DE102024107620A1 - Composite molded part with composite molded part core comprising granular molding material, process for its production and its use - Google Patents
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Abstract
Die Erfindung betrifft einen Verbundwerkstoffformteilkern umfassend ein partikuläres Material und ein zumindest teilweise ausgehärtetes Bindemittel, welches Partikel des partikulären Materials miteinander verbindet. Der Verbundwerkstoffformteilkern zeichnet sich dadurch aus, dass ein Masseanteil des zumindest teilweise ausgehärteten Bindemittels ≤ 15 Masseprozent beträgt. Außerdem betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Herstellung eines Verbundwerkstoffs sowie ein Formteil, umfassend einen solchen Verbundwerkstoffformteilkern.The invention relates to a composite molded part core comprising a particulate material and an at least partially cured binder which connects particles of the particulate material to one another. The composite molded part core is characterized in that a mass fraction of the at least partially cured binder is ≤ 15 mass percent. The invention also relates to a method for producing a composite material and a molded part comprising such a composite molded part core.
Description
Die vorliegende Erfindung betrifft einen Verbundwerkstoffformteilkern umfassend ein partikuläres Material und ein zumindest teilweise ausgehärtetes Bindemittel, welches Partikel des partikulären Materials miteinander verbindet. Weiterhin betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Herstellung eines Verbundwerkstoffs, ein Verfahren zum Recycling eines Verbundwerkstoffformteilkerns, sowie ein Formteil mit einem solchen Verbundwerkstoffformteilkern.The present invention relates to a composite molded part core comprising a particulate material and an at least partially cured binder which bonds particles of the particulate material together. The invention further relates to a method for producing a composite material, a method for recycling a composite molded part core, and a molded part with such a composite molded part core.
Aus dem Stand der Technik sind Formteile aus einem körnigen Material, beispielsweise einem Sand, bekannt. In derartigen Formteilen wird das körnige Material durch ein Bindemittel fixiert, so dass das Formteil dauerhaft seine Gestalt behält. Die gewünschte Gestalt erhält das Formteil dadurch, dass eine Formmasse in eine Negativform gefüllt wird und darin (zumindest teilweise) aushärtet. Derartige Formteile werden in sehr vielen Anwendungen genutzt. Von besonderer Bedeutung sind Anwendungen im Küchen- und Sanitärbereich, beispielsweise in Form von Wasch- oder Spülbecken, Duschtassen und Badewannen.Molded parts made of a granular material, such as sand, are known from the state of the art. In such molded parts, the granular material is fixed by a binding agent so that the molded part permanently retains its shape. The molded part is given the desired shape by filling a molding compound into a negative mold and allowing it to harden (at least partially) in it. Such molded parts are used in many applications. Of particular importance are applications in the kitchen and sanitary area, for example in the form of wash basins or sinks, shower trays and bathtubs.
Es existiert eine Vielzahl von Schutzrechten zu derartigen Formteilen. Lediglich beispielhaft wird diesbezüglich auf die Druckschriften DE 3832351 A1,
Die zuvor beispielhaft genannten Schutzrechte beschreiben positive Eigenschaften verschiedener Sande sowie verschiedener Füllstoffe, verschiedener Bindemittel, Additive und Pigmente, sowie verschiedener Herstellungsverfahren und/oder verschiedener Formteilgeometrien.The above-mentioned examples of intellectual property rights describe positive properties of various sands as well as various fillers, various binders, additives and pigments, as well as various manufacturing processes and/or various molded part geometries.
Formteile dieser Art haben den Vorteil, dass sie aufgrund der geringen Größe der Sandkörner und der variablen Anordnung der Sandkörner zueinander in ihrer Geometrie nahezu nicht beschränkt sind. So sind auch Wasch- oder Spülbecken, Duschtassen und Badewannen in geometrischen Formen herstellbar, die mit anderen Techniken nicht realisierbar sind.Molded parts of this type have the advantage that they are almost unlimited in their geometry due to the small size of the sand grains and the variable arrangement of the sand grains in relation to each other. This means that wash basins, sinks, shower trays and bathtubs can be manufactured in geometric shapes that cannot be realized using other techniques.
Aus dem Stand der Technik ist eine Vielzahl partikulärer Füllstoffe bekannt. Eine übliche mittlere Partikelgröße des Füllstoffs liegt im Bereich von 1 µm bis 3 mm. Als Füllstoffe sind unter anderem Oxide, Silikate, Phosphate, Carbonate, Sulfate, Gläser, sowie Keramiken und amorphe Materialien bekannt. Diese Partikel können einer natürlichen Quelle entstammen, gezielt hergestellt sein oder aus einem Recyclingprozess gewonnen werden.A large number of particulate fillers are known from the state of the art. A typical average particle size of the filler is in the range of 1 µm to 3 mm. Known fillers include oxides, silicates, phosphates, carbonates, sulfates, glasses, ceramics and amorphous materials. These particles can come from a natural source, be specifically manufactured or be obtained from a recycling process.
Beispielsweise kann dieses Recyclingmaterial aus zerkleinertem polymergebundenen Küchenspülen, Waschbecken, Duschtassen oder Badewannen auf Basis von z.B. Quarz, ATH oder Carbonaten wie oben beschrieben bestehen. Das in diesen Materialien verwendete Polymer ist z.B. polyester- oder acrylbasiert.For example, this recycled material can consist of shredded polymer-bonded kitchen sinks, wash basins, shower trays or bathtubs based on e.g. quartz, ATH or carbonates as described above. The polymer used in these materials is e.g. polyester or acrylic based.
Im Zuge des Bestrebens, Produkte möglichst ressourcenschonend und nachhaltig zu produzieren, werden neuerdings vermehrt organische Füllstoffe auf Basis von nachwachsenden Rohstoffen eingesetzt. Dabei handelt es sich beispielsweise um Nussschalen oder Olivenkerne, welche beispielsweise als Mehl oder als auf eine bestimmte Körnung gemahlene Partikel eingesetzt werden.In the effort to produce products in the most resource-efficient and sustainable way possible, organic fillers based on renewable raw materials are increasingly being used. These include, for example, nut shells or olive stones, which are used as flour or as particles ground to a certain grain size.
Weit überwiegend werden zur Herstellung derartiger Formteile jedoch weiterhin Quarzsande eingesetzt. Die mittlere Korngröße d50 (Siebanalyse oder Laserbeugung) der eingesetzten Sandpartikel liegt üblicherweise in einem Bereich von ca. 0,1 - 1,0 mm. Der Sand kann naturfarben oder gefärbt eingesetzt werden. Ist auch bei ungefärbtem Sand eine Färbung des Formteils gewünscht, kann die verwendete Bindemittelzubereitung mit organischen und/oder anorganischen Pigmenten versetzt sein.However, quartz sand is still predominantly used to produce such molded parts. The average grain size d 50 (sieve analysis or laser diffraction) of the sand particles used is usually in a range of approx. 0.1 - 1.0 mm. The sand can be used in a natural color or colored. If coloring of the molded part is desired even with uncolored sand, the binding agent used can be mixed with organic and/or inorganic pigments.
Optional können der Formmasse weitere Komponenten zugesetzt werden. Beispiele für derartige Zusatzstoffe sind feinpartikuläre Stoffe wie Quarzmehl. Optional können auch andere Minerale, Partikel verschiedener Körnungen oder Pulver eingesetzt werden. Außerdem ist die Verwendung von sogenannten organischen und/oder anorganischen Rheologieadditiven bekannt. Ein Beispiel für ein solches Rheologieadditiv sind feine Glasperlen.Optionally, other components can be added to the molding compound. Examples of such additives are fine particulate substances such as quartz powder. Optionally, other minerals, particles of different grain sizes or powders can also be used. The use of so-called organic and/or inorganic rheology additives is also known. One example of such a rheology additive is fine glass beads.
Ebenso ist bekannt, dass der Formmasse Fasern zugesetzt werden können. Diese dienen sowohl der Reduzierung des Gewichts als auch der Stabilisierung und Festigkeitssteigerung. So kann insbesondere Ausschuss durch Bruch reduziert werden.It is also known that fibers can be added to the molding compound. These serve to reduce weight as well as to stabilize and increase strength. In particular, this can reduce waste due to breakage.
Die meisten der bekannten Verfahren haben gemeinsam, dass die partikulären Bestandteile mit a) einem Harz (Sirup) aus Polymethylmethacrylat (PMMA) und/oder Methacrylsäuremethylester (Methylmethacrylat, MMA) versetzt und in Formteilen unter gewissen Druck und Temperatur ausgehärtet werden oder b) mit Polyester (-Vorprodukten) in Gießmaschinen zu Formteilen gegossen und ausgehärtet werden.Most of the known processes have in common that the particulate components are mixed with a) a resin (syrup) made of polymethyl methacrylate (PMMA) and/or methyl methacrylate (methyl methacrylate, MMA) and cured in molded parts under certain pressure and temperature or b) are cast with polyester (precursors) in casting machines to form molded parts and cured.
Das bei b) verwendete Polyester kann optional auch einen gewissen Teil an MMA enthalten. Auch bei den eingesetzten Polymeren besteht derzeit ein Bestreben, diese aus nachwachsenden Rohstoffen zu gewinnen. Beispiele für Formmassen mit Polymeren beziehungsweise Bindemitteln auf Basis nachwachsender Rohstoffe sind bekannt.The polyester used in b) can optionally also contain a certain amount of MMA. There is also currently an effort to obtain the polymers used from renewable raw materials. Examples of molding compounds with polymers or binders based on renewable raw materials are known.
Ein großer Nachteil dieser Verfahren ist, dass die Zusammensetzung, aus der das Formteil nach Aushärtung des Bindemittels entsteht, in allen Fällen einen Harzanteil von >25 Ma-% aufweist. Häufig ist der Anteil des Bindemittels sogar > 35 Ma-%. Da das Bindemittel - insbesondere im Vergleich zu Sand - wesentlich teurer ist, sind derartige Formteile vergleichsweise teuer. Dies wird noch verstärkt, wenn Bindemittel auf Basis nachwachsender Rohstoffe eingesetzt werden, die nochmals teurer sind. Dies ist jedoch zunehmend gewünscht, um Formteile nachhaltiger herstellen und entsprechend bewerben zu können.A major disadvantage of these processes is that the composition from which the molded part is created after the binder has hardened always has a resin content of >25% by mass. The binder content is often even >35% by mass. Since the binder is much more expensive - especially compared to sand - such molded parts are comparatively expensive. This is exacerbated when binders based on renewable raw materials are used, which are even more expensive. However, this is increasingly desired in order to be able to produce molded parts more sustainably and to advertise them accordingly.
Auch wenn Formteile üblicherweise über mehrere Jahre verwendet werden, besteht nach Ende der Nutzungsdauer der Nachteil, dass sie nicht oder nur sehr aufwändig recycelt werden können. Insbesondere aufgrund des hohen Polymer- / Bindemittelanteils ist die erneute Nutzung des Sandes mit an den einzelnen Körnern verbleibenden Resten des Bindemittels nicht oder nur sehr begrenzt möglich. Dieser Nachteil kann auch durch die Verwendung von Bindemitteln aus nachwachsenden Quellen nicht ausgeräumt werden.Even if molded parts are usually used for several years, the disadvantage is that they cannot be recycled at the end of their useful life, or can only be recycled with great effort. Due to the high polymer/binder content in particular, the reuse of sand with residues of the binder remaining on the individual grains is not possible, or only possible to a very limited extent. This disadvantage cannot be eliminated even by using binders from renewable sources.
Die oben beschriebene Technologie ist dennoch weit verbreitet. Als mögliche Gründe können beispielsweise die Automatisierbarkeit des Fertigungsprozesses und die Möglichkeit, schnell Formteile in großen Stückzahlen produzieren zu können. Wird als Bindemittel Acrylharz eingesetzt, sind die dazu nötigen Formen in der Herstellung zwar etwas teurer, aber dafür länger haltbar als entsprechende Formen für Formmassen mit einem Bindemittel auf Polyesterbasis. Formmassen mit einem Bindemittel auf Polyesterbasis werden daher insbesondere dann eingesetzt, wenn bestimmte Geometrien nur in vergleichsweise geringer Stückzahl produziert werden sollen, beispielsweise bei Kleinserien.The technology described above is nevertheless widely used. Possible reasons include the ability to automate the manufacturing process and the ability to quickly produce molded parts in large quantities. If acrylic resin is used as a binding agent, the molds required are somewhat more expensive to produce, but last longer than corresponding molds for molding compounds with a polyester-based binding agent. Molding compounds with a polyester-based binding agent are therefore used in particular when certain geometries are only to be produced in relatively small quantities, for example in small series.
Beide Arten von Formteilen sind jedoch insgesamt als mechanisch sehr stabil und optisch und haptisch sehr ansprechend zu bezeichnen. Außerdem sind sie sehr hart, klima- und feuchtestabil, chemisch stabil, thermisch stabil, schlag- und kratzfest, bruchfest und farbecht zu bezeichnen und halten auch ständigen Temperaturwechseln stand, wie sie insbesondere bei Küchenspülen auftreten. Aufgrund dieser Vorteile hat sich die Stückzahl, und damit auch der Umsatz, der mit derartigen Produkten erreicht werden kann, in den letzten Jahren bei beiden Technologien stark entwickelt. Weltweit werden jährlich Millionen von Formteilen auf den Markt gebracht.However, both types of molded parts are overall very mechanically stable and visually and haptically very appealing. They are also very hard, climate and moisture stable, chemically stable, thermally stable, impact and scratch resistant, break-proof and colorfast, and can also withstand constant temperature changes, such as those that occur in kitchen sinks in particular. Due to these advantages, the number of units and thus the sales that can be achieved with such products have increased significantly in recent years for both technologies. Millions of molded parts are brought onto the market worldwide every year.
Um dem Wunsch nach individuellen Geometrien nachzukommen, werden derartige Formteile seit wenigen Jahren auch durch 3D-Druck hergestellt. Die eingesetzten und einsatzbaren Materialien entsprechen im Wesentlichen den oben genannten sowie zusätzlich Furan- oder Phenolharz-Bindemittel oder auch anorganische Bindemittel sowie zusätzlich eine oberflächennahe Epoxidharzimprägnierung, welche ebenfalls als Bindemittel wirkt, idR. gefolgt von einer mechanischen Oberflächenbehandlung mit einer abschließenden Lackierung. Diese Technologie bietet eine äußerst große Gestaltungsvielfalt in Bezug auf die dreidimensionale Struktur, ist aber im Vergleich zu dem oben beschriebenen Standardprozess aufgrund der deutlich geringeren Anzahl an Stück pro Zeiteinheit als sehr langsam und wie oben als sehr aufwändig in der Nachbearbeitung charakterisiert. Dementsprechend sind auf diese Weise hergestellten Formteile teuer und nur in vergleichsweise geringer Stückzahl verfügbar. Auch wenn die dazu eingesetzten Maschinen auf höchstem technologischem Niveau sind, finden derartige Formen daher vor allem in Bereichen Anwendung, wo geringe Stückzahlen benötigt werden und/oder im Manufakturbetrieb. Hierbei ist es unabhängig davon, ob diese Formteile als Spülbecken in Küchen oder als Waschbecken, Duschtassen oder Badewannen im Sanitärbereich eingesetzt werden.In order to meet the demand for individual geometries, such molded parts have also been manufactured using 3D printing for a few years. The materials used and usable are essentially the same as those mentioned above, plus furan or phenolic resin binders or inorganic binders, as well as near-surface epoxy resin impregnation, which also acts as a binder, usually followed by mechanical surface treatment with a final coat of paint. This technology offers an extremely wide range of design options in terms of the three-dimensional structure, but compared to the standard process described above, it is characterized as very slow due to the significantly lower number of pieces per unit of time and, as above, very complex to post-process. Accordingly, molded parts manufactured in this way are expensive and only available in comparatively small quantities. Even if the machines used are of the highest technological level, such molds are therefore mainly used in areas where small quantities are required and/or in manufacturing operations. It does not matter whether these molded parts are used as sinks in kitchens or as washbasins, shower trays or bathtubs in the sanitary area.
Es besteht daher die Aufgabe, Formteile bereitzustellen, die in ausreichender Qualität preisgünstig in hoher Stückzahl fertigbar sind. Sie sollten hinsichtlich der möglichen Geometrien möglichst ähnlich flexibel gestaltbar sein, wie die aus dem Stand der Technik bekannten Formteile, die in großen Stückzahlen hergestellt werden. Weiterhin sollten die Formteile möglichst preisgünstig und in vielen Farben produzierbar sein. Außerdem sollten sie möglichst leichter recycelbar sein als die aus dem Stand der Technik bekannten Formteile.The task is therefore to provide molded parts that can be manufactured in large quantities at a reasonable price and of sufficient quality. In terms of possible geometries, they should be as flexible as possible as the molded parts known from the state of the art that are manufactured in large quantities. Furthermore, the molded parts should be as inexpensive as possible and be able to be produced in many colors. They should also be as easy to recycle as possible than the molded parts known from the state of the art.
Diese Aufgabe wird durch einen Verbundwerkstoffformteilkern gelöst, welcher ein partikuläres Material und ein zumindest teilweise ausgehärtetes Bindemittel umfasst, welches Partikel des partikulären Materials miteinander verbindet. Ein solcher Verbundwerkstoffformteilkern zeichnet sich insbesondere dadurch aus, dass ein Masseanteil des zumindest teilweise ausgehärteten Bindemittels ≤ 15 Masseprozent beträgt.This object is achieved by a composite molded part core which comprises a particulate material and an at least partially cured binder which bonds particles of the particulate material together. Such a composite molded part core is characterized in particular by the fact that a mass fraction of the at least partially cured binder is ≤ 15 mass percent.
Bevorzugt ist mindestens eine Oberfläche des Verbundwerkstoffformteilkerns zumindest abschnittsweise von einer Verbundwerkstoffformteilhülle überdeckt. Dadurch kann der Verbundwerkstoffformteilkern geschützt werden, beispielsweise vor mechanischer und/oder thermischer Belastung oder dem unerwünschten Eindringen von Flüssigkeit. Insbesondere ist bevorzugt, dass alle Oberflächen des Verbundwerkstoffformteilkerns zumindest abschnittsweise von einer Verbundwerkstoffformteilhülle überdeckt sind, der Verbundwerkstoffformteilkern also vollständig von einer Verbundwerkstoffformteilhülle umhüllt ist.Preferably, at least one surface of the composite molded part core is covered at least in sections by a composite molded part shell. This allows the composite molded part core to be protected, for example from mechanical and/or thermal stress or the undesirable penetration of liquid. In particular, it is preferred that all surfaces of the composite molded part core are covered at least in sections by a composite molded part shell, i.e. the composite molded part core is completely covered by a composite molded part shell.
Überraschenderweise wurde gefunden, dass ein solcher Verbundwerkstoffformteilkern ausreichend stabil ist, um einen Verbundwerkstoffformteilkern für ein Formteil gemäß eines Ausführungsbeispiels der vorliegenden Erfindung zu bilden. Der Bindemittelanteil ist meist sehr niedrig - zumindest im Vergleich zu den aus dem Stand der Technik beschriebenen Verbundwerkstoffen - und liegt unter 15 Masseprozent, meist sogar deutlich darunter, vorzugsweise bei ≤ 12 Masseprozent, bevorzugt ≤ 10 Masseprozent, mehr bevorzugt ≤ 8 Masseprozent, meist bevorzugt ≤ 5 Masseprozent.Surprisingly, it was found that such a composite molded part core is sufficiently stable to form a composite molded part core for a molded part according to an embodiment of the present invention. The binder content is usually very low - at least in comparison to the composite materials described in the prior art - and is below 15 percent by mass, usually even significantly lower, preferably ≤ 12 percent by mass, preferably ≤ 10 percent by mass, more preferably ≤ 8 percent by mass, most preferably ≤ 5 percent by mass.
