DE1109839B - Verfahren zur Herstellung eines mit einem in der Waerme haertbaren Harz ueberzogenen, zur Herstellung von Schalengussformen geeigneten Sandes - Google Patents

Description

Formsand zu verbessern. Gemäß der Erfindung wird vorgeschlagen, daß man die einzelnen Sandteilchen mit einem in der Wärme härtbaren, in flüssigem Zustand vorliegenden oder in einem Lösungsmittel geabgenommen, während die zuerst erwähnte Schale 30 lösten Harz und einem festen Wachs oder wachsartiauf dem Muster, z. B. in einem Ofen, weitererhitzt gen Material überzieht und den Überzug zwecks BiI-wird, um das Harz bis zu dem in der Wärme hart- dung eines Filmes trocknet oder verfestigt, der bei baren oder umschmelzbaren Zustand auszuhärten. normaler Raumtemperatur nicht klebrig ist, wobei Es wird dann von dem Metallmuster in Form eines Wachs oder wachsartiges Material in einer Menge starren Gußformteils abgenommen, der für das 35 von 0,5 bis 15 Gewichtsprozent des Harzes in Form Gießen von Metallen benutzt werden kann. eines Pulvers, einer Paste oder Lösung verwendet

Es ist auch schon bekannt, an Stelle eines werden. Vorteilhafterweise wird jedes Sandkömchen trockenen Sand-Harz-Gemisches einen Formsand für vollständig mit einem doppelschichtigen Film über-Schalenguß herzustellen, dessen Sandkömchen mit zogen, der bei normaler Raumtemperatur nicht klebt einem festen, nichtklebrigen Überzug aus einem in 40 und aus einer inneren Filmschicht aus in der Wärme der Wärme härtbaren phenolischen Harz überzogen härtbarem Harz und einer äußeren Filmschicht aus sind, so daß dieser mit Harz überzogene Sand an einem Wachs oder wachsartigem Material besteht. Stelle des trockenen Sand-Harz-Gemisches in dem Vorzugsweise werden Sand und ein Wachs oder Schalengußverfahren benutzt werden kann. wachsähnliches Material mit einem wärmehärtbaren

Dadurch werden zwar insbesondere ein Entmischen 45 flüssigen Harz innig durchgemischt und das erhaltene der Sand- und Harzteile des Gemisches und auch Gemisch in eine im wesentlichen frei fließende Masse

Staub- und Explosionsgefahren vermieden, aber diese überzogenen Sande waren nicht allgemein verwendbar und neigten zur Klumpenbildung, Verklebung der Fülltrichter u. dgl.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen mit in der Wärme härtbaren Harz überzogenen

von Sandkörnchen übergeführt.

Durch das erfindungsgemäße Verfahren wird ein Schalengußformsand erzielt, der wegen seines seidigen Gefüges überlegene Fließ- und Verblaßfähigkeiten hat und der sich besser als bisherige Sande handhaben läßt, wobei gleichzeitig die Zugfestigkeit des

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mit Harz überzogenen Sandes ganz erheblich — ungefähr 50% — erhöht wird und weniger Harz gebraucht wird, so daß das Verfahren wirtschaftlicher und eine geringere Gasentwicklung vorhanden ist.

Mit dem erfindungsgemäßen Formsand können Kerne mit bis zu 15% größerer Dichte hergestellt werden, wodurch weniger Leerstellen im Kern vorhanden sind und ein Guß mit glatterer Außenfläche entsteht. Schließlich sei noch bemerkt, daß das Wachs auf den Sandkörnchen als Schmiermittel wirkt und dadurch die Entfernung der Form bzw. des Kernes nach dem Guß erleichtert wird.

Es hat sich auch erwiesen, daß die zur Bearbeitung des Sandes und des Harzgemisches bei der Herstellung des mit Harz überzogenen Sandes erforderliche Kraft durch die größere Fließfähigkeit des Formsandes infolge des Wachsüberzuges ganz erheblich verringert wird.

Es ist überraschend, daß das Überziehen der Sandkörnchen mit einem Wachs oder wachsartigem Material in so kleinen Mengen solche bedeutenden Wirkungen, insbesondere die bemerkenswerte Erhöhung der Zugfestigkeit des Formsandes und die große Fließfähigkeit hat.

