FR2602708A1

FR2602708A1 - Process for the manufacture of moulds intended for the production of ceramic articles

Info

Publication number: FR2602708A1
Application number: FR8611312A
Authority: FR
Inventors: Jacques Reynier; Jean-Pierre Lenfant; Jean-Marie Gaillard; Patrick Puchois
Original assignee: ELMETHERM SA
Current assignee: ELMETHERM SA
Priority date: 1986-08-05
Filing date: 1986-08-05
Publication date: 1988-02-19
Anticipated expiration: 2006-08-05
Also published as: FR2602708B1

Abstract

The process of the invention comprises the following operations: - preparation of a binder by mixing an epoxy resin and a suitable hardener; - production of a first mixture by compounding 10 to 30 % by weight of the said binder with 70 to 90 % by weight of an inorganic or ceramic pulverulent filler and of a second mixture with an inorganic or ceramic coarse filler; - forming the surface layer of the mould by tamping the said first mixture in a mould matrix; - placing over the surface layer of the mould and tamping the second mixture to complete the thickness of the wall of the mould; - prehardening, demoulding and hardening of the mould.

Description

La présente invention concerne un procédé de fabrication de moules destinés plus particulièrement à la réalisation de pièces en matière céramique, ainsi que les moules à structure poreuse obtenus par un tel procédé. La production de pièces en matière céramique à l'aide des moules obtenus selon l'invention peut s'effectuer de façon classique, indifféremment par coulage sous haute pression, pressage de pâte plastique ou encore par calibrage. The present invention relates to a process for manufacturing molds intended more particularly for the production of parts made of ceramic material, as well as the molds with a porous structure obtained by such a process. The production of parts made of ceramic material using the molds obtained according to the invention can be carried out in a conventional manner, either by casting under high pressure, pressing plastic paste or by calibration.

La production de pièces en matière céramique est généralement réalisée dans des moules à structure poreuse, qui sont destinés à absorber en totalité ou en partie l'eau contenue dans les matières céramiques liquides ou plastiques de départ. Cette absorbtion d'eau par la structure poreuse du moule permet le formage de pièces de céramique fermes bien sèches , ce qui leur confère une bonne stabilité avant la cuisson. The production of ceramic parts is generally carried out in molds with a porous structure, which are intended to absorb all or part of the water contained in the liquid ceramic or plastic starting materials. This absorption of water by the porous structure of the mold allows the formation of firm, well-dried ceramic pieces, which gives them good stability before firing.

Dans l'état de la technique, on utilise principalement, pour la réalisation des moules poreux, soit du plâtre, soit des mélanges à base de plâtre. In the prior art, mainly for the production of porous molds, either plaster or mixtures based on plaster.

L'utilisation de moules en plâtre conduit dans la pratique à des résultats très insuffisants, compte tenu principalement de la grande fragilité de ce matériau. The use of plaster molds leads in practice to very insufficient results, taking into account mainly the great brittleness of this material.

I1 a donc été préconisé de charger le plâtre ou les matériaux à base de plâtre, principalement à l'aide de résines synthétiques. Néanmoins, lorsque l'on désire obtenir de bonnes propriétés de surface et une bonne porosité des parois de moule, il est pratiquement impossible de bénéficier simultanément de bonnes résis tances à l'abrasion et à la rupture. C'est ainsi que pour des moules réalisés à l'aide de plâtre chargé de résines synthétiques, la résistance mécanique exprimée en contrainte maximale en flexion bi-axiale n'excède jamais 1 5 MPa. En outre, la durée d'utilisation de ces moules n'excède que rarement 1000 à 2000 démoulages. It has therefore been recommended to load plaster or plaster-based materials, mainly using synthetic resins. However, when it is desired to obtain good surface properties and good porosity of the mold walls, it is practically impossible to benefit simultaneously from good abrasion and breakage resistances. Thus, for molds produced using plaster loaded with synthetic resins, the mechanical resistance expressed in maximum stress in biaxial bending never exceeds 1 5 MPa. In addition, the duration of use of these molds rarely exceeds 1000 to 2000 mold release.

La présente invention a donc eu pour but la mise au point d'un procédé permettant d'obtenir des moules poreux dotés d'un excellent état de surface, tout en présentant de bonnes résistances mécanique et chimique. The object of the present invention is therefore the development of a process making it possible to obtain porous molds provided with an excellent surface condition, while exhibiting good mechanical and chemical resistance.

