfähiges Gemisch gebildet wird, das vor
dem Abbinden gegen Zusammenfällen widerstandsfähig ist und einen Formsand sowie eine geschäumte wässrige Phase, enthaltend
ein Harzkondensat, einen Schaumbildner und einen sauren Katalysator, umfaßt, daß das strömungsfähige Gemisch
in eine Form oder einen Kernkasten gegossen wird und sich das Gemisch abbindet, wobei besonders vorteilhafte Ergebnisse
erreicht werden, wenn das strömungsfähige Gemisch dadurch
hergestellt wird, daß eine strömungsfähige Mischung
aus Sand und einer geschäumten wässrigen Phase gebildet wird, die das Harzkondensat und den Schaumbildner enthält und
anschließend dazu das saure Härungsmittel zugemischt wird. Auf diese Weise wird die Säure zu einer vorgeformten Mischung
aus Sand- und Bindemittel hinzugefügt, im Gegensatz zu den üblichen Verfahren, bei denen die Säure mit dem Sand
vermicht wird, bevor das Bindemittel hinzugegeben wird.
Wenn alle anderen Bedingungen konstant sind, ergibt diese neue Reihenfolge des Vermischens ein Gemisch mit verbesserter
Ströraungsfähigkeit im Vergleich zu demjenigen Gemisch,
das mit der üblichen Reihenfolge des Vermischens erhalten wird,
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so daß auf diese Weise das erfindungsgemäße Gemisch leichter in die Form oder in den Kern fließen kann und
sich genauer dieser Form anpassen kann, ohne das mechanische Unterstützung, z.B. Einrammen oder Schütteln des
Form- oder Kernkastens, notwendig ist. Dementsprechend werden bei dem erfindungsgemäßen Verfahren keine Verdichtungstechniken
angewandt, so daß der Form- oder Kernkasten während des gesamten Verfahrens immobil bleibt.
Der ürund für die bemerkenswerte Verbesserung der Fluidität
bzw. Strömungsfähigkeit ist nicht bekannt, jedoch scheint die neue Reihenfolge des Vermischens überraschenderweise
keine gute Strömungsfähigkeit bei den gewöhnlichen, instabileren Schäumen zu ergeben, die im wesentlichen sofort
beim Eingießen in sich zusammenfallen und die von uns durchgeführten Versuche zeigen tatsächlich, daß sie häufig eine
schlechtere Strömungsfähigkeit ergibt, als mit der üblichen
Reihenfolge des Vermischens erhalten wird.
Ein weiterer überraschender erfindungsgemäßer Vorteil liegt
darin, daß es möglich ist, die Menge aller Bestandteile im (Jemisch außer Sand, zu reduzieren, wodurch ein wesentlicher
wirtschaftlicher Vorteil erreicht wird, ohne daß die Qualität des gehärteten Produkts schädlich beeinflußt wird, wobei
diese Verringerung tatsächlich häufig zusammen mit der Verbesserung in der Qualität des Produktes erreicht werden
kann. Deshalb ermöglicht die neue Reihenfolge des Vermischens, daß die Menge des Schaumbildungsmittels, die notwendig
ist, um ein ausreichend strömungsfähiges Gemisch zu erzielen, verringert wird, und, da das Schaumbildungsmittel ·
nicht zur Festigkeit des gehärteten Gemisches beiträgt, sondern vielmehr eine Schwächung des Gemisches aufgrund des
Abbruchs der Kontinuität des Harzes bewirken könnte, kann diese Verringerung in der Menge des Schaumbildungsmittels
im Vergleich zu derjenigen, die bei der üblichen Reihenfolge
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des Vermischens notwendig ist, ein Produkt mit verbesserter
Festigkeit liefern. Dementsprechend kann die Menge des Bindungsmittels auch etwas verringert werden, wobei immer
noch ein Produkt mit gleicher oder besserer Festigkeit erhalten wird, im Vergleich zu denjenigen Produkten, die
mit der üblichen Heihenfolge des Vermischens erhältlich sind, wobei ferner auf gleiche Weise noch eine Verringerung
der Katalysatormenge möglich ist. Dadurch, daß die Reihenfolge des Vermischens bei der Herstellung einer stabilen
strömungsfähigen Mischung umgekehrt wird, ist es möglich,
eine viel größere Strömungsfähigkeit in der Mischung zu erreichen, oder weniger Schaumbildungsmittel zu verwenden
und eine stärkere bzw. festere Mischung zu erhalten, oder, was generell bevorzugt wird, Steigerungen sowohl in der
Strömungsfähigkeit als auch in der Festigkeit zu erzielen, begleitet durch eine Abnahme in der Menge des Schaumbildungsmittels
und generell auch in einer Abnahme der Menge von Bindemittel und Katalysator.
