DE2163669C2 - Verfahren zum Herstellen von Formen mit einer Vielzahl feiner offener Poren insbesondere zur Erzeugung keramischer Gegenstände - Google Patents
Verfahren zum Herstellen von Formen mit einer Vielzahl feiner offener Poren insbesondere zur Erzeugung keramischer GegenständeInfo
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Description
Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Herstellen von Formen, deren Formwandungen eine
Vielzahl feiner offener Poren aufweisen und die insbesondere zur Erzeugung keramischer Gegenstände
bestimmt sind durch Einbringen des Ausgangswerkstoffes, bestehend aus einer Mischung aus einem pulverförmigen
Stoff und einer flüssigen, aushärtbaren organischen Verbindung in eine Form und Aushärten des
Werkstoffes.
In der keramischen Technik wird bekanntlich für die Formgebung vor allem das Verpressen in trockenem
oder leicht feuchtem Zustand, das Verformen in plastischem Zustand und das Gießen im flüssigen
Zustand angewandt. Als Formenwerkstoff für das Gießverfahren wird praktisch fast ausschließlich Gips
verwendet. Die Vorteile von Gips beruhen im wesentlichen auf einer ausreichenden Porosität, der sehr
feinen Porenstruktur und der einfachen Verarbeitung. Nachteilig ist die kurze Gebrauchsdauer von Gipsformen
infolge der unzureichenden Korrosionsbeständigkeit. Beim Schlickergießverfahren werden z. B. nur etwa
Abgüsse erreicht. Ferner ist die Festigkeit von Gipsformen sehr gering.
Die kurze Gebrauchsdauer von Gipsformen erweist sich als Hemmnis für die weitere Verbesserung der
Formgebungsverfahren. Die Tendenz geht dahin, Formenwerkstoffe zu entwickeln, die den spezifischen
Anforderungen des jeweiligen Einsatzes besser angepaßt sind.
Man hat versucht, kürzere Formgebungszeiten beim Schlickergießverfahren, das im Prinzip ein Filtrationsprozeß ist durch die Anwendung von positiven Drücken
zu erreichen. Bei dieser Ausführungsform des Schlickergießverfahrens wird die keramische Masse einem Druck
von 10 bis 80 bar ausgesetzt Die Scherbenbildung erfolgt nicht mehr durch die Saugkraft der Kapillaren
der Form, sondern durch das Druckgefälle wie bei der
Filtration: vgl. z. B. die Gleichung von Carman-Konzeny:
L2 2PgE3
Dabei bedeuten
L die Dicke des Filterkuchens (cm)
T die Filtrationsdauer (see)
P den Filtrationsdruck (g/cm2)
E den Porenanteil im Filterkuchen
Sp die spezifische Oberfläche des Feststoffes (cm2/
cm3)
η die Viskosität der Suspensionsflüssigkeit (Poise)
g die Gravitationskonstante (980 cm/sec2) und y die Konzentration der Trübe.
Das Druckgießverfahren setzt einen porösen Formenwerkstoff voraus, der eine gleichmäßige, offene
Porenstruktur, gute Oberflächeneigenschatten und eine ausreichende mechanische Festigkeit aufweist Weiterhin
ist es wesentlich, daß die Formenherstellung ohne großen technischen Aufwand ertolgen und die bei der
Herstellung von Gipsformen übliche 1 echnik. übernom
men werden kann.
Man hat schon versucht, Sintermetalle und anorganische Werkstoffe als Formenmaterial in der keramischen
Industrie einzusetzen, jedoch ohne Erfolg, weil die geforderte, gleichmäßige Forenstruktur sowie die
gewünschten ODerflächeneigenschaften und die einfache Verarbeitung, wie sie bei der Herstellung von
Gipsformen üblich ist, nicht erreicht werden konnten.
Um nun die vorbeschriebenen Nachteile auszuräumen und ähnliche Verhältnisse wie bei der verwendung
so von Gipsformen, jedoch ohne eieren eingangs dargelegten Nachteile vorzutinden, ist in der DE-OS 15 71 362
ein Verfahren zur Herstellung einer porösen Arbeitsform vorgeschlagen worden, die ihrerseits für die
Erzeugung von Keramikgegenständen geeignet ist. Der Ausgangswerkstoff für diese Arbeitsform besteht dabei
aus einer Mischung aus einem partikulären, anorganischen Füllstoff, wie beispielsweise Aiuminiumoxydtrihydrat,
Calcit, Quarzmehl oder dgl., und aus einem Kunstahrz einschließlich Härter. Das Mischungsverhältnis
ist dabei so gewählt, daß der Ausgangswerkstoff zu 90 bis 98 Gewichtsprozeni aus dem besagten partikulären,
anorganischen Füllstoff besteht und das Kunstharz nur in einer solchen geringen Menge zugesetzt wird, daß
eine stampfbare Masse entsteht, die durch das Kunstharz-Härter-Gemisch zusammengehalten, in die
Form eingebracht und dort durch Stampfen, Biasen oder Pressen verfestigt und ausgehärtet wird. Bei einer
solchen Formherstellungsweise ist es jedocn nicht zu
vermeiden, daß die Formwandungen bezüglich ihrer Porenstuktur recht unregelmäßig aufgebaut sind, was
für sogenannte keramische Eindreh-, Überform- oder Preßmassen ohne schädliche Folgen ist Sollen indessen
— wie im vorliegenden Fall — keramische Gießmassen verarbeitet werden, dann tritt — wie die Praxis gezeigt
hat — bei einer Form mit unregelmäßiger Porenstruktur der Nachteil auf, daß sich die erzeugten Keramikgegenstände
beim Entformen nicht mehr von den Formwandungen lösen lassen.
