FI89565C - Form- och kaernsand samt foerfarande foer tillverkning av densamma - Google Patents

Description

89565

Kaavaus- ja keemahiekka sekä menetelmä sen valmistamiseksi Form- och kämsand samt förfarande för tillverkning av densamma 5 Keksinnön kohteena on kaavaus- ja keemahiekka, joka on päällystetty sideaineella.

Keksinnön kohteena on myös menetelmä kaavaus- ja keemahiekan valmistamiseksi, jossa menetelmässä hiekka päällystetään sideaineella.

10 Metallien valamisessa käytettävien muottien ja keemojen valmistamiseksi tunnetaan ennestään useita eri menetelmiä. Näitä menetelmiä ovat mm. niin sanottu kuorimuotti-menetelmä sekä Hot Box -menetelmä. Kuorimuottimenetelmässä käytetään kuorimuot-tihiekkaa, joka on hiekan toimittajan toimesta valmiiksi hartsilla päällystettyä hiekkaa, joka hartsi lämmön vaikutuksesta polymerisoituu ja muodostaa sidoksen hiekkarakeiden 15 välille. Hot Box -menetelmässä puolestaan käytetään hiekkaa, johon ennen keeman tai muotin valmistusta lisätään hartsi sekä kovete, jolloin kuuma laatikko toimii hiekan kovettamisen kiihdyttimenä. Näitä menetelmiä ja niissä käytettäviä hiekkoja on aikaisemmin selostettu mm. teoksessa "Valimotekniikka", Autere, Ingman, Tennilä, 1986, sivut 172 ja 173. Näiden menetelmien ja niissä käytettävien hiekkojen erittäin 20 suurina haittoina ovat niiden eri prosessivaiheissa syntyvät kaasut, kuten esimerkiksi formaldehydi, fenoli, urea ja furfuryyli. Näitä haittapuolia on ennestään tutkittu varsin paljon ja niitä on selostettu mm. teoksissa: "Työhygieniset selvitykset valimoissa Hämeenläänin alueella vuosina 1986-89, yhteenveto", Rainer Schimberg, Tampereen Aluetyöterveyslaitos 1990 ja "STAUB Reinhaltung der Lulf", n:o 48, 1988, s. 189-195: 25 "Expositionssituation in Geissereien".

Kuten mm. näistä viitejulkaisuista käy selkeästi ilmi, ovat tällaiset kaasut haitaksi sekä . . työ- ja ympäristöhygienialle sekä sulassa tilassa olevalle materiaalille. Näissä menetel missä käytettävät hiekat ovat lisäksi pelkästään kertakäyttöhiekkoja, jolloin ne edellä 30 mainittuja aineita sisältävinä ovat vaikeasti yleisille kaatopaikoille sijoitettavissa, koska ne muodostavat mahdollisen ympäristöriskin.

2 89565

Muovikappaleiden valmistuksessa tunnetaan useita eri menetelmiä. Sellaisten muovikappaleiden valmistus, jotka sisältävät sisäpuolisia ja suljettuja muotoja, kuten esim. erilaiset säiliöt, pullot ja vastaavat, on ollut vaikeaa ja jopa mahdotonta, etenkin silloin mikäli valmiilta kappaleelta edellytetään erittäin tarkkoja mittoja tai mikäli kappaleet 5 eivät saa sisältää liitoksia, kuten liima- tai hitsaussaumoja, laippoja tai vastaavia. Myös vastapäästöjä sisältävien sisäpuolisten muotojen valmistus on ollut erittäin hankalaa. Yleensä tällaiset kappaleet onkin muovitekniikassa jouduttu valmistamaan useammasta osasta, jotka sittemmin on liitetty toisiinsa yhtenäisen kappaleen muodostamiseksi. Pitkien suorien reikien valmistus muovikappaleisiin niiden muun valmistuksen yhteydes-10 sä on myös ollut erittäin hankalaa. Nämä vaikeudet johtuvat pääasiassa siitä, että muoviteollisuudessa ei ole ollut käytettävissä sellaisia kohtuuhintaisia liukenevia keemoja, jotka muovien valmistuksessa mahdollistaisivat valimotekniikanomaisen teknologian.

15 Se, että metallien valmistuksessa käytettäviä menetelmiä ei ole osattu käyttää hyväksi muovikappaleiden valmistuksessa, johtuu pääasiassa siitä, että metallien ja muovien ominaisuudet poikkeavat niin ratkaisevasti toisistaan. Esimerkiksi keemojen poisto muovivaluista on huomattavan paljon ongelmallisempaa kuin metallivaluista, koska muovit eivät kestä sellaisia keemanpoistotekniikoita, joita yleisesti valimotekniikassa 20 tunnetaan ja käytetään. Näitä keemanpoistotekniikoita ovat mm. kolistus, täristys, sinkopuhallus, lämpökäsittelyt jne. Keemoja käytettäessä muovien valmistuksessa on ongelmana myös se, että muovit sulassa tilassa herkästi tunkeutuvat keemamateriaaliin.

