鑄造用模制品的生產的制作方法

專利名稱：鑄造用模制品的生產的制作方法
鑄造用模制品的生產本發明涉及鑄造用模具的生產方法，特別是殼模(mask mold)、砂型芯(sand core)及它們的部件的生產方法，以及適用于該方法的組合物和設備。在鑄造技術中，耐熱模具可以特別地由顆粒狀耐火材料進行生產，并需要粘結劑。鑄造目的所用的模具通常為殼模，它可以用殼型鑄造法(Croning process)(以其 發明者Johannes Croning命名)來進行生產。通常，殼模由兩半組成，當將這兩半放置到 一起時即形成與模型輪廓相應的模具材料殼。殼模及其部件優選為使用加熱造型設備由砂 和合成樹脂的混合物生產得到。所述混合物被引入到空心模型中，該空心模型的內部空腔 確定了待生產的模具或待生產的模具部件的全部表面輪廓。由于在制模過程中熱的作用， 合成樹脂粘結劑固化形成自支承的殼狀模具，其優選為低厚度的，該模具界定了待鑄造產 品的外部輪廓。在之后的澆鑄過程，該模具可以例如由顆粒材料回填。為了生產出鑄造產品內部的空腔，需要能夠被放置在鑄造模具內且其外部形狀與 待鑄造產品的內部輪廓相適應的型芯(core)。從而，型芯能夠為模具的成分。澆鑄完成后， 型芯可以再從鑄造產品中被移除(溶出)。與殼模類似，型芯常常由顆粒狀耐火材料和粘結劑來生產。例如，在射芯過程中， 摻有粘結劑的砂(被稱為型芯砂)可以在界定的壓力和界定的溫度下被引入到型芯盒 (core box)(通常由模具的兩個部件或半模組成的設備，在使用時密封至少一個被稱為模 具空腔的內部空腔，其中，該內部空腔具有待制造型芯的形狀)中。粘結劑固化后，成品型 芯(其基于其組成通常被稱為砂型芯)可以從型芯盒移除和用于其目標應用。由于在生產金屬鑄造產品中，不允許液態金屬和模具之間發生化學反應，殼模和 型芯通常必須用非常高品質的材料制成，例如，由純硅砂制成。材料的顆粒尺寸優選經選擇 以使得鑄造產品的表面不會太粗糙。通常，使用有機粘結劑，例如，液體酚醛樹脂(phenolic resion)、呋喃樹脂和氨基 樹脂(或它們的組合)作為粘結劑。通過加入硬化劑例如硬脂酸銨，粘結劑與合適的顆粒 狀耐火材料的混合物在200°C -270°C的溫度能夠在很短時間內固化。然而，近來，無機粘結 劑被越來越多地使用。這種類型的粘結劑特別可能是，水玻璃、硫酸鎂、磷酸鈉、粘土、蒙脫 土、海綠石、高嶺土、氣凝膠、水泥或石膏粉飾(gypsum plaster) 0另外，頁礦物特別是頁硅 酸鹽一般也適合于用作無機粘結劑。然而，無論是使用有機粘結劑還是使用無機粘結劑，都常常出現問題。即顆粒狀耐 火材料和粘結劑的混合物常常會粘附到前文所述的內部空腔的壁上。隨著時間流逝，形成 越來越厚的結塊材料并從而導致模制品的不精確，這隨后在最終的鑄造產品中反映出來。已知這種粘附材料或結塊材料能夠通過“速貼(Quickpad) ”來避免。速貼 (Quickpad)是能夠例如基于特弗隆(Teflon)層的抗粘附的粘著劑。這必須手工粘至內部 空腔然后再移除，當效果減弱再更換，這伴隨著相對高的支出。此外，這種速貼(Quickpad) 的應用很有限，因為在內部空腔的一些區域會有很復雜的輪廓從而會使其不能使用。再則， 速貼(Quickpad)的熱穩定性很有限，從而使得其不適合在熱固化過程中使用。作為速貼(Quickpad)的替代，已知的是可以使用一次性脫模劑，尤其是基于蠟的一次性脫模劑。這種脫模劑在內部空腔的壁上形成液體膜。然而，它們在一些關鍵區域經常 會保持無效，因為顆粒狀耐火材料和粘結劑的混合物在進入空心模型和芯模(core mold) 時，常常處于高壓下，因此脫模劑被機械地洗去。