DE2105996B2 - Kaltaushaertendes formstoffgemisch zur herstellung von giessereikernen und -formen - Google Patents

Description

Es ist in der Gießereitechnik bekannt, zur Herstellung von Kernen und Formen einen körnigen Formstoff (nachfolgend kurz als »Sand« bezeichnet) durch Zumischung eines Bindemittel-Systems, bestehend aus einem Kunstharzbinder und einem Härter, zu verfestigen. Technisch besonders bedeutsam sind dabei sauer kondensierende Kunstharzbinder in Form von Kondensationsharzen oder Mischkondensaten auf der Basis von Phenolharzen, Harnstoff-Formaldehydharzen bzw. Furanharzen verwendet, die mit sauer reagierenden Stoffen wie Phosphorsäure, Ammoniumchlorid und dergleichen als Härter ausgehärtet werden.

Aus fabrikationstechnischen Gründen ist an sich anzustreben, das aus dem Sand und dem Bindemittelsystem bestehende Formstoffgemisch kalt, d. h. bei der in Gießereien herrschenden Raumtemperatur im Bereich von z. B. 10 bis 40*C aushärten zu lassen. Eine solche Kaltaushärtung ermöglicht es nämlich, das Formstoffgemisch nach dem Vermischen der einzelnen Bestandteile in vorbereitete Formkästen oder Kernkästen einzufüllen und dann ohne Anwendung weiterer Maßnahmen sich selbst zu überlassen, bis es ausgehärtet ist. Die Aushärtezeit der bekannten Formstoffgemische kann jedoch bis zur Größenordnung mehrerer Stunden betragen und ist damit so groß, daß die einfache Kaltaushärtung allenfalls nur bei Einzelkernen bzw. großen Formteilen eine wirtschaftliche Arbeitsweise darstellt. Zur Herstellung von größeren Serien- vor allem kleinerer Kerne — hat sich dagegen die Anwendung zusätzlicher Maßnahmen zur Abkürzung der Aushärtezeit bislang als unumgänglich erwiesen.

Als zusätzliche Maßnahme zur Verminderung der Aushärtezeit wird häufig die Temperatur während des Aushärtevorganges beträchtlich, je nach Bindemittelsystem bis zur Größenordnung von 25O⁰C erhöht, d. h. an Stelle einer Kaltaushärtung wird c'ne Heißaushärtung verwendet. Dazu werden besondere, sogenannte »heiße« Kernkästen benutzt. Es gelingt zwar mit der Heißaushärtung, die Aushärtezeit auf die gewünschten geringen Werte einzustellen, aber dafür treten als Nachteile Schwierigkeiten in der Handhabung der heißen Kernkästen, ein beträchtlicher Energiever-' brauch, ein zusätzlicher Aufwand an Arbeit und Gerätschaften sowie gegebenenfalls auch eine Behinderung des Bedienungspersonals durch entweichende Spaltprodukte als Nachteile in Erscheinung.

Neben der Erhöhung der Härtungstemperatur ist es auch bereits bekannt, die Aushärtung des Formstoffgemisches durch Zugabe von gasförmigen Katalysatoren während der Aushärtung zu beschleunigen. Auch dadurch werden jedoch nicht die Nachteile bezüglich des zusätzlichen Aufwandes und der schwierigen Handhabung beseitigt, ganz abgesehen davon, daß es sich bei den bekannten gasförmigen Katalysatoren häufig um aggressive und/oder physiologisch bedenkliche Substanzen handelt, die noch besondere Sicherheitcvorkehmngen erforderlich machen.

