[go: up one dir, main page]
More Web Proxy on the site http://driver.im/

WO2017084851A1 - Form, verfahren zu ihrer herstellung und verwendung - Google Patents

Form, verfahren zu ihrer herstellung und verwendung Download PDF

Info

Publication number
WO2017084851A1
WO2017084851A1 PCT/EP2016/075915 EP2016075915W WO2017084851A1 WO 2017084851 A1 WO2017084851 A1 WO 2017084851A1 EP 2016075915 W EP2016075915 W EP 2016075915W WO 2017084851 A1 WO2017084851 A1 WO 2017084851A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
water
soluble
binder
particles
polymer
Prior art date
Application number
PCT/EP2016/075915
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Ivo Herzog
Original Assignee
H2K Minerals Gmbh
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by H2K Minerals Gmbh filed Critical H2K Minerals Gmbh
Priority to CN201680079641.8A priority Critical patent/CN108602211A/zh
Priority to EP16791348.2A priority patent/EP3377289A1/de
Publication of WO2017084851A1 publication Critical patent/WO2017084851A1/de

Links

Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B29—WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
    • B29C—SHAPING OR JOINING OF PLASTICS; SHAPING OF MATERIAL IN A PLASTIC STATE, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; AFTER-TREATMENT OF THE SHAPED PRODUCTS, e.g. REPAIRING
    • B29C33/00—Moulds or cores; Details thereof or accessories therefor
    • B29C33/44—Moulds or cores; Details thereof or accessories therefor with means for, or specially constructed to facilitate, the removal of articles, e.g. of undercut articles
    • B29C33/52—Moulds or cores; Details thereof or accessories therefor with means for, or specially constructed to facilitate, the removal of articles, e.g. of undercut articles soluble or fusible
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B29—WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
    • B29C—SHAPING OR JOINING OF PLASTICS; SHAPING OF MATERIAL IN A PLASTIC STATE, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; AFTER-TREATMENT OF THE SHAPED PRODUCTS, e.g. REPAIRING
    • B29C33/00—Moulds or cores; Details thereof or accessories therefor
    • B29C33/38—Moulds or cores; Details thereof or accessories therefor characterised by the material or the manufacturing process
    • B29C33/3842—Manufacturing moulds, e.g. shaping the mould surface by machining
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B29—WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
    • B29C—SHAPING OR JOINING OF PLASTICS; SHAPING OF MATERIAL IN A PLASTIC STATE, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; AFTER-TREATMENT OF THE SHAPED PRODUCTS, e.g. REPAIRING
    • B29C33/00—Moulds or cores; Details thereof or accessories therefor
    • B29C33/44—Moulds or cores; Details thereof or accessories therefor with means for, or specially constructed to facilitate, the removal of articles, e.g. of undercut articles
    • B29C33/54—Moulds or cores; Details thereof or accessories therefor with means for, or specially constructed to facilitate, the removal of articles, e.g. of undercut articles made of powdered or granular material
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B29—WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
    • B29C—SHAPING OR JOINING OF PLASTICS; SHAPING OF MATERIAL IN A PLASTIC STATE, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; AFTER-TREATMENT OF THE SHAPED PRODUCTS, e.g. REPAIRING
    • B29C33/00—Moulds or cores; Details thereof or accessories therefor
    • B29C33/56—Coatings, e.g. enameled or galvanised; Releasing, lubricating or separating agents
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B29—WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
    • B29C—SHAPING OR JOINING OF PLASTICS; SHAPING OF MATERIAL IN A PLASTIC STATE, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; AFTER-TREATMENT OF THE SHAPED PRODUCTS, e.g. REPAIRING
    • B29C33/00—Moulds or cores; Details thereof or accessories therefor
    • B29C33/38—Moulds or cores; Details thereof or accessories therefor characterised by the material or the manufacturing process
    • B29C33/3807—Resin-bonded materials, e.g. inorganic particles
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B29—WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
    • B29C—SHAPING OR JOINING OF PLASTICS; SHAPING OF MATERIAL IN A PLASTIC STATE, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; AFTER-TREATMENT OF THE SHAPED PRODUCTS, e.g. REPAIRING
    • B29C33/00—Moulds or cores; Details thereof or accessories therefor
    • B29C33/38—Moulds or cores; Details thereof or accessories therefor characterised by the material or the manufacturing process
    • B29C33/3814—Porous moulds
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B29—WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
    • B29C—SHAPING OR JOINING OF PLASTICS; SHAPING OF MATERIAL IN A PLASTIC STATE, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; AFTER-TREATMENT OF THE SHAPED PRODUCTS, e.g. REPAIRING
    • B29C33/00—Moulds or cores; Details thereof or accessories therefor
    • B29C33/38—Moulds or cores; Details thereof or accessories therefor characterised by the material or the manufacturing process
    • B29C33/40—Plastics, e.g. foam or rubber
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B29—WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
    • B29C—SHAPING OR JOINING OF PLASTICS; SHAPING OF MATERIAL IN A PLASTIC STATE, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; AFTER-TREATMENT OF THE SHAPED PRODUCTS, e.g. REPAIRING
    • B29C33/00—Moulds or cores; Details thereof or accessories therefor
    • B29C33/76—Cores
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B29—WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
    • B29C—SHAPING OR JOINING OF PLASTICS; SHAPING OF MATERIAL IN A PLASTIC STATE, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; AFTER-TREATMENT OF THE SHAPED PRODUCTS, e.g. REPAIRING
    • B29C39/00—Shaping by casting, i.e. introducing the moulding material into a mould or between confining surfaces without significant moulding pressure; Apparatus therefor
    • B29C39/22—Component parts, details or accessories; Auxiliary operations
    • B29C39/26—Moulds or cores
    • B29C39/34—Moulds or cores for undercut articles
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B29—WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
    • B29C—SHAPING OR JOINING OF PLASTICS; SHAPING OF MATERIAL IN A PLASTIC STATE, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; AFTER-TREATMENT OF THE SHAPED PRODUCTS, e.g. REPAIRING
    • B29C45/00—Injection moulding, i.e. forcing the required volume of moulding material through a nozzle into a closed mould; Apparatus therefor
    • B29C45/17—Component parts, details or accessories; Auxiliary operations
    • B29C45/40—Removing or ejecting moulded articles
    • B29C45/44—Removing or ejecting moulded articles for undercut articles
    • B29C45/4457—Removing or ejecting moulded articles for undercut articles using fusible, soluble or destructible cores
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B33—ADDITIVE MANUFACTURING TECHNOLOGY
    • B33Y—ADDITIVE MANUFACTURING, i.e. MANUFACTURING OF THREE-DIMENSIONAL [3-D] OBJECTS BY ADDITIVE DEPOSITION, ADDITIVE AGGLOMERATION OR ADDITIVE LAYERING, e.g. BY 3-D PRINTING, STEREOLITHOGRAPHY OR SELECTIVE LASER SINTERING
    • B33Y80/00—Products made by additive manufacturing