Geeignete Zusätze sind Wachse oder wachsähnliche Substanzen, die unter normalen Bedingungen fest sind, z. B. mikrokristalline oder andere Paraffinwachse; synthetische Wachse, z. B. ein substituiertes Polyamid der Stearinsäure (»Acrawax C«); wachsartige Polyäthylene von mittlerem Molekulargewicht; Methylen-bis-stearinsäureamid; und Substanzen, wie z. B. Calcium-, Lithium- und Zinkstearate. Diese Substanzen werden in Mengen von nur 0,5 Gewichtsprozent des Harzes in den Fällen angewandten denen härtere Wachse benutzt werden und nach dem Heißverfahren gearbeitet wird; und sie werden in Mengen bis zu 15 Gewichtsprozent angewandt, wenn man sich weicherer Wachse bedient und das überziehen des Sandes im Kaltverfahren vornimmt. Die zuzusetzende Menge steht bis zu einem gewissen Grade auch in Beziehung zu der benutzten Sandqualität, der Art und Menge des benutzten Harzes und dem erwünschten Charakter des Endproduktes. So kann man größere Mengen Wachssubstanz von verhältnismäßig großer Weichheit benutzen, um ein gewisses »Klumpen« (Zusammenballen) des Sandes zu erreichen, was erwünscht ist, wenn der Sand nicht in Gußtrögen verarbeitet, sondern auf das Metallmuster zwecks Bildung der Gußschalenformen aufgeblasen wird. Die härteren Wachs- oder wachsartigen Substanzen können in Pulverform und die weicheren entweder in Form von Pasten oder Lösungen zugegeben werden, um ein gutes Vermischen und Überziehen des Sandes zu erreichen, und sei können jederzeit während des Vermischens zugesetzt werden, während sich das Harz in flüssigem Zustand befindet; man kann sie gewünschtenfalls auch in mehreren Teilen zusetzen. So kann ein Teil z. B. sofort zu Beginn des Vermischens und ein anderer später zugegeben werden.

Die benutzten Harze sind Phenolformaldehydharze, die in der Wärme härtbar oder potentiell in der Wärme härtbar sind. Es können hier Harze des zweistufigen oder »Novolak«-Typs benutzt werden, die aus 0,5 bis 0,9 Mol Formaldehyd je Mol Phenol bestehen und die thermoplastisch bleiben, bis sie mit dem zugesetzten Aldehyd, z. B. 8 bis 20 Gewichtsprozent Hexamethylentetramin, vereint werden, worauf das Harz potentiell in der Wärme härtbar wird und später durch Erwärmen in der Wärme ausgehärtet werden kann. Hierbei unterscheidet man wiederum zwei Arten Harz: Die eine ist unter normalen Bedingungen flüssig und wird aus 0,5 bis 0,725 Mol Formaldehyd je Mol Phenol hergestellt und hat einen Festkörpergehalt von 70 bis 80% und kann in der vorliegenden Erfindung zusammen mit dem Hexamethylentetramin und dem Wachs oder wachsartigem

ίο Zusatzstoff sowohl im Heiß- als auch im Kaltverfahren angewandt werden. Diese Art stellt das bevorzugte Harz dar. Die andere Art ist ein unter normalen Bedingungen festes Harz, das aus 0,75 bis 0,9 Mol Formaldehyd je Mol Phenol entsteht; es kann ebenfalls in der vorliegenden Erfindung zusammen mit dem Hexamethylentetramin und dem wachsartigen Zusatzmittel entweder im Heiß- oder Kaltverfahren angewandt werden, nur muß dieses feste Harz bei Anwendung des Kaltverfahrens zunächst in einem Lösungsmittel, z. B. dem gleichen Äthanol, aufgelöst werden. Nach dem anderen Verfahren kann ein flüssiges, einstufiges Phenolformaldehydharz von in der Wärme härtbarem Charakter, das keinen Zusatz an Aldehyd erfordert, in dem

as Kaltverfahren zusammen mit dem Wachs oder wachsartigen Zusatzstoff angewandt werden, wobei dieses Harz aus mindestens äquimolaren Teilen eines Phenols und eines Aldehyds, gegebenenfalls mit einem Überschuß des letzteren, hergestellt wird. Im allgemeinen sind 2 bis 4 Gewichtsprozent des letzteren angemessen. Es können aber auch etwas größere Mengen, z.B. 5%, angewandt werden, insbesondere bei Sanden, die eine gewisse Menge absorptionsfähigen Tons enthalten.