Ennestään tunnetuista menetelmistä voidaan tässä yhteydessä mainita mm. sulakeema-25 tekniikka, jossa keemamateriaalina käytetään matalan sulamispisteen omaavaa metallile-jeerinkiä. Tämän menetelmän olennaisena haittapuolena on kuitenkin se, että käytetty keemamateriaali on erittäin kallista, joten menetelmää voidaan käyttää ainoastaan kalliiden erikoiskappaleiden valmistukseen. Keemamateriaali aiheuttaa myös määrätyt edellytykset tuotantolinjalle, mistä syystä johtuen valmistuskustannukset nousevat 30 entisestään. Toisessa ennestään tunnetussa menetelmässä käytetään liukenevaa muovikeemaa. Tässä menetelmässä keemamateriaalina käytetään mineraalilujitettua 3 39565 akryylihapon ja akryyliesterin sekapolymeeria. Eräänä ongelmana tässä menetelmässä on itse keeman valmistus. Myös tämä menetelmä on huomattavan kallis.

Nyt esillä olevan keksinnön päämääränä on saada aikaan sellainen kaavaus- ja 5 keemahiekka sekä menetelmä hiekan valmistamiseksi, joihin ei liity edellä kuvattuihin menetelmiin oleellisesti kuuluvia haittapuolia. Tämän toteuttamiseksi on keksinnön mukaiselle kaavaus- ja keemahiekalle pääasiassa tunnusomaista, että hiekan rakeet on päällystetty sellaisella alkalisilikaattisuolalla, joka kiteytyneenä sisältää stabiilin määrän kidevettä.

10

Keksinnön mukaiselle menetelmälle on puolestaan pääasiassa tunnusomaista, että hiekan rakeet päällystetään sellaisella alkalisilikaattisuolalla, joka kiteytyy siten, että se kiteytyneenä sisältää stabiilin määrän kidevettä.

15 Keksinnöllä saadaan aikaan ennestään tunnettuun tekniikkaan nähden merkittäviä etuja, joista voidaan tässä yhteydessä tuoda esiin mm. seuraavat. Keksinnön mukaisesti valmistetulla hiekalla, joka on normaalilämpötilassa kuivaa, kidevedellisellä suolalla päällystettyä hiekkaa, on erittäin hyvä juoksevuus, jolloin se täyttää ja kopioi hyvin monimutkaisenkin muotti- tai keemaonkalon. Keksinnön mukainen hiekka sisältää vain 20 epäorgaanisia aineita ja vettä, minkä ansiosta prosessissa haihtuu muotin tai keeman kovettamisvaiheessa pelkästään vettä. Haitallisia kaasuja ei kovettamisvaiheessa tai valuvaiheessa synny lainkaan. Keksinnön mukaisesti valmistettu sideaineella päällystetty hiekka säilyttää hyvin käyttöominaisuutensa pitkinäkin varastointiaikoina. Keksinnöllä saavutettavista lisäeduista voidaan esim. mainita se, että kuumentamalla massaa saadaan 25 siihen haluttaessa kosteutta. Kosteus syntyy kidevedellisen suolan sulamisesta. Valun jälkeen keema tai muotti on helposti purettavissa liuottamalla se vedellä tai mekaanisesti purkamalla. Käytetty ja purettu kaavausmassa voidaan tarvittaessa kokonaan tai osittain käyttää uudelleen, jolloin siitä ei vastaavassa määrin synny kaatopaikkajätettä kuin ennestään tunnetuissa menetelmissä. Yllä mainittujen etujen lisäksi saavutetaan 30 keksinnöllä muovituotteiden valmistukseen nähden mm. se, että keksinnön mukaisella menetelmällä valmistetusta kaavaus- ja keemahiekasta saadaan muotit ja keemat 4 89565 muodostettua olennaisesti yksinkertaisemmin ja pienemmin kustannuksin kuin aikaisemmin. Keksinnön muut edut ja ominaispiirteet käyvät ilmi jäljempänä seuraavasta keksinnön yksityiskohtaisesta selostuksesta.