Jegliche Angaben zum Bindemittelanteil beziehen sich vorzugsweise (in der gesamten Beschreibung der Erfindung) auf den Masseanteil des eingesetzten Polymers und/oder des Polymervorläufers in einem oder mehreren (nicht ausgehärteten) Vorprodukt/en, beispielsweise einer Formmasse/Formmassen, wie sie vor dem Formgebungsprozess bereitgestellt wird/werden.Any information on the binder content preferably refers (throughout the description of the invention) to the mass fraction of the polymer used and/or the polymer precursor in one or more (uncured) precursor(s), for example a molding compound(s), as provided before the molding process.
In einer bevorzugten Ausführungsform ist der Bindemittelanteil im Verbundwerkstoffformteilkern so niedrig, dass - beispielsweise nach aufbringen einer Verbundwerkstoffformteilhülle und/oder eine Imprägnierung - der Massenanteil aller eingesetzten Binde- und Beschichtungsmittel im gesamten Verbundwerkstoffformteil dennoch ≤ 25 Masseprozent, vorzugsweise bei ≤ 22 Masseprozent, bevorzugt ≤ 20 Masseprozent, mehr bevorzugt ≤ 18 Masseprozent, meist bevorzugt ≤ 15 Masseprozent liegt. Diese Angaben beziehen sich vorzugsweise auf den Masseanteil des eingesetzten Polymers, beziehungsweise der Summe der eingesetzten Polymere oder Polymervorläufer an der Gesamtmasse aller zur Herstellung des Verbundwerkstoffformteils genutzten Zusammensetzungen, also insbesondere den Zusammensetzungen, die zur Herstellung des Verbundwerkstoffformteilkerns und optional der Verbundwerkstoffformteilhülle eingesetzt werden.In a preferred embodiment, the binder content in the composite molded part core is so low that - for example after applying a composite molded part shell and/or impregnation - the mass fraction of all binders and coating agents used in the entire composite molded part is still ≤ 25 mass percent, preferably ≤ 22 mass percent, preferably ≤ 20 mass percent, more preferably ≤ 18 mass percent, most preferably ≤ 15 mass percent. These details preferably relate to the mass fraction of the polymer used, or the sum of the polymers or polymer precursors used, in the total mass of all compositions used to produce the composite molded part, i.e. in particular the compositions used to produce the composite molded part core and optionally the composite molded part shell.
In einer Variante kann die Verbundwerkstoffformteilhülle zusätzlich mit einer oder mehrerer Deckbeschichtungen versehen werden, welche ebenfalls einen Polymeranteil haben können. Hierbei ist deren Polymeranteile ebenfalls in dem zuvor genannten ≤ 25 Masseprozent Gesamtpolymeranteil (bezogen auf ein Verbundwerkstoffformteil) enthalten.In one variant, the composite molded part shell can additionally be provided with one or more top coatings, which can also have a polymer content. In this case, their polymer content is also included in the previously mentioned ≤ 25 mass percent total polymer content (based on a composite molded part).
Es ist zu beachten, dass alle im Verbundwerkstoffformteil eingesetzten Bindemittel / Polymere auch verschieden sein können und in einer bevorzugten Ausführungsform auch verschieden sind. Vorzugsweise unterscheidet sich das für den Verbundwerkstoffformteilkern eingesetzte Bindemittel von demjenigen, welches zur Ausbildung der Verbundwerkstoffformteilhülle eingesetzt ist.It should be noted that all binders/polymers used in the composite molded part can also be different and in a preferred embodiment are different. Preferably, the binder used for the composite molded part core differs from that used to form the composite molded part shell.
Als Formmasse soll im Rahmen dieser Erfindung diejenige Zusammensetzung verstanden werden, die zur Ausbildung des Verbundwerkstoffformteilkerns eingesetzt wird.In the context of this invention, the term molding compound is understood to mean the composition used to form the composite molded part core.
Im Rahmen dieser Erfindung sollen alle Prozentangaben - sofern nicht explizit anders angegeben - als Masseprozent verstanden werden.In the context of this invention, all percentages - unless explicitly stated otherwise - are to be understood as percent by mass.
Im Rahmen dieser Erfindung sollen alle Angaben zur Korngröße - sofern nicht explizit anders angegeben - als mittlere Korngröße d50 verstanden werden. Jegliche Angabe zur Korngröße (also beispielsweise d5, d10, d50, d90, d95 oder andere) soll - sofern nicht explizit anders angegeben - als durch Siebanalyse und/oder Laserbeugung bestimmt verstanden werden. Ob die (mittlere) Korngröße per Siebanalyse oder Laserbeugung zu bestimmen ist, hängt im Wesentlichen von der zu erwartenden mittleren Korngröße d50 ab: Ein Fachmann weiß, dass zur Größenbestimmung größerer (mittlerer) Korngrößen die Siebanalyse geeignet ist, wohingegen zur Größenbestimmung kleinerer (mittlerer) Korngrößen die Laserbeugung geeignet ist.For the purposes of this invention, all information on grain size - unless explicitly stated otherwise - should be understood as the average grain size d 50. Any information on grain size (i.e. d 5 , d 10 , d 50 , d 90 , d 95 or others) should - unless explicitly stated otherwise - be understood as determined by sieve analysis and/or laser diffraction. Whether the (average) grain size is to be determined by sieve analysis or laser diffraction depends essentially on the expected average grain size d 50 : A person skilled in the art knows that sieve analysis is suitable for determining the size of larger (average) grain sizes, whereas laser diffraction is suitable for determining the size of smaller (average) grain sizes.
Bei einer bevorzugten Ausführungsform eines Verbundwerkstoffformteilkerns ist eine Bindefähigkeit des zumindest teilweise ausgehärteten Bindemittels durch einen Aktivator verringerbar. Dabei ist der Aktivator vorzugsweise eine Temperaturbeaufschlagung oder Reagenzbeaufschlagung, durch welche eine chemische und / oder physikalische Reaktion im oder mit dem Bindemittel auslösbar ist, durch welche der Verbundwerkstoffformteilkern selbst oder das Bindemittel zu einem Folgeprodukt mit verringerter Bindefähigkeit umsetzbar ist.In a preferred embodiment of a composite molded part core, the binding ability of the at least partially cured binder can be reduced by an activator. The activator is ator preferably a temperature application or reagent application, by which a chemical and / or physical reaction can be triggered in or with the binder, by which the composite molded part core itself or the binder can be converted into a subsequent product with reduced binding ability.
Ein Verbundwerkstoffformteilkern weist somit vorzugsweise als weiteren Vorteil die Eigenschaft auf, dass der Verbundwerkstoffformteilkern bei Temperatureinwirkung zerfallen kann. Eine solche Eigenschaft ist beispielsweise aus dem Gebiet des Metallgusses bekannt. Dort ist oft ein solcher thermisch induzierter Zerfall einer Gießform oder eines Gießformkerns vorgesehen, da eine solche Gießform oder ein solcher Gießformkern durch die hohe Temperatur des eingegossenen Materials und die lange Temperatureinwirkung zerfallen kann. Dies hat den Vorteil, dass deren Reste aus dem erkalteten Gussstück leicht entfernt werden können. Außerdem ermöglicht dies, dass der für die Gießform oder den Gießformkern genutzte Sand in einem (Sand-) Kreislauf geführt werden kann. Dadurch können die Kosten des Sandes gering gehalten werden. Meist wird dieser recycelte Sand in der Gießerei zur Herstellung eines äußeren, meist bentonitgebundenen Formenteils wiederverwendet.A composite mold core therefore preferably has the additional advantage that the composite mold core can disintegrate when exposed to temperature. Such a property is known, for example, from the field of metal casting. There, such a thermally induced disintegration of a casting mold or a casting mold core is often provided for, since such a casting mold or such a casting mold core can disintegrate due to the high temperature of the poured material and the long exposure to temperature. This has the advantage that its residues can be easily removed from the cooled casting. In addition, this enables the sand used for the casting mold or the casting mold core to be fed into a (sand) cycle. This means that the costs of the sand can be kept low. This recycled sand is usually reused in the foundry to produce an external, usually bentonite-bonded mold part.
Analog ist dies auch mit einem bevorzugten Verbundwerkstoffformteilkern gemäß der vorliegenden Erfindung möglich. Für derartige Verbundwerkstoffformteilkerne und/oder Formteile mit einem solchen Verbundwerkstoffformteilkern ist daher das Recycling ebenfalls einfach möglich, da es oder dessen Verbundwerkstoffformteilkern bei Beaufschlagung mit hoher Temperatur, vorzugsweise ≥ 150°C, weiter bevorzugt ≥ 200°C, mehr bevorzugt ≥ 250°C, noch mehr bevorzugt ≥ 300°C, meist bevorzugt ≥ 400°C zerfällt. Dies erfolgt vorzugsweise unter (zumindest teilweiser) Zersetzung und/oder Degradation des Bindemittels. Ergänzend oder alternativ zu mindestens einer der vorgenannten Temperaturen erfolgt der Zerfall des Verbundwerkstoffformteilkerns oder sogar des gesamten Verbundwerkstoffs vorzugsweise bereits bei Beaufschlagung mit einer Temperatur, die vorzugsweise ≤ 1500°C, weiter bevorzugt ≤ 1250°C, mehr bevorzugt ≤ 1100°C, noch mehr bevorzugt ≤ 1000°C, meist bevorzugt ≤ 750°C beträgt. Durch die Auswahl der Zerfallstemperatur unterhalb des genannten Wertes kann der Energieverbrauch beim Recycling vertretbar gehalten werden.Analogously, this is also possible with a preferred composite molded part core according to the present invention. For such composite molded part cores and/or molded parts with such a composite molded part core, recycling is therefore also easily possible, since it or its composite molded part core disintegrates when exposed to high temperatures, preferably ≥ 150°C, more preferably ≥ 200°C, more preferably ≥ 250°C, even more preferably ≥ 300°C, most preferably ≥ 400°C. This preferably takes place with (at least partial) decomposition and/or degradation of the binder. In addition or as an alternative to at least one of the aforementioned temperatures, the decomposition of the composite molded part core or even of the entire composite material preferably occurs when exposed to a temperature that is preferably ≤ 1500°C, more preferably ≤ 1250°C, more preferably ≤ 1100°C, even more preferably ≤ 1000°C, most preferably ≤ 750°C. By selecting the decomposition temperature below the stated value, the energy consumption during recycling can be kept acceptable.
Bevorzugt ist somit ein Verbundwerkstoffformteilkern bei welchem eine Bindefähigkeit des zumindest teilweise ausgehärteten Bindemittels durch Temperaturbeaufschlagung verringerbar ist. Die Temperatur, oberhalb der eine Verringerung der Bindefähigkeit des zumindest teilweise ausgehärteten Bindemittels eintritt, liegt vorzugsweise ≥ 150°C, weiter bevorzugt ≥ 200°C, mehr bevorzugt ≥ 250°C, noch mehr bevorzugt ≥ 300°C, meist bevorzugt ≥ 400°C ist. Ergänzend oder alternativ dazu beträgt diese Temperatur vorzugsweise ≤ 1500°C, weiter bevorzugt ≤ 1250°C, mehr bevorzugt ≤ 1100°C, noch mehr bevorzugt ≤ 1000°C, meist bevorzugt ≤ 750°C.A composite molded part core is therefore preferred in which the binding ability of the at least partially cured binder can be reduced by applying heat. The temperature above which the binding ability of the at least partially cured binder is reduced is preferably ≥ 150°C, more preferably ≥ 200°C, more preferably ≥ 250°C, even more preferably ≥ 300°C, most preferably ≥ 400°C. In addition or as an alternative, this temperature is preferably ≤ 1500°C, more preferably ≤ 1250°C, more preferably ≤ 1100°C, even more preferably ≤ 1000°C, most preferably ≤ 750°C.
Neben der thermischen Beanspruchung kann alternativ oder in Kombination auch eine mechanische Beanspruchung erfolgen, um die Partikel des partikulären Materials (hierin auch als „Körner“ bezeichnet) voneinander zu trennen. Als dafür besonders geeignetes Verfahren hat sich jeweils ein einzelnes oder eine Kombination mehrerer Verfahren gezeigt, die ausgewählt sind aus einer Gruppe, die Grobbrechen (z.B. Backenbrecher), Feinbrechen (z.B. rotierende Kugelmühlen) oder auch Attritionsverfahren (Eintrag von Reibungsenergie) umfasst. Diese Verfahren sind darüber hinaus besonders geeignet, um (parallel zu oder nach der Trennung der Partikel voneinander zusätzlich auch) die getrennten Partikel von Bindemittelresten zu trennen. Die Verfahren können trocken oder nass, entweder in Wasser und/oder Lösemittel oder Gemischen ggf. mit Reinigungsadditiven eingesetzt werden. Optional kann vor, zwischen oder nach den mechanischen Behandlungen auch trennende Verfahren eingesetzt werden, z.B. sieben, sichten, optisch sortieren oder (Trenn-) Verfahren auf Basis von Dichteunterschieden.In addition to thermal stress, mechanical stress can also be applied alternatively or in combination to separate the particles of the particulate material (also referred to herein as "grains") from one another. A single process or a combination of several processes selected from a group that includes coarse crushing (e.g. jaw crushers), fine crushing (e.g. rotating ball mills) or attrition processes (introduction of frictional energy) has proven to be particularly suitable for this purpose. These processes are also particularly suitable for separating the separated particles from binder residues (in parallel to or after the separation of the particles from one another). The processes can be used dry or wet, either in water and/or solvents or mixtures, possibly with cleaning additives. Optionally, separating processes can also be used before, between or after the mechanical treatments, e.g. sieving, sifting, optical sorting or (separation) processes based on density differences.
Als Bindemittel haben sich sowohl organische als auch anorganische Komponenten als geeignet gezeigt. Als besonders geeignet zur Herstellung eines Verbundwerkstoffformteilkerns hat sich Polyurethanharz (PU-Harz) erwiesen. Polyurethanharz (PU-Harz) wird bereits heute großtechnisch im sogenannten „Cold-Box-Verfahren“ als Bindemittel eingesetzt. Daher ist es nahezu weltweit in großen Mengen und erschwinglichen Preisen verfügbar.Both organic and inorganic components have proven to be suitable as binding agents. Polyurethane resin (PU resin) has proven to be particularly suitable for producing a composite molded part core. Polyurethane resin (PU resin) is already used on a large scale as a binding agent in the so-called "cold box process". It is therefore available almost worldwide in large quantities and at affordable prices.
Bevorzugt wird das partikuläre Material mit einem PU-Harz versetzt, wobei der Polyurethanharzanteil etwa 0,5 - 2 Masse-% beträgt. Insbesondere ist dabei bevorzugt, dass die Partikel durch Mischen mit dem PU-Harz beschichtet werden und diese beschichteten Partikel anschließend in die gewünschte Geometrie gebracht werden und zum Aushärten mit Amin begast werden.Preferably, the particulate material is mixed with a PU resin, with the polyurethane resin content being approximately 0.5 - 2% by mass. In particular, it is preferred that the particles are coated by mixing with the PU resin and that these coated particles are then brought into the desired geometry and gassed with amine to cure.
In einer bevorzugten Ausführungsform werden dem Mischvorgang auch eines oder mehrere Additive zugesetzt.In a preferred embodiment, one or more additives are also added to the mixing process.
Durch das Begasen kommt es zur Aushärtung des PU-Harzes. Die Partikel sind nach dem Aushärten über Harzbrücken miteinander verbunden. Da die Kosten des Harzes (pro Gewichtseinheit) diejenigen des Sandes bei Weitem übersteigen, ist es vorteilhaft, die eingesetzte Harzmenge gering zu halten. Eine Lösung dafür besteht darin, die Kornverteilung des partikulären Materials nach unten zu begrenzen. Dadurch wird die spezifische Oberfläche (beziehungsweise das Oberfläche-zu-Volumen-Verhältnis) des partikulären Materials gering gehalten. Dementsprechend ist die im partikulären Material vorliegende Oberfläche, die mittels des Harzes verbunden werden muss, vergleichsweise klein. Durch diese bevorzugte Ausführungsform ist es möglich, ein Verbundwerkstoffformteilkern besonders preisgünstig produzierbar machen zu können.The PU resin hardens when gassed. After hardening, the particles are connected to one another via resin bridges. Since the cost of the resin (per unit weight) far exceeds that of the sand, it is advantageous to keep the amount of resin used low. One solution to this is to limit the grain distribution of the particulate material. This keeps the specific surface area (or the surface-to-volume ratio) of the particulate material low. Accordingly, the surface area present in the particulate material that must be connected using the resin is comparatively small. This preferred embodiment makes it possible to produce a composite molded part core particularly inexpensively.
Bevorzugt ist daher ein Verbundwerkstoffformteilkern, bei dem das partikuläre Material einen Sand umfasst, dessen mittlere Partikelgröße d50 (Siebanalyse oder Laserbeugung) in einem Bereich von 5 µm - 10 mm, bevorzugt 10 µm - 5 mm, besonders bevorzugt 20 µm - 1 mm beträgt. Selbstverständlich ist das partikuläre Material nicht auf einen Sand beschränkt, sondern kann zusätzlich oder alternativ andere partikuläre Stoffe umfassen. Sand ist jedoch aufgrund seiner weiten (weltweiten) Verbreitung und der vergleichsweise geringen Kosten bevorzugt. Außerdem zeichnen sich Sandpartikel durch eine große Härte aus.A composite molded part core is therefore preferred in which the particulate material comprises sand whose average particle size d 50 (sieve analysis or laser diffraction) is in a range of 5 µm - 10 mm, preferably 10 µm - 5 mm, particularly preferably 20 µm - 1 mm. Of course, the particulate material is not limited to sand, but can additionally or alternatively comprise other particulate substances. However, sand is preferred due to its wide (worldwide) distribution and comparatively low cost. Sand particles are also characterized by great hardness.
In einer Variante kann es auch wünschenswert sein, den Gehalt an Quarz, stellvertretend für alle Ausprägungen kristalliner Kieselsäure lediglich in einem Anteil < 0,1 Ma-% (bezogen auf die Gesamtmasse der Zusammensetzung bzw. des Verbundwerkstoffformteils) zu verwenden.In one variant, it may also be desirable to use the quartz content, representative of all forms of crystalline silica, only in a proportion of < 0.1 mass % (based on the total mass of the composition or the composite molded part).
Vorzugsweise werden für eine solche Variante ausschließlich Füllstoffe eingesetzt, die allein oder in einer Summe der Gesamtheit der (verschiedenen) Füllstoffe einen Anteil an kristalliner Kieselsäure < 0,1 Ma-% aufweisen.Preferably, for such a variant, only fillers are used which, alone or in the sum of the (various) fillers, have a proportion of crystalline silica < 0.1 wt.%.
In einer bevorzugten Ausführungsform umfasst eine Füllstofffraktion anorganische und/oder organisch Füllstoffe oder Mischungen davon, wobei bevorzugt jeder der Füllstoffe einen ausreichend geringen kristallinen Quarzanteil (von beispielsweise < 0,1 Ma-%) aufweist. Das Mischungsverhältnis zweier Füllstoffe kann in einem Verhältnis zwischen 99,9:0,1 - 0,1:99,9 ausgewählt sein.In a preferred embodiment, a filler fraction comprises inorganic and/or organic fillers or mixtures thereof, wherein each of the fillers preferably has a sufficiently low crystalline quartz content (of, for example, < 0.1% by mass). The mixing ratio of two fillers can be selected in a ratio between 99.9:0.1 - 0.1:99.9.