Eine Anzahl von Schaumbildungsmitteln können strömungsfähige
Gemischeergeben, die gegen ein Insioneusammenfallen
vor dem Abbinden widerstandsfähig sind, einschließlich gewisser Fettsäureamidoalkylbetaine, z.B. ein Cocoamid-Alkylbetain,
sowie gewisse substituierte Imidazoline, die unter dem Warenzeichen "Crodateric C" und "Crodateric L"
verkauft werden, jedoch kann die Festigkeit der gehärteten Produkte mit diesen nicht so groß sein, wie es wünschenswert
wäre, sogar wenn sie in der Zusammensetzung der GB-PS 1 373 6^7 verwendet werden, wobei günstigste Ergebnisse
erhalten werden, wenn ein Lauryläthersulfat,im allgemeinen
Natriumlauryläthersulfat, verwendet wird,
Geeignete Natriumlauryläthersulfate sind diejenigen, die erhalten werden, indem Laurylalkohol äthoxyliert wird,
z.B. eine Kette von drei Äthoxygruppen und das Produkt anschließend sulphiert wird. Beispiele derartiger Stoffe
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" lo " 2752603
werden von Lankro Chemicals unter dem Warenzeichen "Perlankrol ESD" verkauft sowie von Albright & Wilson
Limited unter den Warermamen "Kmpimin KSN 27" und "Empimin KSN 60" verkauft. Sie besitzen sämtlich Industriequalität
von Natriumlaurylathersulfat, basierend auf
einem engen Fraktionsbereich (cut) von Laurylalkohol,
"Periankrol ESU" und "Empimin KSN 27", 27*ige wässrige
Losungen und "Empimin 60", eine 6o?ige wässrige Lösung,
die ungefähr Io % ÄthanoL enthält.
Die Menge des Schaumbildungsmittels wird in Bezug zur Stabilität,
die beim Uieiien gewünscht wird und in Bezug zur Auswahl des Schaumbildungsmittels und anderer Bestandteile
in der Mischung ausgewählt. Allgemein beträgt die Menge von 0,0') bis o,b ίί, vorzugsweise 0,1 bis o,5 %, Trockengewicht
bezogen auf das Gewicht des Formsandes. Im allgemeinen wird etwas mehr Schaumbildungsreagenz gebraucht, wenn der
Harz ein Phenolharz ist, als wenn er z.B. ein Harnstofffcrmaldehyd
und/oder Furfurylalkohol-Harz darstellt.
Die verwendeten Harzkondensate sind vorzugsweise Furfurylalkohol/Formaldehyd,
Phenol/Formaldehyd und Harnstoff/ Formaldehyd-Harzkondensate, jedoch kann es vorteilhaft für
den Bindemittelbestandteil sein, ebenfalls freien Furfurylalkohol zu enthalten. Die Harzkondensate sind gewöhnlich
wasserlöslich und sind normalerweise im Handel erhältlich und werden in Form wässriger Zusammensetzungen verwendet,
z.B. Lösungen, die 1 bis 5o Gew$ Wasser enthalten. Der wässrige
Harzkondensat-Bestandteil wird normalerweise in einer Menge bis zu 5 %, bezogen auf das Gewicht des Formsandes
verwendet, z.B. o,75 bis M,5 % Harzfeststoffe. Vorzugsweise
werden 0,8 % bis 2 % verwendet, besonders bevorzugt 1 bis 1,75 % eines wässrigen Harzkondensates, welches normalerweise
2o % Wasser enthält, wenn das Harz Harnstof formaldehyd
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enthält und Io % Wasser, wenn das Harz Phenol formaldehyd
enthält.
Um Erzeugnisse mit guter Festigkeit und besonders guter Oberflächenfestigkeit zu erhalten, wird es bevorzugt, ein
Silan in das strömungsfähige Gemisch einzugeben, z.B. wie es in der GB-PS 1 373 617 beschrieben wird. Das Silan
wird am besten in Harz aufgelöst, bevor das Harz mit dem Sand gemischt wird. Besonders, wenn das Harz kein Harnstoffformaldehyd-Harz ist, d.h., wenn es ein Phenol- und/oder
Furfurylalkohol-Formaldehydharz ist, wird das Silan vorzugsweise mit dem Harz erst kurz bevor das Harz mit dem
Sand gemischt wird, vermischt.
