PT1802409E - Mistura de material para produzir moldes para fundição de metal - Google Patents

Description

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DESCRIÇÃO

"MISTURA DE MATERIAL PARA PRODUZIR MOLDES PARA FUNDIÇÃO DE METAL" A invenção refere-se a uma mistura para moldes destinada a produzir moldes para fundição de metal que compreende pelo menos uma matéria-prima em molde refractário que é capaz de fluir como pó e um liqante baseado em vidro solúvel. A invenção refere-se ainda a um processo para produzir moldes para fundição de metal usando a mistura para moldes e também um molde para fundição obtido pelo processo.

Os moldes para produzir corpos de metal são produzidos essencialmente em duas formas. Um primeiro grupo é formado por núcleos ou moldes. 0 molde para fundição que é essencialmente o negativo da fundição a ser produzida é montado a partir destes. Um segundo grupo é formado por corpos ocos, conhecidos como alimentadores, que actuam como reservatórios de equilíbrio. Estes recebem o metal liquido, com medidas apropriadas que asseguram que o metal se mantém em fase liquida por mais tempo do que o metal que está presente no molde para fundição e que forma o molde negativo. Quando o metal solidifica no molde negativo, mais metal liquido pode fluir do reservatório de equilíbrio para compensar a contracção do volume que ocorre na altura da solidificação do metal. 2 ΡΕ1802409

Os moldes para fundição compreendem um material refractário, por exemplo, areia de sílica, cujos grãos são ligados em conjunto por meio de um ligante adequado depois da desmoldagem do molde para fundição, de maneira a assegurar resistência mecânica suficiente do molde para fundição. Assim, uma matéria-prima para molde refractário que tenha sido tratada com um ligante adequado é usada para produzir moldes para fundição. A matéria-prima para molde refractário está, preferivelmente, numa forma que é capaz de fluir como pó, de maneira a poder ser introduzida num molde oco adequado e aí consolidada. 0 ligante produz uma coesão firme entre as partículas da matéria-prima no molde, de maneira a conferir ao molde para fundição a estabilidade mecânica necessária.

Os moldes para fundição têm de satisfazer vários requisitos. No próprio processo de fundição têm, em primeiro lugar, de ter suficiente estabilidade e resistência térmica para acomodarem o metal líquido no espaço oco formado por um(a) ou mais (peças de) moldes para fundição. Depois do começo da solidificação, a estabilidade mecânica do molde para fundição é assegurada por uma camada de metal solidificado que se forma ao longo das paredes do espaço oco. 0 material do molde para fundição tem então que se decompor sob a acção do calor libertado pelo metal, de maneira a perder a sua resistência mecânica, isto é, perde-se a coesão entre as partículas individuais do material refractário. Isto consegue-se, por exemplo, pela decomposição do ligante sob a acção do calor. Depois de 3 ΡΕ1802409 arrefecer, a fundição solidificada é abanada e, no caso ideal, a matéria dos moldes para fundição desintegra-se novamente para deixar uma areia fina que pode ser vazada dos espaços vazios do corpo de metal formado.

Para produzir moldes para fundição, é possível usar ligantes quer orgânicos quer inorgânicos, que podem, em qualquer dos casos, ser curados por processos a frio ou a quente. 0 termo processos a frio é usado para referir processos que sejam essencialmente efectuados a temperatura ambiente sem aquecimento do molde para fundição. Neste caso, a cura ocorre usualmente por meio de uma reacção química que é, por exemplo, despoletada por um gás que passa como catalisador através do molde a ser curado. Em processos a quente, a mistura para moldes é, depois de conformada, aquecida até uma temperatura que seja suficientemente alta para, por exemplo, fazer com que o solvente presente no ligante seja extraído ou para iniciar uma reacção química por meio da qual o ligante é curado, por exemplo, por ligação cruzada.

Presentemente, os ligantes orgânicos em que a reacção de cura é acelerada por um catalisador gasoso, ou em que a reacção seja iniciada por um endurecedor gasoso, são frequentemente usados para produzir moldes para fundição. Estes processos são referidos como processos de "caixa fria".

Um exemplo da produção de moldes para fundição 4 ΡΕ1802409 usando ligantes orgânicos é o processo de caixa fria de Ashland. Neste, usa-se um sistema de dois componentes. 0 primeiro componente compreende a solução de um poliol, usualmente uma resina fenólica. 0 segundo componente é a solução de um poli-isocianato. Assim, de acordo com a Pat. U.S. No. 3 409 579 A, a reacção dos dois componentes do ligante de poliuretano é provocada pela passagem de uma amina terciária através da mistura de matéria-prima e ligante no molde depois de conformada. A reacção de cura dos ligantes de poliuretano é uma poliadição, isto é, uma reacção sem a eliminação de subprodutos tais como água. Outras vantagens deste processo de caixa fria incluem boa produtividade, exactidão dimensional dos moldes para fundição e boas propriedades técnicas tais como resistência dos moldes para fundição, tempo de processamento da mistura de matéria-prima e ligante para molde, etc.

Os processos orgânicos de cura a quente incluem o processo de caixa quente baseado em resinas fenólicas ou furânicas, o processo de caixa morna baseado em resinas furânicas e o processo de Croning baseado em resinas fenólicas de novolak. Tanto no processo de caixa quente como no processo de caixa morna, as resinas liquidas são processadas em conjunto com um endurecedor latente que só actua a temperatura elevada para produzir uma mistura para moldes. No processo de Croning, matérias-primas para molde tais como areias de silica, areias de minério de crómio, areias de zircão, etc., são rodeadas, a uma temperatura desde cerca de 100 até 160°C, por uma resina de fenol 5 ΡΕ1802409 novolak que é liquida a esta temperatura. Adiciona-se hexametilenotetramina como parceiro de reacção para cura futura. Nas tecnologias de cura a quente atrás referidas, a conformação e a cura dão-se em ferramentas que podem ser aquecidas e que o são a uma temperatura de até 300°C. Independentemente do mecanismo de cura, todos os sistemas orgânicos se podem decompor termicamente quando o metal liquido é introduzido no molde para fundição e no processo, libertam substâncias prejudiciais tais como benzeno, tolueno, xilenos, fenol, formaldeido e produtos de fissuração mais elevada, alguns dos quais não estão identificados. Embora várias medidas tenham permitido que estas emissões sejam minimizadas, não podem ser completamente evitadas quando se usam ligantes orgânicos. No caso de sistemas híbridos inorgânicos-orgânicos que, como acontece com, por exemplo, os ligantes usados no processo de resol-CCU, contêm uma proporção de compostos orgânicos, essas emissões indesejáveis também ocorrem durante a fundição dos metais.

Para evitar a emissão de produtos de decomposição durante o processo de fundição, é necessário usar ligantes que são baseados em materiais inorgânicos ou contêm, no máximo, uma proporção muito pequena de compostos orgânicos. Esses sistemas ligantes são conhecidos há relativamente muito tempo. Foram desenvolvidos sistemas ligantes que podem ser curados por introdução de gases. Um sistema desse tipo está descrito, por exemplo, no pedido GB 782 205 no qual um vidro solúvel de metal alcalino que pode ser curado 6 ΡΕ1802409 por introdução de CO2 é usado como ligante. 0 pedido DE 199 25 167 descreve uma composição alimentadora exotérmica que contém um silicato de metal alcalino como ligante. Além disso, foram desenvolvidos sistemas ligantes que são auto-curáveis a temperatura ambiente. Um sistema desse tipo baseado em ácido fosfórico e óxidos de metal está descrito, por exemplo, na Pat. U.S. n° 5 582 232. Finalmente, sistemas ligantes inorgânicos que são curados a temperaturas relativamente elevadas, por exemplo, numa ferramenta quente, também são conhecidos. Esses sistemas ligantes de cura a quente são, por exemplo, conhecidos da Pat. U.S. n° 5 474 606 na qual é descrito um sistema ligante compreendendo vidro solúvel de metal alcalino e silicato de alumínio.

Comparados com os ligantes orgânicos, os ligantes inorgânicos têm a desvantagem de os moldes para fundição produzidos a partir dos mesmos terem resistências relativamente baixas. Isto passa a ser particular e claramente aparente imediatamente depois de se retirar o molde para fundição da ferramenta. Contudo, nesta altura uma boa resistência é particularmente importante para a produção de corpos complicados, com paredes finas, e para os manusear com segurança. A razão de uma fraca resistência é, em primeiro lugar e sobretudo, porque os moldes para fundição ainda contêm água residual do ligante. Tempos de residência mais longos na ferramenta quente fechada só ajudam até certo ponto, porque o vapor de água não pode sair numa medida suficiente. Para se conseguir uma secagem 7 ΡΕ1802409 muito completa dos moldes para fundição, o pedido WO 98/06522 propõe deixar a mistura para moldes, depois de desmoldada, numa caixa de núcleos aquecida só até se formar uma casca dimensionalmente estável e capaz de suportar carga do lado de fora Depois da abertura da caixa de núcleos, o molde é retirado e, subsequentemente, é completamente seco sob a acção de microondas. Contudo, a secagem adicional é complicada, aumenta o tempo de produção dos moldes de fundição e contribui consideravelmente, não menos devido aos custos de energia, para tornar o processo de produção mais caro.

