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Trockene, rieselfähige Formmasse mit wärmehärtenden Eigenschaften
Die Erfindung betrifft eine aus körnigem Material, insbesondere Quarzsand, und wärmehärtenden
Bindemitteln bestehende trockene, rieselfähige Formmasse für Gießereizwecke.
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Werden Formen oder Kerne für Gießereizwecke nach dem Maskenformverfahren,
das in Amerika und England Shell molding process genannt wird, hergestellt, so benötigt
man hierzu körnige Formmassen, die trocken sind, gut rieseln und beim Erwärmen zunächst
klebfeucht werden, um nach intensiverer Erwärmung auszuhärten.
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Formmassen mit derartigen Eigenschaften erzielt man, indem man inerte
körnige Materialien, zumeist Quarzsand, mit wärmehärtenden Bindemitteln vermischt
oder umhüllt.
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Als wärmehärtende Bindemittel werden bisher wärmehärtende Kunstharze,
wie sie durch Kondensation von Phenolen mit Aldehyden entstehen, wie auch wärmehärtende
Gemische gewisser Pecharten mit Schwefel verwendet.
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Ferner sind Bindemittel, die auf Polyisocyanaten, Polyaminen und Salzen
hochmolekularer mehrbasischer Säuren beruhen, vorgeschlagen worden. Von diesen hat
jedoch bisher noch keins Eingang in die Praxis gefunden. Die Gründe hierfür sind
zu hoher Preis, ungünstige Aushärtebedingungen, zu geringe Festiglzeiten und metallurgische
Nachteile der Formen.
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Die mit den zuerst erwähnten wärmehärtenden Kunstharzen hergestellten
Formmassen liefern in jeder Hinsicht einwandfreie und sehr feste Formen, jedoch
ist der hohe Preis der wärmehärtenden Kunstharze nachteilig.
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Die mit den an zweiter Stelle genannten Pech-Schwefel-Gemischen hergestellten
Formmassen sind sehr billig, und sie ergeben metallurgisch einwandfreie Formen,
deren Festigkeiten jedoch nicht ganz an die anit wärmehärtenden Kunstharzen hergestellten
Formen heranreichen.
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Erfindungsgemäß wird nun als wärmehärtendes Bindemittel ein Gemenge
von Oxydationsprodukten trocknender 251e einerseits und elementarem Schwefel andererseits
verwendet. Die damit hergestellte Formmasse vereinigt in sich hohe Festigkeit und
gute metallurgische Eigenschaften der erhaltenen Formen bei niedrigem Preis. Oxydationsprodukte
von trocknenden Ölen und Schwefel als Bindemittel sind schon in Form von Kernölen
vorgeschlagen, führen jedoch zu plastischen und klebrigen Formmassen. Außerdem sind
dabei die Oxydationsprodukte der trocknenden Öle und Schwefel behandelt, enthalten
also gebundenen Schwefel, der mit .den Oxydationsprodukten in Reaktion getreten
ist. Für die Herstellung einer trockenen und rieselfähiben Formmasse mit -wärmehärtenden
Eigenschaften darf aber vor der Verwendung der Formmasse eine Reaktion zwischen
Schwefel und Oxydationsprodukten nicht eingetreten sein, denn diese Reaktion wird
zur Wärmehärtung benutzt, .darf also erst während der Verwendung im Kontakt mit
dem heißen Modell eintreten.
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Es ist bekannt, daß trocknende Öle, insbesondere Leinöl, durch chemische
Abbindung von Sauerstoff, also durch Oxydation, in einen festen Zustand übergehen
können. Es ist ebenfalls bekannt, daß diese trocknenden Öle auch Schwefel unter
Verfestigung chemisch binden können. Untersucht man jetzt, wie sich beide Arten
von Reaktionen überlagern können, dann stellt man fest, daß die trocknenden Öle
nach weitestgehender Oxydation noch zusätzlich Schwefel abbinden können und daß
die festen Oxydationsprodukte thermoplastisch sind, während sie durch das zusätzliche
Abbinden von Schwefel in unschmelzbare Substanzen übergeführt werden. Diese für
trocknende Öle charakteristischen Reaktionsfolgen haben bisher noch keinerlei Anwendung
für Gießereizwecke gefunden, und auf ihnen basiert die beanspruchte Formmusse.