Das Silan muß derart sein, daß es die Festigkeit einer das Bindemittel enthaltenden Zusammensetzung verbessert, wobei
einige Silane zur Verwendung mit einigen Bindemitteln mehr geeignet sind als andere. Im allgemeinen besitzt das Silan
vorzugsweise die allgemeine Formel H1Si(OR),, wobei R1
eine C^-C' -Alkylengruppe darstellt, die an eine Amino-,
1 6 Amino-Cj-Cg-Alkylamino-, Cp-C^-Alkenyl- oder C 2~C6~
Alkenylcarboxy-Gruppe gebunden ist und die Gruppen R gleich oder verschieden sein können, und aus C.-Cg-Alkyl und
C1-C^-Alkoxy-substituierten-C1-C,-Alkyl ausgewählt werden.
Die Menge des verwendeten Silans beträgt normalerweise
o,o5 bis o,5 %, vorzugsweise o,l bis o,2 %t bezogen auf das
Gesamtgewicht der wässrigen Harzkondensatzusammensetzung und Silan.
Jegliche Säure, die als Härtungsmittel für das Harzkondensat dient, kann erfindungsgemäß verwendet werden und viele
derartige saure Härtungsreagenzien sind bekannt. Bevorzugte Härtungsmittel enthalten ein oder mehrere Phosphorsäuren,
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Para-Toluolsulfonsäure und Schwefelsäure, wobei Gemische
der beiden letzten besonder:; bevorzugt sind. Die Menge
des Härtungsmitte1s, auf einer η i cht-wässrigen Basis, beträgt
int al 1 gerne i neu Io b i:; ISo %, vorzugsweise bo bis
7S (Jew* , bezogen auf die Meng'1 der Harz feststoffe, oder
o, 3 bis ? %, bezöge" auf d;i:; Gewicht des Formsandes. Jedoch
werden die Härtungsmittel bevorzugt als wässrige Lösungen,
die generell IS bis Ίο % Wasser enthalten, eingeführt. Die
Menge des wässrigen Hart, ungsrri t, te 1 r> beträgt im allgemeinen
Io bis ISo λ, vorzugsweise So bis YS Ϊ, bezogen auf das
wässrige llarzkonderisat CMJer o,S bis ;',S X, bezogen auf das
iJewicht des KormsandfS.
Die erfindungsgemäi'. verwendete Wassernienge ist für den Erfolg
kritisch. Kalis zuviel verwendet wird, über 2 % , kann
die Strömungsfähigkeit des .Sandes ganz zufriedenstellend sein, jedoch die Kndfestigkeit des Produktes wird dann
gänzlich unzufriedenste 1 lend sein. Falls zuwenig verwendet
wird, was praktisch bedeutet, wenn weniger als o,9 oder 1 % verwendet wird, wird es unmöglich, ein strömungsfähiges
Gemisch herzustellen, da eine geeignete aufgeschäumte wässrige
Phase nicht existiert. Wasser wird normalerweise sowohl mit dem Ilarzkondensat als auch mit dem Härtungsmittel
eingeführt, so daß vorzugsweise kein zusätzliches Wasser hinzugefügt wird.
Es hat sich nun überraschenderweise herausgestellt, möglicherweise
aufgrund einiger Källe, zumindest bei der Veringerung
in der Menge des Bindemittels, welches verwendet werden kann, daß die Menge des Wassers in der Gesamtmischung
weit unter die 2 Ϊ-Grenze, die in unserer GB-PS 1 373 6*47
vorgeschlagen wird, verringert werden kann, wobei gleichfalls eine zufriedenstellende Strömungsfähigkeit erhalten
wird. Während 1,3 bis 1,8 % häufig der angemessene Bereich für
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viele Systeme darstellt, wenn das Bindemittel harnstofffrei ist und ein Kondensat von zwei oder mehreren Bestandteilen
von Phenol, Formaldehyd und Furfurylalkohol darstellt, wird erfindungsgemäß eine noch niedrigere Wassermenge
bevorzugt. Dementsprechend liegt ein zweiter Aspekt der Erfindung in einem Verfahren, daii dadurch gekennzeichnet
ist, daii ein stromungsfähiges Gemisch gebildet wird,
welches ein derartiges Bindemittel enthält und vorzugsweise ferner ein Silan, das gegen ein Zusammenfallen vor dem
Abbinden stabil ist und bei dem die Gesamtwassermenge in der Mischung o,9 bis 1 ,') % beträgt, wobei o,9 bis 1,25 %
besonders bevorzugt werden. Diese Mischung wird vorzugsweise durch die definierte Miscnungsreihenfolge geformt
(Härtungsmittel zuletzt), jedoch ist dieses nicht wesentlich. Jegliches f'e intei liges zur Verwendung als Sand einer
Gußform oder eines Kernes geeignete Material kann erfindungsgemäß verwendet werden, wobei üblicher Sand bevorzugt wird.