Le procédé selon l'invention comprend les opérations caractéristiques suivantes
a) préparation d'un liant par mélange d'une résine époxyde et d'un durcisseur approprié
b) réalisation d'un premier mélange par malaxage de 10 à 30 % en poids dudit liant avec 70 à 90 % en poids d'une charge pulvérulente minérale ou céramique de préférence choisie parmi les matières siliceuses, alumineuses ou argileuses
c) réalisation d'un second mélange par malaxage de 10 à 30 % en poids dudit liant avec 70 à 90 % en poids d'une charge grossière minérale ou céramique de préférence choisie parmi les matières siliceuses, alumineuses ou argileuses
d) mise en forme de la couche superficielle du moule par damage dudit premier mélange dans une mère de moule
e) mise en place sur la couche superficielle du moule ainsi réalisé puis damage du second mélange pour compléter l'épaisseur de paroi du moule;
f) prédurcissement du moule à température ambiante pendant environ 24 heures
g) démoulage et durcissement du moule par polymérisation à environ 1200C pendant une durée de 24 à 120 heures.The method according to the invention comprises the following characteristic operations
a) preparation of a binder by mixing an epoxy resin and an appropriate hardener
b) making a first mixture by kneading 10 to 30% by weight of said binder with 70 to 90% by weight of a mineral or ceramic pulverulent filler preferably chosen from siliceous, aluminous or clay materials
c) making a second mixture by kneading 10 to 30% by weight of said binder with 70 to 90% by weight of a coarse mineral or ceramic filler preferably chosen from siliceous, aluminous or clay materials
d) shaping the surface layer of the mold by tamping said first mixture in a mother mold
e) placing on the surface layer of the mold thus produced, then tamping with the second mixture to complete the wall thickness of the mold;
f) pre-hardening of the mold at room temperature for approximately 24 hours
g) demolding and hardening of the mold by polymerization at around 1200C for a period of 24 to 120 hours.

D'autres caractéristiques et avantages des moules obtenus conformément à la présente invention apparaftront à la lecture de la description détaillée faite ci-après. Other characteristics and advantages of the molds obtained in accordance with the present invention will become apparent on reading the detailed description given below.

Conformément au procédé de l'invention, on prépare tout d'abord un liant par mélange d'une résine époxyde ou résine éthoxyline et d'un durcisseur approprié. Les résines époxydes utilisables dans le cadre de la présente invention peuvent être de nature diverse. Il peut en particulier s'agir de mélanges d'épichlorhydrine et de bisphénol A. En outre, de telles résines époxydes peuvent être chargées de fines particules alumineuses. Ce type de résines époxydes qui présentent avantageusement une faible tension superficielle et une bonne résistance mécanique ont des viscosités dynamiques de l'ordre de 100 Pa.s.Dans la pratique,l'utilisation d'une résine époxyde commercialisée par la société CIBA-GEIGY sous la marque Araldite CW 216&commat;a permis d'obtenir des moules parfaitement satisfaisants. In accordance with the process of the invention, a binder is first prepared by mixing an epoxy resin or ethoxyline resin and an appropriate hardener. The epoxy resins which can be used in the context of the present invention can be of various types. It can in particular be mixtures of epichlorohydrin and bisphenol A. In addition, such epoxy resins can be loaded with fine aluminous particles. This type of epoxy resins which advantageously have a low surface tension and good mechanical resistance have dynamic viscosities of the order of 100 Pa. In practice, the use of an epoxy resin marketed by the company CIBA-GEIGY under the brand Araldite CW 216 &commat; made it possible to obtain perfectly satisfactory molds.

La préparation du liant implique donc l'utilisation d'un durcisseur approprié qui doit être mélangé intimement à la résine époxyde. Généralement, ce mélange sera constitué d'environ 90 % en poids de résine, et d'environ 10 % en poids de durcisseur. La viscosité dynamique d'un tel liant sera avantageusement comprise entre 25 et 35 Pa.s. Il n'y a lieu de prendre aucune précaution particulière pour ettectuer ce mélange entre deux constituants généralement liquides ou pâteux. Dans la pratique, l'utilisation d'un durcisseur-particulier commercialisé par la société CIBA
GEIGY sous la marque HY 216&commat; a conduit à d'excellents résultats lorsqu'il était associé à la résine parti culière précitée.The preparation of the binder therefore involves the use of a suitable hardener which must be intimately mixed with the epoxy resin. Generally, this mixture will consist of approximately 90% by weight of resin, and approximately 10% by weight of hardener. The dynamic viscosity of such a binder will advantageously be between 25 and 35 Pa.s. No particular precaution should be taken to etterez this mixture between two generally liquid or pasty constituents. In practice, the use of a particular hardener marketed by the company CIBA
GEIGY under the brand HY 216 &commat; has led to excellent results when combined with the aforementioned particular resin.