Ergänzend oder alternativ dazu ist bevorzugt, dass das zur Herstellung des Verbundwerkstoffformteilkern verwendete partikuläre (körnige) Material eine Partikelgröße (d50 Sedigraph oder Laserbeugung) ≥ 5 µm, bevorzugt ≥ 10 µm, bevorzugt ≥ 20 µm aufweist. Ergänzend oder alternativ dazu ist bevorzugt, dass das zur Herstellung des Verbundwerkstoffformteilkern verwendete partikuläre (körnige) Material eine Partikelgröße (d50 analog z.B. Siebanalyse)) ≤ 3000 µm, ≤ 2000 µm, bevorzugt ≤ 1000 µm, bevorzugt ≤ 500 µm, bevorzugt ≤ 250 µm, bevorzugt ≤ 200 µm, bevorzugt ≤ 150 µm, bevorzugt ≤ 100 µm aufweist.Additionally or alternatively, it is preferred that the particulate (granular) material used to produce the composite molded part core has a particle size (d 50 Sedigraph or laser diffraction) ≥ 5 µm, preferably ≥ 10 µm, preferably ≥ 20 µm. Additionally or alternatively, it is preferred that the particulate (granular) material used to produce the composite molded part core has a particle size (d 50 analogous to e.g. sieve analysis)) ≤ 3000 µm, ≤ 2000 µm, preferably ≤ 1000 µm, preferably ≤ 500 µm, preferably ≤ 250 µm, preferably ≤ 200 µm, preferably ≤ 150 µm, preferably ≤ 100 µm.
Bevorzugt ist ein Verbundwerkstoffformteilkern, bei dem die Partikel des partikulären Materials (im Rahmen dieser Erfindung gelegentlich auch als „Füllstoff“ bezeichnet) möglichst dicht gepackt sind. Vorzugsweise liegt dementsprechend bei einem Verbundwerkstoffformteilkern gemäß dieser Erfindung eine besonders dichte Kornpackung vor. Zusätzlich zu den oben bereits erwähnten Vorteilen kann dadurch auch (alternativ oder ergänzend) eine vergleichsweise glatte (ebene) Oberfläche des Verbundwerkstoffformteilkerns erhalten werden.A composite molded part core is preferred in which the particles of the particulate material (in the context of this invention also occasionally referred to as "filler") are packed as densely as possible. Accordingly, a composite molded part core according to this invention preferably has a particularly dense grain packing. In addition to the advantages already mentioned above, this also makes it possible (alternatively or additionally) to obtain a comparatively smooth (flat) surface of the composite molded part core.
In einer bevorzugten Ausführungsform wird eine besonders glatte (ebene) Oberfläche des Verbundwerkstoffformteilkerns dadurch erreicht, dass Partikel verschiedener Kornbänder miteinander vermischt und gemeinsam eingesetzt werden. Die Partikel des kleineren Kornbandes können bei dieser Ausführungsform Lücken ausfüllen, die zwischen den Partikeln des größeren Kornbandes verbleiben.In a preferred embodiment, a particularly smooth (flat) surface of the composite molded part core is achieved by mixing particles of different grain bands and using them together. In this embodiment, the particles of the smaller grain band can fill gaps that remain between the particles of the larger grain band.
Wird eine besonders glatte Oberfläche und/oder besonders dichte Packung gewünscht ist daher bevorzugt, dass der Verbundwerkstoffformteilkern ein partikuläres Material umfasst, das mindestens zwei Komponenten umfasst, die sich zumindest in einer mittleren Partikelgröße d50 (Siebanalyse oder Laserbeugung) unterscheiden.If a particularly smooth surface and/or particularly dense packing is desired, it is therefore preferred that the composite molded part core comprises a particulate material which comprises at least two components which differ at least in an average particle size d 50 (sieve analysis or laser diffraction).
Umgekehrt ist es auch möglich, den oben beschriebenen Sachverhalt bewusst so zu nutzen, dass ein Verbundwerkstoffformteilkern resultiert, welches eine erhöhte Porosität aufweist. In diesem Fall ist somit beabsichtigt, dass Lücken zwischen Partikeln einer Kornbandfraktion nicht durch Partikel derselben oder einer anderen Kornbandfraktion besetzt werden. Dies kann in einigen Fällen vorteilhaft sein, da diese erhöhte Porosität bei einer Nachbehandlung der Oberfläche z.B. dazu führt, dass ein (flüssiges) Oberflächenbehandlungsmaterial gewollt und gezielt besser und tiefer in diese Poren eindringen kann. Dies kann z.B. zu deutlich festigkeitststeigernder Wirkung genutzt werden, wenn dies notwendig sein sollte.Conversely, it is also possible to deliberately use the situation described above to produce a composite molded part core that has increased porosity. In this case, the intention is that gaps between particles of one grain band fraction are not filled by particles of the same or another grain band fraction. This can be advantageous in some cases, as this increased Porosity during subsequent surface treatment, for example, means that a (liquid) surface treatment material can intentionally and specifically penetrate better and deeper into these pores. This can be used, for example, to significantly increase strength if necessary.
In einer bereits oben beschriebenen bevorzugten Ausführungsform des Verbundwerkstoffformteilkerns ist eine Oberfläche des Verbundwerkstoffformteilkerns zumindest abschnittsweise von einer Verbundwerkstoffformteilhülle überdeckt. Vorzugsweise umfasst eine solche Verbundwerkstoffformteilhülle ein Polymer. Die Verbundwerkstoffformteilhülle kann den Verbundwerkstoffformteilkern vollständig umhüllen oder lediglich einzelne Oberflächen oder Oberflächenanteile des Verbundwerkstoffformteilkerns überdecken. Vorzugsweise handelt es sich bei der von der Verbundwerkstoffformteilhülle überdeckten Oberfläche um eine Oberfläche des Verbundwerkstoffformteilkerns, welche bei der Verwendung des daraus gebildeten Verbundwerkstoffs besonderer Beanspruchung ausgesetzt ist, und/oder welche eine Sichtseite bildet.In a preferred embodiment of the composite molded part core already described above, a surface of the composite molded part core is covered at least in sections by a composite molded part shell. Such a composite molded part shell preferably comprises a polymer. The composite molded part shell can completely envelop the composite molded part core or only cover individual surfaces or surface portions of the composite molded part core. The surface covered by the composite molded part shell is preferably a surface of the composite molded part core which is exposed to particular stress when the composite material formed therefrom is used and/or which forms a visible side.
Das Polymer der Verbundwerkstoffformteilhülle ist vorzugsweise ein festes oder flüssiges oder disperses Polymer, welches bevorzugt ausgewählt ist aus einer Gruppe und/oder hergestellt ist aus einem Vorläufer, der ausgewählt ist aus einer Gruppe, die Acrylate, Styrolacrylate, Silane, Silcone, Alkane, Alkene, Alkine, Alkohole, Urethane, Epoxide, Cellulose, Methylcellulose, anorganische Polymere sowie Mischungen dieser umfasst.The polymer of the composite molded part shell is preferably a solid or liquid or disperse polymer, which is preferably selected from a group and/or is produced from a precursor selected from a group comprising acrylates, styrene acrylates, silanes, silicones, alkanes, alkenes, alkynes, alcohols, urethanes, epoxies, cellulose, methylcellulose, inorganic polymers and mixtures thereof.
Denkbar ist beispielsweise, dass ein Verbundwerkstoffformteilkern nach dessen Aushärten mit einer Schlichte beschichtet wird. Eine Schlichte stellt eine Suspension aus z.B. einem Feuerfestmaterial dar, die auf eine Verbundwerkstoffformteilkernoberfläche aufgebracht werden kann und deren Eigenschaften verbessert. Eventuell auftretende, beispielsweise durch die Struktur der Sandkörner hervorgerufene Unebenheiten könnten durch eine solche Verbundwerkstoffformteilhülle (auch als Beschichtung oder wie oben als Schlichte bezeichnet) ausgeglichen werden.It is conceivable, for example, that a composite molded part core is coated with a coating after it has hardened. A coating is a suspension of, for example, a refractory material that can be applied to a composite molded part core surface and improves its properties. Any unevenness that may occur, for example caused by the structure of the sand grains, could be compensated for by such a composite molded part shell (also referred to as a coating or, as above, as a coating).
Analog dazu ist es bei einem Verbundwerkstoffformteilkern gemäß einer bevorzugten Ausführungsform möglich die Oberfläche des Verbundwerkstoffformteilkern zu veredeln. Diese Veredelung kann die Verbundwerkstoffformteilhülle bilden oder Teil der Verbundwerkstoffformteilhülle sein. Die Verbundwerkstoffformteilhülle kann beispielsweise dazu dienen, dem Formteil eine gewünschte optische Eigenschaft (beispielsweise Farbe oder Glanz) und/oder eine gewünschte Haptik und/oder mechanische Eigenschaft (Kratz- / Scheuerfestigkeit) und/oder chemische und/oder thermische Beständigkeit zu verleihen.Similarly, in the case of a composite molded part core, according to a preferred embodiment, it is possible to refine the surface of the composite molded part core. This refinement can form the composite molded part shell or be part of the composite molded part shell. The composite molded part shell can serve, for example, to give the molded part a desired optical property (for example color or gloss) and/or a desired feel and/or mechanical property (scratch/abrasion resistance) and/or chemical and/or thermal resistance.
Um diese ergänzenden vorteilhaften Eigenschaften zu erreichen kann die Verbundwerkstoffformteilhülle in einer Variante zusätzlich mit einer oder mehrerer Deckbeschichtungen versehen werden, welche auf den oben genannten Polymeren basieren können.In order to achieve these additional advantageous properties, the composite molded part shell can, in one variant, additionally be provided with one or more top coatings, which can be based on the above-mentioned polymers.
Als Alternative oder Ergänzung zu der Verwendung von Quarzsand zur Herstellung von Verbundwerkstoffformteilkern sind auch andere partikuläre Materialien aus dem Stand der Technik denkbar. So sind beispielsweise Verbundwerkstoffformteilkerne denkbar und für einige Anwendungen bevorzugt, welche ein partikuläres Material umfasst, welches ausgewählt ist aus einer Gruppe, die Feldspat, Chromitsand, Andalusit, Schamotten, Cerabeads, Olivin, Aluminiumoxidkugeln und Zirkonsand umfasst. Weiterhin ist auch die Verwendung von Mischungen einiger dieser Materialien beispielsweise von Feldspat und Quarzsand und Keramikkugeln denkbar und für einige Anwendungen bevorzugt. Einige der verwendeten Materialien und deren Beschaffenheit sind in Tabelle 1 dargestellt. Tabelle 1: Übersicht über bevorzugte partikuläre Materialien für Verbundwerkstoffformteilkerne und deren Art
Diese Materialien haben gezeigt, dass sie sich jeweils alleine oder in Kombination miteinander oder in Kombination mit Quarzsand zur Herstellung eines Verbundwerkstoffformteilkerns eigenen. Sie können als nicht ausschließliche Beispiele für die Eingangs genannten Füllstoffe auf Basis von Oxiden, Silikaten, Phosphaten, Carbonaten, Sulfaten, Gläsern, sowie Keramiken betrachtet werden.These materials have shown that they are suitable for use alone or in combination with each other or in combination with quartz sand to produce a composite molded part core. They can be considered as non-exclusive examples of the fillers based on oxides, silicates, phosphates, carbonates, sulfates, glasses and ceramics mentioned above.
In einem Artikel der Hüttenes-Albertus Chemische Werke GmbH mit dem Titel: „Spezialsande - Formgrundstoffe für die moderne Kern- und Formherstellung“ von Ulrich Recknagel und Martin Dahlmann, 2008 sind Vorteile und Eigenschaften verschiedener partikulärer Materialien am Beispiel deren Nutzung als Gießformen dargelegt worden. Es hat sich gezeigt, dass die jeweiligen Vorteile der verschiedenen Materialien oder Mischungen in analoger Weise auch zur Herstellung von Verbundwerkstoffformteilkernen genutzt werden können.In an article by Hüttenes-Albertus Chemische Werke GmbH entitled: "Special sands - molding materials for modern core and mold production" by Ulrich Recknagel and Martin Dahlmann, 2008, the advantages and properties of various particulate materials are presented using the example of their use as casting molds. It has been shown that the respective advantages of the various materials or mixtures can also be used in an analogous manner to produce composite molding cores.
Beispielsweise ist in oben genanntem Artikel beschrieben, dass speziell aufbereitete Quarzsande hoher Qualität bevorzugt sind. Diese Sande eignen sich besonders als partikuläres Material zur Herstellung von Verbundwerkstoffformteilkernen. Quarzsand ist in Deutschland und vielen anderen Teilen der Welt dank zahlreicher Vorkommen ausreichend und kostengünstig vorhanden, so dass sich zusätzlich zu den technischen Vorteilen auch Kostenvorteile ergeben. Die Herstellung von Verbundwerkstoffformteilkernen kann daher nahezu ortsunabhängig erfolgen und die Verfahren zur Handhabung und Aufbereitung dieser Rohstoffe sind lange etabliert.For example, the above-mentioned article describes that specially prepared high-quality quartz sands are preferred. These sands are particularly suitable as particulate material for the production of composite molding cores. Thanks to numerous deposits, quartz sand is available in sufficient quantities and at low cost in Germany and many other parts of the world, so that in addition to the technical advantages, there are also cost advantages. The production of composite molding cores can therefore take place almost independently of location and the processes for handling and processing these raw materials have long been established.
Außerdem stehen an verschiedenen Orten bereits ausreichend Anlagenkapazitäten zur Behandlung, Aufbereitung und Umsetzung dieser Rohstoffe im industriellen Maßstab zur Verfügung. Die bekannten Prozesse können in analoger Weise zur Herstellung von Verbundwerkstoffformteilkernen in hoher Stückzahl genutzt werden.In addition, there are already sufficient plant capacities available at various locations for the treatment, processing and conversion of these raw materials on an industrial scale. The known processes can be used in an analogous manner to produce composite molded part cores in large quantities.
Ein weiterer Vorteil besteht darin, dass bereits günstige Formen und Verfahren für die Herstellung von Formteilkernen existieren. So sind beispielsweise Formen zur Fertigung von Formteilen für die Metallgussindustrie in einer Vielzahl von Formen und Größen verfügbar. Es hat sich gezeigt, dass derartigen Anlagen auch zur Herstellung von Verbundwerkstoffformteilkernen von wenigen Zentimetern bis mehreren Metern Größe verwendet werden können.. Dadurch ist es möglich, Verbundwerkstoffformteilkerne vergleichsweise preisgünstig und in nahezu jeder beliebigen Größe und Form zu gestalten und herzustellen.Another advantage is that inexpensive molds and processes for producing molded part cores already exist. For example, molds for producing molded parts for the metal casting industry are available in a wide variety of shapes and sizes. It has been shown that such systems can also be used to produce composite molded part cores ranging in size from a few centimeters to several meters. This makes it possible to design and produce composite molded part cores relatively inexpensively and in almost any size and shape.
In einer bevorzugten Ausführungsform wird der Verbundwerkstoffformteilkern als Positivform geformt. Insbesondere ist eine solche Form ausgewählt aus einer Gruppe, die Form einer Küchenspüle, eines Waschbeckens, einer Duschtasse, einer Badewanne und einer Arbeitsplatte umfasst.In a preferred embodiment, the composite molded part core is formed as a positive mold. In particular, such a mold is selected from a group comprising the mold of a kitchen sink, a washbasin, a shower tray, a bathtub and a worktop.
Der Verbundwerkstoffformteilkern kann ungefärbt sein oder coloriert sein. Eine Farbgebung kann in einer bevorzugten Ausführungsform dadurch erreicht werden, dass mindestens eine Fraktion des partikulären Materials eine Farbe aufweist, beispielsweise durch vorheriges Aufbringen eines Pigments. Es kann alternativ auch ein partikuläres Material verwendet werden, das aufgrund seiner Art und Herkunft bereits eine vorteilhafte Eigenfarbe aufweist, beispielsweise tiefschwarz. Ergänzend oder alternativ dazu kann ein Pigment oder ein Farbstoff auch unabhängig von einer Fraktion des eingesetzten partikulären Materials eingebracht werden. In einer bevorzugten Ausführungsform ist ein Pigment und / oder Farbstoff in einer Bindemittelzusammensetzung enthalten.The composite molded part core can be uncolored or colored. In a preferred embodiment, coloring can be achieved by giving at least one fraction of the particulate material a color, for example by applying a pigment beforehand. Alternatively, a particulate material can be used which, due to its type and origin, already has an advantageous color of its own, for example deep black. In addition or as an alternative, a pigment or a dye can also be introduced independently of a fraction of the particulate material used. In a preferred embodiment, a pigment and/or dye is contained in a binder composition.
Alternativ oder ergänzend dazu ist es bevorzugt, dass auf eine Oberfläche des Verbundwerkstoffformteilkerns eine Farbschicht aufgebracht wird. Diese Farbschicht kann Teil der Verbundwerkstoffformteilhülle sein oder selbst die Verbundwerkstoffformteilhülle bilden. Alternativ dazu kann die Farbschicht auch transparent sein, vergleichbar beispielsweise einem Klarlack.Alternatively or additionally, it is preferred that a layer of paint is applied to a surface of the composite molded part core. This layer of paint can be part of the composite molded part shell or can itself form the composite molded part shell. Alternatively, the layer of paint can also be transparent, comparable to a clear varnish, for example.
Zum Herstellen eines Verbundwerkstoffformteils mit einem wie oben beschriebenen Verbundwerkstoffformteilkerns wird der Verbundwerkstoffformteilkerns vorzugsweise an mindestens einer Oberfläche mit mindestens einer Schicht versehen. Diese Schicht bildet die Verbundwerkstoffformteilhülle oder ist Teil der Verbundwerkstoffformteilhülle.To produce a composite molded part with a composite molded part core as described above, the composite molded part core is preferably provided with at least one layer on at least one surface. This layer forms the composite molded part shell or is part of the composite molded part shell.
Die Schicht kann klar und unpigmentiert (farblos) sein. In einer weiteren Ausführung kann diese Schicht transparente farbige Bestandteile enthalten. In einer bevorzugten Ausführungsform umfasst die Schicht jedoch ein Pigment. Vorzugsweise kann diese Schicht dem Verbundwerkstoffformteil eine gewünschte Farbe verleihen.The layer can be clear and unpigmented (colorless). In a further embodiment, this layer can contain transparent colored components. In a preferred embodiment, however, the layer comprises a pigment. Preferably, this layer can impart a desired color to the composite molded part.
Ergänzend kann eine Farbschicht auch durch eine oder mehrere pigmentierte oder farbstoffhaltige Deckbeschichtungen erzielt werden.In addition, a color layer can also be achieved by one or more pigmented or dye-containing top coats.