Zur Herstellung einer erfindungsgemäßen Gußform oder eines
Kernes werden vorzugsweise der Sand, das Bindemittel , das Silan und das Schaumbildungsmittel unter derartigen Bedingungen
und für eine ausreichende Zeitspanne miteinander vermischt, daß eine ausreichende Verteilung der Bestandteile
und eine geschäumte wässrige Phase erhalten werden, daß anschließend der saure Katalysator hinzugefügt und eine
weitere Vermischung durchgeführt wird, wonach das Gemisch dann in die Form gegossen wird. Die Dauer jeder Vermischungsstufe hängt u.a. von der Art der verwendeten Mischvorrichtung
ab. Übliche Miachvorrichtungen sind zufriedenstellend.
Die erste Misch-Stufe dauert häufig eine Sekunde bis 3 Minuten, z.B. eine bis 3o Sekunden in einem kontinuierlich
arbeitenden Mischapparat oder eine bis .5 Minuten in einer Chargenmischvorrichtung, während die zweite Misch-Stufe nachdem
oder während die Säure hinzugefügt wird, häufig eine
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bis neunzig Sekunden dauert, z.B. eine bis dreißig Sekunden in einem kontinuierlichen Mischapparat oder dreißig
his neunzig Sekunden in einer Chargen-Mischvorrichtung.
bei den erfindungsgemäß bevorzugten Verfahren ist das Gemisch
äußerst widerstandsfähig gegen ein Zusammenfallen vor dem Abbinden und als Krgebnis dessen ist es nicht notwendig,
die Menge jedes Bestandteils derart kritisch auszuwählen, wie es bisher bei vielen üblichen Verfahren getan
worden ist, wo der Schaum zusammenfallen soll oder zumindestens sehr schnell zusammenfällt. Ob der Schaum in
sich zusammengefallen ist oder nicht, kann durch Messen der
Permeabilität der gehärteten Form bestimmt werden, da, falls die Härtung abläuft, bevor irgendein wesentliches
Zusammenfallen auftritt, die Permeabilität und die Dichte
der Form niedrig sein werden, während demgegenüber, falls ein wesentliches Zusammenfallen des Schaums aufgetreten
ist, bevor die Mischung mit dem Abbinden beginnt, die Dichte (und die Festigkeit) sowie die Permeabilität höher sein
würden.
In folgenden werden erfindungsgemäße Beispiele beschrieben. Bei diesen Beispielen wird der Viskositäts-Wert als Zeit
in Sekunden angegeben, während zwei Kilogramm Sand aus der Mischvorrichtung im weiter unten beschriebenen Versuch
austropfen. Es ist wünschenswert, daß der Wert so niedrig wie möglich ist, da niedrige Werte eine niedrige Viskosität
und deshalb ein Gemisch anzeigen, das leicht gegossen werden kann und sich genau an eine kompliziert geformte Form
anpassen kann. Beim Viskositätsversuch wird ein Viskosimeter verwendet, der aus einem Weichstahlgefäß mit einer
Bodenöffnung besteht. Das Gefäß besitzt die Form eines Zylinders mit 17o mm Durchmesser, I8o mm Höhe und endet
am Boden mit einem 65 mm hohen Konus, der für eine Auslaß-
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öffnung abgeschnitten ist. Der Durchmesser der Auslaßöffnung
beträgt 4 5 mm und wird durch eine Schließvorrichtung
geschlossen, die elektrisch mit einer Stoppuhr verbunden ist. Im Inneren des Zylinders ist ein Hührer mit 8 Blättern
um die senkrechte Welle herum angeordnet, der mit 85 Umdrehungen per Minute rotiert.
l>ie Mischvorrichtung dient dazu, eine Mischung von Uooo Gramm
strömungsfähigen Sandes herzustellen. Nachdem das Gemisch
fertig ist (nach 4 1/2 Minuten Vermischen) wird die
Schließvorrichtung manuell geöffnet und die Stoppuhr in Bewegung gesetzt. Der Sand tropft in einen tarierten Behälter.
