模制材料混合物、由其制成的模具和型芯及其制造方法技术

本发明专利技术的主题是用于制造金属铸件的模具和型芯的模制材料混合物，模制材料混合物包括至少一种耐火材料、基于甲阶酚醛树脂和二氧化硅的粘合剂。此外，本发明专利技术涉及一种多组分体系和通过使用该模制材料混合物制造模具和型芯的方法以及根据该方法制造的、用于金属铸件的模具和型芯。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及用于制造金属铸件的模具和型芯的模制材料混合物，模制材料混合物包括至少一种耐火材料、基于甲阶酚醛树脂和无定形的二氧化硅的粘合剂。此外，本专利技术涉及使用该模塑材料混合物制造模具和型芯的方法以及根据该方法在硬化模制材料混合物的情况下制造的、用于金属铸件的模具和型芯。
技术介绍
铸造模具基本上由模具或模具和型芯组成，模具和型芯为要制造的铸件的阴模。在此，这些模具和型芯通常由耐火材料、例如石英砂和合适的粘合剂构成，粘合剂从成型工具中取出后给予铸造模具足够的机械强度。耐火的模制基础材料优选以松散的形式存在，使得模制基础材料在与粘合剂混合之后可以被填入到适当的空心模具中、压缩并且然后硬化。在硬化之后，粘合剂使得模制基础材料的颗粒之间产生固定的联接，使得铸造模具获得所需的机械稳定性。在铸造时，模具形成用于铸件的外壁，型芯用于在铸件内构成空腔。在此，不强制必需的是：模具和型芯由相同的材料构成。因此，例如在硬模铸造中，借助于金属永久模具进行铸件的外部造型。可以将由不同组成的模制材料混合物制成并根据不同方法制造的模具和型芯进行组合。如果下面为了简化起见仅提及“模具”，那么该说明同样适用于基于相同模制材料混合物且根据相同方法制造的型芯(并且反之亦然)。为了制造模具，可以使用有机的、无机的和混合的有机/无机粘合剂(混搭体系)，其硬化可以分别通过冷或热方法进行。在此，将如下方法称作为冷方法，其基本上在没有加热用于生产型芯的模制工具的情况下执行，通常在室温下、通过引入热气体或在通过放热反应引起的温度下执行。例如，硬化通过如下方式进行：将气体引导通过要硬化的模制材料混合物，并且在此触发化学反应。在热方法中，在成型之后，模制材料混合物例如通过加热的模制工具加热到足够高的温度，以便排出包含在粘合剂中的溶剂和/或用于启动硬化粘合剂的化学反应。有机聚氨酯(PU)冷芯盒法在模具制造中占据重要的位置，其中由多元醇组分和多异氰酸酯组分构成的双组分(2-K)粘合剂通过导入气态的或易挥发性的叔胺、如二甲基乙胺作为催化剂进行反应。然而，该基于PU的粘合剂具有如下缺点：用作硬化催化剂的胺是有毒的，并且放出特征性的、令人不愉快的气味。因此规定，当借助PU粘接的型芯工作时，在模具生产时和在脱模时进行极为有效的抽气和耗费的净化。因此，寻求如下替选方案，其在型芯制造时并且在脱模时不排放有害物质。由于该原因，近年来对有机/无机的杂化体系和纯无机粘合剂的兴趣大大增加。杂化体系，即具有相当多的无机分数、例如水作为溶剂的有机粘合剂在例如EP0323096B2和EP1228128B1中公开。在此，其是强碱甲阶酚醛树脂，其可以通过用CO2对模制材料混合物进行气体处理来硬化，并且于是用作粘合剂。在上述专利中描述的粘合剂的主要组成部分是氧阴离子，例如硼酸根离子(EP0323096B2)和硼酸根离子和铝酸根离子的组合(EP1228128B1)。如果将PU冷芯盒粘合剂的强度与可CO2硬化的甲阶酚醛树脂的强度进行比较，那么显示出：后者不能达到PU冷芯盒粘合剂的强度水平，进而其使用范围基本上限于简单的、实心的型芯。尽管通过甲阶酚醛树脂无法解决在脱模时的排放问题，但在型芯制造领域，使用无味的CO2代替闻起来不舒适的且必要时已经以少量浓度就有毒的叔胺并且通过水至少部分地取代有机溶剂组分能够实现更好的工作环境。因此，需要如下改进可CO2硬化的甲阶酚醛树脂：即它们达到较高的强度水平。由此，可以制造具有更复杂几何形状的型芯或在实心的简单的型芯中可以降低粘合剂含量，这一方面提高该方法的经济性，并且另一方面减少在铸造时出现的排放。