Eine dritte bekannte Maßnahme zur Verminderung der Aushärtezeit besteht darin, dem Formstoffgemisch noch ein wasserentziehendes Mittel zuzugeben. Diese Maßnahme beruht auf der Regelung der Wasserkonzentration im Reaktionssystem und soll den grundsätzlichen Vorteil eröffaen, daß das Formstoffgemisch kalt ausgehärtet werden kann, ohne daß der mit dem Einsatz gasförmiger Katalysatoren verbundene Aufwand nötig ist Sie ist das Ergebnis der Überlegung, daß die Geschwindigkeit des Härtungsvorganges wesentlich von dem Verhältnis der Konzentrationen der Ausgangsprodukte zu den Konzentrationen der Endprodukte bestimmt ist und daß sich folglich eine Beschleunigung des Härtungsvorganges erreichen läßt, wenn das im Reaktionssystem befindliche Wasser, dessen Konzentration einen reaktionshemmenden Faktor darstellt unschädlich gemacht wird. Das Wasser kann dabei schon von vornherein im Formstoffgemisch enthalten sein, es bildet sich aber auch zusätzlich als Reaktionswasser während der Kondensation, also der Aushärtung der Kunstharzbinder.

Als solche wasserentziehenden Mittel sind bereits hygroskopische Salze wie Kalziumchlorid, Gips od. dgl. (DL-PS 76 316) sowie Säureanhydride, nämlich Phosphorpentoxid (CH-PS 2 32 668) bekannt geworden. Kalziumchlorid, Gips oder ähnliche Salze binden das Wasser als Kristallwasser oder Hydratwasser. Ihre Wirksamkeit als Beschleunige¹· ist durchweg nicht besonders groß, und außerdem stellen sie meistens eine »artfremder Beimengung dar, deren gleichmäßige Verteilung im Formstoffgemisch mitunter Scnwierigkeiten bereiten kann und deren Anwesenheit auch die Festigkeit des ausgehärteten Gemisches beeinflussen kann. Demgegenüber haben Säureanhydride den Vorteil, daß sie bei Wasseraufnahme in eine Säure übergehen und damit dann eine zusätzliche Funktion als Härter übernehmen, also voll in das System integrier* werden. Die Wirksamkeit des als wasserentziehendes Säureanhydrid bekannten Phosphorpentoxids ist zwar besser als die der hygroskopischen Salze, reicht aber für die Anforderungen moderner Gießereianlagen ebenfalls noch nicht aus. Hinzu kommt dabei noch, daß Phosphorpentoxid schlecht zu handhaben und schwierig zu dosieren ist.

Die Erfindung hat zur Aufgabe, ein kalthärtendes Formstoffgemisch zur Herstellung von Gießereikernen und -formen zu schaffen, welches aus Sand mit einem Zusatz an kondensationsfähigen Kunstharzbindern und Härtern sowie einem wasserentziehenden Mittel in Form eines Säureanhydrids besteht und welches die Nachteile des bekannten, Phosphorpentoxid als Säureanhydrid enthaltenden Systems vermeidet also innerhalb praxisgerechter kurzer Zeiten aushärtet sowie auch leichter und unaufwendiger zu handhaben ist. Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß dem Gemisch Pyroschwefelsäure als wasserentziehendes Mittel zugesetzt ist.

Die Erfindung beruht auf der Erkenntnis, daß die Pyroschwefelsäure eine gegenüber allen bekannten wasserentziehenden Zusatzmitteln überraschend bessere Wirkung als Beschleuniger besitzt, die von der Theorie her nicht vorhersehbar war. Da die Pyroschwefelsäure als Säureanhydrid aufgefaßt werden kann, war zu erwarten, daß ihre Wirkung ähnlich der Wirkung des

Phosphorpentoxids sein würde. Tatsächlich führt aber die Py^oschwefelsäure innerhalb gleicher Zeitspannen im Vergleich zu Phosphorpentoxid zu besseren Endfestigkeiten und — worauf es besonders ankommt — zu wesentlich gesteigerten Anfangsfestigkeiten. Diese Wirkung tritt bei Einsatz von Pyroschwefelsäure allein nicht auf, sie ist also offenbar das Ergebnis eines (bislang noch nicht geklärten) Zusammenwirkens der Pyroschwefelsäure mit dem im Formstoffgemisch enthaltenen weiteren Härter.