Au cours d'une étape suivante du procédé de l'invention, on réalise premier puis un second mélanges à partir précisément du liant qui vient d'être obtenu. Ces premier et second mélanges sont obtenus par malaxage de 10 à 30 % en poids du liant préalablement obtenu, avec 70 à 90 % en poids d'une charge minérale ou céramique, de préférence choisie parmi les matières siliceuses, alumineuses ou argileuses. During a following stage of the process of the invention, first and then a second mixture is produced from precisely the binder which has just been obtained. These first and second mixtures are obtained by kneading from 10 to 30% by weight of the binder previously obtained, with 70 to 90% by weight of a mineral or ceramic filler, preferably chosen from siliceous, aluminous or clay materials.

Pour la réalisation du premier mélange, on utilisera une charge pulvérulente minérale ou céramiaue, destinée à la formation de la couche superficielle du moule. For the production of the first mixture, a mineral or ceramic powdery filler will be used, intended for the formation of the surface layer of the mold.

En revanche, pour la réalisation du second mélange, on fera appel, dans les mêmes proportions pondérales, à une charge grossière minérale ou céramique de même nature.On the other hand, for the production of the second mixture, use will be made, in the same weight proportions, of a coarse mineral or ceramic filler of the same nature.

A titre d'exemple de charge siliceuse, on mentionnera des charges de type quartz, à titre d'exemple de charge alumineuse, le corindon, et à titre d'exemple de charge argileuse, la chamotte. By way of example of siliceous filler, quartz type fillers will be mentioned, by way of example of aluminous filler, corundum, and by way of example of clay filler, chamotte.

Dans la pratique, le premier mélange sera par exemple avantageusement obtenu avec une charge d'alumine ayant une granulométrie moyenne comprise entre 60 et 110 ssm. In practice, the first mixture will for example advantageously be obtained with an alumina filler having an average particle size between 60 and 110 ssm.

Les meilleurs résultats ont pu être obtenus en utilisant dans ce premier mélange une charge alumineuseconstituéepar un mélange de 30 % en poids d'alumine 150 Mesh et 70 % en poids d'alumine 220
Mesh. The best results could be obtained by using in this first mixture an aluminous filler constituted by a mixture of 30% by weight of alumina 150 mesh and 70% by weight of alumina 220
Mesh.

Pour la constitution du second mélange, on utilisera par exemple de façon avantageuse une argile calcinée de granulométrie moyenne comprise entre 0,5 et 2 mm. For the constitution of the second mixture, a calcined clay with an average particle size of between 0.5 and 2 mm will for example be advantageously used.

L'obtention de ces deux mélanges est obtenue par malaxage . Cette opération doit être effectuée soigneusement, de manière à assurer une bonne distribution du liant autour des particules minérales. Obtaining these two mixtures is obtained by kneading. This must be done carefully, so as to ensure good distribution of the binder around the mineral particles.

Dans la pratique, il s'est avéré nécessaire de prolonger cette opération de malaxage pendant une durée de l'ordre de 15 à 30 min.In practice, it has proved necessary to extend this mixing operation for a period of the order of 15 to 30 min.

Suivant l'étape d)du procédé de fabrication selon l'invention, on réalise la mise en forme de la couche superficielle du moule, par damage du premier mélange précité dans une mère de moule préalablement enduite à l'aide d'un agent de démoulage adapté à la nature de la résine choisie. According to step d) of the manufacturing method according to the invention, the surface layer of the mold is formed, by tamping with the first aforementioned mixture in a mother of mold previously coated with an agent for mold release adapted to the nature of the resin chosen.

Dans la pratique, il s'est avéré inutile de faire appel à des forces de pression élevées pour la mise en forme du moule. On peut donc recourir à un simple damage. In practice, it has proven unnecessary to use high pressure forces for shaping the mold. We can therefore use a simple tamping.

Après mise en forme de cette couche superficielle du moule, on effectue la mise en place sur cette peau et le damage du second mélange, de manière à compléter l'épaisseur de paroi du moule. Là encore, l'utilisation de pressionsélevéesne s'est pas avérée nécessaire. After shaping this surface layer of the mold, the positioning is carried out on this skin and the tamping of the second mixture, so as to complete the wall thickness of the mold. Again, the use of high pressures was not found to be necessary.

Après cette opération de mise en forme du moule, on procède à un prédurcissement de celuici en le maintenant à l'intérieur de la mère de moule à une température ambiante pendant une durée de l'or dre de 24 heures. After this shaping operation of the mold, it is precured by keeping it inside the mother of the mold at room temperature for a duration of the order of 24 hours.