本發明的目的是提供改良的生產用于鑄造目的的模具特別是殼模和型芯的工業 解決方案，在該解決方案中，沒有發生前文所述的問題。該目的通過具有權利要求1所述特征的生產鑄造用模具的方法、包括權利要求8 的特征的用途以及具有權利要求24的特征的設備達到。本發明的方法的優選實施方案由 從屬權利要求2-7限定。本發明的用途和本發明的設備的優選實施方案記載在從屬權利要 求9-23以及25-28中。在下文中，一些優選的特征可能只在本發明的前述主題之一的描述 中做了詳細解釋。然而，相應的解釋仍然打算被應用于本發明的所有主題中。所有權利要 求的措辭在此引入本發明說明書作為參考。本發明的方法用來生產鑄造用模具，尤其優選殼模、型芯(特別是砂型芯)及它們 的部件。從而，本發明的方法既能用來生產界定待鑄造產品外部輪廓的模具，也可以用來生 產能夠用于產生空腔的模具(型芯)。在本方法中，包含顆粒狀耐火材料和粘結劑的組合物被引入(特別是被吹入)到 空心模型中。將其引入后，粘結劑一般馬上固化，因而生產的模具可以被移走。空心模型的 內部輪廓或其形狀決定了待生產的模具或待生產的型芯的全部表面的輪廓。模具本身由可 以相互分離以便于讓模具移出的至少兩個部件組成。為生產砂型芯，優選使用本領域技術 人員熟知的傳統的模箱(mold box)或傳統的砂箱(mold flask)。本發明所述生產鑄造用模具的方法的特征特別在于，在至少一個所述能分離部件 使用前，對其施用包含至少一種有機硅組分和優選的至少一種溶劑的組合物。本發明所述生產鑄造過程用型芯的方法優選包括以下步驟_通過至少一個加料口將組合物引入(特別是射入)到內部空腔中，該組合物包括 顆粒狀耐火材料和粘結劑(所述組合物優選基本由顆粒狀耐火材料和粘結劑組成)；_固化該粘結劑，以及_移出該模具。包含有機硅組分的組合物優選以如下這種方式施加使得內部空腔的壁的至少部 分，優選全部被層或者涂層覆蓋。特別地，組合物被施加到在包括顆粒狀耐火材料和粘結劑 的組合物被引入時受到特別強烈機械應力的區域，換而言之，特別是位于至少一個進料口 的相對側并因此在射入期間被組合物直接沖擊的區域。組合物優選用噴霧法或浸漬法進行施用。當然需要在每種情況下使用具有合適稠 度的組合物。對此要求的特性以及組合物的其它特性都能通過加入適當的添加劑諸如增稠 劑、流變添加劑等來調節。合適的添加劑為本領域技術人員已知的，因而不需要在這一點上 做詳細地解釋。包括有機硅組分的組合物能夠在施用后立即固化。在本發明的方法中，組合 物的固化優選為加熱進行，進一步優選為在室溫至350°C范圍的溫度進行，尤其優選為 20 0C -300 °C，特別為 30 0C -200 0C ο在這種情況下，所述組合物優選包括至少一種能夠熱交聯的組分。特別地，這也可 能是所述至少一種有機硅組分。
在本發明方法的另一個優選實施方案中，也可以通過電磁輻射進行固化，使用波 長在UV和/或IR區域內的輻射是特別優選的。在這種情況下，所述組合物優選包括至少一種能夠經輻射交聯的組分。因此，例 如，所述至少一種有機硅組分能夠含有可經輻射交聯的側鏈(特別是含有乙烯屬雙鍵的 鏈)。從原理上來，固化也可能既通過加熱又施用輻射進行。從而，能夠熱交聯的組分和 能夠借助輻射交聯的組分能兩者都存在于該組合物中，在這種情況下，不需要所有組分都 是有機硅組分。這樣，例如，也可以優選使用聚酯樹脂作為該組合物的組分。用這種方式生產的有機硅層或有機硅涂層具有優異的脫模功能，有效防止所述包 括顆粒狀耐火材料和粘結劑的組合物與所述內部空腔的至少關鍵壁區域之間的直接接觸。 因此，層或涂層也能被稱作脫模層。它們具有高的不潤濕性能。