Definitions

  • the invention described below relates to the production of fiber composite bodies or castings of plastic or metal serving molds, their preparation and their use.
  • the invention particularly relates to the production of cavities in fiber composite bodies or castings of plastic or metal serving cores.
  • components of metal, plastic or a fiber composite material (a composite material comprising a matrix of a plastic and a fiber material embedded in the matrix) are used, which have a cavity in its interior.
  • the manufacture of such components is difficult, in particular if the cavity is to have a complex geometry, for example an elongated, curved shape or a shape with undercuts, while at the same time the cavity surface must be smooth and of high quality.
  • One possible way of producing such components in one piece is casting using so-called “lost molds.” In this technique, in a preliminary step, a molding (the so-called “core”) is produced in size and shape forming cavity corresponds.
  • the core is arranged in a casting mold consisting of further molded parts, into which subsequently a liquid metal, polymer material or a liquid polymer precursor is injected.
  • the core is clad with a fibrous material prior to placement in the casting tool. After casting you get a fiber composite body or a casting of metal or plastic with the desired cavity, in which, however, still the core is inserted. This is then removed, which can not be done without destruction of the core due to the mentioned complex geometry of the cavity.
  • the core is "lost" as a molded part.
  • a core In order to remove a core from a cavity of complex geometry, it can be crushed, for example, or converted into a liquid or at least flowable state.
  • the prerequisite for this is a suitable condition of the core.
  • melt-core injection molding a special form of plastic injection molding
  • the core is made from a low-melting metal or a low-melting alloy.
  • the core is placed in a casting tool and molded with plastic.
  • the resulting casting, including the core contained therein, is transferred to a heating bath to melt the core.
  • the heating bath is adjusted to a temperature slightly above the melting point of the low-melting metal or the low-melting alloy, so that the injection molded part is not damaged.
  • the melting time can be shortened by inductive heating of the core metal. Liquid core metal collects at the bottom of the heating bath and can be used to make new cores.
  • the required low-melting metals or alloys are relatively expensive.
  • the metals and alloys are limited in the processing of polymers with low processing temperatures such as polypropylene and polyethylene.
  • Fiber composite components are often fabricated using inflatable tubing that can be placed in place of cores in a casting tool. These are usually closable tubes made of a silicone, which can be applied during a casting process from the inside with a pressure. After completion of the casting process, the pressure is released and the hose is removed.
  • the hoses used are basically reusable. However, they are thermally and mechanically only limited stability, which sets their reusability in practice narrow limits. Moreover, they are only limitedly suitable for the production of cavities with complex geometries.
  • cores made of sand for the production of cavities in castings.
  • cores can also be used in plastic molding, provided that their surface is sealed (for example, by applying a heat-shrinkable tube to the core).
  • They are made from a molding material mixture comprising a binder and the sand as a particulate molding material.
  • the binder holds the particles of mold base together and thus accounts for the structural integrity of the cores.
  • the cores must be able to withstand the thermal and mechanical stresses occurring during a casting process. After casting, the cores are usually crushed by vibration.
  • a water-soluble binder such as a binder based on magnesium sulfate, water glasses or based on polyphosphate and / or borate, the cores can be solved by the casting process with water from castings obtained.
  • Such cores are basically also suitable for processing polymers with low processing temperatures.
  • the cores often lack the required strength and also the required shelf life.
  • Water-soluble binder materials are often hygroscopic and thus store water in moist environments, which can significantly reduce their binding effect.
  • the present invention has for its object, for the production of fiber composite bodies or castings from metal or plastic serving molds, in particular for the production of cavities in fiber composite bodies or castings made of metal or plastic serving cores to provide that are inexpensive to manufacture and offer a wide range of applications.
  • the shapes and cores should have a high strength with high storage stability.
  • the mold according to the invention is used in particular for the production of fiber composite bodies or in cast parts made of plastic. But it can also serve for the production of castings made of metal. In many cases, the mold according to the invention may also be a core for producing cavities.
  • the mold comprises a particulate mold base and a binder and has pores.
  • the binder is a water-soluble binder.
  • the shape is characterized by the following feature:
  • the pores are at least partially filled with the pore filling material, in preferred embodiments also completely.
  • the openings have towards the surface of the mold.
  • the pore filling material not only fills said pores but also covers the surface of the mold.
  • the pore filling material is preferably chemically inert with respect to the binder and / or with respect to the particulate molding base material. With particular preference it is chemically inert both to the binder and to the particulate molding material. It is further preferred that the pore-filling material is solid at room temperature (20 ° C) and normal pressure (1 bar).
  • the term "chemically inert" is to be understood in the present case that the pore filling material does not or only to a small extent undergoes a reaction, in particular a chemical reaction, when it is processed with the binder and / or the mold base material. that it does not weaken the structural integrity of the core in direct contact with the binder and / or the pore-filling material, in particular, it does not dissolve the binder used.
  • the term "liquefiable by increasing the temperature” is to be understood as meaning that the pore filling material changes from the solid to a liquid state when the temperature increases and thus has a melting point or at least a melting range.
  • the pore filling material is liquefiable by raising the temperature to a temperature in the range between 20 ° C and 500 ° C, preferably between 20 ° C to 380 ° C. Within these ranges, the following ranges may be further preferred:
  • the particulate molding base preferably consists of or comprises at least one of the following components or a combination of at least two of the following components one of the following components or a combination of at least two of the following components:
  • 2a particles of inorganic, water-insoluble materials include in particular sand, glass, ceramics, glass ceramics, glass frits, silicates such as aluminum silicate, metal oxides such as aluminum oxide, metal nitrides, titanates, zirconates, aluminates, carbide, for example silicon carbide, metals, metal alloys, graphite particles, water-insoluble or sparingly soluble in water salts such as barium sulfate or calcium carbonate.
  • the sand particles are preferably particles of a refractory, mineral sand.
  • the sand can be natural or synthetic. Quartz sand, zircon sand, chrome ore sand, mullite sand and olive sand are particularly suitable.
  • glass particles means in the present case in particular all particles of inorganic glasses which are chemically inert to water or aqueous solutions, at least in the temperature range between 0 ° C and 200 ° C.
  • Particles of carbides, nitrides, oxides, silicides and known clay minerals such as, for example, kaolinite are to be understood as meaning ceramic particles.
  • glass-ceramics glass which has crystalline ceramic particles embedded in an amorphous glass phase.
  • Glass frits occur as intermediates in the production of glass melts. By superficially melting a glass powder, the individual particles of the powder bake together. Canceling the melting process at this point yields a porous body called glass frit.
  • the term "frit” is also applied to particles and powder obtained from this body by milling.
  • particles of light metals such as aluminum, as metal particles.
  • metal particles or low-melting particles for example of a low-melting glass
  • molds which are suitable for the production of fiber composite bodies or castings Plastic serve.
  • liquid metals such as liquid aluminum
  • sand and ceramic particles are particularly suitable as mold base material.
  • 2b Particles of inorganic, water-soluble materials include, in particular, salts from the group consisting of sodium chloride (NaCl), potassium chloride (KCl) and sodium carbonate (Na2COs). Also included are nitrates, especially sodium nitrate (NaN0 3 ) and potassium nitrate (KN0 3 ).
  • the salts mentioned are particularly suitable for molds for the production of fiber composite bodies or castings made of plastic.
  • 2c Particles of organic, water-insoluble materials include in particular water-insoluble polymer materials such as polystyrene, polyethylene, polypropylene, polyurethane and polycarbonate.
  • the polymer materials mentioned are particularly suitable for molds for the production of fiber composite bodies or castings from low-melting plastic.
  • 2d particles of organic, water-soluble materials include in particular water-soluble polymers such as polyvinyl alcohol (PVA) or salts of organic acids, for example sodium acetate.
  • PVA polyvinyl alcohol
  • salts of organic acids for example sodium acetate.
  • the materials mentioned are particularly suitable for molds for producing fiber composite bodies or castings from low-melting plastic.
  • Particles of an Inorganic-Organic Composite Material include, for example, composite materials of one of the polymer materials mentioned in 2c or 2d, in which inorganic particles, for example from one of the materials mentioned under 2a, are embedded.
  • Inorganic-organic composite materials are particularly suitable for molds for the production of fiber composite bodies or castings from low-melting plastic.
  • the particles of the particulate molding material may be present as spheres or as hollow spheres.
  • the particles of the particulate basic molding material preferably have an average particle size ⁇ 1000 ⁇ m, preferably ⁇ 600 ⁇ m. Particular preference is given to particles having average particle sizes in the range from 50 ⁇ m to 500 ⁇ m.
  • the particulate mold base is free of water, preferably also free of water of crystallization, as long as the mold base is a salt.
  • glycerol or a common surfactant may be added to the particulate mold base.
  • the pore filling material used in particular when it is a salt, can penetrate into the pores more easily.
  • the water-soluble binder is preferably one of the following binders or a combination of at least two of the following binders:
  • a Water-Soluble Inorganic Binder include, most preferably, water glass based binders, magnesium sulfate based binders, or phosphate and / or borate based binders.
  • Water glasses are both solidified from a melt, glassy, water-soluble alkali metal silicates, especially sodium, potassium, and lithium silicates, as well as their aqueous solutions.
  • Sodium water glasses are particularly suitable for use in the context of the present invention. It is also possible to use a mixture of two or more different water glasses.
  • a characteristic feature of water glasses is their modulus, which is understood to mean the molar ratio Si02: M2 ⁇ D in the water glass, where M is preferably selected from Li + , K + or Na + .
  • M is preferably selected from Li + , K + or Na + .
  • water glasses are preferably used whose modulus is in the range of 1, 5 to 3.3.
  • alkali water glass is described, which is also suitable in the context of the present invention as a binder and cured by the introduction of CO2 can be.
  • Further suitable water-glass-based binders are known, for example, from DE 199 25 167 A1, DE 10 2007 045 649 A1 or from US Pat. No. 5,474,606 A.
  • Borates are salts or esters of boric acids. Boric acid itself can be counted among the borates, it is often referred to as trihydrogen borate.
  • the salts are characterized in that they contain in their ion lattice as anion the borate ion BO3 3 " or a condensed form thereof (for example ⁇ 4 ⁇ 5 ( ⁇ ) 4 2 , tetraborate).
  • Polyphosphates are known to be condensation products of ortho-phosphoric acid salts (H3PO4) with the general empirical formula Iv PnC n + i and the structure M-O- [P (OM) (O) -O] n -M, where M is a monovalent metal and n can easily be up to three or even four digits.
  • the polyphosphates however, very often also the short-chain (ie actually oligo-) phosphates are counted, where n may be, for example, a number from 8 to 32. Cyclic polymers are referred to as metaphosphates.
  • Binders based on polyphosphate and / or borate suitable for use in the context of the present invention are described, for example, in WO 92/06808 A1. Further suitable phosphate-based binders are known from DE 103 59 547 B3 or from DE 195 25 307 A1 or from US Pat. No. 5,711,792 A.
  • the binder used in the invention comprises sodium hexametaphosphate ((NaPOs) 6) as the phosphate.
  • a water-soluble organic binder include in particular binders based on water-soluble polymers, for example based on polyvinyl alcohol (PVA).
  • PVA polyvinyl alcohol
  • Polyvinyl alcohol is known to be a thermoplastic material, which is usually produced by saponification of polyvinyl acetate. The plastic is usually processed in the form of an aqueous solution. Its melting point is usually in the range of 200 ° C to 228 ° C, depending on the degree of hydrolysis and polymerization.
  • the water-soluble binder is one of the following binders or a combination of the following binders:
  • a water-glass-based binder with a proportion of a synthetic or natural silicon dioxide Such binders are known, for example, from EP 1 802 409 B1 and from DE 10 2007 045 659 A1.
  • the binder used is a polyphosphate
  • a borate is used as the binder, it is preferably a polyborate of the general formula M n -2B n O 2 n- 1 or a metaborate of the general formula (B 2 O) n n .
  • Mixtures of magnesium sulfate and phosphate and / or borate are particularly preferred.
  • liquid metals for example of liquid aluminum
  • forms which have a water glass-based binder.
  • all of the binders mentioned are generally suitable for the production of molds which serve to produce fiber composite bodies or cast parts made of plastic.
  • the pore filling material is preferably one of the following substances or a combination of at least two of the following substances:
  • b is a water-soluble, meltable polymer, for example polyethylene glycol or low molecular weight polypropylene glycol, in particular having a melting point in the range from 20 ° C to 70 ° C.
  • c is a water-insoluble, meltable polymer, for example a low-melting thermoplastic polyamide or an ethylene-vinyl acetate copolymer, in particular having a melting point in the range of 50 ° C to 150 ° C, more preferably having a melting point in the range of 50 ° C to 100 ° C.
  • a low melting point metal or alloy such as is used to make cores for the aforementioned melt core injection molding, for example, bismuth or a bismuth alloy, especially having a melting point in the range of 50 ° C to 150 ° C, especially preferably having a melting point in the range from 50 ° C to 100 ° C.
  • a water-soluble salt or a mixture of two or more water-soluble salts in particular a melt of the water-soluble salt or a molten mixture (melt) of the two or more water-soluble salts.
  • salts of salts which are composed of cations of the alkali metals and alkaline earth metals and of anions of the types chloride, nitrite, nitrate, carbonate, hydroxide, fluoride, cyanate and sulfate are particularly suitable.
  • nitrates such as lithium, potassium or sodium nitrate or nitrites such as lithium, potassium or sodium nitrite or mixtures containing a nitrate or nitrite or preferably two or more nitrates and / or nitrites.
  • nitrates such as lithium, potassium or sodium nitrate or nitrites
  • mixtures containing a nitrate or nitrite or preferably two or more nitrates and / or nitrites.
  • a ternary mixture having a melting temperature of 142 ° C. from 40% by weight NaNO 2, 7% by weight NaNC and 53% by weight KNO 3.
  • a suitable binary mixture of 45 wt .-% NaNÜ2 and 55 wt .-% KNO3 has a melting temperature of 141 ° C.
  • the salt mixtures may also contain chlorides, for example magnesium chloride, potassium chloride and / or sodium chloride.
  • formates and tartrates in particular potassium formate and sodium tartrate, optionally also a mixture of potassium formate and sodium formate.
  • pore-filling material used is preferably exclusively salts and salt mixtures which are free from water, in particular also free from water of crystallization.
  • salts and salt mixtures having a dynamic viscosity of less than 4 mPas (at 300 ° C.), preferably less than 3 mPas (at 300 ° C.), more preferably less than 2.5 mPas (at 300 ° C.). used.
  • the salts and salt mixtures have a melting point in the range of 20 ° C to 500 ° C, preferably from 30 ° C to 380 ° C.
  • the salts and salt mixtures may have a melting point in the range of from 30 ° C to 300 ° C, preferably from 30 ° C to 150 ° C.
  • Urea is known to be a non-toxic and hygienically safe solid with a melting range of 132.5 to 134.5 ° C, which has excellent water solubility.
  • At least one water-soluble sugar in particular from the group with mannose and galactose.
  • At least one water-soluble polyalcohol in particular from the group with sorbitol and mannitol.
  • the mentioned organic pore filling materials are basically not suitable for processing liquid metals such as aluminum. In particular, some of the salts and salt mixtures mentioned are more suitable for this purpose. On the other hand, all the mentioned pore filling materials are generally suitable for the production of molds which serve for the production of fiber composite bodies or cast parts made of plastic. In many embodiments, it is quite fundamentally preferred that the pore-filling material is a material which is not water-soluble and has a melting point below the melting point of the particulate molding material used, preferably at least 20 ° C below the melting point, in particular at least 50 ° C. This temperature difference is particularly relevant if particles of organic materials are used as the particulate molding material.
  • the melting point of the pore-filling material plays a comparatively minor role.
  • the pore filling material be liquefiable by raising the temperature to a temperature in the range between 20 ° C and 140 ° C.
  • the pore filling material in the form - based on its total volume - in a proportion of 1 to 80 vol .-%, preferably from 1 to 50 vol .-%, particularly preferably from 10 to 50 vol .-%, is included. It fills the pores of the mold preferably more than 25%, in particular more than 50%, particularly preferably more than 75%, from. In some embodiments, all pores of the mold are filled with the pore filling material. In some other embodiments, the pores lying at and below the surface of the mold are filled with the pore-filling material while pores not filled with pore-filling material exist inside the mold.
  • molds having the following combinations of mold base, binder and pore filler are particularly preferred:
  • An organic water-insoluble and / or an inorganic water-insoluble material is used as the particulate molding material.
  • a water-soluble inorganic binder is used.
  • pore-filling material one of said water-soluble materials, for example urea or one of said water-soluble salts or a water-soluble polymer, is used.
  • a core made from this combination of mold base, binder, and pore filler material is usually cast after casting from a casting easily dissolve with water. Because both the pore filler and the binder are water soluble, the core quickly loses its structural integrity upon contact with water and disintegrates.
  • an organic water-insoluble and / or an inorganic water-insoluble material is used as the particulate molding base material.
  • the binder used is a water-soluble inorganic binder.
  • the pore-filling material one of the above water-insoluble materials, for example, a natural or synthetic wax, fat or oil, or a water-insoluble fusible polymer or a metal or a metal alloy (both low-melting) is used.
  • a core made from this combination of mold base, binder and pore filling material is characterized in that it is hydrophobic due to the hydrophobic pore filling material. He is therefore not water-soluble on his own. However, when heating the core, the pore-filling material melts and the water-soluble binder can come into direct contact with water, for example the water of a water bath. The then beginning solution process results in a decomposition of the core.
  • an organic water-insoluble and / or an inorganic water-insoluble material is used as the particulate molding base material.
  • the binder used is a water-soluble organic binder.
  • As pore-filling material one of said water-soluble materials, for example urea or one of said water-soluble salts or a water-soluble polymer, is used.
  • a core made from this combination of mold base, binder and pore filler behaves in contact with water similar to a core according to Fig. 7a.
  • d As the particulate molding base material, an organic water-insoluble and / or an inorganic water-insoluble material is used.
  • the binder used is a water-soluble organic binder.
  • the pore-filling material one of the above water-insoluble materials, for example, a natural or synthetic wax, fat or oil, or a water-insoluble fusible polymer or a metal or a metal alloy (both low-melting) is used.
  • a core made from this combination of mold base, binder and pore filler behaves similar to a core according to Fig. 7b. 7e
  • an organic water-soluble and / or an inorganic water-soluble material is used.
  • the binder used is a water-soluble inorganic or organic binder.
  • the pore-filling material one of the above water-insoluble materials, for example, a natural or synthetic wax, fat or oil, or a water-insoluble fusible polymer or a metal or a metal alloy (both low-melting) is used.
  • a core made from this combination of mold base, binder and pore filler behaves similar to a core according to Fig. 7b.
  • the binders based on polyphosphate and / or on borate and also on magnesium sulfate-based binders are combined with pore-filling materials which are anhydrous, in particular also have no water of crystallization.
  • pore-filling materials which are anhydrous, in particular also have no water of crystallization.
  • anhydrous salts described above or mixtures of two or more water-soluble salts are especially suitable for this purpose.
  • the present invention further relates to a method for producing a body for the production of fiber composite or castings made of plastic or metal mold, in particular for producing a body for producing voids in fiber composite or castings made of plastic or metal core, more preferably a mold or a Kerns, as described above.
  • a mold having pores is first produced from one of the described particulate mold raw materials and one of the described water-soluble binders.
  • the pores are then filled with one of the described liquid pore filling materials.
  • the pore filling material is processed in the same step with the molding material and / or with the binder.
  • an organofunctional siloxane in particular sodium (3- (trihydroxysilyl) propyl) methyl phosphonate, may be added to the molding material mixture of the molding base material and the binder and optionally the pore filling material as an additive. This is particularly preferred when using one of the water glass based binders.
  • sodium nitrate and / or sodium nitrite can also be added as an additive to the organofunctional silane as well as molding mixtures with water-glass-based binder.
  • the porosity of the mold having pores produced in the first step can be adjusted, for example, via the particle size distribution of the particular particulate molding material used. For example, large particles with a largely uniform size lead to higher porosities than mixtures of large and small particles.
  • the mold has an open-pored structure.
  • the pore filling material is preferably provided in liquid form and pressed or sucked into the pores of the mold by means of pressure or underpressure.
  • a mold with an open-pored structure can be inserted into a vacuum chamber, which is subsequently evacuated.
  • the liquid pore filling material is then injected into the vacuum chamber and drawn into the pores of the mold.
  • the pore filling material is then allowed to cool until it solidifies. Thereafter, the finished shape of the vacuum chamber can be removed.
  • the pore filling material can also be introduced without pressure into the pores of the mold, in particular if it has a low viscosity.
  • the pore filling material may be provided in liquid form and the mold immersed in the liquid pore filling material, especially until it is completely covered by the pore filling material.
  • the filling of the pores with the pore filling material can also take place in several stages, in particular in two stages.
  • the selected pore filling material can after the introduction of the pore filling material into the pores upon cooling of the pore filling material, shrinkage effects occur that cause pores in the mold are not completely filled with the pore filling material.
  • the same pore filling material can be used in all these steps. However, it is in most cases expedient to use a pore-filling material in the subsequent step or steps which has a lower melting point than the pore-filling material used in the first step. Pore filling material already in the pores is then no longer melted in the subsequent step (s).
  • a mold the pores are filled with one of the pore filling materials described, usually has an extremely high storage stability, since it, even if it was made using a highly hygroscopic binder, has a high resistance to moisture, especially humidity, and thus also a high storage stability. This applies in particular if one of the stated water-insoluble materials is used as the pore filling material.
  • the treatment with the pore filling material increases the strength of the mold partly significant.
  • the molds and cores according to the invention or the molds and cores produced by the process described are preferably used for the production of fiber composite bodies or of molded plastic parts.
  • the molds and cores are also very suitable for processing concrete and ceramic materials, in particular as forms and shells for concrete and ceramic processing.
  • Some embodiments of the molds and cores are also suitable for processing liquid aluminum, in particular for die-cast aluminum.
  • the core is arranged in a mold and
  • a liquid polymer material or a liquid polymer precursor or a liquid metal is introduced.
  • the core After solidification and / or curing of the polymeric material or polymer precursor or metal, the core can be removed. However, this is not mandatory.
  • the polymeric material or polymer precursor Upon solidification and / or curing, the polymeric material or polymer precursor transforms to the plastic. It is of particular advantage in this case that penetration of the polymer material or of the polymer precursor into the pores of the mold is prevented or at least counteracted, since they are indeed filled with the pore filling material.
  • the liquid polymer material may in principle be any polymer material which can be converted into a liquid state by melting, for example a polyamide.
  • the polymer precursor can be, for example, a reactive mixture of a binder and a hardener adapted to the binder, for example a hydroxy-functional binder and an isocyanate-functional hardener (for the preparation of a polyurethane). Excellent epoxy resins and hardeners can be used as reactive mixtures.
  • the polymer material or the polymer precursor and the pore filling material are matched to one another such that the pore filling material has a melting and / or boiling point which is above the processing temperature of the polymer material or polymer precursor used, preferably at least 5 ° C., more preferably at least 20 ° C, especially at least 50 ° C.
  • the polymer material or polymer precursor used during processing does not reach temperatures exceeding said temperature difference values.
  • the processing temperature of some suitable epoxy resins is in the range of 150 ° C to 180 ° C.
  • the pore filling material used should then ideally have a melting point of at least 190 ° C, preferably of at least 200 ° C, in particular of at least 230 ° C.
  • the core may be cooled to a temperature in the range of from -20 ° C to 20 ° C prior to being contacted with the liquid polymer material or liquid polymer precursor or in the cladding with the fiber material described below , particularly preferably to a temperature in the range of - 20 ° C to 15 ° C, in particular to a temperature in the range of - 20 ° C to 10 ° C.
  • a significant increase in the hardness of the pore filling material and thus the strength of the core as a whole is brought about.
  • pore filling materials can also be used which, at temperatures above 20 ° C., make an insufficient contribution to the strength of the core.
  • the core before it is placed in the mold, preferably coated with a fiber material.
  • the fibers may be, for example, glass fibers, carbon fibers, ceramic fibers, aramid fibers, boron fibers, steel fibers, natural fibers and nylon fibers.
  • the fibers can be wrapped or braided around the core. However, it is also possible, e.g. To arrange nets, mats or fleeces from the fibers on the surface of the core.
  • the core is removed after solidification and / or curing of the polymer material or the polymer precursor by means of water and / or heating. If the pore filling material is water-soluble, the core can be removed exclusively by means of water. However, if the pore-filling material is water-repellent, the core must be converted to a water-soluble state. This is done, as already stated above, by melting the pore filling material.
  • the pore-filling material and the polymeric material or polymer precursor are preferably matched to one another such that the pore-filling material has a melting temperature which is below the melting or decomposition temperature of the plastic formed from the polymeric material or polymer precursor, preferably at least 5 ° C preferably at least 20 ° C, especially at least 50 ° C.
  • the quartz sand were placed in a laboratory paddle mixer and added with stirring the water glass and methylphosphonate. After the mixture was stirred for one minute, the amorphous silica was added with further stirring.
  • the molding material mixture was introduced by means of compressed air into a mold. To accelerate the curing of the mixture, hot air was passed through the mold. The mold was opened and the core was removed. Immediately thereafter, the core was dried.
  • colloidal silica sol Lidox HS 40, Grace Chemicals, Columbia, MD, USA
  • the quartz sand was placed in a laboratory mixer and added with stirring, the colloidal silica sol and the sodium hydroxide solution and the amorphous silica.
  • the molding material mixture was introduced by means of compressed air into a mold. To accelerate the curing of the mixture, hot air was passed through the mold. The mold was opened and the core was removed. Immediately thereafter, the core was dried.
  • the glass beads were placed in a laboratory paddle mixer and added with stirring, the di-sodium octaborate tetrahydrate and the sodium hydrogen phosphate and the water and the sodium hydroxide solution.
  • the molding material mixture was introduced by means of compressed air into a mold. To accelerate the curing of the mixture, hot air was passed through the mold. The mold was opened and the core was removed. Immediately thereafter, the core was dried.
  • the glass spheres were placed in a laboratory paddle mixer and added with stirring, the borax and Natnumhydrogenphosphat and the water and the sodium hydroxide solution.
  • the molding material mixture was introduced by means of compressed air into a mold. To accelerate the curing of the mixture, hot air was passed through the mold. The mold was opened and the core was removed. Immediately thereafter, the core was dried.
  • the glass beads were placed in a laboratory paddle mixer and added with stirring, the di-sodium octaborate tetrahydrate and Natnumhydrogenphosphat and the water and the sodium hydroxide solution.
  • the molding material mixture was introduced by means of compressed air into a mold. To accelerate the curing of the mixture, hot air was passed through the mold. The mold was opened and the core was removed. Immediately thereafter, the core was dried. Filling the pores of the cores produced according to I with a pore filling material
  • a mixture of 40 wt .-% NaN0 2 , 7 wt .-% NaNOs and 53 wt .-% KN0 3 was converted by heating in a homogeneous, low-viscosity melt.
  • cores AE produced in accordance with I. were immersed after being heated in an oven to a temperature of 140 ° C. The melt penetrated the pores of the cores and closed them. After cooling, the cores thus treated had a substantially nonporous surface.
  • a synthetic paraffin wax with a melting point of 90 ° C was converted by heating in a liquid, low viscosity state.
  • Cores A-E prepared according to I. were exposed to a vacuum in a vacuum chamber. In this chamber, the liquid paraffin was injected. The paraffin penetrated the pores of the nuclei and closed them. After cooling to room temperature and subsequent removal of the cores from the vacuum chamber, the treated cores had a substantially nonporous surface.
  • Urea was converted by heating into a homogeneous, low-viscosity melt.
  • cores A-E prepared in accordance with I. were immersed after being heated in an oven to a temperature of 140 ° C. The melt penetrated the pores of the cores and closed them. After cooling, the cores thus treated had a substantially nonporous surface.
  • Cores treated according to F and G and H and I were placed in a mold into which after closing the mold a polyamide having a processing temperature of 85 ° C was injected.
  • Cores treated according to F and G and H and I were wrapped in carbon fibers and placed in a mold into which after closing the mold a polyamide having a processing temperature of 85 ° C was injected.
  • the fiber composite body was removed from the mold.
  • the produced plastic moldings and fiber composite bodies were treated with heated to 95 ° C water. Both the cores treated according to F and G and those according to H and I could easily be removed.
  • the paraffin wax used melted as a result of contact with the water. The melted paraffin wax was then easily separated and recycled.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Mold Materials And Core Materials (AREA)
  • Adhesives Or Adhesive Processes (AREA)