Die Pyroschwefelsäure hat gegenüber dem Phosphorpentoxid noch den zusätzlichen Vorteil der leichten und einfachen Handhabung, da sie (wegen ihres geringen Dissoziationsgrades) in einfachen Eisenbehältern und Apparaten befördert und dosiert werden kann, ohne daß Korrosionserscheinung^n auftreten. Sie kann bei jedem mit ihr verträglichen Bindemittelsystem eingesetzt werden.

Die Erfindung wird nachfolgend an Hand von Vergleichsversuchen näher erläutert. Die Daten und Ergebnisse dieser Vergleichsversuche sind in der Tabeiie niedergelegt.

Es wurden unter jeweils gleichen Bedingungen aus gewaschenem und getrocknetem Quarzsand sowie einem Kunstharzbinder und einem Härter Formstoffgemische hergestellt, die mit Zusatz verschiedener wasserbindender Mittel und teils auch ohne Zusatz solcher Mittel auf das Abbindeverhalten untersucht wurden. Dazu wurden aus den Formstoffgemischen nach der Prüfnorm DIN 52 40! Prüfkörper hergestellt, bei denen der zeitliche Verlauf der Scherffestigkeit ermittelt wurde.

!n der Tabelle bedeuten die Angaben A, B nnd C folgende wasserbindende Zusatzmittel und die Angaben

V und W folgende Härter:

A = Pyroschwefelsäure (Erfindung),

ίο Β = Phosphorpentoxid (Vergleich),

C = wasserfreies Kalziumchlorid (Vergleich),

V = Phosphorsäure konzentriert,

W = Paratoluolsulfonsäure konzentriert.

Aus den in der Tabelle niedergelegten Ergebnissen läßt sich entnehmen, daß Kalziumchlorid nur eine gei inge beschleunigende Wirkung hat, daß die Wirkung von Phosphorpentoxid demgegenüber besser ist, daß aber mit der Erfindung eine nochmalige erhebliche Verbesserung erreicht wird. Die Anfangsfestigkeiten eines Systems mit Pyroschwefelsäure Hegen etwa im Bereich der Endfestigkeiten des gleichen Systems ohne wasserentziehendes Zusatzmittel und sind auch noch beinahe doppelt so hoch wie die Anfangsfestigkeiten des gleichen Systems mit Phosphorpentoxid als wasserentziehendem Mittel. Die Pyroschwefelsäure hat diese Wirkung nur beim Vorhandensein eines weiteren Härters, nicht aber allein.

Bei	Quarzsand	Furanharz	Härter	Wasser	Scherfestigkeit, g/cm2	30'	60'	120'
spiel	50 AFS	870/0 FA		akzeptor			1800	3530
		0% N2			Γ	8590	12 100	12 800
1	1200 g	30 g	V 7,5 g			4820	8960	9860
2	1200 g	30 g	V 7,5 g	A 2,5 g	3600	400	2730	3110
3	1200 g	30 g	V 7,5 g	B 5,0 g	1850	2260	5480	6800
4	1200 g	30 g	V 7,5 g	C 12,0 g	—	11 600	11800	12 050
5	1200 g	30 g	W5g	—		7840	10 100	10 080
6	1200 g	30 g	W5g	A 2,5 g	5900	3930	4870	4760
7	1200 g	30 g	W5g	B 5,0 g	2300	1850	3250	4160
8	1200 g	30 g	W5g	C 12,0 g	180
9	1200 g	30 g	—	A 2,5 g	—

Claims (1)

1. Patentanspruch:

   Kaltaushärtendes Formstoffgemisch zur Herstellung von Gießereikernen und -formen, bestehend aus Sand mit Zusatz an kondensationsfähigen Kunstharzbindern und Härtern sowie einem wasserentziehenden Mittel in Form eines Säureanhydrids, dadurch gekennzeichnet, daß dem Gemisch Pyroschwefelsäure als wasserentziehendes Mittel zugesetzt ist