Outro ponto fraco dos ligantes inorgânicos conhecidos até aqui é o de que os moldes para fundição produzidos com os mesmos têm uma reduzida estabilidade em relação à humidade atmosférica. O armazenamento de corpos conformados durante um período relativamente longo, como é habitual no caso dos ligantes orgânicos, não é, portanto, uma possibilidade fiável. O pedido EP 1 122 002 descreve um processo que é adequado para produzir moldes para fundição, para a fundição de metal. Para produzir o ligante, um hidróxido de metal alcalino, em particular hidróxido de sódio, é misturado com um óxido de metal em partículas que pode formar um metalato na presença do hidróxido de metal alcalino. As partículas são secas depois de uma camada do metalato ter sido formada no exterior das partículas. No núcleo das partículas, mantém-se uma secção em que o óxido 8 ΡΕ1802409 de metal não foi reagido. Como óxido de metal, dá-se preferência ao uso de um dióxido de silício muito fino ou óxido de titânio ou óxido de zinco muito finos. 0 pedido WO 94114555 descreve uma mistura para moldes que é adequada para a produção de moldes para fundição e contém uma matéria-prima para molde refractário juntamente com um ligante que compreende um vidro de fosfato ou vidro de borato, contendo a mistura, adicionalmente, um material refractário muito fino. Como material refractário também é possível usar, por exemplo, dióxido de silício.

Uma mistura para moldes destinada a produzir moldes para a fundição de metal compreendendo uma matéria-prima para molde, um ligante baseado em vidro solúvel e uma proporção de um óxido de metal em partículas é conhecida do pedido JP 52-138434, que divulga o óxido de titânio, óxido de zinco, óxido ferroso e aluminossilicatos como óxidos de metal. 0 uso de dióxido de silício amorfo sintético como óxido de metal em partículas não é, contudo, conhecido na técnica anterior. 0 pedido EP 1 095 719 A2 descreve um sistema de ligante para areias para moldes destinado a produzir núcleos. 0 sistema de ligante baseado em vidro solúvel compreende uma solução de silicato de metal alcalino e uma base higroscópica, por exemplo, hidróxido de sódio, que é adicionado numa proporção de desde 1:4 até 1:6. 0 vidro 9 ΡΕ1802409 solúvel tem uma proporção de SÍO2/M2O desde 2,5 até 3,5 e um teor em sólidos desde 20 até 40%. Para obter uma mistura para moldes que é capaz de fluir como pó e poder também ser introduzida em moldes de núcleo complicado e também para controlar as propriedades higroscópicas, o sistema ligante contém uma substância activa à superfície tal como óleo de silicone com um ponto de ebulição de >250°C. O sistema de ligante é misturado com um sólido refractário adequado tal como areia de sílica e pode então ser disparado para dentro de uma caixa de núcleos por meio de uma máquina de disparar núcleos. A cura da mistura para moldes faz-se retirando a água ainda presente. A secagem ou cura do molde para fundição também pode ser efectuada por meio de microondas.

As misturas para moldes conhecidas até aqui para produzir moldes para fundição ainda podem ter propriedades melhoradas, por exemplo, no que respeita à resistência dos moldes para fundição produzidos e no que respeita à sua resistência à humidade atmosférica quando armazenados durante um período relativamente longo. Além disso, é desejável conseguir-se uma alta qualidade da superfície da fundição directamente depois da fundição, de maneira que o trabalho posterior da superfície possa ser efectuado com pouco esforço. É, portanto, um objecto da invenção fornecer uma mistura para moldes destinada a produzir moldes para a fundição de metal, que compreenda pelo menos uma matéria-prima para molde refractário e um sistema ligante que seja 10 ΡΕ1802409 baseado em vidro solúvel e torne possível produzir moldes para fundição que tenham elevada resistência tanto imediatamente depois de conformados como durante armazenamento prolongado.

Além disso, a mistura para moldes deveria fazer com que fosse possível produzir moldes para fundição por meio dos quais sejam produzidas fundições com uma qualidade superficial elevada, de maneira a minimizar o trabalho posterior das superfícies.

Este objecto consegue-se com uma mistura para moldes com as características da reivindicação 1. Modelos de realização vantajosos da mistura para moldes da invenção são o tema das reivindicações dependentes.

Surpreendentemente, descobriu-se que o uso de um ligante contendo tanto um vidro solúvel de metal alcalino como um óxido de metal em partículas, que é um dióxido de silício amorfo sintético em partículas, permite que a resistência dos moldes de fundição melhore significativamente tanto imediatamente após conformação e cura como também durante o armazenamento sob humidade atmosférica elevada. A mistura para moldes da invenção, destinada a produzir moldes para fundição de metal compreende, pelo menos: uma matéria-prima para molde refractário; e 11 ΡΕ1802409 um ligante à base de vidro solúvel.

Como matéria-prima para molde refractário, é possivel usar materiais habituais para produzir moldes para fundição. Materiais adequados são, por exemplo, areia de silica ou areia de zircão. Além disso, matérias-primas fibrosas para molde refractário tais como fibras de argila calcinada também são adequadas. Outras matérias-primas adequadas para moldes são, por exemplo, olivina, areia de minério de crómio e vermiculite.

Outros materiais que podem ser usados como matérias-primas para moldes refractários são materiais de moldagem sintéticos tais como esferas ocas de silicato de alumínio (conhecidas como microesferas) , contas de vidro, grânulos de vidro ou matérias-primas esféricas para moldes de cerâmica conhecidos sob o nome comercial "Cerabeads" ou "Carboaccucast". Estas matérias-primas esféricas para moldes cerâmicos contêm, por exemplo, mulite, α-alumina, β-cristobalite em várias proporções como minerais. Contêm óxido de alumínio e dióxido de silício como componentes significativos. Composições típicas contêm, por exemplo, A1203 e SÍO2 em aproximadamente proporções iguais. Além disso, outros constituintes também podem estar presentes em proporções de <10%, por exemplo, TÍO2, Fe203- O diâmetro das microesferas é preferivelmente inferior a 1000 pm, em particular inferior a 600 ym. Matérias-primas para moldes refractários produzidas sinteticamente tais como mulite (x AI2O3 * y SÍO2, onde x= 2 a 3, y = 1 a 2; fórmula ideal: 12 ΡΕ1802409 AI2SÍO5) também são adequadas. Estas matérias primas sintéticas para moldes não derivam de uma fonte natural e também podem ter sido sujeitas a um processo de conformação particular como, por exemplo, no caso da produção de microesferas de silicato de alumínio, contas de vidro ou matérias primas esféricas para moldes de cerâmica. Dá-se particular preferência ao uso de materiais de vidro como matérias-primas sintéticas para moldes refractários. Estas são, em particular, usadas quer como esferas de vidro quer como grânulos de vidro. Como vidro, é possível usar vidros convencionais, preferivelmente vidros que tenham um ponto de fusão elevado. É possível usar, por exemplo, contas de vidro e/ou grânulos de vidro produzidos a partir de vidro esmagado. Os vidros de borato são igualmente adequados. A composição desses vidros está indicada a título de exemplo na tabela que se segue. TABELA Composição dos vidros Constituinte Vidro Esmagado Vidro de Borato Si02 50-80% 50-80% AI2O3 0-15% 0-15% Fe203 <2% <2% M^O 0-25% 0-25% Mi20 5-25% 5-25% 13 ΡΕ1802409 TABELA (Cont.) Composição dos vidros Constituinte Vidro Esmagado Vidro de Borato B2O3 <15% Others <10% <10%

M11 Metal alcalino-terroso, por exemplo, Mg, Ca, Ba M1 Metal alcalino, por exemplo, Na, K

Contudo, além dos vidros indicados na tabela, também é possivel usar outros vidros cujo teor nos compostos atrás referidos esteja fora das gamas indicadas. Igualmente, é também possivel usar vidros especiais que contêm outros elementos ou óxidos dos mesmos além dos óxidos mencionados. 0 diâmetro das esferas de vidro é preferivelmente inferior a 1000 ym, em particular inferior a 600 ym.

Em experiências de fundição usando aluminio, descobriu-se que, quando se usam matérias-primas sintéticas para moldes, especialmente contas de vidro, grânulos de vidro ou microesferas, menos areia do molde se mantém aderida à superfície metálica depois da fundição do que quando se usa areia de silica pura. 0 uso de matérias-primas sintéticas para moldes torna portanto possivel a produção de superfícies de fundição mais lisas, de maneira 14 ΡΕ1802409 que o complicado trabalho posterior por jacto de areia seja necessário numa medida significativamente reduzida, se o for. Não é necessário que toda a matéria-prima do molde seja constituída por matérias-primas sintéticas para moldes. A proporção preferida de matérias-primas sintéticas para moldes é de pelo menos 3% em peso, particularmente preferível pelo menos 5% em peso, em particular pelo menos 10% em peso, preferivelmente pelo menos cerca de 15% em peso, particularmente preferivelmente pelo menos cerca de 20% em peso, baseado no peso total da matéria-prima para moldes refractários. A matéria-prima para moldes refractários é preferivelmente capaz de fluir como pó, de maneira que a mistura para moldes da invenção possa ser processada em máquinas convencionais de disparo de núcleos.