Abstract

Beschrieben wird eine zur Erzeugung von Faserverbundkörpern oder Gussteilen aus Metall oder Kunststoff dienende Form aus einem partikulären Formgrundstoff und einem Binder, wobei die Form Poren aufweist, die Poren mit einem Porenfüllmaterial befüllt sind, der Binder wasser- löslich ist und das Porenfüllmaterial durch Temperaturerhöhung verflüssigbar und gegenüber dem Binder chemisch inert ist. Weiterhin werden die Herstellung und die Verwendung der Form beschrieben.

Description

Form, Verfahren zu ihrer Herstellung und Verwendung
Die nachfolgend beschriebene Erfindung betrifft zur Erzeugung von Faserverbundkörpern oder Gussteilen aus Kunststoff oder Metall dienende Formen, deren Herstellung und deren Verwendung. Besonders betrifft die Erfindung zur Erzeugung von Hohlräumen in Faserverbund körpern oder Gussteilen aus Kunststoff oder Metall dienende Kerne.
In einer Vielzahl von technischen Produkten kommen Bauteile aus Metall, Kunststoff oder aus einem Faserverbundwerkstoff (ein Kompositmaterial umfassend eine Matrix aus einem Kunststoff und ein Fasermaterial, das in die Matrix eingebettet ist) zum Einsatz, die in ihrem Inneren einen Hohlraum aufweisen. Die Herstellung solcher Bauteile ist schwierig, insbesondere, wenn der Hohlraum eine komplexe Geometrie aufweisen soll, beispielsweise eine längliche, gebogene Form oder eine Form mit Hinterschneidungen, während die Hohlraumoberfläche gleichzeitig glatt und hochwertig sein muss. Ein möglicher Weg, solche Bauteile in einem Stück zu produzieren, ist der Guss unter Verwendung von sogenannten„verlorenen Formen". Bei dieser Technik wird in einem vorgelagerten Schritt ein Formteil (der sogenannte„Kern") produziert, das in Größe und Form dem zu bildenden Hohlraum entspricht. Der Kern wird in einem aus weiteren Formteilen bestehenden Gusswerkzeug angeordnet, in welches anschließend ein flüssiges Metall, Polymermaterial oder ein flüssiger Polymervorläufer eingespritzt wird. Bei der Herstellung von Faserverbundkörpern wird der Kern vor dem Anordnen in dem Gusswerkzeug mit einem Fasermaterial ummantelt. Nach dem Guss erhält man einen Faserverbundkörper oder ein Gussteil aus Metall oder Kunststoff mit dem gewünschten Hohlraum, in dem allerdings noch der Kern steckt. Dieser wird anschließend entfernt, was bedingt durch die erwähnte komplexe Geometrie des Hohlraums nicht ohne eine Zerstörung des Kerns erfolgen kann. Der Kern ist als Formteil„verloren".
Um einen Kern aus einem Hohlraum komplexer Geometrie zu entfernen, kann man ihn beispielsweise zerkleinern oder in einen flüssigen oder zumindest fließfähigen Zustand überführen. Voraussetzung hierfür ist eine geeignete Beschaffenheit des Kerns.
Beim sogenannten Schmelzkern-Spritzgießen, einer Sonderform des Kunststoff-Spritzgießens, fertigt man den Kern aus einem niedrigschmelzenden Metall oder einer niedrigschmelzenden Legierung. Der Kern wird in ein Gusswerkzeug eingelegt und mit Kunststoff umspritzt. Nach Abschluss dieses Schritts wird das erhaltene Gussteil samt dem darin enthaltenen Kern in ein Heizbad überführt, um den Kern auszuschmelzen. Hierzu wird das Heizbad auf eine Temperatur eingestellt, die leicht über dem Schmelzpunkt des niedrigschmelzenden Metalls oder der niedrigschmelzenden Legierung liegt, so dass das Spritzgussteil nicht beschädigt wird. Gegebenenfalls kann die Ausschmelzzeit durch induktives Erwärmen des Kernmetalls verkürzt werden. Flüssiges Kernmetall sammelt sich am Boden des Heizbads und ist zur Herstellung neuer Kerne nutzbar.
Die benötigten niedrigschmelzenden Metalle oder Legierungen sind allerdings relativ teuer. Darüber hinaus eignen sich die Metalle und Legierungen nur begrenzt zur Prozessierung von Polymeren mit niedrigen Verarbeitungstemperaturen wie Polypropylen und Polyethylen.
Bauteile aus Faserverbundwerkstoffen werden oft auch unter Verwendung aufblasbarer Schläuche hergestellt, die an Stelle von Kernen in einem Gusswerkzeug angeordnet werden können. Hierbei handelt es sich meist um verschließbare Schläuche aus einem Silicon, welche während eines Gussvorgangs von innen mit einem Druck beaufschlagt werden können. Nach Abschluss des Gussvorgangs wird der Druck abgelassen und der Schlauch wird entfernt. Die dabei verwendeten Schläuche sind grundsätzlich wiederverwendbar. Allerdings sind sie thermisch und mechanisch nur begrenzt stabil, was ihrer Wiederverwendbarkeit in der Praxis enge Grenzen setzt. Darüber hinaus sind sie nur begrenzt zur Herstellung von Hohlräumen mit komplexen Geometrien geeignet.
Aus dem Metallguss ist es bekannt, zur Herstellung von Hohlräumen in Gussteilen Kerne aus Sand zu verwenden. Derartige Kerne lassen sich unter der Voraussetzung, dass ihre Oberfläche versiegelt wird (beispielsweise indem ein Schrumpfschlauch auf den Kern aufgezogen wird), auch beim Kunststoffguss einsetzen. Sie werden aus einer Formstoffmischung umfassend ein Bindemittel und den Sand als partikulären Formgrundstoff hergestellt. Das Bindemittel hält die Partikel des Formgrundstoffs zusammen und ist somit für die strukturelle Integrität der Kerne verantwortlich. Die Kerne müssen den während eines Gussvorgangs auftretenden thermischen und mechanischen Belastungen standhalten können. Nach dem Guss werden die Kerne meist mittels Vibrationen zerkleinert. Bei Verwendung eines wasserlöslichen Binders, beispielsweise eines Binders auf Basis von Magnesiumsulfat, Wassergläsern oder auf Basis von Polyphosphat und/oder Borat, lassen sich die Kerne nach dem Gussvorgang auch mit Wasser aus erhaltenen Gussteilen herauslösen.
Derartige Kerne eignen sich grundsätzlich auch zur Prozessierung von Polymeren mit niedrigen Verarbeitungstemperaturen. Allerdings mangelt es den Kernen häufig an der erforderlichen Festigkeit und auch an der erforderlichen Lagerbeständigkeit. Wasserlösliche Bindermaterialien sind oft hygroskopisch und lagern somit in feuchten Umgebungen Wasser ein, was ihre Bindewirkung deutlich herabsetzen kann. Der vorliegenden Erfindung lag die Aufgabe zugrunde, zur Erzeugung von Faserverbundkörpern oder Gussteilen aus Metall oder Kunststoff dienende Formen, insbesondere zur Erzeugung von Hohlräumen in Faserverbund körpern oder Gussteilen aus Metall oder Kunststoff dienende Kerne, bereitzustellen, die kostengünstig herzustellen sind und ein breites Anwendungsspektrum bieten. Darüber hinaus sollen die Formen und Kerne eine hohe Festigkeit bei gleichzeitig hoher Lagerstabilität aufweisen.
Diese Aufgabe wird gelöst durch die Form mit den Merkmalen des Anspruchs 1 sowie das Verfahren zur Herstellung der Form mit den Merkmalen des Anspruchs 9. Bevorzugte Ausführungsformen der erfindungsgemäßen Form sind in den abhängigen Ansprüchen 2 bis 8 angegeben. Eine bevorzugte Ausführungsform des Verfahrens gemäß Anspruch 9 ist im abhängigen Anspruch 10 angegeben. Weiterhin ist auch das Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 1 1 von der vorliegenden Erfindung umfasst. Bevorzugte Ausführungsformen dieses Verfahrens finden sich in den abhängigen Ansprüchen 12 bis 15. Der Wortlaut sämtlicher Ansprüche wird hiermit durch Bezugnahme zum Inhalt dieser Beschreibung gemacht.
Die erfindungsgemäße Form dient insbesondere zur Erzeugung von Faserverbundkörpern oder in Gussteilen aus Kunststoff. Sie kann aber auch zur Erzeugung von Gussteilen aus Metall dienen. In vielen Fällen kann es sich bei der erfindungsgemäßen Form auch um einen Kern zur Erzeugung von Hohlräumen handeln. Die Form umfasst einen partikulären Formgrundstoff und einen Binder und sie weist Poren auf. Bei dem Binder handelt es sich um einen wasserlöslichen Binder.
Besonders zeichnet sich die Form durch folgendes Merkmal aus:
1 a Sie weist Poren auf und die Poren sind mit einem Porenfüllmaterial befüllt, wobei dieses Porenfüllmaterial durch Temperaturerhöhung verflüssigbar ist.
Die Poren sind mindestens teilweise mit dem Porenfüllmaterial befüllt, in bevorzugten Ausführungsformen auch vollständig. In Ausführungsformen, in denen die Poren mindestens teilweise befüllt sind, sind vor allem die Poren befüllt, die Öffnungen hin zur Oberfläche der Form aufweisen.
In weiteren bevorzugten Ausführungsformen füllt das Porenfüllmaterial nicht nur besagte Poren sondern bedeckt auch die Oberfläche der Form. Bevorzugt ist das Porenfüllmaterial gegenüber dem Binder und/oder gegenüber dem partikulären Formgrundstoff chemisch inert. Besonders bevorzugt ist es sowohl gegenüber dem Binder als auch gegenüber dem partikulären Formgrundstoff chemisch inert. Es ist weiter bevorzugt, dass das Porenfüllmaterial bei Raumtemperatur (20 °C) und Normaldruck (1 bar) fest ist.
Unter dem Begriff „chemisch inert" soll vorliegend verstanden werden, dass das Porenfüllmaterial bei seiner Verarbeitung mit dem Binder und/oder dem Formgrundstoff nicht oder nur in verschwindend geringem Maß eine Reaktion, insbesondere eine chemische Reaktion, eingeht. Das Porenfüllmaterial wird bevorzugt so gewählt, dass es in unmittelbarem Kontakt mit dem Binder und/oder dem Porenfüllmaterial nicht zu einer Schwächung der strukturellen Integrität des Kerns führt. Insbesondere darf es den verwendeten Binder nicht lösen.
Unter dem Begriff „durch Temperaturerhöhung verflüssigbar" soll vorliegend verstanden werden, dass das Porenfüllmaterial bei einer Temperaturerhöhung aus dem festen in einen flüssigen Zustand übergeht und somit einen Schmelzpunkt oder zumindest einen Schmelzbereich aufweist.
In bevorzugten Ausführungsformen ist das Porenfüllmaterial durch Temperaturerhöhung auf eine Temperatur im Bereich zwischen 20 °C und 500 °C, bevorzugt zwischen 20 ° C bis 380 °C, verflüssigbar. Innerhalb dieser Bereiche können die folgenden Bereiche weiter bevorzugt sein:
• 20 °C bis 200 °C
• 20 °C bis 150 °C
• 20 °C bis 100 °C
Die Kombination aus einer porösen Form basierend auf einem wasserlöslichen Binder und einem dem Binder gegenüber chemisch inerten Porenfüllmaterial bringt unerwartete Vorteile mit sich und eröffnet Anwendungsmöglichkeiten insbesondere im Bereich der Kunststoffverarbeitung, die über die Möglichkeiten der eingangs erwähnten Formen und Kerne weit hinausgehen. Darüber hinaus sind die erfindungsgemäßen Formen einfach und kostengünstig herzustellen.
Partikulärer Formgrundstoff
Der partikuläre Formgrundstoff besteht bevorzugt aus einer der folgenden Komponenten oder einer Kombination aus mindestens zwei der folgenden Komponenten oder umfasst zumindest eine der folgenden Komponenten oder eine Kombination aus mindestens zwei der folgenden Komponenten:
2a Partikel aus anorganischen, wasserunlöslichen Materialien: Zu diesen Materialien zählen insbesondere Sand, Glas, Keramiken, Glaskeramiken, Glasfritten, Silikate wie Aluminiumsilikat, Metalloxide wie Aluminiumoxid, Metallnitride, Titanate, Zirkonate, Aluminate, Carbid, beispielsweise Siliciumcarbid, Metalle, Metalllegierungen, Graphitpartikel, wasserunlösliche oder in Wasser schwerlösliche Salze wie Bariumsulfat oder Calciumcarbonat.
Bei den Sandpartikeln handelt es sich bevorzugt um Partikel aus einem feuerfesten, mineralischen Sand. Der Sand kann natürlichen oder synthetischen Ursprungs sein. In Frage kommen insbesondere Quarzsand, Zirkonsand, Chromerzsand, Mullitsand und O- livinsand.
Der Begriff„Glaspartikel" meint vorliegend insbesondere alle Partikel aus anorganischen Gläsern, die sich chemisch inert gegenüber Wasser oder wässrigen Lösungen verhalten, zumindest im Temperaturbereich zwischen 0 °C und 200 °C.
Unter keramischen Partikeln sind insbesondere Partikel aus Carbiden, Nitriden, Oxiden, Siliciden sowie aus bekannten Tonmineralien wie zum Beispiel Kaolinit zu verstehen.
Mit dem Begriff „Glaskeramiken" sind Gläser gemeint, die kristalline keramische Partikel aufweisen, die in eine amorphe Glasphase eingebettet sind.
Glasfritten treten als Zwischenprodukte bei der Herstellung von Glasschmelzen auf. Durch oberflächliches Schmelzen eines Glaspulvers backen die einzelnen Partikel des Pulvers zusammen. Bricht man den Schmelzvorgang an diesem Punkt ab, erhält man einen als Glasfritte bezeichneten porösen Körper. Der Begriff „Fritte" wird auch auf aus diesem Körper durch Mahlen gewonnene Partikel und Pulver angewandt.
Als Metallpartikel kommen vorliegend insbesondere Partikel aus Leichtmetallen wie Aluminium in Frage.
Eine Verwendung von Metallpartikeln oder niedrigschmelzenden Partikeln, beispielsweise aus einem niedrigschmelzenden Glas, kommt grundsätzlich nur bei der Herstellung von Formen in Frage, die zur Erzeugung von Faserverbundkörpern oder Gussteilen aus Kunststoff dienen. Für die Verarbeitung von flüssigen Metallen, beispielsweise von flüssigem Aluminium, sind Formen aus diesen Materialien nicht gut geeignet. Als Formgrundstoff eignen sich in diesen Fällen besonders Sand und keramische Partikel.