另外，其特征還特別在于， 具有格外高的抗磨損性能和很好的粘著性能。所述顆粒狀耐火材料特別優選為型砂，特別是硅砂。作為顆粒狀耐火材料的粘結劑可使用開頭提到的有機粘結劑。然而，也可使用無 機粘結劑，任選地與一種或多種有機粘結劑組合使用。可能的無機粘結劑特別為水玻璃、硫 酸鎂、磷酸鈉、粘土、蒙脫土、海綠石、高嶺土、氣凝膠、水泥、石膏粉飾、頁礦物如頁硅酸鹽以 及所提及組分的組合。根據上文所述，本發明還涵蓋了包含至少一種有機硅組分和優選至少一種溶劑的 組合物的用于生產鑄造用模具及其部件的用途，特別是在本發明方法中用于生產鑄造用模 具的用途。所述至少一種有機硅組分優選為可交聯組分，從而包括在輻射和/或加熱時能相 互發生反應的化合物。其特別優選包括硅烷或硅氧烷或可交聯的硅化合物。也可以使用硅 烷和硅氧烷或硅酮的組合。根據本發明，特別適合的硅烷為有機官能的硅烷，諸如氨基硅烷、環氧基硅烷和甲 基丙烯酰氧基硅烷和異氰酸根合硅烷。在優選實施方案中，特別地，甲基丙烯酰氧基硅烷為 可通過輻射交聯的硅烷，例如，正如在上文所述，能夠通過紫外輻射固化。合適的硅氧烷和硅酮為，例如，聚硅氧烷比如特別地，聚二烷基硅氧烷(特別地， 聚二甲基硅氧烷)、聚有機硅氧烷、環氧基硅酮以及聚醚硅酮。這些物質應分別具有可交聯 的基團。所述可交聯的基團可以為例如這樣的基團能發生縮合反應的游離羥基基團或例 如能夠形成游離羥基基團的烷氧基基團。而且，可能優選的是，所述組合物具有另外的有機硅組分；特別地，優選存在烷氧 基硅烷。在這些特別優選的烷氧基硅烷中，可以特別提到的是烷基烷氧基硅烷例如，三甲基 乙氧基硅烷或三甲基甲氧基硅烷。總的來說，在優選實施方案中，本發明可以使用的組合物包括至少一種上述可交 聯的有機硅化合物以及附加的至少一種烷氧基硅烷。此外，所述組合物可以包括至少一種具有含鹵素側鏈的硅烷，優選具有含氟側鏈 的硅烷，尤其是作為至少一種可交聯的有機硅組分。這又特別地優選為具有含鹵素側鏈 的烷氧基硅烷，優選為具有含氟側鏈的烷氧基硅烷，特別優選為十三氟-1，1，2，2-四氫辛
基-1-三乙氧基硅烷。
在實施例中，記載了既具有這樣的含鹵素側鏈的硅烷，又具有烷基烷氧基硅烷的 組合物。除了至少一種可交聯的有機硅組分，根據本發明可使用的組合物也可以進一步含 有至少一種另外的可交聯的有機組分，其不具有有機硅的特性，該有機組分特別為聚酯組 分。在一個特別優選的實施方案中，所述至少一種可交聯的有機硅組分和所述至少一 種另外的可交聯有機組分相組合地作為硅酮聚酯樹脂存在于組合物中。適合的硅酮聚酯樹 脂為，例如，市售聚酯改性甲基-苯基硅酮樹脂，這種樹脂還適合涂覆用于將面包產品更容 易得從模具中移除的烘烤模具。此外，可能優選的是，本發明可以使用的包括所述至少一種有機硅組分的組合物 具有一種或多種脫模劑，特別是至少一種脫模油。該脫模劑優選為直鏈或支化的聚硅氧烷， 特別為式R0-[R’2Si-0]n-R的聚硅氧烷，其中，R和R’彼此獨立地表示具有1到8個碳原子 的烷基或具有6-20個碳原子的芳基。在其它優選實施方案中，無機顆粒，特別是具有納米到微米范圍的顆粒尺寸的顆 粒，也可以存在于含有至少一種有機硅組分的組合物中。無機顆粒的性質并不關鍵，所有陶 瓷顆粒基本上都適用。然而，特別優選的為硅酸鹽顆粒。出人意料地已經發現，這種顆粒的 存在顯著增加了脫模層的抗磨損性能。作為另外的組分，根據本發明可以使用的包括至少一種有機硅組分的組合物具有 適合作為交聯劑的組分。慣常的交聯劑是本領域技術人員已知的。在本情況下特別優選的 是，使用三乙氧基硅烷(TEOS)或三乙酰氧基甲基硅烷。