Vorzugsweise umfasst die oben genannte erste und/oder weitere Schicht und/oder Verbundwerkstoffformteilhülle in einer Ausführungsform (unabhängig von den anderen oben genannten Merkmalen) ein Polymer und/oder einen Polymervorläufer. Das Polymer und/oder der Polymervorläufer ist oder umfasst vorzugsweise ein festes oder flüssiges oder disperses Polymer, Oligomer oder Monomer, welches vorzugsweise ausgewählt ist aus einer Gruppe, die Acrylate, Styrolacrylate, Silane, Silcone, Alkane, Alkohole, Urethane, Epoxide, Cellulosen, Methylcellulosen, oder Mischungen dieser umfasst und/oder zu einer Substanz dieser Gruppe umsetzbar ist. Alternativ oder ergänzend dazu kann das Polymer und/oder der Polymervorläufer auch anorganisch sein. Ein anorganisches Polymer und/oder ein organisches Polymer kann dabei jeweils als einziges Polymer verwendet werden oder in Kombination mit einem oder mehreren anderen anorganischen Polymeren und/oder organischen Polymeren eingesetzt werden. Es sind somit auch Kombinationen mehrerer anorganischer Polymere, mehrerer organischer Polymere oder Kombinationen eines oder mehrerer anorganischer Polymere mit einem oder mehreren organischen Polymeren möglich und in einigen Varianten bevorzugt.Preferably, the above-mentioned first and/or further layer and/or composite molded part shell comprises in one embodiment (independently of the other features mentioned above) a polymer and/or a polymer precursor. The polymer and/or the polymer precursor is or preferably comprises a solid or liquid or disperse polymer, oligomer or monomer, which is preferably selected from a group comprising acrylates, styrene acrylates, silanes, silicones, alkanes, alcohols, urethanes, epoxides, celluloses, methylcelluloses, or mixtures thereof and/or can be converted into a substance from this group. Alternatively or additionally, the polymer and/or the polymer precursor can also be inorganic. An inorganic polymer and/or an organic polymer can be used as the only polymer or in combination with one or more other inorganic polymers and/or organic polymers. Combinations of several inorganic polymers, several organic polymers or combinations of one or more inorganic polymers with one or more organic polymers are therefore possible and preferred in some variants.
In einer bevorzugten Ausführungsform wird ein Polymer in der gewünschten Form erst gebildet. Es muss demnach nicht als 1-Komponenten-System eingesetzt werden, sondern ist in dieser Ausführungsform das Produkt eines 2-Komponenten-Systems. Ein solches 2-Komponenten-System kann ein Lösungsmittel umfassen. Vorzugsweise ist es wasserbasiert oder basiert auf einem organischen Lösungsmittel oder es ist ein 100-%-System (also sowohl wasser- als auch lösemittelfrei).In a preferred embodiment, a polymer is first formed in the desired form. It therefore does not have to be used as a 1-component system, but in this embodiment is the product of a 2-component system. Such a 2-component system can include a solvent. Preferably, it is water-based or based on an organic solvent or it is a 100% system (i.e. both water- and solvent-free).
Bevorzugt umfasst die Verbundwerkstoffformteilhülle ein Additiv, wobei das Additiv vorzugsweise eine farbgebende Komponente, bevorzugt ein Farbstoff, eine Farbpaste und/oder ein Pigment umfasst und/oder das Additiv eine Härte nach Mohs > 4, bevorzugt > 4,5, weiter bevorzugt > 5 aufweist.Preferably, the composite molded part shell comprises an additive, wherein the additive preferably comprises a coloring component, preferably a dye, a color paste and/or a pigment and/or the additive has a Mohs hardness > 4, preferably > 4.5, more preferably > 5.
Vorzugsweise umfasst die Verbundwerkstoffformteilhülle mehrere Schichten. Diese können dem Verbundwerkstoffformteil jeweils verschiedene Eigenschaften verleihen. So ist beispielsweise denkbar, dass eine Schicht dem Formteil einen gewünschten optischen Effekt verleiht (beispielsweise Farbe oder Glanz), während eine andere Schicht die Kratzfestigkeit steigert, eine gewünschte Haptik liefert, die Bruchfestigkeit verbessert, die Heiß-Kalt-Wechselbeständigkeit verbessert, die chemische Beständigkeit erhöht und/oder die (UV-) Lichtbeständigkeit verbessert.Preferably, the composite molded part shell comprises several layers. These can each give the composite molded part different properties. For example, it is conceivable that one layer gives the molded part a desired optical effect (for example color or gloss), while another layer increases scratch resistance, provides a desired feel, improves fracture resistance, improves hot-cold cycling resistance, increases chemical resistance and/or improves (UV) light resistance.
Selbstverständlich kann auch eine einzige Schicht dem Verbundwerkstoffformteil mehrere der vorgenannten gewünschten Effekte verleihen. So kann beispielsweise eine einzige Schicht sowohl Pigmente oder Farbstoffe als auch andere Bestandteile enthalten, die einen anderen positiven Effekt haben, wie beispielsweise feine Füllstoffe (die Lücken zwischen Partikeln auffüllen und die Glattheit (und damit den Glanz) gleichzeitig aber auch die Haptik und gegebenenfalls auch die UV-Barriereeigenschaft der Schicht verbessern). Ebenso können weitere Additive wie Silane oder Silicone in einer solchen Schicht enthalten sein, welche ebenfalls die Haptik, den Glanz und oder die Bindung zu einer benachbarten Schicht verbessern können, sowie zu einer gewollten Hydrophobie führen, z.B. dem sogenannten Lotuseffekt. Schließlich können auch Additive eingebracht werden, welche der Oberfläche eine biozide, z.B. bakterizide Wirkung verleihen.Of course, a single layer can also give the composite molded part several of the aforementioned desired effects. For example, a single layer can contain pigments or dyes as well as other components that have another positive effect, such as fine fillers (which fill gaps between particles and improve the smoothness (and thus the shine) but also the feel and possibly also the UV barrier properties of the layer). Other additives such as silanes or silicones can also be included in such a layer, which can also improve the feel, the shine and/or the bond to an adjacent layer, as well as lead to a desired hydrophobicity, e.g. the so-called lotus effect. Finally, additives can also be introduced which give the surface a biocidal, e.g. bactericidal effect.
Sind mehrere Schichten vorhanden, können diese gemeinsam oder zeit- oder ortsversetzt aufgebracht werden. Denkbar ist diesbezüglich beispielsweise, dass nach dem Aufbringen einer Schicht diese Schicht zunächst ausgehärtet wird und erst danach eine weitere Schicht aufgebracht wird.If there are several layers, they can be applied together or at different times or locations. For example, it is conceivable that after applying a layer, this layer is first cured and only then is another layer applied.
Vorzugsweise wird eine Schicht nach deren Aufbringung ausgehärtet. Dies erfolgt vorzugsweise durch Begasung, UV-Beaufschlagung, Lichtbeaufschlagung, IR-Beaufschlagung und/oder durch thermische Behandlung. Ein Beispiel für eine solche Schicht ist ein thermisch härtbarer Lack und/oder ein Pulverlack.Preferably, a layer is cured after it has been applied. This is preferably done by gassing, UV exposure, light exposure, IR exposure and/or thermal treatment. An example of such a layer is a thermally curable varnish and/or a powder coating.
Vorzugsweise wird eine Schicht auf den Verbundwerkstoffformteilkern (oder darauf zuvor aufgebrachte Schichten) durch streichen, sprühen, fluten oder tauchen aufgebracht. Dies kann unter Anwendung von Über- oder Unterdruck (z.B. Vakuum) erfolgen. Zum Aufbringen von Schichten auf einen Körper sind viele Verfahren etabliert, diese schließen händische und maschinelle (automatisierte) Verfahren ein.Preferably, a layer is applied to the composite molding core (or previously applied layers) by brushing, spraying, flooding or dipping. This can be done using of overpressure or underpressure (e.g. vacuum). Many methods are established for applying layers to a body, including manual and mechanical (automated) methods.
In einer bevorzugten Variante wird der Verbundwerkstoffformteilkern und/oder die Verbundwerkstoffformteilhülle einem weiteren Bearbeitungsschritt unterzogen. Bei diesem Bearbeitungsschritt handelt es sich insbesondere um einen Schritt einer mechanischen Bearbeitung. Vorzugsweise ist diese mechanische Bearbeitung ausgewählt aus einer Gruppe, die glätten, schleifen, bürsten und entstauben umfasst. Dadurch kann beispielsweise eine glattere und/oder leichter zu beschichtenden Oberfläche erzeugt werden.In a preferred variant, the composite molded part core and/or the composite molded part shell is subjected to a further processing step. This processing step is in particular a mechanical processing step. This mechanical processing is preferably selected from a group that includes smoothing, grinding, brushing and dust removal. This can, for example, produce a smoother and/or easier to coat surface.
Die mechanische Bearbeitung kann am Verbundwerkstoffformteilkern erfolgen, beispielsweise unmittelbar nach der Verbundwerkstoffformteilkernherstellung und/oder vor und nach dem Aufbringen einer ersten oder weiteren Beschichtung, beispielsweise der Verbundwerkstoffformteilhülle.The mechanical processing can be carried out on the composite molded part core, for example immediately after the composite molded part core production and/or before and after the application of a first or further coating, for example the composite molded part shell.
Zusätzlich kann eine weitere mechanische Bearbeitung vorgesehen sein, welche vorzugsweise ausgewählt ist aus einer Gruppe, die fräsen, bohren, polieren und entgraten umfasst. Dieser Schritt kann insbesondere dazu dienen, das Formteil mit einer gewünschten Funktionalität zu versehen. Dies kann beispielsweise dadurch erfolgen, dass an das Formteil Anbauten angebracht werden, wobei ein Anbau vorzugsweise ausgewählt ist aus einer Gruppe, die einen Wasserhahn, ein Ablaufsieb, ein Abwasseranschluss, ein Steuerelement (beispielsweise zur Steuerung des Abflusses), einen Seifen- oder Spülmittelspender und ein Ablageelement umfasst. Denkbar ist auch, dass Sensoren ein- oder aufgebracht werden, welche bestimmte physikalische Eigenschaften erfassen, z.B. die Temperatur oder dass Bedienelemente aufgebracht werden, z.B. mit Touch-Funktion für die Bedienung.In addition, further mechanical processing can be provided, which is preferably selected from a group that includes milling, drilling, polishing and deburring. This step can serve in particular to provide the molded part with a desired functionality. This can be done, for example, by attaching attachments to the molded part, with an attachment preferably being selected from a group that includes a faucet, a drain strainer, a waste water connection, a control element (for example for controlling the drain), a soap or detergent dispenser and a storage element. It is also conceivable that sensors are inserted or attached which record certain physical properties, e.g. the temperature, or that operating elements are attached, e.g. with a touch function for operation.
Dieser weitere Bearbeitungsschritt kann vor, während oder nach der Aufbringung der oben beschriebenen Schichten beziehungsweise einer Verbundwerkstoffformteilhülle erfolgen.This further processing step can be carried out before, during or after the application of the layers described above or of a composite molded part shell.
Vorzugsweise weist das zur Herstellung des Verbundwerkstoffformteilkerns verwendete partikuläre (körnige) Material eine Dichte < 5 kg/l, bevorzugt < 4 kg/l, meist bevorzugt <3 kg/l auf. Dies hat den Vorteil, dass der Verbundwerkstoffformteilkern beziehungsweise das diesen enthaltende Verbundwerkstoffformteil vergleichsweise leicht ausgeführt sein kann, was Transportkosten verringert und die Handhabbarkeit verbessert.Preferably, the particulate (granular) material used to produce the composite molded part core has a density of < 5 kg/l, preferably < 4 kg/l, most preferably < 3 kg/l. This has the advantage that the composite molded part core or the composite molded part containing it can be made comparatively light, which reduces transport costs and improves handling.
Um das Verbundwerkstoffformteil möglichst leicht und damit transportier- und handhabbar zu halten, weist das zur Herstellung des Verbundwerkstoffformteilkerns verwendete partikuläre (körnige) Material vorzugsweise eine Schüttdichte < 2,5 kg/l, bevorzugt < 2 kg/l, bevorzugt < 1,5 kg/l, weiter bevorzugt < 1 kg/l, insbesondere bevorzugt < 0,8 kg/l auf.In order to keep the composite molded part as light as possible and thus transportable and handleable, the particulate (granular) material used to produce the composite molded part core preferably has a bulk density of < 2.5 kg/l, preferably < 2 kg/l, preferably < 1.5 kg/l, more preferably < 1 kg/l, particularly preferably < 0.8 kg/l.
Die Masse eines Verbundwerkstoffformteils kann alternativ auch reduziert werden, indem dem Verbundwerkstoffformteilkern bei der Herstellung Fasermaterialien zugesetzt werden, welche zu einer Steigerung der mechanischen Festigkeit führen. Dadurch lassen sich die Wandstärken reduzieren, wodurch schließlich auch das Gewicht reduziert werden kann. Solche Fasern können organisch oder anorganisch sein, mineralisch, amorph, synthetisch oder biobasiert.Alternatively, the mass of a composite molded part can be reduced by adding fiber materials to the composite molded part core during production, which leads to an increase in mechanical strength. This allows the wall thickness to be reduced, which ultimately also reduces the weight. Such fibers can be organic or inorganic, mineral, amorphous, synthetic or bio-based.
Das Bindemittel des Verbundwerkstoffformteilkerns und/oder der Verbundwerkstoffformteilhülle weist (gegebenenfalls unabhängig voneinander) bevorzugt eine Dichte ≥ 0,6 kg/l, bevorzugt ≥ 0,9 kg/l, bevorzugt ≥ 1 kg/l, bevorzugt ≥ 1,1 kg/l, bevorzugt ≥ 1,2 kg/l, und ergänzend oder alternativ dazu ≤ 1,7 kg/l, bevorzugt ≤ 1,6 kg/l, bevorzugt ≤ 1,5 kg/l, bevorzugt ≤ 1,4 kg/l, bevorzugt ≤ 1,3 kg/l, bevorzugt ≤ 1,2 kg/l, bevorzugt ≤ 1,1 kg/l auf.The binder of the composite molded part core and/or the composite molded part shell preferably has (optionally independently of one another) a density ≥ 0.6 kg/l, preferably ≥ 0.9 kg/l, preferably ≥ 1 kg/l, preferably ≥ 1.1 kg/l, preferably ≥ 1.2 kg/l, and additionally or alternatively ≤ 1.7 kg/l, preferably ≤ 1.6 kg/l, preferably ≤ 1.5 kg/l, preferably ≤ 1.4 kg/l, preferably ≤ 1.3 kg/l, preferably ≤ 1.2 kg/l, preferably ≤ 1.1 kg/l.
In einer bevorzugten Ausführungsform weist das Verbundwerkstoffformteil (in seiner Gesamtheit) einen Masseanteil des zur Herstellung des Formteilkerns verwendeten partikulären (körnigen) Materials von ≥ 70%, bevorzugt ≥ 75%, besonders bevorzugt ≥ 80%, bevorzugt ≥ 85%, meist bevorzugt ≥ 90% auf und ergänzend oder alternativ dazu ≤ 99%, bevorzugt ≤ 98%, bevorzugt ≤ 97%, bevorzugt ≤ 96%, bevorzugt ≤ 95% auf. Ein Gewichtsanteil des partikulären Materials in diesem Bereich hat sich als vorteilhaft erwiesen, da so der Anteil des kostenintensiven Bindemittels minimiert werden kann, gleichzeitig jedoch eine ausreichende Festigkeit und Vernetzung durch das Bindemittel gewährleistet werden kann.In a preferred embodiment, the composite molded part (in its entirety) has a mass fraction of the particulate (granular) material used to produce the molded part core of ≥ 70%, preferably ≥ 75%, particularly preferably ≥ 80%, preferably ≥ 85%, most preferably ≥ 90% and additionally or alternatively ≤ 99%, preferably ≤ 98%, preferably ≤ 97%, preferably ≤ 96%, preferably ≤ 95%. A weight fraction of the particulate material in this range has proven to be advantageous, since the proportion of the cost-intensive binder can be minimized, but at the same time sufficient strength and cross-linking can be ensured by the binder.
Als besonders bevorzugt hat sich eine Ausführungsform des Verbundwerkstoffformteilkerns erwiesen, bei welcher ein Wert, welcher dem Einhundertfachen des Quotienten aus dem Bindemittelanteil in Masseprozent und der theoretischen spezifischen Oberfläche in cm2/g (BET) des partikulären Materials entspricht, kleiner als oder gleich 5, bevorzugt ≤ 4,5, weiter bevorzugt ≤ 4, mehr bevorzugt ≤ 3,5 und insbesondere bevorzugt ≤ 3 ist. Überraschenderweise weist ein Verbundwerkstoffformteilkern mit einem solchen Wert eine hervorragende Festigkeit bei dennoch geringem Bindemittelanteil auf. Dies ist sowohl vorteilhaft in Bezug auf die Produktionskosten als auch auf die Handhabbarkeit und Nutzung in der Praxis.An embodiment of the composite molded part core has proven to be particularly preferred in which a value which corresponds to one hundred times the quotient of the binder content in percent by mass and the theoretical specific surface area in cm 2 /g (BET) of the particulate material is small less than or equal to 5, preferably ≤ 4.5, further preferably ≤ 4, more preferably ≤ 3.5 and particularly preferably ≤ 3. Surprisingly, a composite molded part core with such a value has excellent strength while still having a low binder content. This is advantageous both in terms of production costs and in terms of handling and use in practice.
Bevorzugt ist der Verbundwerkstoffformteilkern und/oder die Verbundwerkstoffformteilhülle zumindest abschnittsweise imprägniert. Die Verbundwerkstoffformteilhülle kann auch durch das Imprägnat gebildet sein. Bevorzugt handelt es sich bei dem Imprägnat um ein Polymer, beispielsweise ein Harz, bevorzugt ein Epoxyharz, PU-Harz, Arcylharz, meist bevorzugt ein Epoxyharz. Bildet das Imprägnat die Verbundwerkstoffformteilhülle ist es denkbar, dass es zumindest teilweise auch in Poren des Verbundwerkstoffformteilkerns eindringt. Dieses Eindringen hat den Vorteil, dass zusätzlich zu der Verhaftung mit der Oberfläche des Verbundwerkstoffformteilkerns auch eine mechanische Bindung im Sinn einer Verzahnung und/oder Verankerung der Verbundwerkstoffformteilhülle in den Poren des Verbundwerkstoffformteilkerns erfolgt. Es hat sich überraschend gezeigt, dass die Härte und/oder Bruchfestigkeit eines Verbundwerkstoffformteilkerns und/oder einer Verbundwerkstoffformteilhülle durch eine Imprägnierung im Vergleich zu nicht imprägnierten Verbundwerkstoffformteilen deutlich gesteigert ist.Preferably, the composite molded part core and/or the composite molded part shell is impregnated at least in sections. The composite molded part shell can also be formed by the impregnate. The impregnate is preferably a polymer, for example a resin, preferably an epoxy resin, PU resin, acrylic resin, most preferably an epoxy resin. If the impregnate forms the composite molded part shell, it is conceivable that it also penetrates at least partially into pores of the composite molded part core. This penetration has the advantage that in addition to the adhesion to the surface of the composite molded part core, a mechanical bond in the sense of interlocking and/or anchoring of the composite molded part shell in the pores of the composite molded part core also occurs. It has surprisingly been shown that the hardness and/or breaking strength of a composite molded part core and/or a composite molded part shell is significantly increased by impregnation compared to non-impregnated composite molded parts.