2b Partikel aus anorganischen, wasserlöslichen Materialien: Zu diesen Materialien zählen insbesondere Salze aus der Gruppe mit Natriumchlorid (NaCI), Kaliumchlorid (KCl) und Natriumcarbonat (Na2COs). Weiterhin zählen auch Nitrate dazu, insbesondere Natriumnitrat (NaN03) und Kaliumnitrat (KN03).
Die genannten Salze eignen sich insbesondere für Formen zur Erzeugung von Faserverbundkörpern oder Gussteilen aus Kunststoff.
2c Partikel aus organischen, wasserunlöslichen Materialien: Zu diesen Materialien zählen insbesondere wasserunlösliche Polymermaterialien wie Polystyrol, Polyethylen, Polypropylen, Polyurethan und Polycarbonat.
Die genannten Polymermaterialien eignen sich insbesondere für Formen zur Erzeugung von Faserverbundkörpern oder Gussteilen aus niedrigschmelzendem Kunststoff.
2d Partikel aus organischen, wasserlöslichen Materialien: Hierzu zählen insbesondere wasserlösliche Polymere wie Polyvinylalkohol (PVA) oder Salze organischer Säuren, beispielsweise Natriumacetat.
Die genannten Materialien eignen sich insbesondere für Formen zur Erzeugung von Faserverbundkörpern oder Gussteilen aus niedrigschmelzendem Kunststoff.
2e Partikel aus einem anorganisch-organischen Verbundmaterial: Hierzu zählt beispielsweise Verbundmaterialien aus einem der in 2c oder 2d genannten Polymermaterialien, in das anorganische Partikel, beispielsweise aus einem der unter 2a genannten Materialien, eingebettet sind.
Anorganisch-organische Verbundmaterialien eignen sich insbesondere für Formen zur Erzeugung von Faserverbundkörpern oder Gussteilen aus niedrigschmelzendem Kunststoff.
In bevorzugten Ausführungsformen können die Partikel des partikulären Formgrundstoffs als Kugeln oder als Hohlkugeln vorliegen. Besonders geeignet sind beispielsweise Kugeln oder Hohlkugeln aus Glas und aus Aluminiumsilikat sowie aus keramischen und glaskeramischen Materialien.
Bevorzugt weisen die Partikel des partikulären Formgrundstoffs eine mittlere Partikelgröße < 1000 μηη, bevorzugt < 600 μηη, auf. Besonders bevorzugt sind Partikel mit mittleren Partikelgrößen im Bereich von 50 μηη bis 500 μηη.
In einigen bevorzugten Ausführungsformen ist der partikuläre Formgrundstoff frei von Wasser, bevorzugt auch frei von Kristallwasser, sofern es sich bei dem Formgrundstoff um ein Salz handelt.
Gegebenenfalls kann dem partikulären Formgrundstoff Glyzerin oder ein übliches Tensid zugesetzt sein. Bei der Herstellung erfindungsgemäßer Kerne kann das verwendete Porenfüllmate- rial, insbesondere wenn es sich dabei um ein Salz handelt, leichter in die Poren eindringen.
Wasserlöslicher Binder
Bei dem wasserlöslichen Binder handelt es sich bevorzugt um einen der folgenden Binder oder um eine Kombination aus mindestens zwei der folgenden Binder:
3a Einen wasserlöslichen anorganischen Binder: Hierzu zählen besonders bevorzugt auf Wasserglas basierende Binder, auf Magnesiumsulfat basierende Binder oder auf Phosphat und/oder Borat basierende Binder.
Als Wassergläser bezeichnet man sowohl aus einer Schmelze erstarrte, glasartige, wasserlösliche Alkalisilikate, insbesondere Natrium-, Kalium-, und Lithiumsilikate, als auch ihre wässrigen Lösungen. Zur Verwendung im Rahmen der vorliegenden Erfindung eignen sich besonders Natriumwassergläser. Es ist auch möglich, ein Gemisch aus zwei oder mehr verschiedenen Wassergläsern einzusetzen.
Ein charakteristisches Merkmal von Wassergläsern ist ihr Modul, worunter man das Molverhältnis Si02:M2<D im Wasserglas versteht, wobei M bevorzugt ausgewählt ist aus Li+, K+ oder Na+. Vorliegend werden bevorzugt Wassergläser verwendet, deren Modul im Bereich von 1 ,5 bis 3,3 liegt.
In der GB 782 205 A ist ein Alkaliwasserglas beschrieben, das sich auch im Rahmen der vorliegenden Erfindung als Binder eignet und das durch Einleitung von CO2 ausgehärtet werden kann. Weitere geeignete auf Wasserglas basierende Binder sind z.B. aus der DE 199 25 167 A1 , der DE 10 2007 045 649 A1 oder aus der US 5474606 A bekannt.
Aus der DE 10 2007 045 649 A1 ist ein„in-situ Binder" bekannt, der„in-situ" aus Kieselsäure und einer wässrigen alkalischen Lösung, beispielsweise 40%iger Natronlauge, hergestellt werden kann. Auch ein solcher Binder eignet sich hervorragend zur Verwendung im Rahmen der vorliegenden Erfindung.
Borate sind Salze oder Ester der Borsäuren. Auch Borsäure selbst kann zu den Boraten gezählt werden, sie wird oft auch als Trihydrogenborat bezeichnet. Die Salze sind dadurch gekennzeichnet, dass sie in ihrem lonengitter als Anion das Borat-Ion BO33" bzw. eine kondensierte Form davon (zum Beispiel Β4θ5(ΟΗ)42, Tetraborat) enthalten.
Als Phosphate können neben klassischen Phosphaten wie Ammoniumphosphat insbesondere auch Polyphosphate und Hydrogenphosphate wie Natriumhydrogenphosphat eingesetzt werden.
Bei Polyphosphaten handelt es sich bekanntlich um Kondensationsprodukte von Salzen der ortho-Phosphorsäure (H3PO4) mit der allgemeinen Summenformel Iv PnC n+i und der Struktur M-0-[P(OM)(0)-0]n-M, wobei M ein einwertiges Metall ist und n ohne weiteres eine bis zu drei- oder sogar vierstellige Zahl sein kann. Zu den Polyphosphaten werden allerdings sehr häufig auch die kurzkettigen (also eigentlich Oligo-) Phosphate gezählt, bei denen n beispielsweise eine Zahl von 8 bis 32 sein kann. Zyklische Polymere werden als Metaphosphate bezeichnet.
Zum Einsatz im Rahmen der vorliegenden Erfindung geeignete Binder auf Basis von Po- lyphosphat und/oder Borat sind beispielsweise in der WO 92/06808 A1 beschrieben. Weitere geeignete phosphatbasierte Binder sind aus der DE 103 59 547 B3 oder aus der DE 195 25 307 A1 oder aus der US 571 1792 A bekannt.
In einigen besonders bevorzugten Ausführungsformen umfasst der erfindungsgemäß verwendete Binder als Phosphat Natrium-Hexametaphosphat ((NaPOs)6).
Einen wasserlöslichen organischen Binder: Hierzu zählen insbesondere Binder auf Basis von wasserlöslichen Polymeren, beispielsweise auf Basis von Polyvinylalkohol (PVA). Bei Polyvinylalkohol handelt es sich bekanntlich um einen thermoplastischen Kunststoff, der meistens durch Verseifung von Polyvinylacetat hergestellt wird. Der Kunststoff wird meist in Form einer wässrigen Lösung verarbeitet. Sein Schmelzpunkt liegt abhängig vom Hydrolyse- und Polymerisationsgrad in der Regel im Bereich von 200 °C bis 228 °C.
Besonders bevorzugt handelt es sich bei dem wasserlöslichen Binder um einen der folgenden Binder oder um eine Kombination aus den folgenden Bindern:
4a Um einen auf Wasserglas basierenden Binder mit einem Anteil an einem synthetischen oder natürlichen Siliziumdioxid: Derartige Binder sind beispielsweise aus der EP 1 802 409 B1 und aus der DE 10 2007 045 659 A1 bekannt.
4b Sofern als Binder ein Polyphosphat zum Einsatz kommt, so handelt es sich hierbei bevorzugt um ein Polyphosphat mit der allgemeinen Summenformel Iv PnC n+i und der Struktur M-0-[P(OM)(0)-0]n-M (M = einwertiges Metall), insbesondere um Natrium- Hexametaphosphat ((NaPOs)6).
4c Sofern als Binder ein Borat zum Einsatz kommt, so handelt es sich dabei bevorzugt um ein Polyborat der allgemeinen Formel Mn-2Bn02n-i oder um ein Metaborat der allgemeinen Formel (B02)nn".
4d Magnesiumsulfat.
Mischungen aus Magnesiumsulfat und Phosphat und/oder Borat sind besonders bevorzugt.
Für die Verarbeitung von flüssigen Metallen, beispielsweise von flüssigem Aluminium, sind insbesondere Formen geeignet, die einen auf Wasserglas basierenden Binder aufweisen. Hingegen kommen alle genannten Binder grundsätzlich gut für die Herstellung von Formen in Frage, die zur Erzeugung von Faserverbund körpern oder Gussteilen aus Kunststoff dienen.
Porenfüllmaterial
Bei dem Porenfüllmaterial handelt es sich bevorzugt um einen der folgenden Stoffe oder um eine Kombination aus mindestens zwei der folgenden Stoffe:
5a Ein wasserunlösliches natürliches oder synthetisches Wachs, Fett oder Öl, beispielsweise ein Paraffin oder ein Fettsäureester, insbesondere mit einem Schmelzpunkt im Be- reich von 20 °C bis 200 °C, besonders bevorzugt mit einem Schmelzpunkt im Bereich von 30 °C bis 100 °C. b ein wasserlösliches, schmelzbares Polymer, beispielsweise Polyethylenglykol oder niedermolekulares Polypropylenglycol, insbesondere mit einem Schmelzpunkt im Bereich von 20 °C bis 70 °C. c ein wasserunlösliches, schmelzbares Polymer, beispielsweise ein niedrigschmelzendes thermoplastisches Polyamid oder ein Ethylen-Vinylacetat-Copolymer, insbesondere mit einem Schmelzpunkt im Bereich von 50 °C bis 150 °C, besonders bevorzugt mit einem Schmelzpunkt im Bereich von 50 °C bis 100 °C. d Ein niedrigschmelzendes Metall oder eine niedrigschmelzende Legierung, wie man es oder sie auch zur Fertigung von Kernen für das eingangs erwähnte Schmelzkern- Spritzgießen verwendet, beispielsweise Bismut oder eine Bismutlegierung, insbesondere mit einem Schmelzpunkt im Bereich von 50 °C bis 150 °C, besonders bevorzugt mit einem Schmelzpunkt im Bereich von 50 °C bis 100 °C. e Ein wasserlösliches Salz oder eine Mischung aus zwei oder mehr wasserlöslichen Salzen, insbesondere eine Schmelze aus dem wasserlöslichen Salz oder eine geschmolzene Mischung (Schmelze) aus den zwei oder mehr wasserlöslichen Salzen.
Es gibt niedrigschmelzende Salze sowie eutektische Gemische solcher Salze, die sich im Rahmen der vorliegenden Erfindung als Porenfüllmaterial einsetzen lassen. Geeignet sind insbesondere Salzmischungen aus Salzen, welche sich aus Kationen der Alkali- und Erdalkalimetalle sowie aus Anionen der Typen Chlorid, Nitrit, Nitrat, Carbonat, Hydroxid, Fluorid, Cyanat und Sulfat zusammensetzen.
Besonders geeignet sind beispielsweise Nitrate wie Lithium-, Kalium- oder Natriumnitrat oder Nitrite wie Lithium-, Kalium- oder Natriumnitrit oder Mischungen enthaltend ein Nitrat oder Nitrit oder bevorzugt zwei oder mehr Nitrate und/oder Nitrite. Es lässt sich beispielsweise aus 40 Gew.-% NaNÜ2, 7 Gew.-% NaNC und 53 Gew.-% KNO3 ein ternä- res Gemisch mit einer Schmelztemperatur von 142 °C bilden. Ein geeignetes binäres Gemisch aus 45 Gew.-% NaNÜ2 und 55 Gew.-% KNO3 weist eine Schmelztemperatur von 141 °C auf. Die Salzmischungen können auch Chloride enthalten, beispielsweise Magnesiumchlorid, Kaliumchlorid und/oder Natriumchlorid. Aus Natriumnitrat und Natriumchlorid lässt sich beispielsweise ein binäres Gemisch mit einem Schmelzpunkt von 282 °C bilden.
Ebenfalls gut geeignet sind Formiate und Tartrate, insbesondere Kaliumformiat und Nat- riumtartrat, gegebenenfalls auch eine Mischung aus Kaliumformiat und Natriumformiat.
Bevorzugt werden im Rahmen der vorliegenden Erfindung als Porenfüllmaterial ausschließlich Salze und Salzmischungen eingesetzt, die frei von Wasser, insbesondere auch frei von Kristallwasser, sind.
Besonders bevorzugt werden Salze und Salzmischungen mit einer dynamischen Viskosität von weniger als 4 mPas (bei 300 °C), bevorzugt von weniger als 3 mPas (bei 300 °C), besonders bevorzugt von weniger als 2,5 mPas (bei 300 °C), eingesetzt.
Weiterhin ist es bevorzugt, dass die Salze und Salzmischungen einen Schmelzpunkt im Bereich von 20 °C bis 500 °C, bevorzugt von 30 °C bis 380 °C, aufweisen. In einigen bevorzugten Ausführungsformen können die Salze und Salzmischungen einen Schmelzpunkt im Bereich von 30 °C bis 300 °C, bevorzugt von 30 °C bis 150 °C, aufweisen.
5f Harnstoff: Bei Harnstoff handelt es sich bekanntlich um einen ungiftigen und hygienisch unbedenklichen Feststoff mit einem Schmelzbereich von 132,5 bis 134,5 °C, der eine hervorragende Wasserlöslichkeit aufweist.
5g Mindestens ein wasserlöslicher Zucker, insbesondere aus der Gruppe mit Mannoseund Galactose.
5h Mindestens ein wasserlöslicher Polyalkohol, insbesondere aus der Gruppe mit Sorbit und Mannit.
Die erwähnten organischen Porenfüllmaterialien eignen sich grundsätzlich nicht zur Verarbeitung flüssiger Metalle wie Aluminium. Hierfür sind besser geeignet sind insbesondere einige der genannten Salze und Salzmischungen. Hingegen kommen alle genannten Porenfüllmaterielien grundsätzlich gut für die Herstellung von Formen in Frage, die zur Erzeugung von Faserverbundkörpern oder Gussteilen aus Kunststoff dienen. In vielen Ausführungsformen ist es ganz grundsätzlich bevorzugt, dass das Porenfüllmaterial ein Material ist, das nicht wasserlöslich ist und einen Schmelzpunkt aufweist, der unter dem Schmelzpunkt des verwendeten partikulären Formgrundstoffs liegt, bevorzugt mindestens 20 °C unter dem Schmelzpunkt, insbesondere mindestens 50 °C. Diese Temperaturdifferenz ist insbesondere dann relevant, wenn als partikulärer Formgrundstoff Partikel aus organischen Materialien verwendet werden.