除了交聯劑或作為其替代之外，根據本發明可以使用的組合物還可以具有催化 劑，特別是至少一種縮合催化劑。這可以是例如酸比如鹽酸或硫酸。上述的溶劑優選為有機溶劑，特別為至少一種醇、醚和/或酯。也可以使用非極性 溶劑諸如石油溶劑油。然而，對于本發明而言，溶劑的性質原則上并不關鍵。根據本發明的用于制造鑄造用模具的設備特別適合于制造殼模和型芯。該設備包 括至少一個提供了有機硅的層或涂層(尤其是固化的有機硅的層或涂層)的部件。因此， 本發明的設備自身優選為模具。正如在上文中全面描述過的那樣，層或涂層優選由包括至少一種有機硅組分和優 選的至少一種溶劑的組合物制備。在優選實施方案中，層或涂層具有Iym-IOOym的厚度，優選為1μπι-20μπι。所述至少一個部件優選至少部分，在優選實施方案中全部地，由金屬和/或塑料 組成。所述層或涂層特別優選為永久地或至少半永久地束縛于所述模具的所述至少一 個部件。在優選實施方案中，結合如此之強以至于層不能在不破壞的情況下被剝離。在優 選實施方案中，在所述至少一個部件的表面上，層或涂層形成有機硅基體，無機顆粒可以嵌 入到該基體中。本發明的其它特征可以結合從屬權利要求從實施例中得到。在此，在每個情況下 的各個特征既可以單獨，也可以以多個特征的組合在一個實施方案中得以實現。描述的優 選實施方案僅僅是為了說明目的和更好地理解本發明而不構成對本發明的任何限制。
實施例1 依照本發明能夠使用的組合物A的制備將500g混合有脫模物質(例如市售的適用于將含糖的面包產品從模具移除的聚 酯改性的甲基-苯基-聚硅氧烷樹脂)的聚酯改性的甲基-苯基-聚硅氧烷樹脂和500g作 為溶劑的醋酸甲氧基丙酯(可能用深藍色極深地染成藍色)在IOOOml燒瓶中相互混合，混 合物在室溫下攪拌1小時。依據所期望的層厚度，可以以2 1至1 2的比率稀釋。在 室溫下攪拌4小時后，該產物已經準備好使用并能夠通過噴霧法施用。實施例2 依照本發明能夠使用的組合物B的制備組合物
權利要求
用于生產鑄造用模具的方法，特別是用于生產殼模、砂型芯及它們的部件的方法，在該方法中，包括了顆粒狀耐火材料和粘結劑的組合物被引入到空心模型中，所述空心模型的內部空腔確定了待生產的模具或待生產的模具部件的全部表面輪廓，其中所述模型由能夠相互分離以便于讓生產的模具移出的至少兩個部件組成，其特征在于使用前，向至少一個所述能分離的部件施用包含至少一種有機硅組分和優選至少一種溶劑的組合物。
2.根據權利要求1的方法，其包括以下步驟-通過至少一個加料口將包括顆粒狀耐火材料和粘結劑的組合物引入到所述內部空腔中；-固化所述粘結劑，以及 -移出所述模具。
3.根據權利要求1或2的方法，其特征在于包括有機硅組分的組合物以如下方式被施 用使得所述內部空腔的壁部分或完全地被該組合物的層覆蓋。
4.根據權利要求1-3中任一項的方法，其特征在于，包括有機硅組分的組合物在被引 入所述內部空腔后固化。
5.根據權利要求4的方法，其特征在于，組合物的固化通過加熱實現，特別是在20°C到 300 V的溫度，優選為30 V到200 V。
6.根據權利要求4的方法，其特征在于，組合物的固化通過電磁輻射實現，特別是通過 在UV和/或IR范圍內的電磁輻射實現。
7.根據前述權利要求中任一項的方法，其特征在于，顆粒狀耐火材料為砂，特別是硅砂。
8.包括至少一種有機硅組分和優選至少一種溶劑的組合物用來生產鑄造用模具及其 部件的用途，特別是用來生產殼模和砂型芯的用途，特別是在權利要求1所述的方法中。
9.根據權利要求8的用途，其特征在于，所述至少一種有機硅組分包括可交聯的硅烷、 硅氧烷和硅酮化合物中的至少一個成員。