技术实现思路
因此，本专利技术的目的是：改进可CO2硬化的甲阶酚醛树脂粘合剂的特性，尤其提高强度水平。上述目的通过如独立权利要求中描述的模制材料混合物、多组分体系和方法实现。有利的改进形式是从属权利要求的主题或在下面描述。令人惊讶地发现：将无定形的二氧化硅添加至包括至少一种耐火的模制基础材料和可CO2硬化的甲阶酚醛树脂的模制材料混合物引起强度改进，更确切地说不仅在成型和硬化之后立即的还有硬化的型芯在室温下仓储达24小时之后的强度改进。此外，本专利技术对模具在空气湿度提高的情况下的仓储能力产生积极作用，而且对在型芯热处理之后的强度产生积极作用，例如在80至200℃的涂料干燥(施加含水的或含醇的耐火涂层)之后的强度。根据本专利技术的模制材料混合物至少包含如下材料：a)耐火的模制基础材料，b)非硬化的甲阶酚醛树脂作为粘合剂或作为粘合剂组分，其尤其为含水的碱溶液形式并且更优选具有大于12的pH值。和c)无定形的SiO2作为添加剂。此外，本专利技术涉及用于制造模具或型芯的方法，其包括如下步骤：a)将粘合剂和添加剂与模制基础材料混合，b)将在步骤a)中获得的模制材料混合物引入到模制工具中，c)在模制工具中硬化模制材料混合物，和d)必要时从模制工具中取出硬化的型芯和模具为了制造铸造模具，能够将常用的且已知的材料以及其混合物用作为耐火的模制基础材料(下面简称为模制基础材料)。适当地例如是石英砂，锆砂或铬矿砂，橄榄石，蛭石，铝土矿，耐火粘土以及所谓的人造模制基础材料，即通过造型的工业方法置于球形的或近似球形的(例如椭球形的)模具中的模制基础材料。对此的实例是：人造的、球形的、陶瓷砂-所谓的又或者以及微空心球，如其还可以作为由飞灰构成的组分来分离。尤其优选的是以下模制基础材料，其包含以耐火的模制基础材料计超过50重量百分比的石英砂。耐火的模制基础材料理解为具有高熔点(熔化温度)的材料。优选地，耐火的模制基础材料的熔点大于600℃，优选大于900℃、尤其优选大于1200℃并且特别优选大于1500℃。耐火的模制基础材料优选共计模制材料混合物的大于80重量百分比、尤其大于90重量百分比、尤其优选大于95重量百分比。耐火的模制基础材料的平均直径通常为100μm至600μm之间、优选在120μm和550μm之间并且尤其优选150μm和500μm之间。颗粒大小例如能够通过根据DINISO3310的筛选来确定。尤其优选的是以下颗粒形状，其具有1:1至1:5或1:1至1:3的最大纵向延伸与最小纵向延伸比(彼此垂直且分别对于全部空间方向)，即颗粒形状不应当是纤维状的。耐火的模制基础材料优选具有松散的状态，尤其以便能够在常用的射芯机中加工根据本专利技术的模制材料混合物。根据本专利技术的模制材料混合物包括甲阶酚醛树脂作为其他的组分，甲阶酚醛树脂的量分别以模制基础材料的重量计占1至10重量百分比、优选1至5重量百分比并且尤其优选1至4重量百分比。就本专利技术而言，甲阶酚醛树脂是经由亚甲基基团(-CH2-)和/或经由醚桥(尤其-CH2-O-CH2-)彼此结合的芳香剂，芳香剂分别至少载有一个-OH基团(羟基芳香化合物)。适当的羟基芳香化合物是苯酚，取代的苯酚，例如甲酚或壬基酚，1,2-二羟基苯(焦儿茶酚)，1,2-二羟基苯(间苯二酚)或1,4-二羟基苯(氢醌)或酚类化合物，例如双酚A，其分别-只要也没有使用苯酚-优选与苯酚混合。甲阶酚醛树脂例如通过一种或多种羟基芳香化合物与一种或多种醛尤其在存在碱性的催化剂、如氢氧化铵或碱金属氢氧化物的情况下缩合来制备。优选地应用碱金属氢氧化物催化剂。