In den Fällen, in denen es bevorzugt ist, dass das Porenfüllmaterial wasserlöslich ist, spielt der Schmelzpunkt des Porenfüllmaterials eine vergleichsweise untergeordnete Rolle.
Wenn es sich bei dem wasserlöslichen Binder um einen auf Wasserglas basierenden Binder handelt, so ist es besonders bevorzugt, dass das Porenfüllmaterial durch Temperaturerhöhung auf eine Temperatur im Bereich zwischen 20 °C und 140 °C verflüssigbar ist.
Es ist besonders bevorzugt, dass das Porenfüllmaterial in der Form - bezogen auf ihr Gesamtvolumen - in einem Anteil von 1 bis 80 Vol.-%, bevorzugt von 1 bis 50 Vol.-%, besonders bevorzugt von 10 bis 50 Vol.-%, enthalten ist. Dabei füllt es die Poren der Form bevorzugt zu mehr als 25 %, insbesondere zu mehr als 50 %, besonders bevorzugt zu mehr als 75 %, aus. In einigen Ausführungsformen sind alle Poren der Form mit dem Porenfüllmaterial befüllt. In einigen weiteren Ausführungsformen sind die an und unter der Oberfläche der Form liegenden Poren mit dem Porenfüllmaterial befüllt, während im Inneren der Form nicht mit Porenfüllmaterial befüllte Poren existieren.
Besonders bevorzugte Kombinationen der angeführten Formgrundstoffe, Binder und Porenfüll- materialien
Besonders bevorzugt sind im Rahmen der vorliegenden Erfindung Formen mit den folgenden Kombinationen aus Formgrundstoff, Binder und Porenfüllmaterial:
7a Als partikulärer Formgrundstoff wird ein organisches wasserunlösliches und/oder ein anorganisches wasserunlösliches Material verwendet. Als Binder wird ein wasserlöslicher anorganischer Binder verwendet. Als Porenfüllmaterial wird eines der genannten wasserlöslichen Materialien, beispielsweise Harnstoff oder eines der genannten wasserlöslichen Salze oder ein wasserlösliches Polymer, verwendet.
Ein Kern, der aus dieser Kombination aus Formgrundstoff, Binder und Porenfüllmaterial hergestellt wurde, lässt sich nach einem Gussvorgang aus einem Gussteil in der Regel leicht mittels Wasser herauslösen. Da sowohl das Porenfüllmaterial als auch der Binder wasserlöslich sind, verliert der Kern in Kontakt mit Wasser schnell seine strukturelle Integrität und zerfällt. b Als partikulärer Formgrundstoff wird ein organisches wasserunlösliches und/oder ein anorganisches wasserunlösliches Material verwendet. Als Binder wird ein wasserlöslicher, anorganischer Binder verwendet. Als Porenfüllmaterial wird eines der genannten wasserunlöslichen Materialien, beispielsweise ein natürliches oder synthetisches Wachs, Fett oder Öl oder ein wasserunlösliches, schmelzbares Polymer oder ein Metall oder eine Metalllegierung (beide niedrigschmelzend) verwendet.
Ein Kern, der aus dieser Kombination aus Formgrundstoff, Binder und Porenfüllmaterial hergestellt wurde, zeichnet sich dadurch aus, dass er aufgrund des hydrophoben Poren- füllmaterials wasserabweisend ist. Er ist von sich aus also nicht wasserlöslich. Erwärmt man allerdings den Kern, so schmilzt das Porenfüllmaterial und der wasserlösliche Binder kann mit Wasser, beispielsweise dem Wasser eines Wasserbads, unmittelbar in Kontakt treten. Der dann einsetzende Lösungsvorgang resultiert in einer Zersetzung des Kerns. c Als partikulärer Formgrundstoff wird ein organisches wasserunlösliches und/oder ein anorganisches wasserunlösliches Material verwendet. Als Binder wird ein wasserlöslicher organischer Binder verwendet. Als Porenfüllmaterial wird eines der genannten wasserlöslichen Materialien, beispielsweise Harnstoff oder eines der genannten wasserlöslichen Salze oder ein wasserlösliches Polymer, verwendet.
Ein Kern, der aus dieser Kombination aus Formgrundstoff, Binder und Porenfüllmaterial hergestellt wurde, verhält sich in Kontakt mit Wasser ähnlich wie ein Kern gemäß 7a. d Als partikulärer Formgrundstoff wird ein organisches wasserunlösliches und/oder ein anorganisches wasserunlösliches Material verwendet. Als Binder wird ein wasserlöslicher, organischer Binder verwendet. Als Porenfüllmaterial wird eines der genannten wasserunlöslichen Materialien, beispielsweise ein natürliches oder synthetisches Wachs, Fett oder Öl oder ein wasserunlösliches, schmelzbares Polymer oder ein Metall oder eine Metalllegierung (beide niedrigschmelzend) verwendet.
Ein Kern, der aus dieser Kombination aus Formgrundstoff, Binder und Porenfüllmaterial hergestellt wurde, verhält sich ähnlich wie ein Kern gemäß 7b. 7e Als partikulärer Formgrundstoff wird ein organisches wasserlösliches und/oder ein anorganisches wasserlösliches Material verwendet. Als Binder wird ein wasserlöslicher anorganischer oder organischer Binder verwendet. Als Porenfüllmaterial wird eines der genannten wasserunlöslichen Materialien, beispielsweise ein natürliches oder synthetisches Wachs, Fett oder Öl oder ein wasserunlösliches, schmelzbares Polymer oder ein Metall oder eine Metalllegierung (beide niedrigschmelzend) verwendet.
Ein Kern, der aus dieser Kombination aus Formgrundstoff, Binder und Porenfüllmaterial hergestellt wurde, verhält sich ähnlich wie ein Kern gemäß 7b.
Grundsätzlich ist es bevorzugt, dass die auf Polyphosphat und/oder auf Borat basierenden Binder sowie auch auf Magnesiumsulfat basierende Binder mit Porenfüllmaterialien kombiniert werden, die wasserfrei sind, insbesondere auch kein Kristallwasser aufweisen. Gut geeignet sind hierfür insbesondere die vorstehend beschriebenen wasserfreien Salze oder Mischungen aus zwei oder mehr wasserlöslichen Salzen.
Verfahren zur Herstellung erfindungsgemäßer Formen und Kerne
Die vorliegende Erfindung betrifft weiterhin ein Verfahren zur Herstellung einer zur Erzeugung von Faserverbund körpern oder Gussteilen aus Kunststoff oder Metall dienenden Form, insbesondere zur Herstellung eines zur Erzeugung von Hohlräumen in Faserverbund körpern oder Gussteilen aus Kunststoff oder Metall dienenden Kerns, besonders bevorzugt einer Form oder eines Kerns, wie sie oben beschrieben wurden.
Bei dem Verfahren wird zunächst aus einem der beschriebenen partikulären Formgrundstoffe und aus einem der beschriebenen wasserlöslichen Binder eine Poren aufweisende Form gefertigt. In bevorzugten Ausführungsformen werden die Poren anschließend mit einem der beschriebenen flüssigen Porenfüllmaterialien befüllt. Es ist allerdings auch möglich, dass das Porenfüllmaterial im gleichen Schritt mit dem Formgrundstoff und/oder mit dem Binder verarbeitet wird.
In bevorzugten Ausführungsformen können der Formstoffmischung aus dem Formgrundstoff und dem Binder sowie gegebenenfalls dem Porenfüllmaterial als Additiv ein organofunktionelles Siloxan, insbesondere Natrium-(3-(trihydroxysilyl)propyl)methylphosphonat, zugesetzt werden. Dies ist insbesondere dann bevorzugt, wenn einer der auf Wasserglas basierenden Binder verwendet wird. Alternativ zu dem organofunktionellen Silan können Formstoffmischungen mit auf Wasserglas basierendem Binder als Additiv auch Natriumnitrat und/oder Natriumnitrit zugesetzt werden.
Die Porosität der im ersten Schritt gefertigten Poren aufweisenden Form lässt sich beispielsweise über die Partikelgrößenverteilung des verwendeten partikulären Formgrundstoffs einstellen. Große Teilchen mit einer weitestgehend einheitlichen Größe führen beispielsweise zu höheren Porositäten als Mischungen aus großen und kleineren Teilchen.
Besonders bevorzugt weist die Form eine offenporige Struktur auf.
Zur Herstellung der Poren aufweisenden Form aus dem partikulären Formgrundstoff und dem wasserlöslichen Binder kann man auf herkömmliche Verfahren wie beispielsweise die Herstellung in einem Formkasten zurückgreifen. Es ist aber ebenso möglich, in den meisten Fällen sogar bevorzugt, die Form mittels 3D-Druck herzustellen.
In vielen Fällen ist es von Vorteil, die aus dem partikulären Formgrundstoff und dem wasserlöslichen Binder hergestellte Form vor ihrer Weiterbehandlung einem Härtungsschritt zu unterziehen, beispielsweise durch Erwärmen oder eine Behandlung mit Mikrowellenstrahlung.
Weiterhin ist es in vielen Fällen bevorzugt, die Poren aufweisende Form vor ihrer Weiterverarbeitung zu trocknen, insbesondere sämtliches ungebundene Wasser zu entfernen.
Zum Befüllen der Poren wird bevorzugt das Porenfüllmaterial in flüssiger Form bereitgestellt und mittels Druck oder Unterdruck in die Poren der Form gedrückt oder gesaugt. Beispielsweise kann hierzu eine Form mit offenporiger Struktur in eine Unterdruckkammer eingelegt werden, die anschließend evakuiert wird. Nach Einstellen des gewünschten Unterdrucks wird dann in die Unterdruckkammer das flüssige Porenfüllmaterial injiziert und in die Poren der Form eingesogen. In der Regel lässt man das Porenfüllmaterial dann erkalten, bis es erstarrt. Danach lässt sich die fertige Form der Unterdruckkammer entnehmen.
Das Porenfüllmaterial kann auch drucklos in die Poren der Form eingebracht werden, insbesondere wenn es eine geringe Viskosität aufweist. Beispielsweise kann das Porenfüllmaterial in flüssiger Form bereitgestellt und die Form in das flüssige Porenfüllmaterial eingetaucht werden, insbesondere bis sie vollständig von dem Porenfüllmaterial bedeckt ist.
Gegebenenfalls kann das Befüllen der Poren mit dem Porenfüllmaterial auch mehrstufig, insbesondere zweistufig, erfolgen. In Abhängigkeit des gewählten Porenfüllmaterials können nach dem Einbringen des Porenfüllmaterials in die Poren beim Erkalten des Porenfüllmaterials Schrumpfungseffekte auftreten, die dazu führen, dass Poren in der Form nicht vollständig mit dem Porenfüllmaterial ausgefüllt sind. Zum vollständigen Verschließen der Poren kann es daher zweckmäßig sein, in die verbliebenen, teilbefüllten Poren in einem zweiten Schritt, gegebenenfalls noch in zusätzlichen weiteren Schritten, nochmals ein Porenfüllmaterial einzubringen.
Grundsätzlich kann in allen diesen Schritten das gleiche Porenfüllmaterial verwendet werden. Es ist allerdings in den meisten Fällen zweckmäßig, in dem oder den Folgeschritten ein Porenfüllmaterial zu verwenden, das einen tieferen Schmelzpunkt als das im ersten Schritt verwendete Porenfüllmaterial aufweist. Bereits in den Poren befindliches Porenfüllmaterial wird dann in dem oder den Folgeschritten nicht mehr aufgeschmolzen.
Eine Form, deren Poren mit einem der beschriebenen Porenfüllmaterialien befüllt sind, weist in aller Regel eine außerordentlich hohe Lagerstabilität auf, da sie, selbst wenn sie unter Verwendung eines stark hygroskopischen Binders gefertigt wurde, eine hohe Resistenz gegen Feuchtigkeit, insbesondere Luftfeuchtigkeit, aufweist und damit auch eine hohe Lagerstabilität. Dies gilt insbesondere dann, wenn als Porenfüllmaterial eines der genannten wasserunlöslichen Materialien eingesetzt wird. Darüber hinaus erhöht die Behandlung mit dem Porenfüllmaterial die Festigkeit der Form zum Teil signifikant.
Verwendung erfindungsgemäßer Formen und Kerne
Die erfindungsgemäßen Formen und Kerne bzw. die nach dem beschriebenen Verfahren hergestellten Formen und Kerne finden bevorzugt Anwendung zur Herstellung von Faserverbundkörpern oder von Formteilen aus Kunststoff. Darüber hinaus eignen sich die Formen und Kerne auch sehr gut zur Verarbeitung von Beton sowie von keramischen Werkstoffen, insbesondere als Formen und Schalen für die Beton- und Keramikverarbeitung.
Einige Ausführungsformen der Formen und Kerne, insbesondere solche mit einem anorganischen, wasserunlöslichen Formgrundstoff sowie einem Binder auf Basis von Polyphosphat und/oder Borat sowie einem der genannten wasserlöslichen Salze oder einer der Mischungen aus zwei oder mehr wasserlöslichen Salzen als Porenfüllmaterial eignen sich auch zur Verarbeitung von flüssigem Aluminium, insbesondere für den Aluminium-Druckguss.
Zur Herstellung von Faserverbundkörpern oder Formteilen aus Kunststoff oder einem Metall mit einem Hohlraum unter Verwendung eines erfindungsgemäßen Kerns wird bevorzugt - der Kern in einer Gießform angeordnet und
- in die Gießform wird ein flüssiges Polymermaterial oder ein flüssiger Polymervorläufer oder ein flüssiges Metall eingebracht.
Nach Erstarren und/oder Aushärten des Polymermaterials oder des Polymervorläufers oder des Metalls kann der Kern entfernt werden. Dies ist allerdings nicht zwingend erforderlich.
Beim Erstarren und/oder Aushärten wandelt sich das Polymermaterial oder der Polymervorläufer zu dem Kunststoff um. Von besonderem Vorteil ist dabei, dass einem Eindringen des Polymermaterials oder des Polymervorläufers in die Poren der Form verhindert oder zumindest entgegengewirkt wird, da diese ja mit dem Porenfüllmaterial befüllt sind.