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Im einfachsten Falle stellen sie Gemische aus inerten körnigen Materialien,
z. B. aus trockenem Quarz-Sand, mit pulverförmigem Schwefel und gepulverten Oxydationsprodukten
trocknender 51e dar. Ein festes Oxydationsprodukt beispielsweise des Leinöls erhält
man in bekannter Weise durch Durchblasen von Luft durch das heiße Ö1 und eire im
Anschluß an die Erstarrung durchführende Nachoxydation mit Salpetersäure.
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Verkürzungen der Aushärtezeiten, Festigkeitssteigerungen, Verbesserung
der Vermahlungseigenschaften, der metallurgischen Eigenschaften und Preissenkung
erzielt man, wenn man den trocknenden Ölen vor oder nach der Oxydation durch Zusammenschmelzen
Bitumina oder bitumenähnliche Substanzen zusetzt. Die zusetzbaren Mengen sind begrenzt.
Überschreitet
man diese Grenzen,.die von der Art des trocknenden
Öles und der Art de's jeweiligen Zusatzes abhängen, so tritt Verschlechterung der
genannten Eigenschaften ein. Die optimalen Zusatzmengen an Bitumina oder bitumenähnlichen
Substanzen müssen für die jeweiligen Rohstoffe durch Vorversuche bestimmt werden.
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Bequemere Verfahren zur Oxydation der trocknenden Öle, als es das
Durchblasen von Luft unter Erhitzung darstellt, lassen sich anwenden, wenn die trocknenden
Öle in feinverteilter Form mit großer freier Oberfläche vorliegen:- Dieses erreicht
man am zweckmäßigsten, indem man die körnigen Materialien mit den trocknenden Ölen
mischt, so daß die einzelnen Körner mit dünnen Schichten der trocknenden Öle umhüllt
sind und eine große freie Oberfläche durch die körnige Struktur einer derartigen
Mischung gegeben ist. Hat man in den trocknenden Ölen vorher in bekannter Weise
Sikkative, beispielsweise etwa 1 % Kobaltresinat, gelöst, so werden die Ölfilme
auf den Körnern durch Auslagern an der Luft oxydiert, die Mischung verfestigt sich
und ist, nachdem sie unter Zusatz von pulverförmigem Schwefel bis zur Vereinzelung
der Körner verkollert worden ist, verwendbar. Der Schwefel kann auch vor der Oxydation
der trocknenden Öle oder vor deren Beimischung mit dem körnigen Material vermischt
werden; dadurch wird er an die Körner fixiert, und die fertige Formmasse ist völlig
staubfrei. Dieses ist im Hinblick auf sauberes Arbeiten und auf die Vermeidung von
Staubverpuffungen, die bei Vorhandensein von freiem Schwefelstaub in der Formmasse
bei Berührung mit überhitzten Modellen auftreten können, durchaus erwünscht.
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Bei der eben beschriebenen Arbeitsweise zur Herstellung der -beanspruchten
Formmasse kann an den relativ kostspieligen Sikkativen dadurch eingespart werden,
daß man sie nicht in den trocknenden Ölen löst, sondern in einem billigen, leicht
flüchtigen Lösungsmittel, etwa in Tetralin oder in einem Gemisch aus Tetralin und
Dekalin, und diese Lösung, nachdem die körnigen Materialien mit den trocknenden
Ölen überzogen worden sind, dem Ganzen zumischt. Verfährt man in dieser Weise, so
brauchen lediglich die Oberflächen der mit den trocknenden Ölen umhüllten Körner
von ,der Sikkativlösung benetzt zu werden, womit für eine Einleitung der Oxydation
von der Außenseite der Ölfilme auf den Körnern her gesorgt ist.