In dem Heißverfahren wird das flüssige Novolakharz bzw. das feste Novolakharz entweder in festem oder geschmolzenem Zustand zu dem zu überziehenden Sand zusammen mit dem Hexamethylentetramin und dem Wachs oder wachsartigen Zusatzmittel in geeignete Mischvorrichtung gegeben. Diese Bestandteile werden in einem Kessel miteinander erhitzt, der mit einem Dampfmantel versehen ist; man kann aber auch erhitzte Luft in das Gemisch einleiten oder aber auch lediglich entsprechend vorerhitzten Sand anwenden. Die Wärme dient dazu, um das Harz in flüssigem Zustand zu erhalten, damit es die Sandkörnchen überziehen und sich mit dem Hexamethylentetramin teilweise umsetzen kann. Das Erhitzen wird eingestellt, und die Substanzen werden durch Kühlwasserzusatz abgekühlt (bzw. diese Abkühlung tritt ein, wenn der ursprünglich vorerhitzte Sand seine Wärme verloren hat), wenn der Schmelzpunkt des Harzes auf dem Sand auf mindestens 80 und bis zu 102⁰C im Falle eines flüssigen Harzes und bis zu 115° C im Falle eines festen Harzes angestiegen ist. An diesem Punkt befindet sich das Harz in dem sogenannten potentiell in der Wärme härtbaren Zustand, da alles für die weitere Aushärtung beim weiteren Erhitzen benötigte Hexamthylentetramin in dem Gemisch vorhanden ist. Das Wachsmaterial fällt beim Abkühlen weitgehend aus dem heißen Harz aus und bildet auf der Harzoberfläche eine dünne Schicht und einen gleichmäßigen Überzug.

In dem Kaltverfahren wird das flüssige, einstufige Harz oder das flüssige Novolakharz zusammen mit dem Hexamethylentetramin oder aber das feste, in einem Lösungsmittel gelöste Novolakharz zusammen mit dem Hexamethylentetramin mit dem Sand in

einem geeigneten Mischer ohne Wärmezufuhr vermischt. Während des Mischens werden ein oder mehrere Anteile des Wachszusatzstoffes zugegeben. Da nicht erwärmt wird, härtet sich das einstufige Harz auch nicht weiter, und zwischen den Novolakharzen und dem Hexamethylen tritt auch keine schnelle Umsetzung ein, obwohl eine solche bis zu einem gewissen Ausmaß stattzufinden scheint. Sobald einige Minuten lang vermischt worden ist, während welcher Zeit kühle Luft durch das Mischgefäß geblasen werden kann, um das Abtreiben der flüchtigen Bestandteile zu erleichtern, wird die Masse in frei fließende einzelne Sandteilchen verwandelt, von denen jedes Teilchen mit einem potentiell in der Wärme härtbaren Harzüberzug überzogen ist, der von einem Film aus festem, nichtklebrigem wachsigem Material umhüllt ist.

In allen Fällen ergibt die Verwendung dieser wachsartigen Zusatzstoffe eine Erhöhung der Zugfestigkeit in Standardbriketts, die aus diesem mit Harz überzogenen Sand hergestellt werden, um 7 kg/cm² oder mehr, wenn man diese Ergebnisse mit einem ähnlichen Test vergleicht, der mit Harz überzogenem Sand durchgeführt wird, der keinen wachsartigen Zusatzstoff enthält.

Die folgenden Beispiele erläutern die Erfindung.

Beispiel I

4540 g gewaschenen Gießereisandes wurden auf 285 bis 290° C erhitzt und in einen offenen Simpson-Mischer gegeben. Hierzu wurden 125 g eines normalerweise flüssigen Novolakharzes der oben beschriebenen Art gegeben, worauf das Gemisch 15 Sekunden lang umgewälzt wurde. Dann wurden 12 g Hexamethylentetramin und 2 g »Acrawax C« zu dieser Mischung gegeben. Nach 4 Minuten hatte sich der mit Harz überzogene Sand infolge Wärmeübertragung durch das Metall des Mischers und an die umgebende Luft bis unter den jetzt modifizierten Schmelzpunkt abgekühlt, und der Teig begann aufzubrechen. Durch weiteres 5 Minuten langes Mischen brachen die Klumpen des überzogenen Sandes völlig bis zu frei fließendem Material auseinander, das gebrauchsfertig war. Der Schmelzpunkt des Harzes auf dem Sand lag bei 95° C, im Vergleich zu 88° C, wenn der Wachskörper fortgelassen wurde. Die Zugfestigkeit eines aus diesem Sand hergestellten Prüfbriketts betrug 35,8 kg/cm², im Vergleich zu 21,3 kg/cm² bei Fortlassen des Wachses.