Como outro componente, a mistura para moldes da invenção compreende um ligante baseado em vidro solúvel. Como vidro solúvel é possível usar vidros solúveis convencionais como até aqui têm sido usados como ligantes em misturas para moldes. Estes vidros solúveis compreendem silicatos de sódio ou de potássio dissolvidos e podem ser preparados dissolvendo potássio vítreo e silicatos de sódio em água. O vidro solúvel tem, preferivelmente, uma proporção de SÍO2/M2O na gama de desde 1,6 até 4,0, em particular desde 2,0 até 3,5, onde M é sódio e/ou potássio. Os vidros solúveis têm, preferivelmente, um teor em sólidos na gama desde 30 até 60% em peso. 0 teor em sólidos é 15 ΡΕ1802409 baseado na quantidade de S1O2 e M2O presentes no vidro solúvel.

De acordo com a invenção, a mistura para moldes contém uma proporção de um óxido de metal em partículas, que é um dióxido de silício amorfo sintético em partículas. 0 tamanho de partícula destes óxidos de metal é preferivelmente inferior a 300 ym, preferivelmente inferior a 200 ym, particularmente preferivelmente inferior a 100 ym. O tamanho de partícula pode ser determinado por análise de crivo. O resíduo que fica num crivo de malha com uma abertura de 63 ym é particularmente preferivelmente inferior a 10% em peso, mais preferivelmente inferior a 8% em peso.

Como dióxido de silício em partículas, dá-se preferência ao uso de sílica precipitada e/ou sílica pirogénica. A sílica precipitada é obtida por reacção de uma solução aquosa de silicato de metal alcalino com ácidos minerais. 0 precipitado obtido é subsequentemente separado, seco e moído. Para efeitos da presente invenção, as sílicas pirogénicas são sílicas que são obtidas por coagulação a partir da fase gasosa a temperaturas elevadas. A sílica pirogénica pode ser produzida, por exemplo, por hidrólise da chama de tetracloreto de silício ou num forno de arco eléctrico por redução de areia de sílica por meio de coque ou antracite para formar gás monóxido de silício seguido pela oxidação de dióxido de silício. As sílicas pirogénicas produzidas pelo processo de forno de arco eléctrico ainda 16 ΡΕ1802409 podem conter carbono. A sílica precipitada e a sílica pirogénica são igualmente adequadas para a mistura para moldes da invenção. Estas sílicas serão doravante referidas como "dióxido de silício amorfo sintético".

Os inventores partem do princípio de que o vidro solúvel fortemente alcalino pode reagir com os grupos silânicos presentes na superfície do dióxido de silício amorfo sintético e que a evaporação da água resulta na formação de uma forte ligação entre o dióxido de silício e o vidro solúvel então sólido. A mistura para moldes da invenção é uma mistura íntima de pelo menos os constituintes mencionados. Aqui, as partículas da matéria-prima para moldes refractários são preferivelmente revestidas com uma camada do ligante. A firme coesão entre as partículas da matéria-prima do molde refractário pode então ser conseguida por evaporação da água presente no ligante (cerca de 40-70% em peso, baseado no peso do ligante). 0 ligante, isto é, o vidro solúvel e o dióxido de silício amorfo sintético, está preferivelmente presente numa proporção inferior a 20% em peso na mistura para moldes. Se forem usadas matérias-primas maciças para moldes, por exemplo, areia de sílica, o ligante está preferivelmente presente numa proporção inferior a 10% em peso, preferivelmente inferior a 8% em peso, particularmente preferível inferior a 5% em peso. Se forem 17 ΡΕ1802409 usadas matérias-primas para moldes refractários que tenham baixa densidade, por exemplo, as microesferas ocas atrás descritas, a proporção de ligante aumenta correspondentemente. 0 dióxido de silicio amorfo sintético em particulas está, baseado no peso do ligante, preferivelmente presente numa proporção de desde 2 até 60% em peso, mais preferivelmente desde 3 até 50% em peso, particularmente preferivelmente desde 4 até 40% em peso. A proporção de vidro solúvel para dióxido de silicio amorfo sintético em particulas pode variar dentro de uma vasta gama. Isto oferece a vantagem de que a resistência inicial do molde para fundição, isto é, a resistência imediatamente a seguir à remoção da ferramenta quente, e a resistência à humidade poderem ser melhoradas sem que as resistências finais, isto é, as resistências depois do arrefecimento do molde para fundição, comparadas com um ligante de vidro solúvel sem dióxido de silicio amorfo, serem significativamente afectadas. Isto é especialmente de grande interesse na fundição de metais leves. Por um lado, são desejáveis resistências iniciais elevadas para permitir que o molde para fundição produzido seja transportado sem problemas ou seja montado com outros moldes para fundição, mas, por outro, a resistência final depois da cura não deveria ser demasiado elevada para evitar dificuldades com a decomposição do ligante depois da fundição, isto é, o material para moldes deveria ser capaz 18 ΡΕ1802409 de ser removido sem problemas dos espaços vazios do corpo fundido depois da fundição. A matéria-prima para moldes presente na mistura para moldes da invenção pode, num modelo de realização da invenção, conter pelo menos uma proporção de microesferas ocas. 0 diâmetro das microesferas ocas está normalmente na gama de 5 a 500 ym, preferivelmente na gama de 10 a 350 ym, e a espessura da concha está usualmente na gama de 5 a 15% do diâmetro das microesferas. Estas microesferas têm uma gravidade especifica muito baixa, de maneira que os moldes para fundição produzidos usando microesferas ocas têm pouco peso. A acção de isolamento das microesferas ocas é particularmente vantajosa. As microesferas ocas são portanto usadas para a produção de moldes para fundição particularmente quando estes devam ter maior acção de isolamento. Estes moldes para fundição são, por exemplo, os alimentadores descritos no início, que actuam como reservatório de equilíbrio e contêm metal líquido, sendo a intenção manter o metal num estado líquido até o metal introduzido no molde oco ter solidificado. Outro campo de aplicação dos moldes para fundição contendo microesferas ocas é, por exemplo, secções de um molde para fundição que correspondam a secções de paredes particularmente finas da fundição acabada. A acção de isolamento das microesferas ocas assegura que o metal não solidifica prematuramente nas secções de paredes finas bloqueando, assim, as vias no molde para fundição. 19 ΡΕ1802409

Se forem usadas microesferas ocas, o ligante é, devido à baixa densidade destas microesferas ocas, preferivelmente usado numa proporção preferivelmente inferior a 20% em peso, particularmente preferivelmente numa proporção de desde 10 até 18% em peso.

As microesferas ocas compreendem preferivelmente um silicato de alumínio. Estas microesferas ocas de silicato de alumínio têm, preferivelmente, um teor em óxido de alumínio superior a 20% em peso mas também podem ter um teor superior a 40% em peso. Essas microesferas ocas são comercializadas, por exemplo, pela Omega Minerais Germany GmbH, Norderstedt, sob os nomes comerciais Omega-Spheres® SG com um teor em óxido de alumínio de cerca de 28-33%, Omega-Spheres® WSG com um teor em óxido de alumínio de cerca de 35-39% e E-Spheres® com um teor em óxido de alumínio de cerca de 43%. Produtos correspondentes podem ser obtidos da PQ Corporation (EUA) sob o nome comercial "Extendospheres®".

Noutro modelo de realização são usadas, como matéria-prima para moldes refractários, microesferas ocas feitas de vidro.

Num modelo de realização particularmente preferido, as microesferas ocas compreendem um vidro de borossilicato. O vidro de borossilicato tem uma proporção de boro, calculada como B203 de mais de 3% em peso. A proporção de microesferas ocas é preferivelmente inferior a 20 ΡΕ1802409 20% em peso, baseada na mistura para moldes. Quando se usam microesferas ocas de vidro de borossilicato escolhe-se, preferivelmente, uma proporção reduzida. Esta é preferivelmente inferior a 5% em peso, mais preferivelmente inferior a 3% em peso e particularmente preferivelmente na gama de desde 0,01 até 2% em peso.

Tal como atrás mencionámos, a mistura para moldes da invenção contém, num modelo de realização preferido, pelo menos uma proporção de grânulos de vidro e/ou contas de vidro como matéria-prima para moldes refractários.

Também é possivel produzir a mistura para moldes como uma mistura para moldes exotérmica que é, por exemplo, adequada para produzir alimentadores exotérmicos. Para este efeito, a mistura para moldes contém um metal oxidável e um oxidante adequado. Baseados na massa total da mistura para moldes, os metais oxidáveis estão preferivelmente presentes numa proporção de desde 15 até 35% em peso. O oxidante é preferivelmente adicionado numa proporção de desde 20 até 30% em peso, baseado na mistura para moldes. Metais oxidáveis adequados são, por exemplo, aluminio e magnésio. Oxidantes adequados são, por exemplo, óxido de ferro e nitrato de potássio.