Sein Boden ist 35o mm unterhalb der öffnung der Mischvorrichtung angeordnet. Der Behälter ist auf einer Skala
angeordnet und besitzt eine Auffangsschale, die beim Gewicht
von 2 kg Sand umkippt und elektrisch die Stoppuhr anhält, um den angezeigten Viskositätswert aufzuzeichnen.
Die Beispiele 1, 3, 11, 13, 15, 19, 2o und 21 sind erfindungsgemäße
Beispiele, während die übrigen Beispiele dem Vergleich dienen.
*4 kg Sand, Bindemittel (B), Schaumbildungsmittel (F) und
t>o g (1,5 %) Härtungsmittel (C) wurden in den Mengen und
der Heihenfolge, die in Tabelle 1 angegeben ist, im oben beschriebenen Gefäß gemischt und die Viskosität der Mischung
wurde, wie oben beschrieben, gemessen. Das Bindemittel war Phenolformaldehydfurfurylalkohol-Bindemittel, das Io %
Wasser und o,2 % Silan (ein Produkt, das als Alloo verkauft
wird) enthält, das Schaumbildungsmittel war eine 27%ige Lösung von Natriumlauryläthersulfat, welches unter dem
Handelsnamen "Perlankrol ESD" verkauft wird und das Härtungsmittel war eine Zusammensetzung, die 33,13 % Wassergehalt
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besitzt und aus M,5'<
% l'arato J uolsul fonsäure, 1^
einer 77Xigen Schwefelsäure und 2, 3^ % Wasser gebildet
wurde. Die Gesamtwassermenge in jedem Gemisch betrug etwa 1,^ %, bezogen auf das Sandgewicht·
In den Beispielen 2 und ^ wurden das Schaumbildungsmittel
und der Katalysator zuerst, gründlich durch eine Schaufelmischvorrichtung
für 2 \l? Minuten vermischt, wonach die wässrige Phase aufgeschäumt und das (Jemisch strömungsfähig
ist, und anschließend wurden das Bindemittel und das Silan
hinzugefügt und mit. der Schaufelmischvorrichtung für eine
weitere Minute vermischt, wonach die Viskosität gemessen und das Gemisch ir. die Form odor den Kern gegossen und dem
Abbinden überlassen wurde. Bei ρ ie Ie 1 bis 5 wurden in der
gleichen Art ausgeführt, aul.'.er daii das Bindemittel, das
Si lan und das Schaumbildungsreagenz mit dem Sand in der
anfänglichen 2 112-Minuten-Mischdauer vermischt wurden und
das Härtungsmittel für die letzte Minute des Vermischens
hinzugefügt wurde. Die erhaltenen Ergebnisse sind in Tabelle 1 aufgeführt.
Ein Vergleich des Beispiels 1 mit ? und ein Vergleich der
Beispiele 3 mit 4 zeigt, daß dadurch, daß der Katalysator zum Schluß hinzugefügt wird, anstatt am Anfang, der Viskositätswert
in diesen Beispielen fast halbiert wird; dieses ist ein Anzeichen für die profte Steigerung der erfindungsgemäß
erhältlichen Strömungsfähigkeit.
Bindemittel ( g % |
1 1 1 1 |
.787b .7875 .75 .7') |
B) | I1ABHLLF. | I | o.9()?5 ο.9625 o.9 ο ,9 |
(F) | Reihenfol ge der Zu gabe |
Viskosität | |
71.5 71.5 7o 7o |
HU | 32 | B + F;C F+C;B F+C;B |
13 1/2 26 15 28 |
||||||
Bei spiel |
98 | Schaumbildner g |
||||||||
1 2 3 H |
58.'j 38.'; |
|||||||||
24/06 | ||||||||||
Bei jedem der Beispiele 1 bis 1I wurde die Zusammensetzung
in eine Form gegossen und nach dem Aushärten in der Form wurde ein Produkt erhalten, das eine gute Druckfestigkeit
und ein sehr gutes Oberflächenfinish besitzt, jedoch eine
niedrige Dichte aufweist.