5 Keksinnön mukaisessa hiekassa voidaan rakeina käyttää esim. kvartsihiekkaa, joskin myös muut rakeet ovat keksinnössä käyttökelpoisia. Kaavaushiekan rakeet päällystetään sellaisella alkalisilikaattisuolalla, joka kiteytyy siten, että se kiteytyneenä sisältää kidevettä. Hiekan sekaan sekoitetaan näin ollen kuumana määrätyssä lämpötilassa omaan kideveteensä liuennutta sellaista alkalisilikaattisuolaa, joka sisältää stabiilin 10 määrän kidevettä. Näitä suoloja voivat olla esim. orto-, meta- tai muut alkalisilikaatit. Näistä suoloista voidaan esimerkkinä mainita natriummetasilikaatti Na2 Si03.5H2Of jonka sulamispiste on 71,8°C tai Na2 Si03.9H20, jonka sulamispiste on 47°C. Suola ensin liuotetaan omaan kideveteensä kuumentamalla se yli sulamispisteensä olevaan lämpötilaan. Tätä sulaa suolaliuosta lisätään haluttavasta lujuudesta riippuen yleensä 15 2-10 paino-% kaavausrakeen määrästä. Sulan suolaliuoksen lisäyksen aikana ja sen jälkeen massaa sekoitetaan, kunnes se on jäähtynyt niin paljon, että sulanut kidevesi kiteytyy uudestaan ja samalla kaavausmassa palautuu kuivaan olotilaan, jolloin jatkuvan sekoituksen vuoksi yksittäiset rakeet pysyvät erillään toisistaan ja tulevat päällystetyiksi kiteytyneellä kideveden sisältävällä sideaineella. Tuloksena on näin ollen täysin 20 kuiva irtonainen, sideaineella päällystetty kaavaushiekka, joka ei sisällä liuosvettä.

Yllä kuvatulla tavalla valmistettu hiekka voidaan kovettaa kuorimuottikoneessa tapahtuvan sullonnan, keematykillä ammunnan tai muun sullonnan jälkeen muotti- tai keema-onkalossa tuomalla sullottuun sideaineistettuun massaan lämpöenergiaa. Lämpöenergia 25 voidaan massaan tuoda joko kuuman muotin, mikroaaltojen tai muun menetelmän avulla. Tällöin hiekka ensin kostuu, ts. kidevedellinen suola sulaa muodostaen suolaliuoksen rakeiden väliin ja kuumennuksen jatkuessa vesi, joka oli sideaineen sisältämää kidevettä, höyrystyy liuoksesta kokonaan tai osittain ja suola kiteytyy kaavaushiekan rakeiden väliin muodostaen muotin tai keeman koossapitävät sidokset. Kuivumisen 30 jälkeen muotti tai keerna on valmis irrotettavaksi laatikosta ja on valmis jatkokäsittelyyn.

5 89565

Edellä on keksintöä selitetty esimerkin avulla esittämällä hiekan valmistuksesta ja hiekan koostumuksesta yksi edullinen esimerkki. Tulee kuitenkin ymmärtää, että myös muut vaihtoehdot ovat mahdollisia ja niinpä keksinnön eri suoritusmuotoja voidaan vaihdella oheisissa patenttivaatimuksissa määritellyn keksinnöllisen ajatuksen puitteissa.

5

Claims (7)

1. Kaavaus- ja keernahiekka, joka on päällystetty sideaineella, tunnettu siitä, että hiekan rakeet on päällystetty sellaisella alkalisilikaattisuolalla, joka kiteytyneenä 5 sisältää stabiilin määrän kidevettä.

2. Patenttivaatimuksen 1 mukainen hiekka, tunnettu siitä, että sideaineena käytetty alkalisilikaattisuola on orto-, meta- tai muu alkalisilikaatti.

3. Patenttivaatimuksen 1 tai 2 mukainen hiekka, tunnettu siitä, että sideaineena käytetty alkalisilikaattisuola on 5-kidevetistä tai 9-kidevetistä natriummetasilikaattia (Na2 Si03.5H20 tai Na2 Si03.9H20).

4. Jonkin edellisen patenttivaatimuksen mukainen hiekka, tunnettu siitä, että 15 hiekka sisältää haluttavasta lujuudesta riippuvan määrän alkalisilikaattisuolaa, edullisesti noin 2-10 paino-% kaavausrakeen määrästä.

5. Menetelmä kaavaus- ja keernahiekan valmistamiseksi, jossa menetelmässä hiekka päällystetään sideaineella, tunnettu siitä, että hiekan rakeet päällystetään 20 sellaisella alkalisilikaattisuolalla, joka kiteytyy siten, että se kiteytyneenä sisältää stabiilin määrän kidevettä.

6. Patenttivaatimuksen 5 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että sideaineena käytetty alkalisilikaattisuola kuumennetaan yli sulamispisteensä olevaan lämpötilaan 25 mainitun suolan sulattamiseksi omaan kideveteensä ja aikaansaatu kuuma liuos lisätään hiekan sekaan seosta koko ajan sekoittaen, kunnes kidevedellinen suola kiteytyy uudelleen kaavausrakeiden pinnalle massan jäähtyessä.

6 39565

7. Patenttivaatimuksen 5 tai 6 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että hiekkaan 30 lisätään haluttavasta lujuudesta riippuva määrä alkalisilikaattisuolaa, edullisesti noin 2-10 paino-% kaavausrakeen määrästä. 7 39565