Beispiel II

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90 kg gewaschenen und getrockneten Kieselsäuresandes (Maschengröße 525 je Quadratzentimeter) wurden in einen Beardsley-Schnellmischer zusammen mit 1,8 kg flüssigen Novolakharzes gegeben, das auf 0,7 Mol Formaldehyd je Mol Phenol hergestellt und bis auf einen Feststoffgehalt von 70% entwässert worden war. Dazu wurden 0,22 kg Hexamethylentetramin gegeben, die 5 % Talk enthielten. Das Ganze wurde bei Raumtemperatur 3 Minuten vermischt, wobei kalte Luft durch den Mischer geblasen wurde, um das Abtreiben der flüchtigen Substanz zu unterstützen. Zu diesem Zeitpunkt begann die Masse aufzubrechen. Es wurden nun 0,13 kg »Acrawax C« zugesetzt, worauf das Mischen noch 2 Minuten lang fortgesetzt wurde. Erhalten wurde ein frei fließender Sand, der noch einige Klümpchen enthielt, die durch Absieben entfernt wurden. Der Schmelzpunkt des Überzuges auf dem Sand lang bei 80° C. Durch Verblasen unter einem Druck von 1,75 at hergestellte Testbriketts wiesen nach der Härtung des Harzes eine Zugfestigkeit von 25,2 kg/cm² auf.

Das unter Verwendung der wachsigen Zusatzstoffe hergestellte Produkt war in erhöhtem Maße frei fließend und wies ein seidiges Gefüge auf, wobei der mit dem Harz überzogene Sand von einer dünnen Schicht des wachsigen Materials umhüllt war. Der Mischer arbeitete außerordentlich ruhig und glatt, und die Flächen des Kessels blieben völlig sauber. Die Dichte der Testbriketts lag 13% höher als die der Kontrollen.

Claims (3)

PATENTANSPRÜCHE:

1. Verfahren zur Herstellung eines mit einem in der Wärme härtbaren Harz überzogenen, zur Herstellung von Schalengußformen geeigneten Sandes, dadurch gekennzeichnet, daß man die einzelnen Sandteilchen mit einem in der Wärme härtbaren, in flüssigem Zustand vorliegenden oder in einem Lösungsmittel gelösten Harz und einem festen Wachs oder wachsartigen Material überzieht und den Überzug zwecks Bildung eines Filmes trocknet und verfestigt, der bei normaler Raumtemperatur nicht klebrig ist, wobei Wachs oder wachsartiges Material in einer Menge von 0,5 bis 15 Gewichtsprozent des Harzes in Form eines Pulvers, einer Paste oder Lösung verwendet werden.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß jedes Sandkörnchen vollständig mit einem doppelschichtigen Film überzogen wird, der bei normaler Raumtemperatur nicht klebt und aus einer inneren Filmschicht aus in der Wärme härtbarem Harz und einer äußeren Filmschicht aus einem Wachs oder wachsartigem Material besteht.

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß Sand und ein Wachs oder wachsähnliches Material mit einem wärmehärtbaren flüssigen Harz innig durchgemischt werden und das erhaltene Gemisch in eine im wesentlichen frei fließende Masse von Sandkörnchen übergeführt wird.

In Betracht gezogene Druckschriften:

Deutsche Patentschrift Nr. 832 934;

französische Patentschriften Nr. 1 060 671,
068 698;

USA.-Patentschrift Nr. 2 657 974;

T. C. Du Mond: Shell Molding and Shell Mold Castings, 1954, S. 95, 105, 106 bis 109;

The Iron Age, 25. 11.1954, S. 98;

Foundry Trade Journal, 20.10.1949, S. 485.

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