h kg Chelford-5o-Sand wurden mit dem in Beispiel 1 verwendeten
Bindemittel und mit einem Schaumbildner sowie einer Säure in der Menge und der Reihenfolge, die in Tabelle II
angegeben ist, in dem oben beschriebenen Gefäß vermischt und die Viskosität dieses Gemisches wurde wie ouen beschrieben
gemessen. Die Säure (C) wurde mit dem Sand und dem Schaumbildner (F) vermischt, bevor das Bindemittel (B), C und F
dadurch eingeführt wurden, daß 2 1/2 %, bezogen auf Sand, einer MoXigen Mischung einer 27Xigen Feststofflösung von
Schaumbildner, 5o % einer 67%igen Feststoff-Paratoluolsulfonsäure,
8 % einer 77Xigen Schwefelsäure und 1,4 X
Wasser hinzugefügt wurden, wobei 1,75 % Bindemittel nach 2 1/2 Minuten hinzugefügt wurde und das Produkt für weitere
1 1/2 Minuten vermischt wurde. Wenn das Bindemittel und der Schaumbildner zuerst zugegeben wurden, wurden 7o g (1,75 X)
Bindemittel und 4o g (1 X ) des oberflächenaktiven Mittels hinzugefügt und nachdem 2 1/2 Minuten vermischt wurde, wurden
6o g (1 1/2X) der gleichen Säuremischung hinzugefügt und die Mischung wurde für weitere 1 1/2 Minuten vermischt.
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-At -
TABFLLF II
Bei spiel |
Schaumbildner | He iheni'olge der Zugabe |
Viscosität | Stabilität des Schaumes |
5 | Cordanol ShL | B+F;C | 77 | instabil |
6 | Il | c; + F ; B | nicht fluid | |
7 | Armac C | B+F;C | 35 | instabil |
8 | Il | C* K; 15 | 151/2 | stabiler |
9 | Armeen 121) | B + K;C | 19 | instabil |
Io | I! | C+F;B | 16 | stabiler |
11 | Lorapon ΛΜ Bl5 | B + F;C | 16 1/2 | stabil |
12 | tt | C*F;H | 2o % | stabil |
13 | tmpicol FS B3 | B + F;C | 48 | stabil |
14 | Il | C + F ;B | 58 | weniger stabil |
15 | Fmpimin KSN 27 | B+ F; C | 13 1/2 | stabil |
16 | It | C + F;B | 18 1/2 | stabil |
CordanoL SBL 35 ist ein Fettsäure-Alkalnolamid-Sulphosuccinat.
Armac C ist ein Acetatsalz eines CV -C.Q-Kokosnußamins.
ο Io
Armeen 12 Ü ist ein 97Xiges Laurylamin.
Lorapon AM B13 ist ein Cocoamido-Alkyl-Betain.
Empicol ES B3 ist ein natriumäthoxylierter Laurylalkohol.
Empimin KSN 27 ist ein Natriumlauryläthersulfat.
Nachdem das Produkt der Beispiele 15 und 16 eingegossen und ausgehärtet worden ist, besaß es eine ausgezeichnete Festigkeit,
es ist jedoch eindeutig, daß das Beispiel 15 das Gemisch mit der größten Strömungsfähigkeit ergab.
Beispiele 5, 7 und 9 verwendeten Oberflächenbehandlungsmittel
und die Reihenfolge des Vermischens, wie sie in den Beispielen
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12 und 13 der UB-PS 1 U30 8Ml vorgeschlagen worden ist,
welches die einzigen Offenbarungen sind, die wir kennen, die die Zugabe eines Härtungsmittels zu einer vorgeformten
strömungsfähigen Mischung von Sand und einer geschäumten
Phase, die Schaumbildner und Bindemittel enthält, zeigen,
jedoch wird aus jedem dieser Beispiele deutlich, daß das strömungsfähige Gemisch tatsächlich instabil, wie oben beschrieben,
war. Dieses kann auch nur erwartet werden, da es selbstverständlich ist, daß die GB-PS 1 Oo 84l ausschließlich
instabile Schäume betrifft, ebenso wie es erforderlich ist, daß der Schaum im wesentlichen vollständig zusammenfällt,
bevor der Sand abzubinden beginnt. Beispiel 6 zeigt, daß, wenn die Reihenfolge des Vermischens in Beispiel
b umgekehrt wird, eine nicht-fluide Mischung erhalten
wird, während Beispiel 8 und Io zeigen, daß, wenn die Reihenfolge des Vermischens in den Beispielen 7 bzw. 9 umgekehrt
wird, ein stabilerer Schaum erhalten wird, der eine größere Strömungsfähigkeit als die Mischungen in den
Beispielen 7 und 9 besitzt, d.h. die Zugabe des Härtungsmittels zu einer vorgeformten fluiden Mischung die
Strömungsfähigkeit der Mischung verringert, wohingegen bei den erfindungsgemäßen stabilen Schäumen die Zugabe die
Strömungsfähigkeit des Gemisches erhöht. In Beispiel 5
war die Strömungsfähigkeit des Systems so niedrig, daß die Form geschüttelt werden mußte. Beispiele 11 bis l6 ergeben
sämtlich stabile Schäume und in jedem Fall wird deutlich, daß ein stabileres Gemisch erhalten wird, wenn
das Härtungsmittel zuletzt hinzugefügt wird, im Gegensatz dazu, wenn es zuerst hinzupefügt wird.