Die Erfindung, wie sie in den Ansprüchen gekennzeichnet ist, löst nun die Aufgabe, ein Verfahren zum
Herstellen von Formen der eingangs genannten Art zu schaffen, bei dem nicht nur die guten Eigenschaften
einer Gipsform oder einer ähnlichen bekannten Form beibehalten und ihre Nachteile vermieden werden,
sondern bei dem auch ein Anhaften des erzeugten Keramikgegensxandes beim Entformen dann vermieden
wird, wenn der Ausgangswerkstoff eine keramische Gießmasse ist
Die durch die Erfindung erreichten Vorteile sind im wesentlichen darin zu sehen, daß es mit einer in der
beanspruchten Weise hergestellten Kunststoffmischung möglich ist, poröse Formen herzustellen, die keine
unregelmäßigen Porenstrukturen aufweisen, womit die Gefahr des Anhaftens der mit der Form gegossenen
Keramikgegenstände an den Formwandungen ausgeräumt ist Beim Herstellen des Ausgangswerkstoffes für
die zu erstellende Form kann durch Zusatz von Wasser die Polymerisationsreaktion in gewünschtem Sinne
gesteuert und der Wärmestoß, der bei der Polymerisation entsteht, aufgefangen werden. Der Wasserzusatz
dient zugleich dazu, auch bei Verwendung einer geringen Menge der flüssigen poiymerisierbaren Verbindung
eine gleichmäßige Vermischung mit der Polyrrsrkomponene zu gewährleisten und das Gemisch
gießfähig ^u machen. Zudem wird durch Wasserzusatz eier Volumenschwund bei der Polymerisation
vermindert.
Die Beschaffenheit des pulverförmigen Polymerisats ist für das vorliegende Verfahren sehr wesentlich.
Korngröße, Kornform und Kornstruktur des pulverförmigen Polymerisats sind für die Erzielung einer
definierten Porenstruktur entscheidend Zweckmäßig haben 90% des pulverförmigen Polymerisats eine
Korngröße feiner als 100 Mikron, wobei die Körner kugelförmig sind.
Zur Erzielung einer gleichmäßige Polymerisation der flüssigen polymerisierbaren Verbindung enthält das
pulverförmige Polymerisat vorzugsweise einen Überschuß an eingebautem Katalysator, z. B. Benzoylperoxid.
Darunter versteht man, daß bei der Herstellung des pulverförmigen Polymerisats ein Überschuß über
die für die Polymerisation erforderliche Katalysatorenmenge verwendet wurde, der im fertigen Polymerisat
verteilt ist. Dab pulverförmige Polymerisat macht den größten Tei1 des erfindungsgemäß hergestellten Kunststoffes
aus.
Als pulverförmiges Polymerisat wird vorzugsweise ein Polymerisat oder Mischpolymerisat auf der Basis
von Methacrylsäuremethylester verwendet Ais polymerisierbare
flüssige Verbindung können monomere
sister der Methacrylsäure und Acrylsäure, Vinylacetat, Vinylidenchlorid, Styrol oder Gemische davon verwendet
werden. Die flüssige polymerisierbare Verbindung iiisnt als Bindemittel zur Verfestigung des Pulvers. Für
die Härtung können die üblichen Beschleuniger, z. B. Aminbeschleuniger, zugesetzt werde. Das Wasser wird
zweckmäßig zusammen mit einem oberflächenaktiven Mittel zugegeben.
Das Zusammenmischen der Ansatzkomponenten kann in einem Rührwerkmischer erfolgen, doch ist die
Mischmethode und die Reihenfolge der Zugabe der Ansatzkomponenten freigestellt Entscheidend ist jedoch
immer, daß die Mischung der Komponenten gießbar ist
Die homogene Mischung der Komponenten kann
ίο anschließend in eine geeignete Form gegossen und bei
Raumtemperatur polymerisiert werden. Ein bedeutender Vorteil des Verfahrens besteht darin, daß ein
Kunststoff mit gleichmäßiger Porenstruktur und hoher mechanischer Festigkeit, der dennoch eine gute
Durchlässigkeit hat erhalten wird.