Ligantes que contêm água têm uma fluidez inferior à dos ligantes baseados em solventes orgânicos. Significa isto que ferramentas para moldes com passagens estreitas e um número de dobras podem ser preenchidas menos 21 ΡΕ1802409 prontamente. Como consequência, os moldes para fundição têm secções com consolidação insatisfatória, as quais, por sua vez, podem resultar em defeitos de fundição na fundição. Num modelo de realização vantajoso, a mistura para moldes da invenção contém uma proporção de lubrificantes do tipo plaquetas, em particular grafite ou M0S2. Descobriu-se, surpreendentemente, que quando esses lubrificantes, em particular a grafite, são adicionados, até podem ser produzidas formas complexas com secções de paredes finas, sendo que os moldes para fundição têm uma densidade uniformemente elevada e resistência total, de maneira que, essencialmente, não se observaram defeitos de fundição na fundição. A quantidade adicionada de lubrificante do tipo plaquetas, em particular a grafite, é preferivelmente desde 0,1% em peso até 1% em peso, baseado na matéria-prima para moldes.

Independentemente dos constituintes atrás referidos, a mistura para moldes da invenção pode compreender outros aditivos. Por exemplo, é possível adicionar ao molde agentes de libertação interna, para auxiliarem a libertação dos moldes de fundição da ferramenta para moldes. Agentes de libertação interna adequados para os moldes são, por exemplo, estearato de cálcio, ésteres de ácidos gordos, ceras, resinas naturais ou resinas alquídicas específicas. Além destes, também podem ser adicionados silanos à mistura para moldes da invenção. 22 ΡΕ1802409

Num modelo de realização preferido, a mistura para moldes da invenção contém, portanto, um aditivo orgânico que tem um ponto de fusão na gama de 40 a 180°C, preferivelmente desde 50 até 175°C, ou seja, é sólida a temperatura ambiente. Para efeitos da presente, os aditivos orgânicos são compostos cujo esqueleto molecular é predominantemente constituido por átomos de carbono, ou seja, por exemplo, polimeros orgânicos. A adição dos aditivos orgânicos permite que a qualidade da superficie da fundição seja ainda mais melhorada. A forma de acção dos aditivos orgânicos não tem sido elucidada. Contudo, sem pretender ficarmos ligados a esta teoria, os inventores partem do principio de que pelo menos parte dos aditivos orgânicos se queimam durante o processo de fundição e que uma fina almofada de gás é produzida entre o metal liquido e a formação sólida da parede do molde para fundição, evitando, assim, uma reacção entre o metal liquido e o material do molde. Além disto, os inventores partem do principio de que parte dos aditivos orgânicos formam uma fina camada de carbono brilhante sob a atmosfera de redução que prevalece durante a fundição e isto evita, igualmente, uma reacção entre o metal e o material do molde. Outro efeito vantajoso que pode ser conseguido pela adição dos aditivos orgânicos é um aumento na resistência do molde para fundição depois da cura.

Os aditivos orgânicos são preferivelmente adicionados numa quantidade de desde 0,01 até 1,5% em peso, em particular desde 0,05 até 1,3% em peso, particularmente 23 ΡΕ1802409 preferivelmente desde 0,1 até 1,0% em peso, em qualquer caso, baseado no material para moldes.

Surpreendentemente, descobriu-se que pode conseguir-se uma melhoria na superfície da fundição por meio de aditivos orgânicos muito diferentes. Aditivos orgânicos adequados são, por exemplo, resinas de fenol-formaldeído, tais como novolaks, resinas epóxicas como as resinas epóxicas de bisfenol A, resinas epóxicas de bisfenol F ou novolaks epoxidados, polióis tais como polietilenoglicóis ou polipropilenoglicóis, poliolefinas tais como polietileno ou polipropileno, copolímeros de olefinas tais como etileno ou propileno e outros comonómeros tais como acetato de vinilo, poliamidas tais como poliamida-6, poliamida-12 ou poliamida-6,6, resinas naturais tais como resina balsâmica, ésteres de ácidos gordos tais como palmitato de cetilo, amidas de ácidos gordos tais como etilenodiamina-biestearamida e também sabões metálicos tais como estearatos ou oleatos de metais bivalentes ou trivalentes. Os aditivos orgânicos podem estar presentes quer como substâncias puras ou como uma mistura de vários compostos orgânicos.

Num outro modelo de realização preferido, a mistura para moldes da invenção contém uma proporção de pelo menos um silano. Silanos adequados são, por exemplo, aminossilanos, epoxissilanos, mercaptossilanos, hidroxissi-lanos e ureídossilanos. Exemplos de silanos adequados são y-aminopropiltrimetoxissilano, y-hidroxipropiltrimetoxissi- 24 ΡΕ1802409 lano, 3-ureídopropiltrietoxissilano, y-mercaptopropiltri-metoxissilano, y-glicidoxipropiltrimetoxissilano, β-(3,4-epoxiciclo-hexil)trimetoxissilano and Ν-β-(aminoetil), γ -aminopropiltrimetoxissilano.

Baseado no óxido de metal em partículas é, tipicamente, efectuado a partir de cerca de 5-50% de silano, preferivelmente cerca de 7-45%, particularmente preferivelmente cerca de 10-40%.

Apesar das elevadas resistências que podem ser conseguidas usando o ligante de acordo com a invenção, os moldes para fundição produzidos usando a mistura para moldes da invenção, em particular os núcleos e os moldes, exibem boa desintegração depois da fundição, em particular no caso da fundição de alumínio. Contudo, o uso dos corpos conformados produzidos a partir da mistura para moldes da invenção, não se restringe à fundição de metais leves. Os moldes para fundição são adequados em geral para a fundição de metais. Esses metais são, por exemplo, metais não ferrosos tais como latão ou bronzes e também metais ferrosos. A invenção fornece ainda um processo para produzir moldes para a fundição de metal, nos quais é usada a mistura para moldes da invenção. O processo da invenção compreende os seguintes passos: produção da mistura para moldes atrás 25 ΡΕ1802409 descrita; moldagem da mistura para moldes; cura da mistura para moldes, por aquecimento da mistura para moldes, aquecendo a mistura para moldes para produzir o molde para fundição curado.

Na produção da mistura para moldes da invenção, a matéria-prima para moldes refractários é usualmente colocada, em primeiro lugar, num vaso de mistura e o ligante é então adicionado enquanto se agita. 0 vidro solúvel e o dióxido de silicio amorfo sintético podem, em principio, ser adicionados em qualquer ordem. Contudo, é vantajoso adicionar o componente liquido primeiro. A adição é efectuada com agitação vigorosa, de maneira que o ligante seja uniformemente distribuído na matéria-prima para moldes refractários e revista a última. A mistura para moldes é subsequentemente moldada na forma pretendida. São usados métodos convencionais para a moldagem. Por exemplo, a mistura para moldes pode ser disparada para dentro da ferramenta para moldes com o auxílio de ar comprimido por meio de uma máquina de disparo de núcleos. A mistura para moldes é subsequentemente curada por aquecimento para vaporizar a água presente no ligante. 0 aquecimento pode, por exemplo, ser efectuado na ferramenta para moldes. É possível curar o molde para fundição completamente na ferramenta para moldes mas também é possível curar apenas a região superficial do molde para 26 ΡΕ1802409 fundição, de maneira a conferir-lhe resistência suficiente para ser capaz de ser retirado da ferramenta para moldes. 0 molde para fundição pode então ser completamente curado retirando-lhe mais água. Isto pode ser efectuado, por exemplo, num forno. A extracção da água pode, por exemplo, ser também efectuada por evaporação da água sob pressão reduzida. A cura dos moldes para fundição pode ser acelerada soprando ar aquecido para dentro da ferramenta para moldes. Neste modelo de realização do processo, consegue-se a rápida remoção da água presente no ligante, o que, em resultado, confere resistência ao molde para fundição dentro de períodos adequados para uso industrial. A temperatura do ar soprado está preferivelmente entre 100°C e 180°C, sendo particularmente preferido entre 120°C e 150°C. A velocidade do fluxo do ar aquecido é preferivelmente marcada de maneira que a cura do molde para fundição se dê em períodos de tempo adequados para uso industrial. Os períodos de tempo dependem do tamanho dos moldes para fundição produzidos. Pretende-se que a cura seja efectuada num tempo inferior a 5 minutos, preferivelmente inferior a 2 minutos. Contudo, no caso de moldes para fundição muito grandes podem também ser necessários períodos mais longos. A remoção da água da mistura para moldes também pode ser efectuada por aquecimento da mistura para moldes por irradiação com microondas. Contudo, a irradiação com 27 ΡΕ1802409 microondas é preferivelmente efectuada depois de o molde para fundição ter sido retirado da ferramenta para moldes. Contudo, o molde para fundição tem de ter conseguido resistência suficiente para o permitir. Tal como atrás referimos, isto pode ser conseguido, por exemplo, por pelo menos uma concha exterior do molde para fundição que esteja a ser curada na ferramenta para moldes.