Bei dem flüssigen Polymermaterial kann es sich grundsätzlich um jedes Polymermaterial handeln, das sich durch Schmelzen in einen flüssigen Zustand überführen lässt, beispielsweise um ein Polyamid. Bei dem Polymervorläufer kann es sich beispielsweise um eine Reaktivmischung aus einem Bindemittel und einem auf das Bindemittel abgestimmten Härter handeln, beispielsweise um ein hydroxyfunktionelles Bindemittel und einen isocyanatfunktionellen Härter (zur Herstellung eines Polyurethans). Hervorragend lassen sich auch Epoxidharze und darauf abgestimmte Härter als Reaktivmischungen einsetzen.
In bevorzugten Ausführungsformen des erfindungsgemäßen Verfahrens werden das Polymermaterial oder der Polymervorläufer und das Porenfüllmaterial derart aufeinander abgestimmt, dass das Porenfüllmaterial einen Schmelz und/oder Siedepunkt aufweist, der über der Verarbeitungstemperatur des verwendeten Polymermaterials oder des Polymervorläufers liegt, bevorzugt mindestens 5 °C, besonders bevorzugt mindestens 20 °C, insbesondere mindestens 50 °C. Umgekehrt ist es bevorzugt, dass das verwendete Polymermaterial oder der Polymervorläufer bei der Verarbeitung keine Temperaturen erreicht, bei der die genannten Temperaturdifferenzwerte überschritten werden. So liegt beispielsweise die Verarbeitungstemperatur einiger geeigneter Epoxidharze im Bereich von 150 °C bis 180 °C. Das verwendete Porenfüllmaterial sollte dann idealerweise einen Schmelzpunkt von mindestens 190 °C aufweisen, bevorzugt von mindestens 200 °C, insbesondere von mindestens 230 °C.
In besonders bevorzugten Ausführungsformen kann der Kern, bevor er mit dem flüssigen Polymermaterial oder dem flüssigen Polymervorläufer in Kontakt gebracht wird oder bei der nachstehend beschriebenen Ummantelung mit dem Fasermaterial, gekühlt werden, insbesondere auf eine Temperatur im Bereich von - 20 °C bis 20 °C, besonders bevorzugt auf eine Tempera- tur im Bereich von - 20 °C bis 15 °C, insbesondere auf eine Temperatur im Bereich von - 20 °C bis 10 °C. Durch die Abkühlung wird gegebenenfalls eine signifikante Erhöhung der Härte des Porenfüllmaterials und somit der Festigkeit des Kerns insgesamt herbeigeführt. Es lassen sich somit grundsätzlich auch Porenfüllmaterialien einsetzen, die bei Temperaturen oberhalb 20 °C einen ungenügenden Beitrag zur Festigkeit des Kerns leisten.
Zur Herstellung von Faserverbund körpern wird der Kern, bevor er in der Gussform angeordnet wird, bevorzugt mit einem Fasermaterial ummantelt. Bei den Fasern kann es sich beispielsweise um Glasfasern, Kohlenstofffasern, Keramikasern, Aramidfasern, Borfasern, Stahlfasern, Naturfasern und Nylonfasern handeln. Die Fasern können um den Kern gewickelt oder geflochten werden. Es ist aber auch möglich, z.B. Netze, Matten oder Vliese aus den Fasern auf der Oberfläche des Kerns anzuordnen.
Wie bereits oben angesprochen, wird der Kern nach Erstarren und/oder Aushärten des Polymermaterials oder des Polymervorläufers mittels Wasser und/oder Erwärmung entfernt. Sofern das Porenfüllmaterial wasserlöslich ist, kann der Kern ausschließlich mittels Wasser entfernt werden. Wenn das Porenfüllmaterial jedoch wasserabweisend ist, muss der Kern in einen wasserlöslichen Zustand überführt werden. Dies geschieht, wie oben bereits ausgeführt, indem das Porenfüllmaterial zum Schmelzen gebracht wird.
Grundsätzlich ist es natürlich aber auch möglich, den Kern durch mechanische Verfahren wie Rütteln, durch Ultraschall oder mittels eines Hochdruckwasserstrahls zu entfernen.
Bei Verwendung wasserabweisender Porenfüllmaterialien werden das Porenfüllmaterial und das Polymermaterial oder der Polymervorläufer bevorzugt derart aufeinander abgestimmt, dass das Porenfüllmaterial eine Schmelztemperatur aufweist, die unter der Schmelz- oder Zersetzungstemperatur des aus dem Polymermaterial oder dem Polymervorläufer gebildeten Kunststoffs liegt, bevorzugt mindestens 5 °C, besonders bevorzugt mindestens 20 °C, insbesondere mindestens 50 °C.
Ausführungsbeispiele
Weitere Merkmale der Erfindung sowie aus der Erfindung resultierende Vorteile ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung einiger bevorzugter Ausführungsformen. Diese dienen lediglich zur Erläuterung und zum besseren Verständnis der Erfindung und sind in keiner Weise einschränkend zu verstehen. Bereitstellung eines Poren aufweisenden Kerns aus einem partikulären Formgrundstoff und einem wasserlöslichen Binder
A Mit Formstoffmischungen mit einem Binder basierend auf Wasserglas Die folgenden Komponenten wurden zu einer Formstoffmischung verarbeitet:
• 1 ,80 Gewichtsteile Alkaliwasserglas mit einem Modul Si02:Na20 von ca. 2,4
• 0,90 Gewichtsteile einer 50%igen Lösung von Natrium-(3-(trihydroxysilyl)propyl)me- thylphosphonat (DOW CORNING Q1 -6083 Antifreeze Additive)
• 1 ,00 Gewichtsteile amorphes, pyrogenes Siliziumdioxid
• 96,3 Gewichtsteile Quarzsand H32
Zur Herstellung der Formstoffmischung wurden der Quarzsand in einem Laborflügelmischer vorgelegt und unter Rühren das Wasserglas und das Methylphosphonat zugegeben. Nachdem die Mischung für eine Minute gerührt worden war, wurde das amorphe Siliciumdioxid unter weiterem Rühren zugegeben.
Die Formstoffmischung wurde mittels Druckluft in ein Formwerkzeug eingebracht. Zur Beschleunigung der Aushärtung der Mischung wurde Heissluft durch das Formwerkzeug geleitet. Das Formwerkzeug wurde geöffnet und der Kern wurde entnommen. Unmittelbar anschließend wurde der Kern getrocknet.
B Mit Formstoffmischungen mit einem Binder, der in-situ" aus Kieselsäure und einer wässrigen alkalischen Lösung gebildet wird
Die folgenden Komponenten wurden zu einer Formstoffmischung verarbeitet:
• 1 ,00 Gewichtsteile kolloidales Kieselsol (Ludox HS 40, Grace Chemicals, Columbia, MD, USA)
• 0,40 Gewichtsteile NaOH (40 %ig) • 0,60 Gewichtsteile amorphes Siliziumdioxid (Flugasche Pozzolan aus Montserrat)
• 98,0 Gewichtsteile Quarzsand H32
Zur Herstellung der Formstoffmischung wurden der Quarzsand in einem Laborflügelmischer vorgelegt und unter Rühren das kolloidale Kieselsol sowie die Natronlauge und das amorphe Siliziumdioxid zugegeben.
Die Formstoffmischung wurde mittels Druckluft in ein Formwerkzeug eingebracht. Zur Beschleunigung der Aushärtung der Mischung wurde Heissluft durch das Formwerkzeug geleitet. Das Formwerkzeug wurde geöffnet und der Kern wurde entnommen. Unmittelbar anschließend wurde der Kern getrocknet.
C Mit Formstoffmischungen mit einem Binder basierend auf Borat/Phosphat Die folgenden Komponenten wurden zu einer Formstoffmischung verarbeitet:
• 2,50 Gewichtsteile Di-Natriumoctaborat-Tetrahydrat (TIM-Borat der Firma Inkabor, P.l. Rio Seco Arequipa - Perü)
• 2,50 Gewichtsteile Natriumhydrogenphosphat
• 5,00 Wasser
• 90,0 Gewichtsteile Quarzsand H32
Zur Herstellung der Formstoffmischung wurden die Glaskugeln in einem Laborflügelmischer vorgelegt und unter Rühren das Di-Natriumoctaborat-Tetrahydrat sowie das Natriumhydrogenphosphat und das Wasser und die Natronlauge zugegeben.
Die Formstoffmischung wurde mittels Druckluft in ein Formwerkzeug eingebracht. Zur Beschleunigung der Aushärtung der Mischung wurde Heissluft durch das Formwerkzeug geleitet. Das Formwerkzeug wurde geöffnet und der Kern wurde entnommen. Unmittelbar anschließend wurde der Kern getrocknet.
D Mit Formstoffmischungen mit einem Binder basierend auf Borat/Phosphat Die folgenden Komponenten wurden zu einer Formstoffmischung verarbeitet:
• 2,50 Gewichtsteile Di-Natriumtetraborat-Decahydrat
• 2,50 Gewichtsteile Natnumhydrogenphosphat
• 5,00 Gewichtsteile Wasser
• 90,0 Gewichtsteile Glaskugeln Quarzsand H32
Zur Herstellung der Formstoffmischung wurden die Glaskugeln in einem Laborflügelmischer vorgelegt und unter Rühren das Borax sowie das Natnumhydrogenphosphat und das Wasser und die Natronlauge zugegeben.
Die Formstoffmischung wurde mittels Druckluft in ein Formwerkzeug eingebracht. Zur Beschleunigung der Aushärtung der Mischung wurde Heissluft durch das Formwerkzeug geleitet. Das Formwerkzeug wurde geöffnet und der Kern wurde entnommen. Unmittelbar anschließend wurde der Kern getrocknet.
E Mit Formstoffmischungen mit einem Binder basierend auf Borat/Phosphat Die folgenden Komponenten wurden zu einer Formstoffmischung verarbeitet:
• 1 ,25 Gewichtsteile Di-Natriumoctaborat-Tetrahydrat
• 1 ,25 Gewichtsteile Natnumhydrogenphosphat
• 2,50 Gewichtsteile Wasser
• 95,0 Gewichtsteile Glaskugeln (Silibeads der Firma Sigmund Lindner GmbH, 95485 Warmensteinach, Deutschland)
Zur Herstellung der Formstoffmischung wurden die Glaskugeln in einem Laborflügelmischer vorgelegt und unter Rühren das Di-Natriumoctaborat-Tetrahydrat sowie das Natnumhydrogenphosphat und das Wasser und die Natronlauge zugegeben. Die Formstoffmischung wurde mittels Druckluft in ein Formwerkzeug eingebracht. Zur Beschleunigung der Aushärtung der Mischung wurde Heissluft durch das Formwerkzeug geleitet. Das Formwerkzeug wurde geöffnet und der Kern wurde entnommen. Unmittelbar anschließend wurde der Kern getrocknet. Befüllen der Poren der gemäß I hergestellten Kerne mit einem Porenfüllmaterial
F Mit einer Schmelze aus zwei oder mehr wasserlöslichen Salzen als Porenfüllmaterial
Eine Mischung aus 40 Gew.-% NaN02, 7 Gew.-% NaNOs und 53 Gew.-% KN03 wurde durch Erhitzen in eine homogene, niedrigviskose Schmelze überführt. In diese Schmelze wurden gemäß I. hergestellte Kerne A-E eingetaucht, nachdem sie in einem Ofen auf eine Temperatur von 140 °C erwärmt wurden. Die Schmelze drang in die Poren der Kerne ein und verschloss diese. Nach dem Abkühlen wiesen die so behandelten Kerne eine im Wesentlichen porenfreie Oberfläche auf.
G Mit einem synthetischen Wachs
Ein synthetisches Paraffinwachs mit einem Schmelzpunkt von 90 °C wurde durch Erwärmen in einen flüssigen, niedrigviskosen Zustand überführt. Gemäß I. hergestellte Kerne A-E wurden in einer Vakuumkammer einem Unterdruck ausgesetzt. In diese Kammer wurde das flüssige Paraffin eingespritzt. Das Paraffin drang in die Poren der Kerne ein und verschloss diese. Nach Abkühlen auf Raumtemperatur und anschließender Entnahme der Kerne aus der Vakuumkammer wiesen die behandelten Kerne eine im Wesentlichen porenfreie Oberfläche auf.
H Mit Harnstoff als Porenfüllmaterial
Harnstoff wurde durch Erhitzen in eine homogene, niedrigviskose Schmelze überführt. In diese Schmelze wurden gemäß I. hergestellte Kerne A-E eingetaucht, nachdem sie in einem Ofen auf eine Temperatur von 140 °C erwärmt wurden. Die Schmelze drang in die Poren der Kerne ein und verschloss diese. Nach dem Abkühlen wiesen die so behandelten Kerne eine im Wesentlichen porenfreie Oberfläche auf.
I Mit Kaliumformiat als Porenfüllmaterial Kaliumformiat wurde durch Erhitzen in eine Schmelze überführt. In diese Schmelze wurden gemäß I. hergestellte Kerne A-E eingetaucht, nachdem sie in einem Ofen auf eine Temperatur von 140 °C erwärmt wurden. Die Schmelze drang in die Poren der Kerne ein und verschloss diese. Nach dem Abkühlen wiesen die so behandelten Kerne eine im Wesentlichen porenfreie Oberfläche auf.
III. Herstellen eines Kunststoffformteils mit einem innenliegenden Hohlraum
Gemäß F und G und H und I behandelte Kerne wurden in einer Gießform angeordnet, in welche nach dem Schließen der Form ein Polyamid mit einer Verarbeitungstemperatur von 85 °C eingespritzt wurde.
Nach dem Aushärten und Abkühlen des Polyamids wurde das Kunststoffformteil aus der Gießform entnommen.
IV. Herstellen eines Faserverbundkörpers mit einem innenliegenden Hohlraum
Gemäß F und G und H und I behandelte Kerne wurden mit Kohlenstofffasern umwickelt und in einer Gießform angeordnet, in welche nach dem Schließen der Form ein Polyamid mit einer Verarbeitungstemperatur von 85 °C eingespritzt wurde.
Nach dem Aushärten und Abkühlen des Polyamids wurde der Faserverbundkörper aus der Gießform entnommen.
V. Entfernung der Kerne aus den gemäß III. und IV. hergestellten Kunststoffformteilen und Faserverbundkörpern
Zur Entfernung der Kerne wurden die hergestellten Kunststoffformteile und Faserverbundkörper mit auf 95 °C erwärmtem Wasser behandelt. Sowohl die gemäß F und G als auch die gemäß H und I behandelten Kerne ließen sich problemlos entfernen.
Bei den gemäß G behandelten Kernen schmolz das verwendete Paraffinwachs in Folge des Kontakts mit dem Wasser auf. Das geschmolzene Paraffinwachs ließ sich anschließend problemlos abtrennen und wiederverwerten.