Es ist besonders vorteilhaft daß diese Kunststoffe als Werkstoffe für Gießformen geeignet sind. Der innige
Verband auch der sehr feinen Partikel gibt eine gute Oberflächenbeschaffenheit und einen einwandfreien
Schutz gegen äußere Einwirkungen, insbesondere Wegreißen von Partikeln durch Strömungseinwirkungen
auch bei längerer Gebrauchsdauer. Gegenüber anderen bekannten Verfahren zur Herstellung von
porösen Kunststoffen ermöglicht das Verfahren nach der Erfindung die Herstellung von offenporigen
Kunststoffen mit einer Dichte von über 0,8 und einer sehr regelmäßigen Porenstruktur sowie mit einem
Porenvolumen von ca. 30%.
Praktische Versuche haben gezeigt, daß beim Druckguß bei einem Schlickerdruck von 50 bar eine
Standzeit der Form von weit mehr als 5000 Abformungen erreicht wird.
Das Verfahren gemäß der Erfindung läßt sich für die Herstellung der verschiedensten porösen Formteile
anwenden. Insbesondere ist es geeignet für die Erzeugung von Arbeitsformen für den Druckguß
keramischer Massen und auch von Filtern für flüssige und gasförmige Medien.
100 Gewichtsteile
30 Gewichtsteile
20 Gewichtsteile
5 Gewichtsteile
5 Gewichtsteile
Pulver DV 400 (Imperial Chemical Industries Limited), ein Polymethyl-
r-".th^^ry'·· —;· Überschuß an
eingebautem Katalysator
Methylmethacrylat »DEGALAN« (Degussa)
Wasser
Methylmethacrylat »DEGALAN« (Degussa)
Wasser
»ANTARüX« (Markenprodukt der GAF-Corporation)
0,2 Gewichtsteile Amin-Beschleuniger A 302 (Elektro-Chemische
Werke München)
werden gemischt, in eine Form gegossen und bei Raumtemperatur polymerisiert. Es entsteht ein Werkstoff
mit ca. 30% offenen Poren, einer durchschnittlichen Porengröße von 5 bis 15 Mikron, einer Dichte von
0,85 g/cm3, einer Zugfestigkeit von 54 kp/cm2 und einer Druckfestigkeit von 235 kp/cm2. Das Wasser kann aus
dem Material nach der Entformung durch Erwärmung auf 600C oder mittels Druckluft ausgetrieben werden.
R e i s ρ ι e i 2
Es wird nach Beispiel 1 verfahren, jedoch wird anstelle des Puivers DV 400 ein Polymethylmethacrylat
ohne eingebauten Katalysator verwendet. Man erhält einen Werkstoff mit ca. 30% offenen Poren und einer
durchschnittlichen Porengröße von 5 bis 20 Mikron.
Man verfährt wie in Beispiel 1, jedoch wird als monomere flüssige Verbindung ein in Styrol gelöster
ungesättigter Polyester verwendet (Sxyrolgehalt 50%). Man erhält ebenfalls einen Werkstoff mit ca. 30%
offenen Poren und einer durchschnittlichen Porengröße von 5 bis 20 Mikron.
Claims (7)
1. Verfahren zum Herstellen von Formen, deren Formwandungen eine Vielzahl feiner offener Poren
aufweisen und die insbesondere zur Erzeugung keramischer Gegenstände bestimmt sind durch
Einbringen des Ausgangswerkstoffes, bestehend aus einer Mischung aus einem pulverförinigen Stoff und
einer flüssigen, aushärtbaren organischen Verbindung in eine Form und Aushärten des Werkstoffes,
dadurch gekennzeichnet, daß als pulverförmiger Stoff ein von Füllstoffen freies Polymerisat
und Wasser in einer solchen Menge verwendet wird, daß die Mischung vergießbar ist.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man als pulverförmiges Polymerisat
Polymethylmethacrylatpulver oder ein pulverförmiges Copolymerisat der Acrylsäure verwendet
3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man ein pulverförmiges Polymerisat
verwendet, daß einen Überschuß an eingebautem Katalysator, vorzugsweise Benzoylperoxid, enthält
4. Verfahren nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß man auf 100 bis 150 Gew.-Teile
eines feinkörnigen pulverförmigen Polymerisats mit einem Überschuß an eingebautem Katalysator 5 bis
60 Gew.-Teile polymerisierbar flüssige Komponente, 5 bis 50 Gew.-Teile Wasser, das ein oberflächenaktives
Mittel enthält, und einen Beschleuniger verwendet.
5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die polymerisierbare flüssige Komponente
zum größten Teil aus Methacrylsäureesterr. besteht.
6. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die polymerisierbare flüssige Komponente
zum größten Teil aus Styrol besteht.
7. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die polymerisierbare flüssige Kompo
nente ungesättigte Polyester enthält.
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