Como atrás indicámos, a fluidez da mistura para moldes da invenção pode ser melhorada pela adição de lubrificantes do tipo plaquetas, em particular grafite e/ou MoS2. Na produção da mistura para moldes, o lubrificante do tipo plaquetas, em particular a grafite, pode ser adicionado separadamente a partir dos dois componentes ligantes à mistura para moldes. Contudo, é igualmente possível misturar previamente o lubrificante do tipo plaquetas, em particular a grafite, com o dióxido de silício amorfo sintético em partículas e só então misturá-lo com o vidro solúvel e a matéria-prima para moldes refractários.

Se a mistura para moldes compreender um aditivo orgânico, a adição do aditivo orgânico pode, em princípio, ser efectuada em qualquer altura durante a produção da mistura para moldes. 0 aditivo orgânico pode ser adicionado puro ou na forma de uma solução.

Aditivos orgânicos solúveis em água podem ser usados na forma de uma solução aquosa. Se os aditivos 28 ΡΕ1802409 orgânicos forem solúveis no ligante e forem estáveis neste sem decomposição durante um número de meses, podem então ser dissolvidos no ligante e, assim, adicionados juntamente com este ao material para moldes. Aditivos insolúveis em água podem ser usados na forma de uma dispersão ou de uma pasta. As dispersões ou pastas contêm, preferivelmente água como solvente. Soluções ou pastas dos aditivos orgânicos podem, em principio, ser também produzidos em solventes orgânicos. Contudo, se for usado um solvente para a adição dos aditivos orgânicos, dá-se preferência ao uso de água.

Os aditivos orgânicos são preferivelmente adicionados como pós ou fibras curtas, sendo a média do tamanho de partícula do comprimento das fibras preferivelmente escolhido de maneira a não exceder o tamanho das partículas do material para moldes. Os aditivos orgânicos podem, particularmente preferivelmente, passar através de um crivo com uma malha cuja abertura seja de cerca de 0,3 mm. Para reduzir o número de componentes adicionados ao material para moldes, o óxido de metal em partículas e o aditivo ou aditivos orgânicos são preferivelmente não adicionados separadamente à areia do molde mas são previamente misturados.

Se a mistura para moldes contiver silanos, os silanos são usualmente incorporados no ligante antes de serem adicionados. Os silanos também podem ser adicionados ao material para moldes como um componente separado. Contudo, é particularmente vantajoso silanizar o óxido de 29 ΡΕ1802409 metal em partículas, isto é, misturar o óxido de metal com o silano, de maneira que a sua superfície seja revestida com uma fina camada de silano. Quando se usa o óxido de metal em partículas previamente tratado desta maneira, conseguem-se resistências superiores e também melhor resistência a uma humidade atmosférica elevada em comparação com o óxido de metal não tratado. Se, como se descreveu, for adicionado um aditivo orgânico à mistura para moldes ou ao óxido de metal em partículas, é vantajoso fazê-lo antes da silanização. 0 processo da invenção é, em princípio, adequado para produzir todos os moldes para fundição habituais para a fundição de metal, isto é, por exemplo, núcleos e moldes. Particularmente quando se adiciona matéria-prima de isolamento para moldes refractários, ou se adicionam materiais exotérmicos, à mistura para moldes da invenção, o processo da invenção é adequado para produzir alimentadores.

Os moldes para fundição produzidos a partir da mistura para moldes da invenção ou por meio do processo da invenção têm uma elevada resistência imediatamente a seguir a serem produzidos, sem que a resistência dos moldes para fundição depois da cura seja tão elevada que ocorram dificuldades na remoção do molde para fundição depois da produção da fundição. Além disso, estes moldes para fundição têm uma elevada estabilidade na presença de uma humidade atmosférica relativamente elevada, isto é, os 30 ΡΕ1802409 moldes para fundição podem ser armazenados sem problemas até durante um prazo relativamente longo. A invenção fornece, portanto, um molde para fundição que tenha sido obtido pelo processo da invenção atrás descrito. O molde para fundição da invenção é geralmente adequado para a fundição de metal, em particular fundição de metais leves. Resultados particularmente vantajosos são obtidos com a fundição de alumínio. A invenção está ilustrada a seguir com o auxílio de exemplos e com referência às figuras em anexo. Nas figuras: A fig. 1 mostra um corte transversal através de uma ferramenta para moldes usada para testar a fluidez; A fig. 2 mostra um corte transversal através de uma ferramenta para moldes que foi usada para testar a mistura para moldes da invenção.

EXEMPLO I

Influência do dióxido de silício amorfo sintético na resistência de corpos conformados usando areia de sílica como matéria-prima para moldes. 1. Produção e Teste da Mistura para Moldes 31 ΡΕ1802409

Para testar a mistura para moldes produziram-se barras de teste de Georg-Fischer. As barras de teste de Georg-Fischer são barras de teste cubóides com as dimensões de 150 mm x 22,3 6 mm x 20,3 6 mm. A composição da mistura para moldes está indicada na Tabela 1. Para produzir as barras de teste de Georg-Fischer, utilizou-se o seguinte processo: . os componentes indicados na Tabela 1 foram misturados numa misturadora de lâminas laboratorial (da Vogel & Schemmann Ag, Hagen, Alemanha). Para este efeito, a areia de silica foi primeiro colocada na misturadora e o vidro solúvel foi adicionado enquanto se agitava. Um vidro solúvel de sódio com proporções de potássio foi usado como o vidro solúvel. A proporção de SiCuiNúO, onde M é a soma de sódio e potássio, está portanto indicada nas tabelas que se seguem. Depois de a mistura ter sido agitada durante um minuto, o dióxido de silício amorfo, se for usado, (exemplos de acordo com a invenção) foi adicionado enquanto se continuou a agitar. A mistura foi subsequentemente agitada durante mais um minuto; as misturas para moldes foram transferidas para a tremonha de matéria-prima de uma máquina de disparo para caixa de núcleos quente H 2,5 de Rõperwerk Gieúreimaschinen GmbH, Viersen, Alemanha, cuja ferramenta para moldes foi aquecida até 200°C; 32 ΡΕ1802409 as misturas para moldes foram introduzidas na ferramenta para moldes por meio de ar comprimido (5 bares) e foram mantidas na ferramenta para moldes durante mais 35 segundos; para acelerar a cura das misturas, passou-se ar quente (2 bares, 120°C à entrada na ferramenta) através da ferramenta para moldes durante os últimos 20 segundos; A ferramenta para moldes foi aberta e as barras de teste foram retiradas.

Para determinar as resistências à flexão, as barras de teste foram colocadas num dispositivo de teste de resistência de Georg-Fischer equipado com um aparelho de dobragem em 3 pontos (DISA Industrie Ag, Schaffhausen, CH) e foi medida a força que conduziu à fractura das barras de teste.

As resistências à flexão foram medidas de acordo com o seguinte esquema: 10 segundos depois da remoção da ferramenta para moldes (resistência a quente); cerca de 1 hora depois da remoção da ferramenta para moldes (resistência a frio); 33 ΡΕ1802409 depois do armazenamento dos núcleos arrefecidos durante 3 horas num gabinete de atmosfera controlada a 25°C e 75% de humidade atmosférica relativa.

As resistências à flexão medidas estão resumidas na Tabela 2. TABELA 1 Composição das misturas para moldes Areia de Vidro Dióxido silica solúvel de H32 de metal silício alcalino amorfo 1.1 100 pep 2,5 pepa) - Comparação, não de acordo com a invenção 1.2 100 pep 2,5 pepb) - Comparação, não de acordo com a invenção 1.3 100 pep 2,5 pepc) - Comparação, não de acordo com a invenção 1.4 100 pep 2,5 pep a) 0,2 pepd) De acordo com a invenção LO \—1 100 pep 2,5 pepa) 0, 6 pepd) De acordo com a invenção ΡΕ1802409 34 TABELA 1 (Cont.) Composição das misturas para moldes Areia de sílica H32 Vidro solúvel de metal alcalino Dióxido de silício amorfo 1.6 100 pep 2,5 pep a) 1, 0 pep d) De acordo com a invenção 1.7 100 pep 2,5 pep a) 1,5 pep d) De acordo com a invenção 1.8 100 pep 2,5 pep b) 0,2 pep d) De acordo com a invenção 1.9 100 pep 2,5 pep d) 0,2 pep d) De acordo com a invenção 1.10 100 pep 2,5 pep a) 0,2 pep e) De acordo com a invenção 1.11 100 pep 2,5 pep a) 0,2 pep f) De acordo com a invenção a Vidro proporção de Si02:M20 b) Vidro proporção de Si02:M20 c) Vidro solúvel de metal de cerca de 2,3 solúvel de metal de cerca de 3,35 solúvel de metal alcalino com uma alcalino com uma alcalino com uma proporção de Si02:M20 de cerca de 2,03 35 ΡΕ1802409