Insbesondere ist bevorzugt, dass der Verbundwerkstoffformteilkern zumindest abschnittsweise imprägniert ist und/oder eine Verbundwerkstoffformteilhülle durch ein zumindest abschnittsweise in den Verbundwerkstoffformteilkern eindringendes Imprägnat gebildet ist. Das Imprägnat umfasst bevorzugt ein aushärtbares Polymer, beispielsweise ein Harz. Als besonders vorteilhaft hat sich eine Ausführungsform gezeigt, bei der das aushärtbare Polymer ein PU-Harz, Arcylharz und ganz besonders bevorzugt ein Epoxyharz ist. Epoxidharze können besonders gut in Poren des Verbundwerkstoffformteilkerns eindringen und dort aushärten. Dabei stabilisieren sie den Verbundwerkstoffformteilkern. Vorzugsweise bilden außerhalb des Verbundwerkstoffformteilkerns verbleibende Anteile des aushärtbaren Polymers teile der Verbundwerkstoffformteilhülle. Dies ist besonders vorteilhaft, da dabei durch das in Poren des Verbundwerkstoffformteilkerns eindringende aushärtbare Polymer nicht nur der Verbundwerkstoffformteilkern stabilisiert wird, sondern darüber hinaus eine mechanische Bindung im Sinn einer Verzahnung und/oder Verankerung der Verbundwerkstoffformteilhülle in den Poren des Verbundwerkstoffformteilkerns erfolgt.In particular, it is preferred that the composite molded part core is impregnated at least in sections and/or that a composite molded part shell is formed by an impregnate that penetrates at least in sections into the composite molded part core. The impregnate preferably comprises a curable polymer, for example a resin. An embodiment in which the curable polymer is a PU resin, acrylic resin and very particularly preferably an epoxy resin has proven to be particularly advantageous. Epoxy resins can penetrate particularly well into the pores of the composite molded part core and cure there. In doing so, they stabilize the composite molded part core. Preferably, portions of the curable polymer remaining outside the composite molded part core form parts of the composite molded part shell. This is particularly advantageous because the curable polymer penetrating into the pores of the composite molded part core not only stabilizes the composite molded part core, but also creates a mechanical bond in the sense of interlocking and/or anchoring the composite molded part shell in the pores of the composite molded part core.
Weiterhin ist die Erfindung gerichtet auf ein Verfahren zur Herstellung eines Verbundwerkstoffformteils,
umfassend die Schritte:
- - Bereitstellen einer Zusammensetzung umfassend ein partikuläres Material und ≤ 15 Masseprozent eines Bindemittels bezogen auf die Gesamtmasse der Zusammensetzung,
- - Herstellen eines geformten Verbundwerkstoffformteilkern durch zumindest teilweises Aushärten des Bindemittels,
- - Erzeugen einer Verbundwerkstoffformteilhülle, welche im Verbundwerkstoff zumindest eine Oberfläche des Verbundwerkstoffformteilkerns abschnittsweise überdeckt.
comprehensive the steps:
- - Providing a composition comprising a particulate material and ≤ 15% by weight of a binder based on the total mass of the composition,
- - producing a shaped composite molded part core by at least partially curing the binder,
- - Creating a composite molded part shell which partially covers at least one surface of the composite molded part core in the composite material.
Durch dieses Verfahren ist es besonders einfach möglich, ein wie oben beschriebenen Verbundwerkstoffformteil mit einem Verbundwerkstoffformteilkern und einer Verbundwerkstoffformteilhülle herzustellen.This process makes it particularly easy to produce a composite molded part as described above with a composite molded part core and a composite molded part shell.
Bevorzugt wird eine Zusammensetzung bereitgestellt, die das partikuläre Material und unter 15 Masseprozent, vorzugsweise bei ≤ 12 Masseprozent, bevorzugt ≤ 10 Masseprozent, mehr bevorzugt ≤ 8 Masseprozent, meist bevorzugt ≤ 5 Masseprozent des Bindemittels bezogen auf die Gesamtmasse der Zusammensetzung enthält. Durch die Reduzierung des Anteils des vergleichsweise teuren Bindemittels können die Kosten eines aus dieser Zusammensetzung hergestellten Verbundwerkstoffformteilkerns deutlich reduziert werden.Preferably, a composition is provided which contains the particulate material and less than 15% by mass, preferably ≤ 12% by mass, preferably ≤ 10% by mass, more preferably ≤ 8% by mass, most preferably ≤ 5% by mass of the binder based on the total mass of the composition. By reducing the proportion of the comparatively expensive binder, the costs of a composite molded part core made from this composition can be significantly reduced.
Dabei ist zu beachten, dass die Schritte des Herstellens des Verbundwerkstoffformteilkerns und des Erzeugens einer Verbundwerkstoffformteilhülle nicht in der oben angegebenen Reihenfolge erfolgen müssen. Es ist nämlich auch denkbar, dass zunächst die Verbundwerkstoffformteilhülle erzeigt wird, beispielsweise durch Einsprühen einer Verbundwerkstoffformteilhüllenrohstoffzusammensetzung in eine Negativform, in welche - gegebenenfalls nach Ausbildung (beispielsweise Aushärtung) der Verbundwerkstoffformteilhülle - die bereitgestellte Zusammensetzung zur Ausbildung des Verbundwerkstoffformteilkerns eingebracht wird.It should be noted that the steps of producing the composite molded part core and producing a composite molded part shell do not have to be carried out in the order given above. It is also conceivable that the composite molded part shell is produced first, for example by spraying a composite molded part shell raw material composition into a negative mold, into which - if necessary after formation (for example curing) of the composite molded part shell - the composition provided is introduced to form the composite molded part core.
Alternativ dazu ist in einer Verfahrensvariante bevorzugt, dass zunächst der Verbundwerkstoffformteilkern hergestellt wird und dieser in einem anschließenden Verfahrensschritt zumindest abschnittsweise mit der Verbundwerkstoffformteilhülle überdeckt wird. Diese wiederum kann mit einer oder mehreren zusätzlichen dünnen Deckschichten versehen seinAlternatively, in a process variant, it is preferred that the composite molded part core is first produced and that this is covered at least in sections with the composite molded part shell in a subsequent process step. This in turn can be provided with one or more additional thin cover layers
In allen Fällen ist es möglich und in einigen Verfahrensvarianten bevorzugt, dass der Schritt des Erzeugens der Verbundwerkstoffformteilhülle zeitlich und /oder örtlich beabstandet von dem Schritt des Herstellens des Verbundwerkstoffformteilkerns erfolgt. Denkbar ist beispielsweise, dass an einem Ort der Verbundwerkstoffformteilkern gefertigt wird und dieser später an einem anderen Ort von einem gleichen oder anderen Unternehmen in kundenspezifischer Weise durch das Aufbringen der gewünschten Verbundwerkstoffformteilhülle und/oder Deckschicht angepasst wird.In all cases, it is possible and preferred in some process variants that the step of producing the composite molded part shell takes place at a time and/or location apart from the step of producing the composite molded part core. It is conceivable, for example, that the composite molded part core is manufactured at one location and later adapted at another location by the same or another company in a customer-specific manner by applying the desired composite molded part shell and/or cover layer.
Bevorzugt erfolgt eine Auswahl einer Zusammensetzung zum Erzeugen der Verbundwerkstoffformteilhülle derart, dass einen Massenanteil aller zur Herstellung des Verbundwerkstoffformteils eingesetzten Bindemittel ≤ 25 Masseprozent, vorzugsweise bei ≤ 22 Masseprozent, bevorzugt ≤ 20 Masseprozent, mehr bevorzugt ≤ 18 Masseprozent, meist bevorzugt ≤ 15 Masseprozent beträgt. Dadurch kann ein Verbundwerkstoffformteil besonders kostengünstig hergestellt und angeboten werden.Preferably, a composition for producing the composite molded part shell is selected such that a mass fraction of all binding agents used to produce the composite molded part is ≤ 25 mass percent, preferably ≤ 22 mass percent, preferably ≤ 20 mass percent, more preferably ≤ 18 mass percent, most preferably ≤ 15 mass percent. As a result, a composite molded part can be produced and offered particularly cost-effectively.
In einer bevorzugten Verfahrensvariante ist vorgesehen, dass das zumindest teilweise Aushärten des Bindemittels unter
- - Beaufschlagung mit einer Temperatur ≥ 25°C, weiter bevorzugt ≥ 30°C, mehr bevorzugt ≥ 40°C, noch mehr bevorzugt ≥ 50°C, meist bevorzugt ≥ 60°C, und/oder
- - Beaufschlagung mit einem Reagenz, vorzugsweise Begasung, bevorzugt mit einem Amin, und/oder
- - Beaufschlagung mit elektromagnetischer Strahlung, bevorzugt UV-Beaufschlagung, Lichtbeaufschlagung und/oder IR-Beaufschlagung und/oder
- - durch Zusatz eines Katalysators
- - exposure to a temperature ≥ 25°C, more preferably ≥ 30°C, more preferably ≥ 40°C, even more preferably ≥ 50°C, most preferably ≥ 60°C, and/or
- - Exposure to a reagent, preferably gassing, preferably with an amine, and/or
- - Exposure to electromagnetic radiation, preferably UV exposure, light exposure and/or IR exposure and/or
- - by adding a catalyst
Weiterhin ist eine Verfahrensvariante bevorzugt, bei der eine Oberfläche des Verbundwerkstoffformteilkerns und/oder der Verbundwerkstoffformteilhülle bearbeitet wird. Vorzugsweise wird diese mechanisch bearbeitet. Das Bearbeiten umfasst bevorzugt mindestens einen Schritt, welcher ausgewählt ist aus einer Gruppe, die glätten, schleifen, bürsten, entstauben, fräsen, bohren, polieren und entgraten umfasst. Durch einen oder mehrere dieser Schritte ist es einfach möglich, den Verbundwerkstoffformteilkern oder das gesamte, den Verbundwerkstoffformteilkern umfassende Verbundwerkstoffformteil auf bestimmte Kundenwünsche und/oder Anforderungen anzupassen.Furthermore, a method variant is preferred in which a surface of the composite molded part core and/or the composite molded part shell is processed. This is preferably processed mechanically. The processing preferably comprises at least one step which is selected from a group comprising smoothing, grinding, brushing, dust removal, milling, drilling, polishing and deburring. By means of one or more of these steps, it is easily possible to adapt the composite molded part core or the entire composite molded part comprising the composite molded part core to specific customer wishes and/or requirements.
In einer bevorzugten Verfahrensvariante wird der Verbundwerkstoffformteilkern und/oder die Verbundwerkstoffformteilhülle imprägniert. Bevorzugt handelt es sich bei dem Imprägnat um ein Polymer, beispielsweise ein Harz, bevorzugt Acrylate, Urethane oder Epoxide meist bevorzugt ein Epoxyharz. Es hat sich überraschend gezeigt, dass durch eine derartige Imprägnierung die Härte und Bruchfestigkeit eines Verbundwerkstoffformteils, beziehungsweise des Verbundwerkstoffformteilkerns und/oder der Verbundwerkstoffformteilhülle deutlich steigern lässt. Der Imprägniervorgang kann durch externe Einflüsse unterstützt werden, beispielsweise durch Ultraschallbeaufschlagung oder Rütteln.In a preferred process variant, the composite molded part core and/or the composite molded part shell is impregnated. The impregnate is preferably a polymer, for example a resin, preferably acrylates, urethanes or epoxies, most preferably an epoxy resin. Surprisingly, it has been shown that such an impregnation can significantly increase the hardness and breaking strength of a composite molded part, or of the composite molded part core and/or the composite molded part shell. The impregnation process can be supported by external influences, for example by ultrasonic exposure or shaking.
Neben diesen und anderen technischen Vorteilen führt das neuartige Verfahren zusätzlich zu deutlichen ökonomischen und ökologischen Vorteilen, was schließlich auch enorm vorteilhaft für die ökonomische und ökologische Bewertung der dadurch erzeugten Verbundwerkstoffformteile und/oder die ein solches Verbundwerkstoffformteil enthaltenden Endprodukte, wie beispielsweise Spülbecken, Waschbecken, Duschtassen, Badewannen und Arbeitsplatten, ist.In addition to these and other technical advantages, the novel process also leads to significant economic and ecological advantages, which is ultimately also enormously beneficial for the economic and ecological evaluation of the composite molded parts produced thereby and/or the end products containing such a composite molded part, such as sinks, washbasins, shower trays, bathtubs and worktops.
Weiterhin wird die der Erfindung zugrundeliegende Aufgabe durch ein Verfahren zum Recycling eines Verbundwerkstoffformteilkerns und/oder ein nach dem zuvor beschriebenen Verfahren hergestelltes Verbundwerkstoffformteil gelöst. Dieses Verfahren zeichnet sich dadurch aus, dass eine Bindefähigkeit des zumindest teilweise ausgehärteten Bindemittels derart verringert wird, dass die Bindung zwischen zwei benachbarten Partikeln des partikulären Materials aufgehoben wird. Wird diese Bindung zwischen mehreren, vorzugsweise (nahezu) allen Partikeln des partikulären Materials aufgehoben, zerfällt der Verbundwerkstoffformteilkern und/oder das Verbundwerkstoffformteil. Die einzelnen Bestandteile können voneinander getrennt werden und separat einem weiteren Recycling zugeführt werden. Insbesondere ist es dadurch möglich, das partikuläre Material zurückzugewinnen und beispielsweise erneut als partikuläres Material in einem Verbundwerkstoffformteilkern einzusetzen.Furthermore, the object underlying the invention is achieved by a method for recycling a composite molded part core and/or a composite molded part produced according to the method described above. This method is characterized in that a binding ability of the at least partially cured binder is reduced in such a way that the bond between two adjacent particles of the particulate material is eliminated. If this bond between several, preferably (almost) all particles of the particulate material is eliminated, the composite material disintegrates. molded part core and/or the composite molded part. The individual components can be separated from one another and sent for further recycling separately. In particular, this makes it possible to recover the particulate material and, for example, use it again as particulate material in a composite molded part core.
Als besonders bevorzugt hat sich eine Verfahrensvariante erwiesen, bei der die Bindefähigkeit des zumindest teilweise ausgehärteten Bindemittels durch Druck- und/oder Scherkrafteinwirkung reduziert wird. Der Druck- und/oder Scherkrafteintrag kann beispielsweise mittels eines Mischers oder Rührers erfolgen.A process variant has proven to be particularly preferred in which the binding ability of the at least partially cured binder is reduced by the application of pressure and/or shear force. The pressure and/or shear force can be introduced, for example, by means of a mixer or stirrer.
Alternativ oder ergänzend dazu ist eine Reduzierung der Bindefähigkeit des zumindest teilweise ausgehärteten Bindemittels durch Temperaturbeaufschlagung denkbar und in einigen Varianten bevorzugt. Bei der Temperaturbeaufschlagung kann das zumindest teilweise ausgehärtete Bindemittel denaturieren und/oder sich zersetzen, wodurch sich dessen Fähigkeit zur Bindung der Partikel des partikulären Materials reduziert.Alternatively or in addition to this, a reduction in the binding capacity of the at least partially cured binding agent by exposure to temperature is conceivable and preferred in some variants. When exposed to temperature, the at least partially cured binding agent can denature and/or decompose, thereby reducing its ability to bind the particles of the particulate material.
Außerdem ist die Erfindung gerichtet auf ein Verbundwerkstoffformteil, welches einen wie oben beschriebenen Verbundwerkstoffformteilkern umfasst. Ein solches Verbundwerkstoffformteil hat sich als besonders vorteilhaft erwiesen, sofern es zur Anwendung im Küchen- und/oder Sanitärbereich vorgesehen und geeignet ist. Insbesondere ist bevorzugt, dass das Verbundwerkstoffformteil ausgewählt ist aus einer Gruppe, die Waschbecken, Spülbecken, Duschtassen, Bade-wannen, Bidets, Toiletten, Arbeitsplatten, Möbel oder Möbelteile, Fußbodenbeläge, Wandbeläge und Fliesen umfasst.The invention is also directed to a composite molded part which comprises a composite molded part core as described above. Such a composite molded part has proven to be particularly advantageous if it is intended and suitable for use in the kitchen and/or sanitary area. In particular, it is preferred that the composite molded part is selected from a group which includes wash basins, sinks, shower trays, bathtubs, bidets, toilets, worktops, furniture or furniture parts, floor coverings, wall coverings and tiles.
In einer bevorzugten Ausführungsform weist ein solches Verbundwerkstoffformteil einen Massenanteil aller zu dessen Herstellung eingesetzten Bindemittel von ≤ 25 Masseprozent, vorzugsweise bei ≤ 22 Masseprozent, bevorzugt ≤ 20 Masseprozent, mehr bevorzugt ≤ 18 Masseprozent, meist bevorzugt ≤ 15 Masseprozent auf. Durch einen solch geringen Anteil des vergleichsweise teuren Bindemittels ist es möglich, ein solches Verbundwerkstoffformteil besonders kostengünstig herstellen und anbieten zu können.In a preferred embodiment, such a composite molded part has a mass fraction of all binding agents used to produce it of ≤ 25 mass percent, preferably ≤ 22 mass percent, preferably ≤ 20 mass percent, more preferably ≤ 18 mass percent, most preferably ≤ 15 mass percent. Such a small proportion of the comparatively expensive binding agent makes it possible to produce and offer such a composite molded part particularly cost-effectively.
Es hat sich gezeigt, dass insbesondere durch eine Anpassung der Eigenschaften einer Verbundwerkstoffformteilhülle die Eigenschaften des Verbundwerkstoffformteils so angepasst werden können, dass sie die für die jeweilige Anwendung relevanten Eigenschaften der aus dem Stand der Technik bekannten Produkte ebenfalls erreicht oder sogar übertrifft.It has been shown that, in particular by adapting the properties of a composite molded part shell, the properties of the composite molded part can be adapted in such a way that it also achieves or even exceeds the properties of the products known from the state of the art that are relevant for the respective application.
Ein wie oben beschriebenes Verbundwerkstoffformteil ist vorzugsweise nach dem zuvor beschriebenen Verfahren herstellbar. Dementsprechend sollen alle sich aus dem Verfahren mittel oder unmittelbar ergebenden Eigenschaften als für das Verbundwerkstoffformteil als offenbart gelten. Das Verfahren ist insbesondere dazu geeignet und/oder bestimmt, ein wie oben beschriebenes Verbundwerkstoffformteil herzustellen.A composite molded part as described above can preferably be produced using the method described above. Accordingly, all properties resulting directly or indirectly from the method should be considered as disclosed for the composite molded part. The method is particularly suitable and/or intended for producing a composite molded part as described above.
Umgekehrt sollen alle beschriebenen Eigenschaften des Verbundwerkstoffformteil und/oder des Verbundwerkstoffformteilkern einzeln oder in Kombination mehrerer auch dazu dienen, das oben beschriebene Verfahren in seiner Gesamtheit oder einzelne der eingesetzten Rohstoffe oder Zusammensetzungen und/oder der dabei erhaltenen (Zwischen-) Produkte zu charakterisieren.Conversely, all described properties of the composite molded part and/or the composite molded part core, individually or in combination, should also serve to characterize the process described above in its entirety or individual raw materials or compositions used and/or the (intermediate) products obtained thereby.
Weitere Vorteile, Ziele und Eigenschaften der vorliegenden Erfindung werden anhand der nachfolgenden Beispiele ausgewählter Ausführungsformen und Varianten erläutert.Further advantages, objects and characteristics of the present invention are explained using the following examples of selected embodiments and variants.
Beispiele und VersuchsergebnisseExamples and test results
In einer ersten Versuchsreihe wurde der Einfluss der Partikelgröße des partikulären Materials und Bindemittelmenge auf Festigkeit und Verarbeitbarkeit untersucht. Dazu wurden verschiedene Prüfkörper hergestellt und diese miteinander verglichen.In a first series of tests, the influence of the particle size of the particulate material and the amount of binding agent on strength and processability was investigated. For this purpose, various test specimens were produced and compared with each other.