Claims

Patentansprüche
1 . Zur Erzeugung von Faserverbund körpern oder Gussteilen aus Metall oder Kunststoff dienende Form aus einem partikulären Formgrundstoff und einem Binder, wobei
• die Form Poren aufweist,
• die Poren mit einem Porenfüllmaterial befüllt sind,
• der Binder wasserlöslich ist und
• das Porenfüllmaterial durch Temperaturerhöhung verflüssigbar und gegenüber dem Binder und/oder dem partikulären Formgrundstoff chemisch inert ist.
2. Form nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass der partikuläre Formgrundstoff aus einer der folgenden Komponenten besteht oder mindestens eine der folgenden Komponenten enthält:
• Partikel aus anorganischen, wasserunlöslichen Materialien, beispielsweise Sandpartikel, Glaspartikel, Partikel aus einer Keramik oder einer Glaskeramik, Partikel aus einer Glasfritte, silikatische Partikel wie Partikel aus Aluminiumsilikat, Partikel aus einem Metalloxid wie Aluminiumoxid, Partikel aus einem Metallnitrid, Partikel aus einem Titanat, Partikel aus einem Zirkonat, Partikel aus einem Aluminat, Partikel aus einem Carbid, beispielsweise Siliciumcarbid, Partikel aus einem Metall oder einer Metalllegierung, Graphitpartikel, Partikel aus wasserunlöslichen Salzen,
• Partikel aus anorganischen, wasserlöslichen Materialien, beispielsweise Salzen aus der Gruppe mit Natriumchlorid (NaCI), Natriumnitrat (NaNC ), Kaliumchlorid (KCl), Kaliumnitrat (KNO3) und Natriumcarbonat (Na2COs) oder Mischungen aus diesen Salzen,
• Partikel aus organischen, wasserunlöslichen Materialien, beispielsweise aus einem wasserunlöslichen Polymer wie Polystyrol, Polyethylen, Polypropylen, Polyurethan oder Polycarbonat,
• Partikel aus organischen, wasserlöslichen Materialien, beispielsweise aus einem wasserlöslichen Polymer wie Polyvinylalkohol (PVA) oder einem Salz einer organischen Säure wie Natriumacetat,
• Partikel aus einem anorganisch-organischen Verbundmaterial, beispielsweise einem Kunststoff, in den anorganische Partikel eingebettet sind.
3. Form nach Anspruch 1 oder Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass es sich bei dem wasserlöslichen Binder um • einen wasserlöslichen anorganischen Binder, beispielsweise um einen auf Wasserglas oder auf Magnesiumsulfat oder auf Phosphat und/oder Borat basierenden Binder
und/oder
• um einen wasserlöslichen organischen Binder, beispielsweise auf Basis eines wasserlöslichen Polymers wie Polyvinylalkohol (PVA),
handelt.
4. Form nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der wasserlösliche Binder
• ein auf Wasserglas basierender Binder mit einem Anteil an einem synthetischen o- der natürlichen Siliziumdioxid
und/oder
• ein Phosphat, insbesondere ein Polyphosphat mit der allgemeinen Summenformel Μη+2Ρη03η+ι und der Struktur M-0-[P(OM)(0)-0]n-M (M = einwertiges Metall) enthält, insbesondere Natrium-Hexametaphosphat ((NaPOs)6)
und/oder
• ein Borat, insbesondere Polyborat der allgemeinen Formel Mn-2Bn02n-i oder ein Metaborat der allgemeinen Formel (B02)nn~
und/oder
• Magnesiumsulfat
ist.
5. Form nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass es sich bei dem Porenfüllmaterial um
• ein natürliches oder synthetisches Wachs, Fett oder Öl, beispielsweise Paraffin oder Fettsäureester, insbesondere mit einem Schmelzpunkt im Bereich von 20 °C bis 200 °C, besonders bevorzugt mit einem Schmelzpunkt im Bereich von 30 °C bis 200 °C, insbesondere von 30 °C bis 100 °C,
oder
• ein wasserlösliches, schmelzbares Polymer, beispielsweise Polyethylenglykol, insbesondere mit einem Schmelzpunkt im Bereich von 30 °C bis 70 °C,
oder
• ein wasserunlösliches, schmelzbares Polymer, beispielsweise ein niedrigschmelzendes thermoplastisches Polyamid oder ein Ethylen-Vinylacetat-Copolymer, insbesondere mit einem Schmelzpunkt im Bereich von 50 °C bis 150 °C, besonders bevorzugt mit einem Schmelzpunkt im Bereich von 50 °C bis 100 °C, oder
• ein Metall oder eine Metalllegierung, beispielsweise Bismut oder eine Bismutlegierung, insbesondere mit einem Schmelzpunkt im Bereich von 50 °C bis 150 °C, besonders bevorzugt mit einem Schmelzpunkt im Bereich von 50 °C bis 100 °C oder
• ein wasserlösliches Salz oder eine Mischung aus zwei oder mehr wasserlöslichen Salzen, insbesondere mit einem Schmelzpunkt im Bereich von 20 °C bis 500 °C, besonders bevorzugt mit einem Schmelzpunkt im Bereich von 30 °C bis 380 °C, oder
• Harnstoff
oder
• mindestens einen wasserlöslichen Zucker, insbesondere aus der Gruppe mit Glukose, Mannose, Fructose und Galactose,
oder
• mindestens einen wasserlöslichen Polyalkohol, insbesondere aus der Gruppe mit Sorbit und Mannit,
handelt.
6. Form nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Porenfüllmaterial
• nicht wasserlöslich ist und einen Schmelzpunkt aufweist, der unter dem Schmelzpunkt des verwendeten partikulären Formgrundstoffs liegt, bevorzugt mindestens 20 °C, insbesondere mindestens 50 °C,
oder
• wasserlöslich ist.
7. Form nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass sie
(a) als partikulären Formgrundstoff ein organisches oder anorganisches, wasserunlösliches Material und als Binder einen wasserlöslichen anorganischen Binder und als Porenfüllmaterial ein wasserlösliches Polymer
oder
(b) als partikulären Formgrundstoff ein organisches oder anorganisches, wasserunlösliches Material und als Binder einen wasserlöslichen anorganischen Binder und als Porenfüllmaterial natürliches oder synthetisches Wachs, Fett oder Öl oder ein wasserunlösliches, schmelzbares Polymer oder ein Metall oder eine Metalllegierung oder (c) als partikulären Formgrundstoff ein organisches oder anorganisches, wasserunlösliches Material und als Binder einen wasserlöslichen organischen Binder und als Porenfullmaterial natürliches oder synthetisches Wachs, Fett oder Öl oder ein wasserlösliches Polymer oder ein wasserunlösliches, schmelzbares Polymer oder ein Metall oder eine Metalllegierung
oder
(d) als partikulären Formgrundstoff ein organisches oder anorganisches, wasserunlösliches Material und als Binder einen wasserlöslichen, organischen Binder und als Porenfullmaterial ein natürliches oder synthetisches Wachs, Fett oder Öl oder ein wasserlösliches Polymer oder ein wasserunlösliches, schmelzbares Polymer aufweist.
8. Form nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass sie das Füllmaterial in einem Anteil von 1 bis 80 Vol.-%, bevorzugt zwischen 10 und 50 Vol.- %, enthält.
9. Verfahren zur Herstellung einer zur Erzeugung von Faserverbundkörpern oder Gussteilen aus Metall oder Kunststoff dienenden Form, insbesondere gemäß einem der Ansprüche 1 bis 8, wobei aus einem partikulären Formgrundstoff und einem wasserlöslichen Binder eine Poren aufweisende Form gefertigt wird, insbesondere durch 3D-Druck, und die Poren mit einem flüssigen Porenfüllmaterial, das sich gegenüber dem Binder und/oder dem Formgrundstoff chemisch inert verhält, befüllt werden.
10. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass das Porenfüllmaterial in flüssiger Form bereitgestellt wird und drucklos oder mittels Druck oder Unterdruck in die Poren des Kerns gedrückt oder gesaugt wird.
1 1 . Verfahren zur Herstellung von Faserverbundkörpern oder von Formteilen aus Metall oder Kunststoff, wobei eine Form gemäß einem der Ansprüche 1 bis 8 verwendet wird.
12. Verfahren nach Anspruch 1 1 , dadurch gekennzeichnet, dass als Form ein zur Erzeugung von Hohlräumen in Faserverbundkörpern oder Gussteilen aus Metall oder Kunststoff geeigneter Kern verwendet wird und
• der Kern in einer Gießform angeordnet wird,
• in die Gießform ein flüssiges Polymermaterial oder ein flüssiger Polymervorläufer oder ein flüssiges Metall eingebracht wird
und gegebenenfalls • nach Erstarren und/oder Aushärten des Polymermaterials oder des Polymervorläufers oder des Metalls der Kern entfernt wird.
13. Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass in die Gießform ein flüssiges Polymermaterial oder ein flüssiger Polymervorläufer eingebracht und der Kern mit einem Fasermaterial ummantelt wird, bevor er in der Gießform angeordnet wird.
14. Verfahren nach einem der Ansprüche 12 oder 13, dadurch gekennzeichnet, dass
• in die Gießform ein flüssiges Polymermaterial oder ein flüssiger Polymervorläufer eingebracht und das Porenfüllmaterial einen Schmelz- und/oder Siedepunkt aufweist, der über der Verarbeitungstemperatur des verwendeten Polymermaterials oder des Polymervorläufers liegt, bevorzugt mindestens 5 °C, besonders bevorzugt mindestens 20 °C, insbesondere mindestens 50 °C darüber,
und/oder dass
• in die Gießform ein flüssiges Polymermaterial oder ein flüssiger Polymervorläufer eingebracht und das Porenfüllmaterial und das Polymermaterial oder der Polymervorläufer derart aufeinander abgestimmt, dass das Porenfüllmaterial eine Schmelztemperatur aufweist, die unter der Schmelz- oder Zersetzungstemperatur des aus dem Polymermaterial oder dem Polymervorläufer gebildeten Kunststoffs liegt.
15. Verfahren nach einem der Ansprüche 12 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass der Kern nach Erstarren und/oder Aushärten des Polymermaterials oder des Polymervorläufers mittels Wasser und/oder Erwärmung entfernt wird.
PCT/EP2016/075915 2015-11-21 2016-10-27 Form, verfahren zu ihrer herstellung und verwendung WO2017084851A1 (de)