Elkem Microsilic 971 (sílica pirogénica; produzida num forno de arco eléctrico) e) Degussa Sipernat 360 (sílica precipitada) e) Wacker HDK N 20 (sílica pirogénica, produzida por hidrólise por chama) TABELA 2 Resistências à Flexão Resistências a quente [N/cm2] Resistências a frio [N/cm2] Depois de armazenamento em gabinete de atmosfera controlada [N/cm2] 1.1 80 490 30 Comparação, não de acordo com a invenção 1.2 110 220 210 Comparação, não de acordo com a invenção 1.3 60 400 110 Comparação, não de acordo com a invenção 1.4 105 570 250 De acordo com a invenção LO \—1 185 670 515 De acordo com a invenção 36 ΡΕ1802409 TABELA 2 (Cont.) Resistências à Flexão Resistências a quente [N/cm2] Resistências a frio [N/cm2] Depois de armazenamento em gabinete de atmosfera controlada [N/cm2] 1.6 250 735 690 De acordo com a invenção 1.7 315 810 700 De acordo com a invenção 1.8 140 280 270 De acordo com a invenção 1.9 90 510 170 De acordo com a invenção 1.10 95 550 280 De acordo com a invenção 1.11 110 540 290 De acordo com a invenção 2. Resultado a) Influência da Quantidade de Dióxido de Silício Amorfo Adicionada.

Nos Exemplos 1,4 até 1,7, as quantidades cada vez 37 ΡΕ1802409 maiores de dióxido de silício amorfo que têm sido produzidas num forno de arco eléctrico foram adicionadas às misturas para moldes. A quantidade de matéria-prima para moldes e de vidro solúvel foi, em qualquer dos casos, mantida constante. No Exemplo Comparativo 1.1, foi apresentada uma mistura para moldes que tinha a mesma composição que as misturas para moldes dos Exemplos 1.4 até 1.7 mas às quais não tinha sido adicionado dióxido de silício amorfo.

Os resultados na Tabela 2 mostram que a adição de dióxido de silício amorfo produziu, num forno de arco eléctrico, aumentos significativos na resistência à flexão das barras de teste. A resistência à flexão das barras de teste, numa medição depois de armazenadas a humidade atmosférica elevada no gabinete de atmosfera controlada, é aumentada numa medida particularmente grande. Significa isto que as barras de teste produzidas usando a mistura para moldes da invenção retêm essencialmente a sua resistência mesmo depois de armazenamento prolongado. Quantidades cada vez maiores de dióxido de silício amorfo adicionado resultam em resistências à flexão cada vez maiores. Um grande aumento nas resistências à flexão é inicialmente observado no caso das resistências à flexão medidas depois do armazenamento no gabinete de atmosfera controlada, embora isto se esbata com uma quantidade cada vez maior de dióxido de silício amorfo adicionado. b) Influência da Proporção de Si02:M20 do Vidro 38 ΡΕ1802409

Solúvel de Metal Alcalino.

Nos Exemplos 1.4, 1,8 e 1.9, as mesmas quantidades de matéria-prima para moldes, vidro solúvel e dióxido de silício amorfo (produzido num arco eléctrico) foram processadas em cada caso, mas a proporção de SiC>2:M20 do vidro solúvel de metal alcalino foi alterada. Nos

Exemplos Comparativos 1.1, 1.2 e 1.3, as mesmas quantidades de matéria-prima para moldes e vidro solúvel foram processadas em cada caso, mas a proporção de SiC>2:M20 do vidro solúvel de metal alcalino foi igualmente alterada. Como as resistências à flexão referidas na Tabela 2 mostram, o dióxido de silício amorfo produzido num forno de arco eléctrico é eficaz independentemente da proporção de Si02:M20 do vidro solúvel de metal alcalino. c) Influência do Tipo de Dióxido de Silício Amorfo Sintético

Nos Exemplos 1.4, 1.10 e 1.11, as mesmas quantidades de matéria-prima para moldes, vidro solúvel e dióxido de silício amorfo foram processadas em cada caso, mas o tipo de dióxido de silício amorfo sintético foi alterado. As resistências à flexão referidas na Tabela 2 mostram que as sílicas precipitadas e as sílicas pirogénicas produzidas por hidrólise por chama são tão eficazes quanto o dióxido de silício amorfo produzido num forno de arco eléctrico. 39 ΡΕ1802409 EXEMPLO 2

Influência do vidro solúvel de metal alcalino: proporção de dióxido de silicio amorfo sobre as resistências de corpos conformados numa quantidade total constante de ligante usando areia de silica como matéria-prima para moldes. 1. Produção e Testes da Mistura para Moldes A produção das misturas para moldes e os seus testes foram efectuadas de maneira análoga ao Ex. 1. As composições das misturas para moldes usadas para produzir as barras de teste estão apresentadas na Tabela 3. Os valores encontrados nos testes de resistência à flexão estão resumidos na Tabela 4. TABELA 3 Composição das misturas para moldes Areia Vidro Dióxido de solúvel de silica de metal silicio H32 alcalinob) amorfo0’ 2. la) 100 pep 2,5 pep - Comparação, não de acordo com a invenção 2.2 100 pep 2,3 pep 0,2 pep De acordo com a invenção 40 ΡΕ1802409 TABELA 3 (Cont.) Composição das misturas para moldes Areia Vidro Dióxido de solúvel de silica de metal silicio H32 alcalinob) amorf o1 2.3 100 pep 1,9 pep 0,6 pep De acordo com a invenção 2.4 100 pep 1,5 pep 1,0 pep De acordo com a invenção a Corresponde à experiência 1.1. b) Vidro solúvel de metal alcalino com uma proporção de Si02:M20 de cerca de 2,3 TABELA 4

Resistências à Flexão

Resistências Resistências Depois de a quente a frio armazenamento [N/cm2] [N/cm2] em gabinete de atmosfera controlada [N/cm2] 1

Elkem Microsilica 971 41 ΡΕ1802409 TABELA 4 (Cont.) Resistências à Flexão 2.1 a) 80 490 30 Comparação, não de acordo com a invenção Resistências a quente [N/crn1] Resistências a frio [N/cm1] Depois de armazenamento em gabinete de atmosfera controlada [N/cm1] 2.2 90 505 220 De acordo com a invenção 2.3 160 505 390 De acordo com a invenção 2.4 185 470 380 De acordo com a invenção 1

Resultado

Variação do vidro solúvel: a proporção de dióxido de silicio amorfo enquanto se mantém a quantidade total de vidro solúvel e dióxido de silicio amorfo permite melhorar as resistências a quente e a resistência a elevada humidade atmosférica sem que as resistências a frio sejam aumentadas ao mesmo tempo. 42 ΡΕ1802409 EXEMPLO 3

Influência dos silanos sobre as resistências dos corpos conformados. 1. Produção e Testes das Misturas para Moldes A produção das misturas para moldes e seus testes foram efectuados de maneira análoga ao Ex. 1. As composições das misturas para moldes usadas para produzir as barras de teste estão apresentadas na Tabela 5. Os valores encontrados nos testes de resistência à flexão estão resumidos na Tabela 6. TABELA 5 Composição das misturas para moldes Areia Vidro Dióxido Silano de solúvel de de silica metal silício H32 alcalinoe) amorf od) 3 . la) 100 pep 2,5 pep - - Comparação, não de acordo com a invenção 3.2b) 100 pep 2,5 pep 0,2 pep - De acordo com a invenção 3.3 100 pep 2,5 pep 0,2 pep 0,02 De acordo com 0) pep a invenção 3.4 100 pep 2,5 pep 0,2 pep 0,08 De acordo com 0) pep a invenção 43 ΡΕ1802409 3.5 100 pep 2,5 pep 0,2 pep 0,02 De acordo com pep f) a invenção a) Corresponde à Experiência 1.1. b) Corresponde a 1.4 c) Metal alcalino com uma proporção de Si02:M20 de cerca de 2,3 d) Elkem Microsilica 971 e) Dynasilan Glymo (Degussa AG) misturado com o dióxido de silício amorfo antes da experiência f) DynasilanAmeo T (Degussa AG) , misturado com o dióxido de silício amorfo antes da experiência. TABELA 6 Resistências à Flexão Resistências a quente [N/cm2] Resistências a frio [N/cm2] Depois de armazenamento em gabinete de atmosfera controlada [N/cm2] 3.1 80 490 30 Comparação, não de acordo com a invenção 44 ΡΕ1802409 TABELA 6 (Cont.) Resistências à Flexão 3.2 105 570 250 De acordo com a invenção 3.3 120 620 300 De acordo com a invenção Resistências a quente [N/cm1] Resistências a frio [N/cm1] Depois de armazenamento em gabinete de atmosfera controlada [N/cm1] 3.4 140 670 400 De acordo com a invenção 3.5 125 650 380 De acordo com a invenção 1

Resultado

Os Exemplos 3.3-3.5 mostram que a adição de silano tem um efeito positivo sobre as resistências, especialmente no que respeita à resistência a humidade atmosférica elevada. EXEMPLO 4