Als partikuläres Material wurden Sande verschiedener mittlerer Partikelgrößen eingesetzt. Die physikalischen Kenndaten dieser Sande sind in Tabelle 2 dargestellt. In Anlehnung an die mittlere Partikelgröße dieser drei Sande sind diese als Nr. 15 (mittlere Partikelgröße ≈ 0,15 mm (Siebanalyse)), Nr. 19 (mittlere Partikelgröße ≈ 0,19 mm (Siebanalyse)) und Nr. 25 (mittlere Partikelgröße ≈ 0,25 mm (Siebanalyse)) bezeichnet. Tabelle 2: Physikalische Kenndaten verschiedener Sande
Als Bindemittel wurde eine als Cold-Box-Bindemittelsystem bekannte Zusammensetzung verwendet. Diese umfasst für die beschriebene Versuchsreihe „Askocure 388“ (Part 1) und „Askocure 688“ (Part 2) im Mischungsverhältnis 1:1 sowie einen Katalysator „ASK 704“ (Amin).A composition known as a cold box binder system was used as the binder. For the test series described, this includes “Askocure 388” (Part 1) and “Askocure 688” (Part 2) in a 1:1 mixing ratio as well as a catalyst “ASK 704” (amine).
Zum Herstellen der Zusammensetzungen wurde den drei verschiedenen Sanden das Bindemittelsystem jeweils in drei verschiedenen Mengen zugesetzt: Dem Sand Nr. 15 in Mengenanteilen von 3 Ma-%, 4 Ma-% und 5 Ma-%; dem Sand Nr. 19 in 2 Ma-%, 3 Ma-% und 4 Ma%; sowie dem Sand Nr. 25 in 1 Ma-%, 2 Ma-% und 3 Ma-%. Wie aus Tabelle 3 hervorgeht, beziehen sich diese Angaben jeweils auf die Gesamtmasse des Mixes der Komponenten Part 1 und Part 2 (siehe Tabelle 3).To produce the compositions, the binding agent system was added to the three different sands in three different quantities: Sand No. 15 in quantities of 3 wt.%, 4 wt.% and 5 wt.%; Sand No. 19 in quantities of 2 wt.%, 3 wt.% and 4 wt.%; and Sand No. 25 in quantities of 1 wt.%, 2 wt.% and 3 wt.%. As can be seen from Table 3, these figures refer to the total mass of the mix of the components Part 1 and Part 2 (see Table 3).
Herstellung der Zusammensetzungen erfolgte auf Basis von 30 kg des jeweiligen Sandes. Der jeweilige Sand wurde in einem Zwangsmischer 5 min mit dem Bindemittel in der in Tabelle 3 angegebenen Menge gemischt. Von jeder Zusammensetzung wurden mit einer Labor-Kernschießmaschine (Halbautomatischer Rammapparat, PN/DIN der Firma Morek Multiserw) Verbundwerkstoffformteilkerne, in diesem Beispiel Biegeriegel im Format 22 x 22 x 160 mm, gefertigt. Die Festigkeiten der gefertigten Biegeriegel wurden jeweils nach den in Tabelle 3 angegebenen Zeiten mittels einem Festigkeitsprüfgerät (Universalfestigkeitsprüfapparat 0 - 6000 N/cm2, Firma Morek Multiserw) gemessen. Die Ergebnisse sind in Tabelle 3 gelistet. Tabelle 3. Prüfung der Festigkeiten*** verschiedener Biegeriegel
Wie Tabelle 3 zu entnehmen ist, steigen die gemessenen Festigkeiten nahezu jedes Prüfkörpers mit zunehmender Reifezeit, also der Zeit, die bis zur Messung der Festigkeit vergangen ist.As can be seen from Table 3, the measured strengths of almost every test specimen increase with increasing maturation time, i.e. the time that has passed until the strength is measured.
An den Prüfkörpern Nr. 1 - 3, die jeweils den selben Sand (Nr. 15) enthalten, nehmen die gemessene Festigkeiten mit zunehmendem Bindemittelanteil deutlich zu.For test specimens No. 1 - 3, each containing the same sand (No. 15), the measured strengths increase significantly with increasing binder content.
Bei den Prüfkörpern Nr. 4 - 6 (mit dem Sand Nr. 19) zeigen auch diejenigen Prüfkörper mit den jeweils höchsten Bindemittelanteil jeweils die höchsten Festigkeiten.For test specimens No. 4 - 6 (with sand No. 19), those test specimens with the highest binder content also show the highest strengths.
Auch bei den Prüfkörpern Nr. 7 - 9, welche jeweils den Sand Nr. 25 enthalten, nimmt die gemessene Festigkeiten mit zunehmendem Bindemittelanteil deutlich zu.Also for test specimens No. 7 - 9, which each contain sand No. 25, the measured strength increases significantly with increasing binder content.
Bei den Prüfkörpern Nr. 10 und Nr. 11, die die (bimodale) Mischung der Sande Nr. 15 und Nr. 25 enthalten, konnte eine nochmals gesteigerte Festigkeit gemessen werden. So ist beispielsweise die gemessene Festigkeit des Prüfkörpers 10 bei jeder der gemessenen Zeiten nach Entnahme aus Kernschießmaschine trotz gegenüber Prüfkörper 1 verringertem Bindemittelanteil größer als bei Prüfkörper Nr. 1. Auch gegenüber dem Prüfkörper Nr. 8, welcher einen identischen Bindemittelanteil aufweist, jedoch nur einen einzigen Sand, nämlich Sand Nr. 25 umfasst, konnte bei jeder Prüfung eine höhere Festigkeit gemessen werden als für den Prüfkörper Nr. 8 zu der selben Zeit nach Entnahme aus Kernschießmaschine.For test specimens No. 10 and No. 11, which contain the (bimodal) mixture of sands No. 15 and No. 25, a further increase in strength was measured. For example, the strength measured for test specimen 10 is greater than for test specimen No. 1 at each of the measured times after removal from the core shooter, despite the reduced binder content compared to test specimen 1. Even compared to test specimen No. 8, which has an identical binder content but only contains a single sand, namely sand No. 25, a higher strength was measured in each test than for test specimen No. 8 at the same time after removal from the core shooter.
Bei gleichem Bindemittelanteil von 3 Ma-% sind deutliche Festigkeitsunterschiede zwischen den Prüfkörpern 1, 5 und 9 messbar, welche ausschließlich einen der drei verschiedenen Sande enthalten. Es kann aus diesen Messungen abgeleitet werden, dass die mittlere Partikelgröße des partikulären Materials einen merklichen Einfluss auf die Festigkeit der daraus hergestellten Prüfkörper hat. Bemerkenswert ist dabei, dass die Prüfkörper, die mit dem Sand Nr. 19 hergestellt wurden, welcher die eine mittlere Partikelgröße zwischen den beiden anderen Sanden Nr. 15 und Nr. 25 aufweist, im Vergleich die geringsten Festigkeiten aufweist.With the same binder content of 3% by mass, clear differences in strength can be measured between test specimens 1, 5 and 9, which contain only one of the three different sands. It can be deduced from these measurements that the average particle size of the particulate material has a noticeable influence on the strength of the test specimens made from it. It is noteworthy that the test specimens made with sand No. 19, which has an average particle size between the other two sands No. 15 and No. 25, have the lowest strengths in comparison.
Aus diesen Ergebnissen kann abgeleitet werden, dass sich über die mittlere Partikelgröße, die Kornverteilung und den Bindemittelanteil der Herstellprozess und die Eigenschaften von Verbundwerkstoffformteilkernen gezielt steuern lassen. Es ist zu erwarten, dass sich dadurch auch Unterschiede in den Nachbearbeitungseigenschaften und/oder den Eigenschaften eines daraus hergestellten Verbundwerkstoffformteils ergeben, wie beispielsweise Porosität, Saugfähigkeit und Glätte.From these results it can be deduced that the manufacturing process and the properties of composite molded part cores can be specifically controlled via the average particle size, the grain distribution and the binder content. It is to be expected that this will also result in differences in the post-processing properties and/or the properties of a composite molded part produced from it, such as porosity, absorbency and smoothness.
In einer weiteren Versuchsreihe wurde der Einfluss der mittleren Partikelgröße und des Bindemittelanteils auf die Festigkeit und Verarbeitbarkeit von Prüfkörpern bestimmt. Dazu wurden ebenfalls die drei oben beschriebenen Sande Nr. 15, Nr. 19 und Nr. 25 eingesetzt. Als Bindemittel wurde jedoch ein anorganisches Bindemittel, nämlich ASK, Inotec EP 4158 (Flüssigkeit, Wasserglaszubereitung), eingesetzt und als Promotor (Härter) ASK, Inotec TC 4500 (Pulver). Die Prüfkörper wurden im Hotbox-Verfahren hergestellt, wobei als Kernschießmaschine eine Loramendi, MDR-0.5, 2014 eingesetzt wurde. Die Zusammensetzungen wurden auf Basis von 1 kg des jeweiligen Sandes händisch mit einem Kenwoodmischer hergestellt. Dazu wurde der Sand vorgelegt und der Promotor untergemischt. Anschließend wurde das Bindemittel zugemischt.In another series of tests, the influence of the average particle size and the binder content on the strength and processability of test specimens was determined. The three sands No. 15, No. 19 and No. 25 described above were also used for this purpose. However, an inorganic binder, namely ASK, Inotec EP 4158 (liquid, water glass preparation), was used as the binder and ASK, Inotec TC 4500 (powder) was used as the promoter (hardener). The test specimens were produced using the hotbox process, with a Loramendi, MDR-0.5, 2014, being used as the core shooter. The compositions were prepared manually using a Kenwood mixer based on 1 kg of the respective sand. The sand was added and the promoter was mixed in. The binder was then added.
Die Formtemperatur betrug 150 °C und der Schießdruck 5 bar. Die Begasung erfolgte mit Heißgas einer Temperatur von 200°C bei einem Heißgasdruck von 3 bar über eine Heißgas-Spüldauer von 15 s.The mold temperature was 150 °C and the shooting pressure was 5 bar. The gassing was carried out with hot gas at a temperature of 200 °C at a hot gas pressure of 3 bar over a hot gas purging time of 15 s.
Wie in Tabelle 4 dargestellt ist, wurden 8 verschiedene Proben A - H hergestellt. Die Proben A - C basieren auf dem Sand Nr. 19, die Proben D und E auf Sand Nr. 25 und die Proben F und G auf Sand Nr. 15. Zusätzlich wurde für Probe H eine bimodale Mischung der Sande Nr. 15 und Nr. 25 im Masseverhältnis 1:1 genutzt.As shown in Table 4, 8 different samples A - H were prepared. Samples A - C are based on sand No. 19, samples D and E on sand No. 25 and samples F and G on sand No. 15. In addition, for sample H, a bimodal mixture of sands No. 15 and No. 25 in a mass ratio of 1:1 was used.
Von allen drei einzelnen Sanden wurden jeweils Zusammensetzungen mit einem geringen Wasserglasgehalt von 3 Masseprozent und geringem Additivgehalt von 2,4 Masseprozent sowie einem hohen Wasserglasgehalt von 5 Masseprozent und hohen Additivgehalt von 4 Masseprozent hergestellt. Basierend auf dem Sand Nr. 19 wurde außerdem eine Zusammensetzung mit mittlerem Wasserglasgehalt von 4 Masseprozent und mittleren Additivgehalt von 3,2 Masseprozent vorbereitet. Für die Probe H basierend auf der bimodalen Mischung der Sande Nr. 15 und Nr. 25 wurde zur Herstellung der Zusammensetzung ausschließlich der geringe Wasserglasgehalt von 3 Masseprozent und geringe Additivgehalt von 2,4 Masseprozent genutzt. Die Zusammensetzungen der Proben A - H ist Tabelle 3 zu entnehmen. Tabelle 3: Zusammensetzungen der Proben A - H
An den daraus erhaltenen Prüfkörpern wurden Festigkeitsmessungen durchgeführt. Die Bestimmung erfolgte mittels Dreipunktbiegung an einer ZwickRoell Zug-Druck-Prüfmaschine bei einem Auflagerabstand von 150 mm. Zunächst erfolgte ein Antasten bis 20 N und anschließend eine Verfahrgeschwindigkeit des Beaufschlagungskörpers bis zum Bruch bei 1 mm/min. Die jeweils in Dreifachbestimmung ermittelte Maximalkraft ist in Tabelle 5 dargestellt. Tabelle 5: Ergebnisse Maximalkraft
Wie Tabelle 5 zu entnehmen ist, nehmen bei allen Partikelgrößen der eingesetzten Sande die bis zum Bruch auf den Prüfkörper aufbringbare Maximalkraft mit steigendem Massenanteil des eingesetzten Bindemittels (Wasserglas) zu. Die (bimodale) Mischung der Sande Nr. 15 und Nr. 25 weist eine höhere Maximalkraft auf als jede der vermessenen Prüfkörper basierend auf einem einzigen Sand bei gleicher Bindemittelmenge (3Ma-% Wasserglas).As can be seen from Table 5, for all particle sizes of the sands used, the maximum force that can be applied to the test specimen until it breaks increases with increasing mass fraction of the binder used (water glass). The (bimodal) mixture of sands No. 15 and No. 25 has a higher maximum force than any of the measured test specimens based on a single sand with the same amount of binder (3 mass % water glass).
Weiterhin ist der Tabelle zu entnehmen, dass sich bei gleichem Bindemittelanteil die gemessenen Festigkeiten der auf Sanden verschiedener mittlerer Partikelgröße basierenden Prüfkörper merklich unterscheiden. Es kann daher geschlossen werden, dass die mittlere Partikelgröße einen nachweisbaren Einfluss auf die Festigkeit, bzw. die Maximalkraft, hat. Für die lediglich drei vermessenen mittleren Partikelgrößen ist tendenziell zu erkennen, dass eine geringere mittlere Partikelgröße zu einer gesteigerter Festigkeit des Prüfkörpers führt.The table also shows that, with the same binder content, the measured strengths of the test specimens based on sands of different average particle sizes differ noticeably. It can therefore be concluded that the average particle size has a demonstrable influence on the strength, or the maximum force. For the only three average particle sizes measured, there is a tendency that a smaller average particle size leads to an increased strength of the test specimen.
Weiterhin wurden an den oben beschriebenen Prüfkörpern A - H Messungen zur Gasdurchlässigkeit durchgeführt. Bei der dazu verwendeten Prüfanordnung handelt es sich um eine Eigenanfertigung der TU München. Sie ist in
Die Gasdurchlässigkeit erfolgte als Messung des Volumenstroms durch die Probe mit einer Druckrampe im Prüfraum von 0 bis 440 mbar bei 440 mbar/min. Die Ergebnisse sind in Tabelle 6 dargestellt. Tabelle 6: Ergebnisse der Gasdurchlässigkeitsprüfung, Angaben der Gasdurchlässigkeit als durch die Probe strömender Volumenstrom in m/s
Wie Tabelle 6 zu entnehmen ist, kann festgestellt werden, dass die Gasdurchlässigkeit bei gröberen Körnungen des partikulären Materials zumindest tendenziell höher ist. der Einfluss des Bindemittelanteils auf die Gasdurchlässigkeit ist jedoch gering oder nahezu nicht vorhanden. Die bimodale Mischung (H) hat eine geringere Gasdurchlässigkeit als die auf dem Sand Nr. 15 basierenden Prüfkörper (Proben F und G). Gegenüber Prüfkörpern, die auf dem Sand Nr. 25 basieren (Proben D und E), ist die Gasdurchlässigkeit sogar deutlich geringer.As can be seen from Table 6, it can be seen that the gas permeability tends to be higher with coarser grain sizes of the particulate material. However, the influence of the binder content on the gas permeability is small or almost non-existent. The bimodal mixture (H) has a lower gas permeability than the test specimens based on sand No. 15 (samples F and G). Compared to test specimens based on sand No. 25 (samples D and E), the gas permeability is even significantly lower.
Anhand einer Auswahl von Prüfkörpern wurde der Einfluss einer Imprägnierung auf die Bruchfestigkeit dieser Prüfkörper überprüft. Die Herstellung von Prüfkörpern zur Untersuchung dieser Art der Nachbehandlung erfolgte auf Basis eines als H33 bezeichneten Sandes mit der in Tabelle 7 angegebenen Kornklassenverteilung (Bestimmt durch Siebanalyse). Tabelle 7: Kornklassenverteilung Sand „H33“
Zur Herstellung der Prüfkörper wurden zwei verschiedene Bindemittelsysteme verwendet.Two different binder systems were used to produce the test specimens.
Für Prüfkörper des ersten Typs, hier als „BAF“ bezeichnet" wurde als Bindemittel ein zweikomponentiges Bindemittel von Hüttenes Albertus verwendet, nämlich Biocure 7241 „P1“ und Biocure 6324 „P2“. Für einen Ansatz von 3 kg wurden jeweils 24 g jeder dieser Komponenten P1 und P2 eingesetzt, was 0,8 Ma-% entspricht. Dazu wurde zunächst die Komponente P1 dem Sand zugegeben und in einem Labor-Beton-Zwangsmischer mit einem Volumen von 5 Litern für 2 Minuten gemischt. Anschließend erfolgte die Zugabe von P2 und eine erneute Mischung für 2 Minuten. Die Topfzeit der so erhaltenen Sand- / Bindemittelmischung betrug mindestens 20 Minuten.For test specimens of the first type, referred to here as "BAF", a two-component binder from Hüttenes Albertus was used as a binder, namely Biocure 7241 "P1" and Biocure 6324 "P2". For a batch of 3 kg, 24 g of each of these components P1 and P2 were used, which corresponds to 0.8 wt%. To do this, component P1 was first added to the sand and mixed in a laboratory concrete mixer with a volume of 5 liters for 2 minutes. P2 was then added and mixed again for 2 minutes. The pot life of the sand / binder mixture obtained in this way was at least 20 minutes.
Die Weiterverarbeitung zu Prüfkörpern erfolgte mit einer Labor-Schießmaschine, Morek Multiserw, PL bei einer Schusszeit von 3 s, einer Verzögerung von 3 s und anschließender Aminbeaufschlagung. Die Aminmenge betrug 0,5 ml. Nach der Aminbeaufschlagung wurde für 30 s gespült (Blasezeit nach Amin 30 s).Further processing into test specimens was carried out using a laboratory shooting machine, Morek Multiserw, PL, with a shooting time of 3 s, a delay of 3 s and subsequent amine application. The amount of amine was 0.5 ml. After the amine application, the specimen was rinsed for 30 s (bubble time after amine 30 s).
Für Prüfkörper des zweiten Typs, hier als „ASK“ bezeichnet, wurde der gleiche Sand H33 verwendet, jedoch ein zweikomponentiges Bindemittel von ASK, nämlich Askocure 688 „P1“ und Askocure 388 „P2“ verwendet. Analog zu den Prüfkörpern des ersten Typs wurden jeweils 0,8 Ma-% der Bindemittelkomponenten dem Sand zugegeben. Dies erfolgte ebenfalls zweistufig, nämlich derart, dass zunächst die Komponente P1 mit dem Sand in einem Labor-Beton-Zwangsmsicher mit 5 Liter Volumen für 2 Minuten gemischt wurde. Anschließend erfolgte die Zugabe von P2 und erneutes Mischen für 2 Minuten. Das Formen der Prüfkörper erfolgte mittels einer halbautomatischen Labor-Schießmaschine.For test specimens of the second type, referred to here as "ASK", the same sand H33 was used, but a two-component binder from ASK, namely Askocure 688 "P1" and Askocure 388 "P2", was used. Analogous to the test specimens of the first type, 0.8 wt.% of the binder components were added to the sand. This was also done in two stages, namely in such a way that first the component P1 was mixed with the sand in a laboratory concrete mixer with a volume of 5 liters for 2 minutes. Then P2 was added and mixed again for 2 minutes. The test specimens were formed using a semi-automatic laboratory shooting machine.