10.根據權利要求8或9的用途，其特征在于，所述組合物包括至少一種烷氧基硅烷，特 別是烷基烷氧基硅烷如三甲基乙氧基硅烷或三甲基甲氧基硅烷。
11.根據權利要求8-10中任一項的用途，其特征在于，所述至少一種有機硅組分包括 至少一種具有含鹵素側鏈、特別是含氟側鏈，的硅烷，優選為至少一種烷氧基硅烷，特別是 至少一種具有含鹵素側鏈、特別是含氟側鏈，的烷基烷氧基硅烷。
12.根據權利要求11的用途，其特征在于，所述至少一種具有含鹵素側鏈的硅烷為 十三氟-1，1，2，2-四氫辛基-1-三乙氧基硅烷。
13.根據權利要求8-12中任一項的用途，其特征在于，所述組合物除了含有所述至少 一種有機硅組分外，還含有至少一種另外的不具有有機硅特性的可交聯有機組分，特別是 聚酯組分。
14.根據權利要求13的用途，其特征在于，在所述組合物中，所述至少一種有機硅組分 和所述至少一種另外的可交聯有機組分作為硅酮聚酯樹脂存在。
15.根據權利要求8-14中任一項的用途，其特征在于所述組合物具有至少一種脫模 劑，特別是至少一種脫模油。
16.根據權利要求15的用途，其特征在于，所述組合物具有作為脫模劑的直鏈或支化的聚硅氧烷，特別是式R0_[R’ 2Si-0]n-R的聚硅氧烷，其中R和R’各自彼此獨立地表示具 有1到8個碳原子的烷基或具有6-20個碳原子的芳基。
17.根據權利要求8-16中任一項的用途，其特征在于，所述組合物具有無機顆粒，特別 是顆粒尺寸在納米尺寸范圍內的顆粒。
18.根據權利要求17的用途，其特征在于，所述顆粒為硅酸鹽顆粒。
19.根據權利要求8-18中任一項的用途，其特征在于，所述組合物具有至少一種適合 于作為交聯劑的組分。
20.根據權利要求19的用途，其特征在于，所述組合物具有三乙氧基硅烷(TEOS)作為 交聯劑。
21.根據權利要求8-20中任一項的用途，其特征在于，所述組合物具有至少一種催化 劑，特別是至少一種縮合催化劑。
22.根據權利要求21的用途，其特征在于，所述組合物具有作為催化劑的至少一種酸， 特別是鹽酸和/或硫酸。
23.根據權利要求8-22中任一項的用途，其特征在于所述組合物具有至少一種有機溶劑。
24.用于生產鑄造用模具的設備，特別是殼模或砂型芯，其特征在于，該設備具有至少 一個提供有有機硅的層或涂層的部件。
25.根據權利要求24的設備，其特征在于，所述層或涂層是由包括至少一種有機硅組 分和優選至少一種溶劑的組合物產生的。
26.根據權利要求24或25的設備，其特征在于，所述層或涂層具有從1μ m-100 μ m的 厚度，特別是1μπι-20μπι。
27.根據權利要求24-26中任一項的設備，其特征在于，所述至少一個部件至少部分 地、優選全部地由金屬和/或塑料組成。
28.根據權利要求24-27中任一項的設備，其特征在于，所述層或涂層具有有機硅基 體，無機顆粒嵌入到該基體中。
全文摘要
本發明涉及由顆粒狀耐火材料和粘結劑生產鑄造用模具及其部件的方法，特別是用于生產殼模、砂型芯以及它們的部件的方法。為此，利用了具有使有前在其上施加了包括至少一種有機硅組分的組合物的部件的設備。另外，本發明還涉及這樣的組合物用于生產鑄造用模具的用途以及相應的設備。所述設備的特征在于它包括至少一個配備有有機硅的層或涂層的部件。
文檔編號B29C33/64GK101952094SQ200880121830
公開日2011年1月19日 申請日期2008年12月19日 優先權日2007年12月21日
發明者C·戈伯特, C·普里布, F·邁耶, G·沙弗, H·雷斯, M·哈尼希, M·朱恩特, R·諾寧格, V·霍夫曼 申請人:雅士蘭-南方化學-科恩費斯特有限責任公司