Influência do dióxido de silicio amorfo sobre as resistências de corpos conformados usando matérias-primas sintéticas para moldes. 45 ΡΕ1802409 1. Produção e Testes da Mistura para Moldes A produção das misturas para moldes e os seus testes foram efectuados de maneira análoga ao Ex. 1. As composições das misturas para moldes usadas para produzir as barras de teste estão apresentadas na Tabela 7. Os valores encontrados nos testes de resistência à flexão estão resumidos na Tabela 8. TABELA 7 Composição da mistura para moldes Matéria--prima para moldes Vidro solúvel de metal alcalino Dióxido de silício amorfoe) 4.1 Microesferas ocas de silicato de aluminio a) 100 pep 14 pep -30 Comparação, não de acordo com a invenção 4.2 Microesferas ocas de silicato de / a) alumínio 100 pep 14 pep 1,5 pep De acordo com a invenção 46 ΡΕ1802409 TABELA 7 (Cont.) Composição da mistura para moldes 4.3 Microesferas ocas de silicato de aluminio a) 100 pep 14 pep 3,0 pep De acordo com a invenção Matéria--prima para moldes Vidro solúvel de metal alcalino Dióxido de silicio amorf oe) 4.4 Esferas cerâmicas 1 100 pep 2,5 pep Comparação, não de acordo com a invenção LO Esferas cerâmicas 1 100 pep 2,5 pep 0,2 pep De acordo com a invenção 4.6 Contas de vidro 1 100 pep 2,5 pep Comparação, não de acordo com a invenção 4.7 Contas de vidro 1 100 pep 2,5 pep 0,2 pep De acordo com a invenção a) Omegaspheres WSG da Omega Minerais Germany

GmbH 1

Carbo Accucast LD 50 da Carbo Ceramics lnc. ΡΕ1802409 47

c) Contas de vidro 100-200 f.IITl da Reidt GmbH

& Co. KG d) Vidro solúvel de metal alcalino com uma proporção de SiCtiNbO de cerca de 2,3 e) Elkem Microsilica 971 TABELA 8 Resistências à Flexão Resistências a quente [N/cm2] Resistências a frio [N/cm2] Depois de armazenamento em gabinete de atmosfera controlada [N/cm2] 4.1 120 230 Desintegra Comparação, não de acordo com a invenção 4.2 160 290 130 De acordo com a invenção 4.3 200 340 180 De acordo com a invenção 4.4 70 370 20 De acordo com a invenção LO 100 470 100 De acordo com a invenção 48 ΡΕ1802409 4.6 170 650 30 De acordo com a invenção 4.7 260 770 100 De acordo com a invenção 2. Resultado

Pode ver-se que o efeito positivo do dióxido de silicio amorfo não se restringe à areia de sílica como matéria-prima para moldes, mas o dióxido de silício amorfo também tem o efeito de aumentar a resistência no caso de outras matérias-primas para moldes, por exemplo, no caso das microesferas, esferas cerâmicas e contas de vidro. EXEMPLO 5

Influência do dióxido de silício amorfo sobre as resistências dos corpos conformados com uma mistura exotérmica. Como mistura exotérmica, foi usada a seguinte composição:

Alumínio (0,063 - 0,5 mm em tamanho de partícula) 25%

Nitrato de potássio 22%

Microesferas ocas (Omegaspheres® WSG da Omega

Minerais Germany GmbH) 44% 49 ΡΕ1802409

Agregado refractário (argila calcinada) 9% 1. Produção e Testes das Misturas de Material para Moldes/Ligante A produção das misturas de material para moldes/ligante e dos seus testes foram efectuadas de maneira análoga ao Ex. 1. As composições das misturas para moldes usadas para produzir as barras de teste estão apresentadas na Tabela 9. Os valores encontrados nos testes de resistência à flexão estão resumidos na Tabela 10. TABELA 9 Mistura Exotérmica Vidro solúvel de metal alcalino3' Dióxido de silicio amorf o1 5.1 100 pep 14 pep Comparação, não de acordo com a invenção 5.2 100 pep 14 pep 1,5 pep De acordo com a invenção 5.3 100 pep 14 pep 3,0 pep De acordo com a invenção a) Vidro solúvel de metal alcalino com uma proporção de Si02:M20 de cerca de 2,3 1

Elkem Microsilica 971 50 ΡΕ1802409 TABELA 10 Resistências à Flexão Resistências a quente [N/cm1] Resistências a frio [N/cm1] Depois de armazenamento em gabinete de atmosfera controlada [N/cm1] 5.1 50 180 Desintegra Comparação, não de acordo com a invenção 5.2 70 225 70 De acordo com a invenção 5.3 95 280 110 De acordo com a invenção 1

Resultado

Mesmo quando as misturas exotérmicas são usadas como matéria-prima para moldes, o dióxido de silício amorfo produz um aumento em resistência. EXEMPLO 6

Melhoria da fluidez da mistura para moldes. 1. Produção e Testes da Mistura para Moldes. 51 ΡΕ1802409

Os componentes indicados na Tabela 11 foram misturados numa misturadora de lâminas laboratorial (da Vogel & Schemmann Ag, Hagen, Alemanha). Para este efeito, a areia de silica foi primeiro colocada na misturadora e o vidro solúvel foi adicionado enquanto se agitava. Depois de a mistura ter sido agitada durante um minuto, adicionou-se o dióxido de silicio amorfo enquanto se continuava a agitar. A mistura foi subsequentemente agitada durante mais um minuto. Juntou-se então a grafite no caso dos Exemplos 6.2 até 6.4 e a mistura foi finalmente agitada durante mais um minuto. A fluidez das misturas para moldes foi determinada por meio da medida em que a ferramenta para moldes 1 apresentada na fig. 1 foi preenchida. A ferramenta para moldes 1 compreende duas metades que podem ser juntas uma à outra de maneira a formarem um espaço oco 2. O espaço oco 2 compreende três câmaras 2a, 2b e 2c que têm uma secção transversal circular e têm um diâmetro de 100 mm e uma altura de 30 mm. As câmaras 2a, 2b e 2c estão ligadas pelas aberturas circulares 3a, 3b que têm um diâmetro de 15 mm. As aberturas circulares estão presentes nas paredes de divisão 4a, 4b que têm uma espessura de 8 mm. As aberturas 3a, 3b estão, cada, afastadas 37,5 mm do eixo central 6 a uma distância máxima uma da outra. Uma entrada 5 conduz à câmara 2a ao longo do eixo centra 6 de maneira a permitir a introdução da mistura para moldes. A entrada 5 tem uma secção transversal circular com um diâmetro de 15 mm. A câmara 2c está provida com um escape 7 que tem uma secção 52 ΡΕ1802409 transversal circular com um diâmetro de 9 mm e está provida com um bico de ranhura. A ferramenta para moldes 1 é colocada numa máquina de disparo de núcleos para enchimento.

Em pormenor, utilizou-se o seguinte procedimento: mistura dos componentes indicados na Tabela 11; . transferência das misturas para dentro da tremonha para matéria-prima da caixa fria de uma máquina de disparo de núcleos Η 1 da Rõperwerke - Giehereimaschinen GmbH, Viersen, Alemanha; . introdução das misturas na ferramenta para moldes não aquecida por meio de ar comprimido (5 bares); cura das misturas por introdução de CO2; remoção dos corpos conformados curados da ferramenta e registo do seu peso.

Os pesos medidos dos corpos conformados estão resumidos na Tabela 12. 53 ΡΕ1802409 TABELA 11 Composição c .as misturas para mo! .des Areia de sílica H32 Vidro solúvel de metal alcalinoa) Dióxido de silício amorf ob) Grafite 6.1 100 pep 2,5 pep 0,2 pep Comparação, não de acordo com a invenção 6.2 100 pep 2,5 pep 0,2 pep 0,2 pep De acordo com a invenção 6.3 100 pep 2,5 pep 0,2 pep 0,2 pep De acordo com a invenção 6.4 100 pep 2,5 pep 0,2 pep 1,0 pep De acordo com a invenção a) Vidro solúvel de metal alcalino com uma proporção de Si02:M20 de cerca de 2,3 b) Elkem Microsilica 971 TABELA 12 Peso dos corpos conformados Peso [g] 6.1 512 Comparação, não de acordo com a invenção 6.2 534 De acordo com a invenção 6.3 564 De acordo com a invenção 54 ΡΕ1802409 TABELA 12 (Cont.) Peso dos corpos conformados Peso [g] 6.4 588 De acordo com a invenção 2. Resultado A adição de grafite resulta numa melhoria da fluidez nas misturas para moldes, isto é, a ferramenta é melhor preenchida. EXEMPLO 7

Testes de fundição 1. Produção e Testes da Mistura para Moldes.