In diesem Versuch wird Beispiel 13 der GB-PS 1 Ί30 8Hl
genauer wiederholt als in den vorangehenden Beispielen.
809824/0632
- Jo -
Die Gemische wurden gebildet, indem die gleiche Technik
wie oben erwähnt aus folgender Rezeptur verwendet wurde:
^o Teile Sand
1 Teil Bindemittel (Ub% Harnstoffformaldehyd-Harz
plus bb % Furfurylalkohol)
1 Teil Katalysator (lH % Phosphorsäure, 18 %
Schwefelsäure, bü % Wasser)
υ.ο5 Schaumbildner
o.ob Wasser
o.ob Wasser
In den Versuchen A und B war der Schaumbildner Laurylamin·
Acetat (Armac C) während in den Versuchen B und C der Schaumbildner 97Xiges Laurylamin (Armeen 12D) war. Die
Ergebnisse sind wie folgt:
Versuch | A | Reihenfolge des Vermischens | Viskosität | 1/2 |
17 | B | B+F;C | 39 | 1/2 |
17 | C | C + F;B | 31 | 1/2 |
17 | D | B +F;C | 31 | |
17 | C + F;B | 26 |
In sämtlichen Fällen war der Schaum instabil und die Zugabe
des Härtungsmittels zum Schluß, anstelle es vor dem Bindungsmittel zuzugeben, machte das Gemisch weniger strömungsfähig.
In diesen Beispielen wurden das Bindemittel und der Schaum-
80982^/0632
bildner sowie die Vorrichtung, wie sie im wesentlichen
im Beispiel 1 beschrieben sind, verwendet; der Katalysator war Para-Toluolsulfonsäure und die Druckfestigkeit nach
24 Stunden wurde in pounds per square inch aufgezeichnet.
Im Beispiel 18 wurde das Bindungsmittel zum Schluß hinzugefügt, während in den Beispielen 19 bis 21 das Härtungsmittel
zum Schluß hinzugefügt wurde, wobei die Menge des Schaumbildners und des Härtungsmittels in den Beispielen
19 und 2o verringert wurde und in Beispiel 21 die Menge des Bindemittels ebenfalls reduziert wurde. Die
Ergebnisse sind in Tabelle IV zusammengestellt. In Beispiel 8 beträgt die Wassermenge im Gemisch etwa 1,4 %\
sie beträgt in den anderen Beispielen jedoch ungefähr 0,9 bis 1,2 %.
3eispiel | 18 | 19 | 2o | 21 |
Bindemittel Schaumbildner Säure Para-Toluolsulfonsäure |
1.75 % l.o 1.5 C+F;B |
1.75 o.6 l.o B + P;C |
1.75 o.7 l.o B+P;C |
1.5 o.8 l.o B+F;C |
Viskosität | 21 3/4 | 23 | 18 1/2 | 17 |
Druckfestigkeit | 32o | 37o | 35o | 32o |
Beispiel 19 zeigt, daß es durch erfindungsgemäßes Vermischen möglich ist, eine äußerst große Verringerung in der Menge
des Schaumbildners und des Härtungsmittels zu erreichen, wobei nur ein äußerst geringer Anstieg in der Viskosität
809824/0632
2752609
und jedoch ein bedeutender Anstieg in der Druckfestigkeit auftritt, während die Beispiele 2o und 21 zeigen, daß
man bei einer etwas geringeren Abnahme in der Menge des Schaumbildners einen wünschenswerten Viskositätsabfall
und eine verbesserte Druckfestigkeit erhalten kann, oder mit weniger Bindungsmittel eine gleiche Druckfestigkeit
bei noch größerer Viskositätsverringerung erhalten kann.