Mit den so erhaltenen Prüfkörpern beider Typen wurden anschließend Bruchtests und Imprägnierversuche durchgeführt. Die (Bruch-) Festigkeiten der (imprägnierten) Prüfkörper wurden an einer ZwickRoell Zug-Druck-Prüfmaschine als Dreipunktbiegung durchgeführt. Der Auflagerabstand betrug 150 mm. Es erfolgte ein Antasten bis 20 N und anschließend eine Bewegung des Beaufschlagungskörpers bis zum Bruch bei einer Verfahrgeschwindigkeit von 1 mm/min.Fracture tests and impregnation tests were then carried out on the test specimens of both types obtained in this way. The (fracture) strength of the (impregnated) test specimens was determined on a ZwickRoell tensile-compression testing machine as a three-point bend. The support distance was 150 mm. A test was carried out up to 20 N and then the loading body was moved until it broke at a travel speed of 1 mm/min.
Sowohl einige der so erhaltenen Prüfkörper des Typs „ASK“ als auch des Typs „BAF“ wurden mit einem 2-Komponenten-Epoxyharz (EP-Harz) imprägniert. Die EP-Harz-Komponenten waren CeTePox 255-3R (Harz, Resin) und CeTePox 1502H (Härter, Hardener). Diese wurden im Massenverhältnis 100:55 verwendet.Some of the test specimens of type “ASK” and type “BAF” obtained in this way were impregnated with a 2-component epoxy resin (EP resin). The EP resin components were CeTePox 255-3R (resin) and CeTePox 1502H (hardener). These were used in a mass ratio of 100:55.
Zum Imprägnieren wurde die so erhaltene EP-Harzmischung bei Raumtemperatur vorgelegt und die Prüfkörper damit imprägniert indem diese für eine Dauer von 9 Minuten vollständig getaucht wurden. Für die Imprägnierung einiger Prüfkörper wurde die Imprägnierung zusätzlich durch a) Ultaschallbeaufschlagung b) Behandlung auf einem Rütteltisch unterstützt. Nach der Beendigung des Tauchvorgangs wurden die imprägnierten Prüfkörper 12 h bei 65 °C gehärtet.For impregnation, the EP resin mixture obtained in this way was placed at room temperature and the test specimens were impregnated with it by completely immersing them for a period of 9 minutes. For the impregnation of some test specimens, the impregnation was additionally supported by a) exposure to ultrasound b) treatment on a vibrating table. After the immersion process was completed, the impregnated test specimens were cured for 12 hours at 65 °C.
Anschließend erfolgte die Messung der (Bruch-) Festigkeiten der (imprägnierten) Prüfkörper an der ZwickRoell Zug-Druck-Prüfmaschine als Dreipunktbiegung wie oben beschrieben. Die gemessenen Festigkeiten der verschiedenen Prüfkörper sind in Tabelle 8 angegeben. Tabelle 8: (Bruch-) Festigkeiten der (imprägnierten) Prüfkörper
Wie Tabelle 8 zu entnehmen ist, nimmt die Festigkeit durch das Imprägnieren deutlich zu. Die gemessene Festigkeit nach Imprägnierung ist bei den Prüfkörpern des Typs „BAF“ etwas höher als bei denen des Typs „ASK“. Die mechanische Unterstützung beim Imprägnieren durch Ultraschallbeaufschlagung oder Rütteltischbehandlung hat keinen großen positiven Einfluss.As can be seen from Table 8, the strength increases significantly through impregnation. The strength measured after impregnation is slightly higher for the “BAF” type test specimens than for the “ASK” type. Mechanical support during impregnation through ultrasound exposure or vibrating table treatment does not have a major positive influence.
Zum Vergleich wurden Prüfkörper mit den Abmessungen 22 x 22 x 160 mm aus PMMA- und aus Polyester-gebundenen Verbundwerkstoffküchenspülen geschnitten. Außerdem wurden Verbundwerkstoffprüfstäbe mit den Abmessungen 22 x 22 x 160 mm aus Polyester mit Quarz als Füllstoff mit verschiedenen Quarzgehalten gegossen. Die Prüfkörper wurden wie oben beschrieben auf ihre Festigkeit geprüft. Die gemessenen Festigkeiten der verschiedenen Prüfkörper sind in Tabelle 9 dargestellt. Tabelle 9: Festigkeiten der Prüfkörper (Vergleich)
Ein Vergleich der Festigkeiten der in Tabelle 9 gelisteten Prüfkörper mit denjenigen aus Tabelle 8 zeigt, dass die gemessenen Festigkeiten der Prüfkörper ohne zusätzliche Imprägnierung geringer sind als diejenigen der in Tabelle 9 gelisteten Vergleichsprüfkörper. Werden die Prüfkörper jedoch imprägniert, steigt deren Festigkeit in allen Fällen deutlich und übersteigt die gemessenen Festigkeiten aller Vergleichsprüfkörper deutlich.A comparison of the strengths of the test specimens listed in Table 9 with those in Table 8 shows that the measured strengths of the test specimens without additional impregnation are lower than those of the comparison test specimens listed in Table 9. However, if the test specimens are impregnated, their strength increases significantly in all cases and significantly exceeds the measured strengths of all comparison test specimens.
Um die Wirkung der Imprägnierung genauer zu untersuchen, wurden die oben beschriebenen Prüfkörper des „BAF“-Typs und des „ASK“-Typs jeweils für verschiedene Zeitintervalle imprägniert. Die EP-Harz-Komponenten waren identisch zu den oben beschriebenen Imprägnat, nämlich CeTePox 255-3R (Harz, Resin) und CeTePox 1502H (Härter, Hardener) im Massenverhältnis 100:55. Diese EP-Harzmischung wurde mit Raumtemperatur vorgelegt und die Prüfkörper in die Harzmischung vollständig getaucht. Es erfolgte in keinem Fall eine mechanische Unterstützung durch Ultraschallbeaufschlagung oder Rütteltischbehandlung.In order to investigate the effect of the impregnation in more detail, the test specimens of the "BAF" type and the "ASK" type described above were each impregnated for different time intervals. The EP resin components were identical to the impregnates described above, namely CeTePox 255-3R (resin) and CeTePox 1502H (hardener) in a mass ratio of 100:55. This EP resin mixture was introduced at room temperature and the test specimens were completely immersed in the resin mixture. In no case was mechanical support provided by ultrasonic exposure or vibrating table treatment.
Die Dauer des Imprägniervorgangs wurde deutlich reduziert und betrug in dieser Versuchsreihe 1 s, 5 s oder 15 s. durch die verkürzte Imprägnierdauer konnte weniger Imprägnat in die Poren der Prüfkörper eindringen. Der sich aus der Summe von Bindemittel und Imprägnat ergebende Füllgrad ist in daher deutlich niedriger als der in Tabelle 8 für imprägnierte Prüfkörper angegebene Füllgrad, steigt jedoch mit längerer Imprägnierdauer. Nach der Entnahme der Prüfkörper aus der Imprägniermasse wurden die imprägnierten Muster analog zu obiger Versuchsreihe 12 h bei 65 °C gehärtet.The duration of the impregnation process was significantly reduced and was 1 s, 5 s or 15 s in this series of tests. Due to the shortened impregnation time, less impregnate was able to penetrate into the pores of the test specimens. The filling level resulting from the sum of binder and impregnate is therefore significantly lower than the filling level given in Table 8 for impregnated test specimens, but increases with longer impregnation time. After the test specimens were removed from the impregnating mass, the impregnated samples were cured for 12 hours at 65 °C, analogous to the above series of tests.
Anders als die Prüfkörper des „BAF“-Typs wurden die Prüfkörper des „ASK“-Typs mit einer Imprägniermasse imprägniert, die zusätzlich zu den EP-Harz-Komponenten ein Pigment enthielt. In der beschriebenen Versuchsreihe wurde ein Schwarzpigment (Ruß) genutzt und dieses mit einem Massenanteil von 10 % der Imprägniermasse zugesetzt. Die ermittelten Festigkeiten der so über kürzere Zeiten imprägnierten Prüfkörper sind in Tabelle 10 dargestellt. Tabelle 10: (Bruch-) Festigkeiten der (imprägnierten) Prüfkörper
Tabelle 10 ist zu entnehmen, dass die Festigkeit mit der Imprägnierdauer und damit mit dem Füllgrad (des EP-Harzes) deutlich zunimmt.Table 10 shows that the strength increases significantly with the impregnation time and thus with the filling level (of the EP resin).
Der Grad der Schwarzfärbung der Prüfkörperoberfläche nimmt mit der Dauer der Imprägnierschritte zu. Bereits nach 15 sec Imprägnierdauer wird eine tiefschwarze, deckende Oberfläche erreicht.The degree of blackening of the test specimen surface increases with the duration of the impregnation steps. A deep black, opaque surface is achieved after just 15 seconds of impregnation.
Weiterhin wurde der Einfluss des eingesetzten Bindemittelanteils auf das Herstellverfahren und auf die Festigkeit am Beispiel verschiedener Prüfkörper untersucht. In analoger Weise zu den oben beschriebenen Prüfkörpern des Typs „BAF“ wurde der oben beschriebene Sand H33 und das Bindemittel von Hüttenes Albertus, Biocure 7241 P1 und Biocure 6324 P2 eingesetzt. Zunächst erfolgte auch hier die Zugabe von P1 zu 3 kg Sand in einem Labor-Beton-Zwangsmsicher mit 5 Liter Volumen und Mischen über 2 Minuten. Danach erfolgte die Zugabe von P2 und anschließendes Mischen für weitere 2 Minuten.Furthermore, the influence of the binder content used on the manufacturing process and on the strength was investigated using various test specimens. In a similar way to the test specimens of type “BAF” described above, the sand H33 described above and the binder from Hüttenes Albertus, Biocure 7241 P1 and Biocure 6324 P2 were used. First, P1 was added to 3 kg of sand in a laboratory concrete mixer with a volume of 5 litres and mixed for 2 minutes. Then P2 was added and mixed for a further 2 minutes.
Im Unterschied zu den oben beschriebenen Prüfkörpern wurde jedoch die Masse des zugegebenen Bindemittels verändert und für die verschiedenen Prüfkörper auf insgesamt (P1 + P2) 2,0 Ma-%, 4,0 Ma-%, 6,0 Ma-%, oder 8,0 Ma-% eingestellt. Die Topfzeit der erhaltenen Zusammensetzungen betrug jeweils mindestens 20 Minuten.In contrast to the test specimens described above, however, the mass of the binder added was changed and set to a total of (P1 + P2) 2.0 wt. %, 4.0 wt. %, 6.0 wt. %, or 8.0 wt. % for the various test specimens. The pot life of the resulting compositions was at least 20 minutes in each case.
Zur Herstellung der Prüfkörper wurde eine Labor-Schießmaschine der Firma Morek Multiserw, PL verwendet. Die Schusszeit betrug 3 s und die Verzögerung ebenfalls 3 s. Anschließend erfolgte eine Aminbeaufschlagung, wobei die Aminmenge 1,5 ml betrug. Nach der Aminbeaufschlagung wurde für 30 s gespült (Blasezeit nach Amin 30 s). Die bei diesen Prüfkörpern gemessenen Festigkeiten (analog oben beschriebener Messung) sind in Tabelle 11 dargestellt. Tabelle 11: Festigkeiten von Prüfkörpern (Typ „BAF“) mit verschiedenen Bindemittelanteilen
Es ist deutlich der Trend zu erkennen, dass die Festigkeit mit steigendem Anteil an Polymer bezogen auf die Masse des Prüfkörpers zunimmt.The trend is clearly visible that the strength increases with increasing proportion of polymer relative to the mass of the test specimen.
Analoge Prüfkörper wurden auch mit einem anderen Bindemittel, nämlich einem 2-K-Epoxidharz hergestellt. Prüfkörper von diesem Typ werden im Folgenden als vom Typ „EP“ oder „EP-Typ“ bezeichnet. Das Epoxidharz wurde aus 100 Massen-Teilen CeTePox 255-3R (Harz, Resin) und 55 Massen-Teilen CeTePox 1502H (Härter, Hardener) hergestellt. Nach guter Vermischung dieser Komponenten wurde die erhaltene Mischung 3 kg des Sandes H33 in einem Labor-Beton-Zwangsmischer mit einem Volumen von 5 Litern zugegeben und für 2 Minuten gemischt.Analogous test specimens were also produced with a different binder, namely a 2-component epoxy resin. Test specimens of this type are referred to below as "EP" or "EP type". The epoxy resin was produced from 100 parts by mass of CeTePox 255-3R (resin) and 55 parts by mass of CeTePox 1502H (hardener). After these components had been thoroughly mixed, the resulting mixture was added to 3 kg of sand H33 in a laboratory concrete mixer with a volume of 5 liters and mixed for 2 minutes.
Für die verschiedenen Prüfkörper wurden ebenfalls 2,0 Ma-%, 4,0 Ma-%, 6,0 Ma-%, oder 8,0 Ma-% des Bindemittels (in diesem Fall also der Mischung aus Harz und Härter) eingesetzt. Die Herstellung der Prüfkörper erfolgte ebenfalls mittels einer Labor-Schießmaschine der Firma Morek Multiserw, PL bei einer Schusszeit von 3 s und einer Verzögerung von ebenfalls 3 s. Die Aushärtung erfolgte bei einer Werkzeugtemperatur von 70 °C über eine Dauer von 7,5 Minuten. Die an den so hergestellten Prüfkörpern ermittelten Festigkeiten sind in Tabelle 12 dargestellt. Die in dieser Tabelle angegebenen Harz- und Härtermengen beziehen sich auf die oben beschriebe Ansatzgröße von 3 kg Sand. Tabelle 12: Festigkeiten von Prüfkörpern mit verschiedenen Epoxidharz-Bindemittelanteilen
Auch bei der Verwendung eines Epoxidharzes als Bindemittel nimmt - wie Tabelle 12 zu entnehmen ist - die Festigkeit mit steigendem Bindemittelanteil zu. Die Prüfkörper mit EP-Harz als Bindemittel zeigen bei gleichem Bindemittelanteil eine höhere Festigkeit als Prüfkörper des Typs „BAF“.Even when using an epoxy resin as a binder, the strength increases with increasing binder content - as can be seen in Table 12. The test specimens with EP resin as a binder show a higher strength than test specimens of the "BAF" type with the same binder content.
Weitere Prüfkörper vom EP-Typ wurden auch auf Basis eines anderen Sandes als dem oben verwendeten Sand H33 hergestellt. Die Herstellung dieser Prüfkörper erfolgte analog zu dem oben beschriebenen Verfahren. Einzige Abweichung ist, dass statt des Sandes H33 eine Mischung zweier schwarzer Sande eingesetzt wurde. Die verwendeten Sande tragen die Bezeichnungen a) Mix 29/2013 und b) Mix 10/2022. Bei diesen Materialien handelt es sich um pigmentierte Sande einer Korngröße (Siebanalyse) von 0,09 - 0,5 mm und einer mittleren Korngröße d50 = 0,25 mm, wobei das Pigment mit einem Bindemittel auf dem Sand fixiert ist. Diese Sande werden zur Herstellung von Küchenspülen auf Acryl- und / oder Polyesterbasis nach dem Stand der Technik eingesetzt, üblicherweise mit einem Füllgrad von 65-70 Ma-% Sand bezogen auf die Gesamtmasse der Spüle. Es wurden gleichmäßig gefärbte, tiefschwarze Prüfkörper erhalten. Die Ergebnisse der Festigkeitsprüfung sind in Tabelle 13 dargestellt. Tabelle 13: Festigkeiten von Prüfkörpern mit farbigen Sandmischungen
Wie Tabelle 13 zu entnehmen ist, nimmt die Festigkeit unabhängig vom verwendeten Sand mit dem Füllgrad zu.As can be seen from Table 13, the strength increases with the filling level, regardless of the sand used.
In einer weiteren Testreihe wurden Prüfkörper untersucht, die als partikuläres Material Croning-Sand „LH“ enthalten. Dabei handelt es sich um einen harzumhüllten Sand (Phenolharzumhüllt) mit einer Korngröße d50 (Siebanalyse) von 250 µm. Zur Herstellung der Prüfkörper wurde analog zu den obigen Untersuchungen das EP-Harz als Bindemittel mit einem Massenanteil von 2,0 Ma-%, 2,5 Ma-% oder 3,0 Ma-% verwendet. Die Mischung wurde wie oben beschrieben durch Schießen in die Form gebracht, wobei eine Vorerwärmung auf 120°C erfolgte und die Werkzeugtemperatur 300°C betrug. Die Festigkeitsmessungen wurden wie oben beschrieben analog durchgeführt und die in Tabelle 14 dargestellten Festigkeiten bestimmt. Tabelle 14: Festigkeiten von Prüfkörpern mit Croning-Sand „LH“
Weitere Vorteile, Ziele und Eigenschaften der vorliegenden Erfindung werden anhand nachfolgender Beschreibung der anliegenden Figuren erläutert.Further advantages, objects and characteristics of the present invention will become apparent from the following description of the accompanying figures.
In den Figuren zeigen:
-
1 eine beispielhafte Geometrie eines Verbundwerkstoffformteils, -
2 eine Vorrichtung zur Messung der Porosität eines Prüfkörpers -
3a - 3e Teile einer Form, mit der Verbundwerkstoffformteilkerne hergestellt werden, -
4a - 4b Ausschnitte eines Profils eines Verbundwerkstoffformteilkerns, -
5a - 5b Ausschnitte eines Profils eines Verbundwerkstoffformteilkerns, -
6a - 6d Beispielhafte Verbundwerkstoffformteilkerne -
7 ein Beispiel eines mit einem Gießereialtstand hergestellten Verbundwerkstoffformteilkerns, -
8a - 8b Beispiele einer Imprägnierung und Beschichtung, und -
9a - 9b ein Beispiel eines Verbundwerkstoffformteils nach Imprägnierung und Beschichtung.
-
1 an example geometry of a composite molded part, -
2 a device for measuring the porosity of a test specimen -
3a - 3e Parts of a mold used to produce composite mold cores, -
4a - 4b Sections of a profile of a composite molded part core, -
5a - 5b Sections of a profile of a composite molded part core, -
6a - 6d Example composite molded cores -
7 an example of a composite molded part core produced using a foundry-old stand, -
8a - 8b Examples of impregnation and coating, and -
9a - 9b an example of a composite molded part after impregnation and coating.