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Benutzt man die Luft unter Vermittlung von Sikkativen als Oxydationsmittel
für die auf die Körner aufgebrachten trocknenden Öle, so ist eine Ausbreitung des
Mischgutes an der Luft notwendig. Will man den hiermit verbundenen Platzbedarf mindern,
so können in die aus den körnigen Materialien und den trocknenden Ölen bestehenden
Mischungen auch flüssige Oxydationsmittel, die nicht wie die Sikkative nur sauerstoffübertragend,
sondern sauerstoffabgebend wirken, eingearbeitet werden. Als solche haben sich besonders
günstig wässerige Lösungen von Kaliumpermanganat erwiesen, sofern man ihnen ein
Netzmittel zusetzt. Auch läßt sich das Kaliumpermanganat ganz oder teilweise durch
ändere sauerstoffabgebende Verbindungen, wie Bichromate, Perverbindungen usw. ersetzen.
Besonders zeitsparend verfährt man; wenn man Kaliumpermanganat in Azeton löst.
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Ausführungsbeispiele 1. 84 kg trockener Quarzsand (30 % - feiner als
0,1 mm; alles feiner als 0,3 mm; Schlämmstoffgehalt unter 1 1/o) werden
mit 3,35 kg Schwefelpulver (alles feiner als 0,06 mm) vermischt, und dieser Mischung
wird in einem Kollergang oder in einem Kernsandmischer ein heilfies Gemisch von
1,92 kg sikkativfreiem Leinöl mit 2,88 kg Braunkohlenteerhartpech (Krämer-Sarnow-Erweichungspunkt
90 bis 100° C) bis zur völligen Homogenität zugemischt. Darauf läßt man eine Lösung
von 100 g Kaliumpermanganat in der zur Lösung erforderlichen Menge Azeton oder in
1,8 1 Wasser bei laufender Mischmaschine in dünnem Strahl zufließen. Verwendet man
die wässerige Kaliumpermanganatlösung, so werden diesen 1,81 noch 10 g Pril (Netzmittel
der Böhme-Fett-Chemie) zugefügt. Das Mischgut ist nach 1 bis 2 Tagen infolge Oxydation
des Leinöls völlig durchgehärtet und wird nunmehr in einem Kollergang bis zur Vereinzelung
der Körner vermahlen. Dieses Formmaterial härtet, wenn man es auf 280 bis 300° C
heiße Modelle aufbringt, je nach Schichtdicke in 45 bis 120- sec aus, und das erhaltene
Formmaterial besitzt, sofern die Formmasse lediglich unter Anwendung der Schwerkraft
aufgestreut worden ist, Biegefestigkeiten von 35 bis 45 kg/cm2.
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2. Die im ersten Ausführungsbeispiel angewendete Kaliumpermanganatlösung
kann durch 0;81 einer handelsüblichen Kobaltresinatlösung ersetzt werden.
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3. Eine Mischung aus 3 Gewichtsteilen Leinöl, 2 Gewichtsteilen Holzöl
-und 5 Gewichtsteilen bei Raumtemperatur springharten Stearinpechs wird bis zur
ersten leichten Blasenbildung erhitzt und über 3 bis 5 Stunden auf dieser Temperatur
gehalten. Während dieser Zeit läßt man einen stetigen Strom vorgeheizter Luft durch
die Mischung streichen und bringt hinterher die erkaltete Masse in Salpetersäure,
die aus einem Volumteil rauchender Salpetersäure und 2,5 bis 3 Volumteilen Wasser
besteht, und läßt die Masse hierin so lange kochen, bis eine entnommene Probe bei
Raumtemperatur springharte Konsistenz aufweist. Dann kocht man die Masse in einer
wässerigen Kreidesuspension so lange, bis die Salpetersäure abgestumpft ist. Die
luftgetrocknete Masse wird dann mit 40 bis 60 Gewichtsprozent ihres Eigengewichtes
Schwefel vermahlen. Das Mahlgut muß eine Körnung feiner als 0,06 mm besitzen, und
es wird mit der 10- bis 20fachen Menge trockenen Quarzsandes gemischt.