809824/06
Claims (12)
1. Verfahren zum Herstellen einer Gußform oder eines Kernes, dadurch gekennzeichnet, daß ein strömungsfähiges
Gemisch gebildet wird, das vor dem Abbinden gegen Zusammenfallen widerstandsfähig ist und einen Formsand
sowie eine geschäumte wässrige Phase, enthaltend ein Harzkondensat, einen Schaumbildner und ein saures Härtungsmittel,
umfaßt,
daß das strömungsfähige Gemisch in eine Form oder einen
Kernkasten gegossen wird und sich das Gemisch abbindet, wobei das fluide Gemisch dadurch hergestellt wird,
daß eine strömungsfähige Mischung aus Sand und einer
geschäumten wässrigen Phase gebildet wird, die das
809824/0632
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Harzkondensat und den Schaumbildner enthält und anschließend
dazu das saure Härtungsmittel zugemischt wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Schaumbildner aus Fettsäureamidalkylbetainen,
substituierten Imidazolinen und Lauryläthersulfaten ausgewählt wird.
3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Schaumbildner ein Natriumlauryläthersulfat ist,
das 3 Äthoxygruppen enthält, wobei der Laurylanteil auf einem engen Fraktionsschritt (narrow cut) von
Laurylalkohol basiert.
4. Verfahren nach einem oder mehreren der vorstehenden
Ansprüche l bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Härtungsmittel eine wässrige Lösung ist, die eine oder
mehrere Phosphorsäuren, p-Toluolsulfonsäure und Schwefel·
säure umfaßt.
5. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß Silan mit dem Sand und dem
Harzkondensat vermischt wird.
6. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das fluide Gemisch hergestellt wird, indem eine fluide
Mischung des Sandes und einer geschäumten wässrigen Phase gebildet wird, die bis zu 5 % eines wässrigen
Harzkondensates umfaßt, das 1 - 3o % Wasser und eine oligomere Form von Formaldehyd mit einem oder mehreren
Furfurylalkoholen, Phenol und Harnstoff, o,o5 - o,5 Gewjf eines Silane, bezogen auf das Gewicht des wässrigen
Harzkondensates, enthält, das die allgemeine Formel R1Si (OR)5 besitzt, worin R1 eine C3-C6 Alkylengruppe
809824/0632
ist, die an eine Amino-, Epoxy-, Mercapto-, Hydroxy-, Hydroxy-C.-Cgalkylamino-, Amino-C.-Cg alkylamino-,
Cp-Cg Alkenyl- oder eine Cp-Cg Alkenylcarboxy-Gruppe
gebunden ist und die Gruppen R gleich oder verschieden sein können und aus C.-CgAlkyl, C.-CgAlkoxy-substituierten C.-CgAlkyl und Natriumlauryläthersulfat ausgewählt
werden, und daß daran anschließend dazu das saure Härtungsmittel zugemischt wird.
7. Verfahren nach einem oder mehreren der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Wassermenge
im fluiden Gemisch 1 - 2 t beträgt.
8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Wassermenge 1,3 - 1,8 t beträgt.
9. Verfahren zum Herstellen einer Gußform oder eines Kerns, dadurch gekennzeichnet, daß ein strömungsfähiges
Gemisch gebildet wird, das vor dem Abbinden gegen Zusammenfallen widerstandsfähig ist und einen Formsand
sowie eine geschäumte wässrige Phase, enthaltend ein Harzkondensat, einen Schaumbildner und ein saures
Härtungsmittel, umfaßt, daß das strömungsfähige Gemisch
in eine Form oder einen Kernkasten gegossen wird und sich das Gemisch abbindet, wobei die gesamte Wassermenge im fluiden Gemisch o,9 - 1,5 % beträgt und das
Harzkondensat frei von Harnstoff ist und ein Kondensat von zwei oder mehreren Phenolen, Furfurylalkoholen
und Formaldehyd darstellt.
10. Verfahren nach Anspruch 9» dadurch gekennzeichnet, daß
die Wassermenge o,9 - 1,25 % beträgt.
11. Verfahren nach einem der Ansprüche 9 oder Io, dadurch
gekennzeichnet, daß Silan im Gemisch vorliegt.
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-H-
12. Verfahren nach einem der Ansprüche 9 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß das fluide Gemisch hergestellt wird,
indem eine fluide Mischung aus Sand und einer geschäumten wässrigen Phase gebildet wird, die das
Harzkondensat und den Schaumbildner umfaßt, und daß
dann dazu das saure Härtungsmittel zugemischt wird.
13· üußform oder Kern, dadurch gekennzeichnet, daß sie
bzw. er nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 1<? hergestellt worden ist.
809824/0632 Beschreibung:
Applications Claiming Priority (1)
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