适合作为醛的是甲醛，多聚甲醛，丁醛本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于制造模具或型芯的模制材料混合物，所述模制材料混合物至少包括：a)耐火的模制基础材料，b)甲阶酚醛树脂作为粘合剂或作为粘合剂组分，和c)无定形的SiO2作为添加剂。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2014.05.02 DE 102014106177.21.一种用于制造模具或型芯的模制材料混合物，所述模制材料混合物至少包括：a)耐火的模制基础材料，b)甲阶酚醛树脂作为粘合剂或作为粘合剂组分，和c)无定形的SiO2作为添加剂。2.根据权利要求1所述的模制材料混合物，其中，所述模制材料混合物是通过将多组分体系聚集而可获得的，所述多组分体系由至少下述空间上彼此分开存在的组分(A)、(B)和(F)构成：(A)粉末形式的无定形的SiO2，没有水并且没有甲阶酚醛树脂，(B)粘合剂组分(B)，包括所述甲阶酚醛树脂、水并且没有无定形的SiO2，和(F)松散的耐火组分(F)，包括耐火的模制基础材料并且没有甲阶酚醛树脂。3.一种用于制造模具或型芯的多组分体系，所述多组分体系至少包括下述空间上彼此分开存在的组分(A)、(B)和(F)：(A)粉末形式的无定形的SiO2，没有水并且没有甲阶酚醛树脂，(B)粘合剂组分(B)，包括甲阶酚醛树脂、水并且没有无定形的SiO2，和(F)松散的耐火组分(F)，包括耐火的模制基础材料并且没有甲阶酚醛树脂。4.根据前述权利要求中至少一项所述的模制材料混合物和/或多组分体系，其中，耐火的所述模制基础材料包括：石英砂，锆砂或铬砂；橄榄石，蛭石，铝土矿，耐火粘土，玻璃珠，粒状玻璃，硅酸铝微球及其混合物，并且优选以耐火的所述模制基础材料计超过50重量百分比由石英砂构成。5.根据前述权利要求中至少一项所述的模制材料混合物和/或多组分体系，其中，所述模制材料混合物或所述多组分体系的超过80重量百分比、优选超过90重量百分比、并且尤其优选超过95重量百分比是耐火的模制基础材料。6.根据前述权利要求中至少一项所述的模制材料混合物和/或多组分体系，其中，耐火的所述模制基础材料具有100μm至600μm的、优选在120μm和550μm之间的平均颗粒直径，所述平均颗粒直径通过筛选分析确定。7.根据前述权利要求中至少一项所述的模制材料混合物和/或多组分体系，其中，无定形的二氧化硅具有根据BET确定的、在1和200m2/g之间的、优选大于等于1m2/g并小于等于30m2/g、尤其优选小于等于15m2/g的表面积。8.根据前述权利要求中至少一项所述的模制材料混合物和/或多组分体系，其中，无定形的二氧化硅选自由以下各项组成的组：沉淀二氧化硅，通过火焰水解或在电弧炉中的制备的焦化的二氧化硅，通过ZrSiO4的热分解制备的无定形二氧化硅，通过借助于含氧气体的金属硅的氧化来制备的二氧化硅，具有球形颗粒的石英玻璃粉末，和它们的混合物，所述石英玻璃粉末通过熔融和快速再冷却由结晶石英来制备，并且优选包含通过ZrSiO4的热分解制备的无定形二氧化硅或由其构成。9.根据前述权利要求中至少一项所述的模制材料混合物和/或多组分体系，其中，所述模制材料混合物和所述多组分体系包括以所述模制基础材料计占0.1至2重量百分比、优选0.1至1.5重量百分比的所述无定形的二氧化硅。10.根据前述权利要求中至少一项所述的模制材料混合物和/或多组分体系，其中，所述无定形的二氧化硅具有小于5重量百分比并且尤其优选小于1重量百分比的水含...

【专利技术属性】
技术研发人员：约尔格·克施根，克里斯蒂安·普里贝，皮埃尔亨利·瓦斯莱，
申请(专利权)人：ASK化学品股份有限公司，
类型：发明
国别省市：德国;DE