Para efectuar os testes de fundição, quatro das barras de teste de Georg-Fischer 8 produzidas nos Exemplos 1 a 6 foram, em cada caso, ligadas com adesivo num ângulo de 90° entre cada uma delas na porção inferior 9 do molde de teste apresentado na fig. 2. A porção superior em forma de funil 10 do molde de teste foi subsequentemente ligada com adesivo à porção inferior 9. A porção inferior 9 e a porção superior 10 do molde de teste foram produzidas por um processo de caixa fria de poliuretano convencional. O molde de teste foi então preenchido com alumínio líquido (740° C) . Depois do arrefecimento do metal, o molde de teste exterior foi removido e as fundições de teste foram 55 ΡΕ1802409 avaliadas relativamente à sua qualidade superficial (adesões de areia, regularidade) nas secções correspondendo aos quatro espécimes de teste. Os graus 1 (muito bom) até 10 (muito mau) foram atribuídos na avaliação. Os resultados estão resumidos na Tabela 13. TABELA 13 Composição das misturas de molde e resultado da fundição Composição, Ver Ex. Qualidade superficial 7.1 1.1 (Tab. 1) 5 Comparação, não de acordo com a invenção 7.2 1.4 (Tab. 1) 5 De acordo com a invenção 7.3 4.1 (Tab. 7) 2 De acordo com a invenção 7.4 4.2 (Tab. 7) 2 De acordo com a invenção 7.5 4.4 (Tab. 7) 4 Não de acordo com a invenção 7.6 4.5 (Tab. 7) 4 De acordo com a invenção 7.7 4.6 (Tab. 7) 1 Não de acordo com a invenção 7.8 4.7 (Tab. 7) 1 De acordo com a invenção 56 ΡΕ1802409 2. Resultado

Os resultados da Tabela 13 mostram que o uso de matérias-primas sintéticas para moldes tais como microesferas ocas de silicato de alumínio, esferas cerâmicas ou contas de vidro melhora, por vezes, consideravelmente a qualidade superficial das fundições. EXEMPLO 8

Efeito dos aditivos orgânicos sobre o resultado da fundição 1. Produção e Testes das Misturas para Moldes.

As composições das misturas para moldes examinadas estão indicadas na Tabela 14.

Os testes de fundição e a sua avaliação foram efectuados de maneira análoga à do Ex. 7. Os resultados dos testes de fundição podem, igualmente, ser encontrados na Tabela 14. TABELA 14

Composição das misturas para moldes

Areia Vidro Dióxido Aditivo Resultado de solúvel de orgânico da sílica de metal silício fundição H32 alcalino amorf oc) b) 57 ΡΕ1802409 TABELA 14 (Cont .) Com posição da mistura para moldes 8.1 100 pep 2,5 pep 0,2 pep _ 5 Areia Vidro Dióxido Aditivo Resultado de solúvel de orgânico da sílica de metal silício fundição H32 alcalino amorf o1 2 3 b) 8.2 100 pep 2,5 pep 0,2 pep 0,2 pep 4 3 8.3 100 pep 2,5 pep 0,2 pep 0,2 pep e) 1 8.4 100 pep 2,5 pep 0,2 pep 0,2 pep f) 3 LO 00 100 pep 2,5 pep 0,2 pep 0,2 pep g) 2 CO 100 pep 2,5 pep 0,2 pep 0,2 pep h) 2 co 100 pep 2,5 pep 0,2 pep 0,2 pep x) 2 oo oo 100 pep 2,5 pep 0,2 pep 0,2 pep j) 1 co 100 pep 2,5 pep 0,2 pep 0,2 pep k) 3 8.10 100 pep 2,5 pep 0,2 pep 0,2 pep 4 1 8.11 100 pep 2,5 pep 0,2 pep 0,2 pep m) 1 1

Corresponde à Experiência 1.4 2

Vidro solúvel de metal alcalino com uma proporção de Si02:M20 de cerca de 2,3 3

Elkem Microsilica 971 4

Novolak Bakelite 0235 DP (Bakelite AG) 58 ΡΕ1802409 e) Polietilenoglicol PEG 6000 (BASF AG) f) Polyol PX (Perstorp AB) g) Fibras de PE 500 (Schwarzwàlder Textilwerke

GmbH) h) Copolímero de etileno-vinilacetato Vinnex C 50 (Wacker Chemie GmbH) i) Poliamida 12 Vestosint 1111 (Degussa AG) j) Resina balsâmica WW (Bassermann & Co) k) Gluconato de zinco (Merck KGaA) l) Oleato de zinco (Peter Greven Fettchemie GmbH & Co. KG) m) Estearato de aluminio (Peter Greven Fettchemie GmbH & Co. KG) 2. Resultado A tabela 14 mostra que a adição de aditivos orgânicos melhora a superfície das fundições.

Lisboa, 24 de Abril de 2012

Claims (22)

1. ΡΕ1802409 1 REIVINDICAÇÕES 1. Mistura para moldes destinada a produzir moldes para fundição de metal, compreendendo pelo menos: . uma matéria-prima para moldes refractários; um ligante baseado em vidro solúvel; caracterizada por ser adicionada à mistura para moldes uma proporção de um dióxido de silicio amorfo sintético em partículas.
2. 2. Mistura para moldes de acordo com a reivindicação 1, caracterizada por o dióxido de silício amorfo sintético ser seleccionado a partir do grupo que consiste em sílica precipitada e sílica pirogénica.
3. 3. Mistura para moldes de acordo com a reivindicação 1 ou 2, caracterizada por o vidro solúvel ter uma proporção de Si02/M20 na gama de 1,6 até 4,0, em particular 2,0 até 3,5, onde M representa iões de sódio e/ou iões de potássio.
4. 4. Mistura para moldes de acordo com qualquer das reivindicações anteriores, caracterizada por o vidro solúvel compreender um teor em sólidos de Si02 e M20 na gama de 30 até 60% em peso. 2 ΡΕ1802409
5. 5. Mistura para moldes de acordo com qualquer das reivindicações anteriores, caracterizada por o ligante estar presente numa proporção inferior a 20% em peso da mistura para moldes.
6. 6. Mistura para moldes de acordo com qualquer das reivindicações anteriores, caracterizada por o dióxido de silicio amorfo sintético em partículas estar presente numa proporção de desde 2 até 60% em peso, baseado no ligante.
7. 7. Mistura para moldes de acordo com qualquer das reivindicações anteriores, caracterizada por a matéria-prima para moldes conter pelo menos uma proporção de microesferas ocas.
8. 8. Mistura para moldes de acordo com a reivindicação 7, caracterizada por as microesferas ocas serem microesferas ocas de silicato de alumínio e/ou microesferas ocas de vidro.
9. 9. Mistura para moldes de acordo com qualquer das reivindicações anteriores, caracterizada por a matéria-prima para moldes conter pelo menos uma proporção de grânulos de vidro, contas de vidro e/ou corpos cerâmicos esféricos.
10. 10. Mistura para moldes de acordo com qualquer das reivindicações anteriores, caracterizada por a matéria- 3 ΡΕ1802409 prima para moldes conter pelo menos uma proporção de mulite, areia de minério de crómio e/ou olivina.
11. 11. Mistura para moldes de acordo com qualquer das reivindicações anteriores, caracterizada pela adição de um metal oxidável e de um oxidante à mistura para moldes.
12. 12. Mistura para moldes de acordo com qualquer das reivindicações anteriores, caracterizada por a mistura para moldes conter uma proporção de um lubrificante conformado em plaquetas.
13. 13. Mistura para moldes de acordo com a reivindicação 12, caracterizada por o lubrificante conformado em plaquetas ser seleccionado a partir de grafite e sulfureto de molibdénio.
14. 14. Mistura para moldes de acordo com qualquer das reivindicações anteriores, caracterizada por a mistura para moldes conter uma proporção de pelo menos um aditivo orgânico que é sólido a temperatura ambiente.
15. 15. Mistura para moldes de acordo com qualquer das reivindicações anteriores, caracterizada por a mistura para moldes conter pelo menos um silano.
16. 16. Processo para produzir moldes para fundir metal, que compreende os passos de: 4 ΡΕ1802409 produção de uma mistura para moldes de acordo com qualquer uma das Reivindicações 1 a 15; moldagem da mistura para moldes; cura da mistura para moldes por aquecimento da mistura para moldes para produzir o molde curado para fundição.
17. 17. Processo, de acordo com a Reivindicação 16, caracterizado por a mistura para moldes ser aquecida até uma temperatura na gama de 100 a 300°C.
18. 18. Processo, de acordo com a Reivindicação 16 ou 17, caracterizado por ar aquecido ser soprado para dentro da mistura para moldes a curar.
19. 19. Processo, de acordo com a Reivindicação 16 ou 17, caracterizado por o aquecimento da mistura para moldes ser efectuado pela acção de microondas.
20. 20. Processo, de acordo com qualquer uma das Reivindicações 16 a 19, caracterizado por o molde para fundição ser um alimentador.
21. 21. Molde para fundição obtido por um processo de acordo com qualquer uma das Reivindicações 16 a 20.
22. 22. Uso do molde para fundição de acordo com a 5 ΡΕ1802409 Reivindicação 21 para a fundição de metal, em particular fundição de metais leves. Lisboa, 24 de Abril de 2012