On procède ensuite au démoulage et au durcissement du moule par une polymérisation à une température de l'ordre de 1200C pendant une durée pouvant aller de 24 heures à 120 heures. The mold is then removed from the mold and hardened by polymerization at a temperature of the order of 1200C for a period which can range from 24 hours to 120 hours.

A propos de cette dernière opération de durcissement par polymérisation, il convient d'observer que lorsque l'on augmente la durée de durcissement jusqu'à environ 3 à 5 jours, on observe une amélioration de la résistance mécanique du moule ; en revanche, sa porosité ne s'en trouve nullement affectée. Regarding this last curing operation by polymerization, it should be observed that when the curing time is increased to approximately 3 to 5 days, an improvement in the mechanical resistance of the mold is observed; on the other hand, its porosity is not affected in any way.

Le moule obtenu par la mise en oeuvre de ce procédé, à partir de 20 % de liant et de 80 % de charge minérale, et en utilisant les résines et durcisseurs particuliers précités, présente une porosité ouverte de 20 à 30 % et une excellente résistance mécanique de 30 à 70 MPa. Dans un tel moule, la couche superficielle résultant du damage du premier mélange est de l'ordre de î à 2 cm. Dans la pratique, ce type de moulesainsi obtenusconformément au procédé de l'invention résiste parfaitement à une pression de barbotine de 4x106Pa. Ils présentent une excellente résistance à l'abrasion et ont permis la réalisation d'environ 10 000 démoulages. The mold obtained by the implementation of this process, from 20% of binder and 80% of mineral filler, and using the aforementioned particular resins and hardeners, has an open porosity of 20 to 30% and excellent resistance mechanical from 30 to 70 MPa. In such a mold, the surface layer resulting from the tamping of the first mixture is of the order of 1 to 2 cm. In practice, this type of mold thus obtained in accordance with the process of the invention perfectly withstands a slip pressure of 4x106 Pa. They have excellent resistance to abrasion and have made it possible to produce approximately 10,000 mold releases.

Claims

1. A method of manufacturing molds intended in particular for the production of parts made of ceramic material, characterized in that the following operations are carried out

a) preparation of a binder by mixing an epoxy resin and an appropriate hardener

b) producing a first mixture by kneading 10 to 30% by weight of said binder with 70 to 90% by weight of a mineral or ceramic pulverulent filler preferably chosen from siliceous, aluminous or clay materials

c) making a second mixture by kneading 10 to 30% by weight of said binder with 70 to 90% by weight of a coarse mineral or ceramic filler preferably chosen from siliceous, aluminous or clay materials

d) shaping the surface layer of the mold by tamping said first mixture in a mother mold

e) placement on the surface layer of the mold and tamping of the second mixture to complete the wall thickness of the mold

f) pre-hardening of the mold at room temperature for approximately 24 hours

g) demolding and hardening of the mold by polymerization at around 1200C for a period of 24 to 120 hours.

2. Method according to claim 1, characterized in that the binder contains approximately 90% by weight of epoxy resin and approximately 10% by weight of hardener.

3. Method according to one of claims 1 and 2, characterized in that the epoxy resin comprises a mixture of ephychlorohydrin and bisphenol A.

4. Method according to one of the claims 1 to 3, characterized in that the epoxy resin also contains very fine aluminous fillers.

5. Method according to one of claims 1 to 4, characterized in that the binder consists of approximately 90% by weight of Araldite CW 216 and approximately 10% by weight of hardener HY 216

6. Method according to one of claims 1 to 5, characterized in that the binder has a dyanmic viscosity of 25 to 35 Pa.s.

7. Method according to one of claims 1 to 6, characterized in that the powdery mineral filler of the first mixture is an aluminous filler of average particle size between 60 and 100 μm.

8. Method according to claim 7, characterized in that the aluminous filler is constituted by a mixture of 30% by weight of alumina 150

Mesh and 70% by weight of 220 Mesh alumina.

9. Method according to one of claims 1 to 8, characterized in that the coarse mineral or ceramic filler of the second mixture is a calcined clay of average particle size between 0.5 and 2 mm.

O. Method according to one of claims 1 to 9, characterized in that the duration of the kneading necessary for the production of the first and second mixtures is between 15 and 30 minutes.

11. Mold obtained by implementing the method according to one of claims 1 to 10, characterized in that it has an open porosity of 20 to 30% and a mechanical strength of 30 to 70 MPa.

12. Mold according to claim 11, characterized in that the thickness of the surface layer resulting from the tamping of the first mixture is of the order of 1 to 2 cm.