Priority Applications (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201680079641.8A CN108602211A (zh) 2015-11-21 2016-10-27 模具、其制造方法和用途
EP16791348.2A EP3377289A1 (de) 2015-11-21 2016-10-27 Form, verfahren zu ihrer herstellung und verwendung

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE102015223008.2 2015-11-21
DE102015223008.2A DE102015223008A1 (de) 2015-11-21 2015-11-21 Form, Verfahren zu ihrer Herstellung und Verwendung

Publications (1)

Publication Number Publication Date
WO2017084851A1 true WO2017084851A1 (de) 2017-05-26

Family

ID=57241064

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PCT/EP2016/075915 WO2017084851A1 (de) 2015-11-21 2016-10-27 Form, verfahren zu ihrer herstellung und verwendung

Country Status (4)

Country Link
EP (1) EP3377289A1 (de)
CN (1) CN108602211A (de)
DE (1) DE102015223008A1 (de)
WO (1) WO2017084851A1 (de)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2019121637A1 (de) 2017-12-22 2019-06-27 HÜTTENES-ALBERTUS Chemische Werke Gesellschaft mit beschränkter Haftung Verfahren zur herstellung eines metallischen gussstücks oder eines ausgehärteten formteils unter verwendung aliphatischer polymere umfassend hydroxygruppen
EP3790719A4 (de) * 2018-06-14 2021-07-07 Magna Exteriors Inc. Hohlstruktur für formpressen

Families Citing this family (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102017009521A1 (de) * 2017-10-11 2019-04-11 Eissmann Cotesa Gmbh Verfahren zur Herstellung eines hohlen Faserverbundbauteils, Formkern zur Formung eines hohlen Faserverbundbauteils und hohles Faserverbundbauteil
DE102017223870A1 (de) 2017-12-29 2019-07-04 Audi Ag Verfahren zum Herstellen einer verlorenen Form für ein Gussbauteil und Verfahren zum Herstellen eines Gussbauteils mittels einer verlorenen Form
DE102018121847A1 (de) * 2018-09-07 2020-03-12 Hengst Se Verfahren zum Metall-Druckgießen mit verlorenem Kern
CN109773948A (zh) * 2019-03-29 2019-05-21 深圳市宏通新材料有限公司 用于陶瓷注射成型的盐模内芯材料及陶瓷制作方法
CN114917964B (zh) * 2022-06-09 2023-11-21 西安西热水务环保有限公司 一种离子交换树脂晶片材料及制备方法和应用

Citations (12)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
GB782205A (en) 1955-03-07 1957-09-04 Foundry Services Ltd Improvements in or relating to sand cores
WO1992006808A1 (en) 1990-10-19 1992-04-30 Borden (Uk) Limited Improvements in or relating to water dispersible moulds
US5474606A (en) 1994-03-25 1995-12-12 Ashland Inc. Heat curable foundry binder systems
DE19525307A1 (de) 1995-07-12 1997-01-16 Eichenauer Gmbh & Co Kg F Gießkern für Gießformen
US5711792A (en) 1993-11-30 1998-01-27 Borden Chemical Uk Limited Foundry binder
DE19925167A1 (de) 1999-06-01 2000-12-14 Luengen Gmbh & Co Kg As Exotherme Speisermasse
DE10359547B3 (de) 2003-12-17 2005-03-03 Emil Müller GmbH Wasserlösliche Salzkerne
DE102007045659A1 (de) 2007-09-25 2009-04-02 Audi Ag Dichtungsprofil zum Abdichten eines Bereichs zwischen einer Türsäule und einer Seitentür eines Kraftwagens
DE102007045649A1 (de) 2007-09-25 2009-04-02 Bernd Kuhs Verwendung von natürlichen partikulären amorphen Kieselsäurematerialien im Gießereibereich und damit zusammenhängende Erfindungsgegenstände
EP1802409B1 (de) 2004-09-02 2012-01-25 ASK Chemicals GmbH Formstoffmischung zur herstellung von giessformen für die metallverarbeitung
WO2014131388A1 (de) * 2013-02-28 2014-09-04 Voxeljet Ag Verfahren zum herstellen eines formteils mit einer wasserlöslichen gussform sowie materialsystem zu deren herstellung
DE102013106876A1 (de) * 2013-07-01 2015-01-08 C.F. Maier GmbH & Co. KG Formkern und Verfahren zum Herstellen von faserverstärkten Strukturhohlbauteilen

Family Cites Families (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE3736574A1 (de) * 1987-10-28 1989-05-18 Bayerische Motoren Werke Ag Verfahren und formkern zur herstellung von kunststoffgegenstaenden mit hinterschneidungen
DE10226817C1 (de) * 2002-06-15 2003-11-13 Eichenauer Gmbh & Co Kg F Giessform und Verfahren zu deren Herstellung
DE102005051439B4 (de) * 2004-11-05 2014-11-27 Bayerische Motoren Werke Aktiengesellschaft Anwendung eines wasserdispergierbaren Stützkerns zur Herstellung eines Strukturhohlbauteils
DE102007026229A1 (de) * 2007-06-05 2008-12-11 Bayerische Motoren Werke Aktiengesellschaft Verfahren zur Herstellung eines Strukturhohlbauteils aus faserverstärktem Kunststoff
DE102007027755B4 (de) * 2007-06-16 2019-08-29 Bayerische Motoren Werke Aktiengesellschaft Verfahren zur Herstellung eines faserverstärkten Kunststoffbauteils
DE102007041431A1 (de) * 2007-08-29 2009-03-05 Volkswagen Ag Verfahren zur Herstellung von Bauteilen, insbesondere Resin-Transfer-Molding-Verfahren zum Herstellen von Faserverbundbauteilen
DE102011113200B4 (de) * 2011-09-10 2017-10-12 Volkswagen Aktiengesellschaft Verfahren zur Herstellung eines Hohlprofilknotens aus einem Faser-Kunststoff-Verbund für die Verbindung von Hohlprofilbauteilen eines Rahmenelements
RU2014144721A (ru) * 2012-04-10 2016-06-10 Эмиль Мюллер Гмбх Литьевые стержни на основе соли, способ их изготовления и их применение

Patent Citations (12)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
GB782205A (en) 1955-03-07 1957-09-04 Foundry Services Ltd Improvements in or relating to sand cores
WO1992006808A1 (en) 1990-10-19 1992-04-30 Borden (Uk) Limited Improvements in or relating to water dispersible moulds
US5711792A (en) 1993-11-30 1998-01-27 Borden Chemical Uk Limited Foundry binder
US5474606A (en) 1994-03-25 1995-12-12 Ashland Inc. Heat curable foundry binder systems
DE19525307A1 (de) 1995-07-12 1997-01-16 Eichenauer Gmbh & Co Kg F Gießkern für Gießformen
DE19925167A1 (de) 1999-06-01 2000-12-14 Luengen Gmbh & Co Kg As Exotherme Speisermasse
DE10359547B3 (de) 2003-12-17 2005-03-03 Emil Müller GmbH Wasserlösliche Salzkerne
EP1802409B1 (de) 2004-09-02 2012-01-25 ASK Chemicals GmbH Formstoffmischung zur herstellung von giessformen für die metallverarbeitung
DE102007045659A1 (de) 2007-09-25 2009-04-02 Audi Ag Dichtungsprofil zum Abdichten eines Bereichs zwischen einer Türsäule und einer Seitentür eines Kraftwagens
DE102007045649A1 (de) 2007-09-25 2009-04-02 Bernd Kuhs Verwendung von natürlichen partikulären amorphen Kieselsäurematerialien im Gießereibereich und damit zusammenhängende Erfindungsgegenstände
WO2014131388A1 (de) * 2013-02-28 2014-09-04 Voxeljet Ag Verfahren zum herstellen eines formteils mit einer wasserlöslichen gussform sowie materialsystem zu deren herstellung
DE102013106876A1 (de) * 2013-07-01 2015-01-08 C.F. Maier GmbH & Co. KG Formkern und Verfahren zum Herstellen von faserverstärkten Strukturhohlbauteilen

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2019121637A1 (de) 2017-12-22 2019-06-27 HÜTTENES-ALBERTUS Chemische Werke Gesellschaft mit beschränkter Haftung Verfahren zur herstellung eines metallischen gussstücks oder eines ausgehärteten formteils unter verwendung aliphatischer polymere umfassend hydroxygruppen
DE102017131255A1 (de) 2017-12-22 2019-06-27 HÜTTENES-ALBERTUS Chemische Werke Gesellschaft mit beschränkter Haftung Verfahren zur Herstellung eines metallischen Gussstücks oder eines ausgehärteten Formteils unter Verwendung aliphatischer Polymere umfassend Hydroxygruppen
US11253913B2 (en) 2017-12-22 2022-02-22 HÜTTENES-ALBERTUS Chemische Werke Gesellschaft mit beschränkter Haftung Process for producing a metallic casting or a cured shaped part using aliphatic polymers comprising hydroxy groups
EP3790719A4 (de) * 2018-06-14 2021-07-07 Magna Exteriors Inc. Hohlstruktur für formpressen

Also Published As

Publication number Publication date
EP3377289A1 (de) 2018-09-26
CN108602211A (zh) 2018-09-28
DE102015223008A1 (de) 2017-05-24

Similar Documents

Publication Publication Date Title
WO2017084851A1 (de) Form, verfahren zu ihrer herstellung und verwendung
EP3230046B1 (de) Verfahren zum schichtweisen aufbau von formen und kernen mit einem wasserglashaltigen bindemittel und ein wasserglashaltiges bindemittel
EP2209572B1 (de) Formstoffmischung mit verbesserter fliessfähigkeit
RU2762467C1 (ru) Способ изготовления литейных форм и литейных стержней, пригодных для изготовления изделий из волокнистых композиционных материалов или литых деталей из металла или полимерного материала, формовочные материалы и связующие, используемые в способе, а также литейные формы и стержни, изготовленные этим способом
EP2097192B2 (de) Phosphorhaltige formstoffmischung zur herstellung von giessformen für die metallverarbeitung
EP0148280B1 (de) Wasserhaltige härtbare Formmassen auf Basis von anorganischen Bestandteilen und Verfahren zur Herstellung von Formkörpern
DE102012020510B4 (de) Formstoffmischungen auf der Basis anorganischer Bindemittel und Verfahren zur Herstellung von Formen und Kerne für den Metallguss
EP3060362B1 (de) Mehrkomponenten-system zur herstellung von formen und kernen und verfahren zur herstellung von formen und kernen
WO2014059967A2 (de) Formstoffmischungen auf der basis anorganischer bindemittel und verfahren zur herstellung von formen und kerne für den metallguss
WO2008046651A1 (de) Kohlenhydrathaltige formstoffmischung
WO2014059969A2 (de) Formstoffmischungen auf der basis anorganischer bindemittel und verfahren zur herstellung von formen und kerne für den metallguss
WO2008003518A1 (de) Salzkerne für kunststoff(spritz)guss
EP3986634A1 (de) Geschlichtete giessformen erhältlich aus einer formstoffmischung enthaltend ein anorganisches bindemittel und phosphahaltige verbindungen und oxidische borverbindungen und verfahren zu deren herstellung und deren verwendung
DE102006061876A1 (de) Kohlenhydrathaltige Formstoffmischung
DE102021200812A1 (de) Verfahren zur Herstellung von Formelementen für Tauch- und Laminierverfahren, Kernen oder Modellen, die zum Abbilden von Hinterschneidungen in Metall-, Keramik-, Kunststoff- oder Compositebauteilen einsetzbar sind
WO2021099366A1 (de) Kerne für den druckguss
WO2004080145A2 (de) Magnesium- und/oder aluminiumfathaltige formen und kerne mit phosphat/boratzusatz und ihre herstellung und verwendung
DE1496555B2 (de) Aus einer glasig erstarrten schaummasse bestehendes anorga nisches isoliermaterial und verfahren zu dessen herstellung

Legal Events

Date Code Title Description
121 Ep: the epo has been informed by wipo that ep was designated in this application

Ref document number: 16791348

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1

NENP Non-entry into the national phase

Ref country code: DE

WWE Wipo information: entry into national phase

Ref document number: 2016791348

Country of ref document: EP