Um den Ablauf von Flüssigkeit zwischen auf der Ablagefläche 2 angeordneten Gegenständen in das Becken 3 auch unter dem jeweiligen Gegenstand hindurch zu ermöglichen, weist die Ablagefläche 2 Profilierungen 5 auf. Diese können als Erhebungen oder Vertiefungen ausgeführt sein. Im dargestellten Beispiel sind die Profilierungen 5 als Erhebungen ausgeführt. In dieser Variante ist es nicht zwingend notwendig, dass sich die Profilierungen 5 bis an den Rand des Beckens 3 erstrecken, wie es bei Kanälen notwendig wäre, die eine Öffnung im Bereich des Beckens 3 haben müssten, um den Ablauf von Flüssigkeit in das Becken zu erlauben. Die Erhebungen 5 sorgen dafür, dass zumindest bereichsweise ein Zwischenraum zwischen der Ablagefläche 2 und einem darauf angeordneten Gegenstand gebildet wird. Durch diesen Zwischenraum ist das Ablaufen von Flüssigkeit in das Becken 3 und damit auch in den Ablauf 4 möglich.In order to allow the drainage of liquid between objects arranged on the storage surface 2 into the basin 3, even underneath the respective object, the storage surface 2 has profiles 5. These can be designed as elevations or depressions. In the example shown, the profiles 5 are designed as elevations. In this variant, it is not absolutely necessary for the profiles 5 extend to the edge of the basin 3, as would be necessary for channels that would have to have an opening in the area of the basin 3 to allow liquid to drain into the basin. The elevations 5 ensure that at least in some areas a gap is formed between the storage surface 2 and an object arranged on it. This gap allows liquid to drain into the basin 3 and thus also into the drain 4.
Das Bezugszeichen 6 kennzeichnet eine Öffnung, durch die beispielsweise eine Flüssigkeitsleitung geführt werden kann. Meist ist eine solche Flüssigkeitsleitung mit einem Ventil und meist auch einer Mischeinheit ausgeführt, so dass der Flüssigkeitsstrom geregelt und gegebenenfalls auch mehrere Flüssigkeiten (meist Heiß- und Kaltwasser) miteinander vermischt werden können. Eine solche Flüssigkeitsleitung ist dementsprechend meist als Wasserhahn ausgeführt und mit der Küchenspüle 1 fest verbunden. Die Verbindung wird meist durch eine Klemmverbindung realisiert.The reference number 6 indicates an opening through which, for example, a liquid line can be guided. Such a liquid line is usually designed with a valve and usually also a mixing unit so that the liquid flow can be regulated and, if necessary, several liquids (usually hot and cold water) can be mixed together. Such a liquid line is therefore usually designed as a faucet and is firmly connected to the kitchen sink 1. The connection is usually realized by a clamp connection.
Es ist selbstverständlich so, dass die
Die mit Bezugszeichen 42 gekennzeichnete Probe befindet sich in einem Tiegel 41, welcher durch ein oberes und ein unteres Endstück 40 verschlossen ist. Der Tiegel 41 ist durch ein Temperiersystem 30 temperierbar. Der Tiegel 41 mit der Probe 42 befindet sich in einem Gehäuse 39, dessen Innentemperatur mit einem Temperaturfühler 34 messbar ist. Die Temperatur des Tiegels 41 selbst kann berührungslos mittels eines Pyrometers 32 bestimmt werden.The sample identified by reference number 42 is located in a crucible 41, which is closed by an upper and a lower end piece 40. The crucible 41 can be tempered by a tempering system 30. The crucible 41 with the sample 42 is located in a housing 39, the internal temperature of which can be measured with a temperature sensor 34. The temperature of the crucible 41 itself can be determined without contact using a pyrometer 32.
Die Messung der Gasdurchlässigkeit erfolgt, indem aus einem Druckreservoir 31 ein Gas, im vorliegenden Fall das Inertgas Argon, in das Gehäuseinnere 39 geleitet wird. Auf dem Weg zwischen dem Druckreservoir 31 und dem Gehäuseinneren 39 passiert das Gas eine Steuereinrichtung 33, mittels der der Durchfluss und Druck des Gases geregelt werden kann. Mit dem in das Gehäuseinnere 39 einströmenden Gas wird der Prüfkörper 42 beaufschlagt. Das durch den Prüfkörper 42 hindurchtretende Gas kann durch eine Abgasleitung 36 entlang der Pfeilrichtung P ausströmen. Dabei passiert es eine Durchflussmesseinrichtung 35, welche Daten liefert, die für die Gasdurchlässigkeit der Probe charakteristisch sind.The gas permeability is measured by feeding a gas, in this case the inert gas argon, from a pressure reservoir 31 into the housing interior 39. On the way between the pressure reservoir 31 and the housing interior 39, the gas passes a control device 33, by means of which the flow and pressure of the gas can be regulated. The gas flowing into the housing interior 39 is applied to the test body 42. The gas passing through the test body 42 can flow out through an exhaust line 36 in the direction of the arrow P. In doing so, it passes a flow measuring device 35, which provides data that is characteristic of the gas permeability of the sample.
Die Abgasleitung 36 mündet bevorzugt in ein mit Wasser 37 gefülltes Behältnis. Durch die Eintauchtiefe des Endstücks der Abgasleitung 36 in das Wasser 37 kann der auf den Abgasstrom wirkende Gegendruck sehr genau eingestellt werden. Um diesbezüglich gleichbleibende Bedingungen gewährleisten zu können ist das mit Wasser 37 gefüllte Behältnis vorzugsweise auf einer Analysewaage 38 angeordnet. Dadurch ist es möglich, die Wassermengen und damit den auf den Abgasstrom wirkenden Gegendruck genau einzustellen und zu dokumentieren.The exhaust pipe 36 preferably opens into a container filled with water 37. The depth to which the end piece of the exhaust pipe 36 is immersed in the water 37 allows the counterpressure acting on the exhaust gas flow to be set very precisely. In order to ensure consistent conditions in this regard, the container filled with water 37 is preferably arranged on an analytical balance 38. This makes it possible to precisely set and document the water quantities and thus the counterpressure acting on the exhaust gas flow.
Die
An den in
Mit der in den
Für die Prüfungen wurden jeweils Zusammensetzungen genutzt, wie sie oben im Zusammenhang mit Tabelle 3 beschrieben sind. Als Bindemittel kamen dementsprechend als Askocure 388 und Askocure 688 zur Anwendung. Als Katalysator fungierte ein Amin (ASK 704). Für jeden der so hergestellten Prüfkörper kamen etwa 6 kg der jeweiligen Zusammensetzung zum Einsatz.Compositions as described above in Table 3 were used for the tests. Askocure 388 and Askocure 688 were used as binders. An amine (ASK 704) served as a catalyst. Approximately 6 kg of the respective composition were used for each of the test specimens produced in this way.
Die erhaltenen Verbundwerkstoffformteilkerne 100 wurden einer optischen Prüfung unterzogen. Wie oben angedeutet war dabei die Ausbildung der Profile im Umfangsbereich der Form von besonderer Bedeutung. Einige Ausschnitte der erhaltenen Profile sind in den
Anders stellt sich die Situation bei dem in
Zur besseren Übersicht ist ein solcher Sachverhalt auch in den
Eine Zusammenfassung der Ergebnisse der optischen Bewertung ist in der nachfolgenden Tabelle 15 dargestellt. Dabei ist bemerkenswert, dass die Ausformung bei den Verbundwerkstoffformteilkernen mit den Nummern 3, 6 und 9 nicht vollständig war. Dies sind die Verbundwerkstoffformteilkerne mit dem für Ihre Gruppe (mit einer identischen mittleren Partikelgröße) höchsten Bindemittelanteilen von 5 Massenprozent, 4 Massenprozent bzw. 3 Massenprozent. Tabelle 15: Ergebnis der optischen Bewertung verschiedener Formteile
Überraschenderweise konnte gefunden werden, dass ein Zusammenhang zwischen dem Ausformungsverhalten und dem hundertfachen des Quotienten aus dem Bindemittelanteil in Massenprozent („BM“) und dem BET-Wert besteht. Eine vollständige Ausformung konnte erreicht werden, wenn diese Kennzahl den Wert 3 nicht übersteigt. Sofern die Kennzahl jedoch über 3 liegt, war die Ausformung bei den Probekörpern nicht vollständig.Surprisingly, it was found that there is a relationship between the forming behavior and the 100-fold ratio of the binder content in mass percent (“BM”) to the BET value. Complete forming could be achieved if this index did not exceed the value 3. However, if the index was above 3, the forming of the test specimens was not complete.
Weitere Verbundwerkstoffformteilkerne wurden auf Basis eines als Sand Nr. 19 bezeichneten Sandes mit dem auch für die oben beschriebenen Verbundwerkstoffformteilkerne genutzten Bindemittelsystem umfassend die Komponenten Askocure 388 (P1), Askocure 688 (P2) im Masseverhältnis 1:1 und dem Amin ASK 704 hergestellt. Die Massenanteile des Bindemittels betrugen 0,8 %, 1,0 % oder 1,2 %, woraus sich eine Kennzahl BM/BETx100 von deutlich unter 3 errechnet. Der Sand Nr. 19 weist die in Tabelle 16 gelisteten Eigenschaften auf. Tabelle 16: Eigenschaften des Sandes Nr. 19
Die Herstellung der Zusammensetzungen und das Herstellen der Verbundwerkstoffformteilkerne erfolgte nach dem selben Verfahren wie es auch im Zusammenhang mit den in den
Wie Tabelle 17 zu entnehmen ist, ist für alle so hergestellten Verbundwerkstoffformteilkerne eine vollständige Ausformung zu erreichen. Beispielhafte Verbundwerkstoffformteilkerne dieser Versuchsreihe sind in den
Weitere Verbundwerkstoffformteilkerne wurden auf Basis anderer partikulärer Materialien hergestellt. Dafür wurde auch das für die oben beschriebenen Verbundwerkstoffformteilkerne genutzten Bindemittelsystem mit den Komponenten Askocure 388 (P1), Askocure 688 (P2) im Masseverhältnis 1:1 und anschließender Aminbeaufschlagung genutzt. Die Massenanteile des Bindemittels betrugen, wie in Tabelle 18 gelistet ist, zwischen 2 und 5 Masseprozent. Der Bindemittelgehalt wurde aufgrund der teilweise höheren spezifischen Oberfläche und der teilweise höheren Saugfähigkeit der eingesetzten Materialien etwas höher gewählt als für die obige Versuchsreihe auf Basis des Sandes Nr. 19. Die sich in Abhängigkeit des BET der verschiedenen eingesetzten partikulärer Materialien errechnende Kennzahl BM/BETx100 lag zwischen im Bereich von 1,53 - 2,32. Die in Tabelle 18 für die verschiedenen Materialien angegebenen Partikelgrößen sind jeweils per Siebanalyse bestimmt.Further composite molding cores were manufactured based on other particulate materials. The binder system used for the composite molding cores described above was also used for this purpose, with the components Askocure 388 (P1), Askocure 688 (P2) in a mass ratio of 1:1 and subsequent amine application. The mass fractions of the binder were between 2 and 5 mass percent, as listed in Table 18. The binder content was chosen to be somewhat higher than for the above series of tests based on sand No. 19 due to the partially higher specific surface area and partially higher absorbency of the materials used. The BM/BETx100 index calculated as a function of the BET of the various particulate materials used was between 1.53 and 2.32. The particle sizes given in Table 18 for the various materials were determined by sieve analysis.
Bei dem als Nr. 1 gelisteten Gießereialtstand handelt es sich um einen Gießerei-Schuttsand, also einen bei einer Eisengießerei anfallenden Altsand. Dieser umfasst sowohl Kern- als auch Formsand in einem Mengenverhältnis von ca.1:1. Aus diesem Altsand wurde die Fraktion 0,1 - 0,5 mm ausgesiebt und als partikuläres Material im Sinne dieser Erfindung verwendet.The foundry waste listed as No. 1 is foundry waste sand, i.e. old sand that accrues in an iron foundry. This includes both core and molding sand in a ratio of approximately 1:1. The 0.1 - 0.5 mm fraction was sieved out of this old sand and used as particulate material in the sense of this invention.
Das Nussschalengranulat (Nr. 2) ist ein am Markt erhältliches Nussschalengranulat, welches vorwiegend auf Haselnussschalen basiert. Dieses wurde bei 0,1 - 0,5 mm gesiebt und diese Fraktion als partikuläres Material im Sinne dieser Erfindung verwendet.The nutshell granulate (No. 2) is a nutshell granulate available on the market, which is mainly based on hazelnut shells. This was sieved at 0.1 - 0.5 mm and this fraction was used as particulate material in the sense of this invention.
Das Olivenkerngranulat (Nr. 3) ist ebenfalls ein am Markt erhältliches Produkt, welches bei 0,1 - 0,5 mm gesiebt und diese Fraktion als partikuläres Material im Sinne dieser Erfindung verwendet wurde.The olive stone granulate (No. 3) is also a product available on the market, which was sieved at 0.1 - 0.5 mm and this fraction was used as particulate material in the sense of this invention.
Bei dem als Nr. 4 gelisteten Recyclingglasgranulat handelt es sich um ein am Markt erhältliches Weißglasgranulat, welches bei 0,1 - 0,5 mm gesiebt und diese Fraktion als partikuläres Material im Sinne dieser Erfindung verwendet wurde.The recycled glass granulate listed as No. 4 is a white glass granulate available on the market which was sieved at 0.1 - 0.5 mm and this fraction was used as particulate material in the sense of this invention.
Zur Herstellung des als Nr. 5 gelisteten Recyclats aus PMMA-Küchenspülen wurden Küchenspülen auf PMMA-/ Quarzbasis gebrochen und die Fraktion 0,1 - 0,5 mm ausgesiebt und diese Fraktion als partikuläres Material im Sinne dieser Erfindung verwendet.To produce the recyclate from PMMA kitchen sinks listed as No. 5, PMMA/quartz-based kitchen sinks were crushed and the 0.1 - 0.5 mm fraction was sieved out and this fraction was used as particulate material within the meaning of this invention.
Das Recyclat Nr. 6 wurde in analoger Weise aus Küchenspülen auf Polyester-/ Quarzbasis gewonnen. Hierfür wurden Küchenspülen gebrochen und die Fraktion 0,1-0,5 mm ausgesiebt. Diese Fraktion ist anschließend als partikuläres Material im Sinne dieser Erfindung verwendet worden.Recyclate No. 6 was obtained in an analogous manner from polyester/quartz-based kitchen sinks. For this purpose, kitchen sinks were broken up and the 0.1-0.5 mm fraction was sieved out. This fraction was then used as particulate material in the sense of this invention.
Alternativ dazu ist diese Materialvorbereitung auch auf Küchenarbeitsplatten, Waschbecken, Duschtassen oder Badewannen auf Polyester-/Quarzbasis (oder anderer Füllstoffe) sowie auch Acrylat-/Quarzbasis (oder anderer Füllstoffe) übertragbar. Tabelle 18: Festigkeit und Kennzahl von Verbundwerkstoffformteilkernen auf Basis alternativer partikulärer Materialien
Ein Beispiel eines mit einem Gießereialtstand (Nr. 1 in Tabelle 18) hergestellten Verbundwerkstoffformteilkerns ist in
An einigen Verbundwerkstoffformteilkernen wurden Versuche zur Nachbehandlung, beispielsweise dem Aufbringen einer Verbundwerkstoffformteilhülle durchgeführt. Das Aufbringen der Verbundwerkstoffformteilhülle erfolgte durch Imprägnierung und/oder Beschichtung.Tests were carried out on some composite molding cores for post-treatment, such as the application of a composite molding shell. The composite molding shell was applied by impregnation and/or coating.
Die Behandlung der Verbundwerkstoffformteilkerne erfolgte
- - mit einer Flut-Grundierung auf Basis eines wässrigen Acrylats (AC3600) in Kombination mit einem 2-Komponenten-Epoxidharz,
- - einer alleinigen Behandlung mit 2-Komponenten-Epoxidharz (2-K-EP) durch Imprägnierung bzw. Beschichtung, sowie optional
- - einer Schwarz-Lackierung.
- - with a flood primer based on an aqueous acrylate (AC3600) in combination with a 2-component epoxy resin,
- - a sole treatment with 2-component epoxy resin (2-K-EP) by impregnation or coating, and optionally
- - a black paint finish.
Die
Die
Die aufgebrachte Verbundwerkstoffformteilhülle kann sehr dünn, chemisch-physikalisch sehr widerstandsfähig und/oder dekorativ sein. Die Verbundwerkstoffformteilhülle kann selbst oberflächenbeschichtet sein und/oder selbst eine vollgefärbte und funktionalisierte äußere Schicht darstellen. Aufgrund der geringen Schichtdicke und der Möglichkeiten zur Einsparung von Bindemittel zur Herstellung des Verbundwerkstoffformteilkerns kann die Verbundwerkstoffformteilhülle auch vergleichsweise hochpreisig sein.The applied composite molded part shell can be very thin, chemically and physically very resistant and/or decorative. The composite molded part shell can itself be surface-coated and/or itself represent a fully colored and functionalized outer layer. Due to the low layer thickness and the possibilities for saving binding agents for producing the composite molded part core, the composite molded part shell can also be comparatively expensive.
Der Verbundwerkstoffformteilkern kann - da er durch die Verbundwerkstoffformteilhülle überdeckt und/oder geschützt werden kann - sehr preiswert, leicht, recyclierbar, nachhaltig, mit noch weiter reduziertem Binderanteil, nachwachsenden Rohstoffen, anorganischen oder organischen Recyclaten oder Mischungen dieser, z.B. Gießereialtsande, Reischalenasche, Kalksteingranulat, Keramik-Granulat, Holzspähne, Blähglas, Styropor, Blähton und anderen gefertigt werden.The composite molded part core can - since it can be covered and/or protected by the composite molded part shell - be manufactured very inexpensively, light, recyclable, sustainable, with an even further reduced binder content, renewable raw materials, inorganic or organic recyclates or mixtures of these, e.g. old foundry sand, rice husk ash, limestone granulate, ceramic granulate, wood chips, expanded glass, polystyrene, expanded clay and others.
Tabelle 20 zeigt, dass die beispielhaften Verbundwerkstoffformteile, wie Sie mit wie im Rahmen dieser Erfindung beschriebenen Verbundwerkstoffformteilkernen erhalten werden, im Vergleich verschiedener technischer Eigenschaften den am Markt erhältlichen Verbundwerkstoffformteilen - in diesem Fall Küchenspülen auf PMMA- und Polyesterbasis - zumindest ebenbürtig sind, meist sogar besser. Tabelle 20: Vergleich neuartiger Verbundwerkstoffformteile (A-D mit am Markt erhältlichen Verbundwerkstoffformteilen (Sch, E, B, A, M, W., K)
Die Anmelderin behält sich vor, sämtliche in den Anmeldungsunterlagen offenbarten Merkmale als erfindungswesentlich zu beanspruchen, sofern sie einzeln oder in Kombination gegenüber dem Stand der Technik neu sind. Es wird weiterhin darauf hingewiesen, dass in den einzelnen Figuren auch Merkmale beschrieben wurden, welche für sich genommen vorteilhaft sein können. Der Fachmann erkennt unmittelbar, dass ein bestimmtes in einer Figur beschriebenes Merkmal auch ohne die Übernahme weiterer Merkmale aus dieser Figur vorteilhaft sein kann. Ferner erkennt der Fachmann, dass sich auch Vorteile durch eine Kombination mehrerer in einzelnen oder in unterschiedlichen Figuren gezeigter Merkmale ergeben können.The applicant reserves the right to claim all features disclosed in the application documents as essential to the invention, provided that they, individually or in combination, are superior to the prior art. Technology is new. It is also pointed out that the individual figures also describe features which can be advantageous in themselves. The person skilled in the art will immediately recognize that a particular feature described in a figure can also be advantageous without adopting further features from this figure. The person skilled in the art will also recognize that advantages can also arise from a combination of several features shown in individual or different figures.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNGQUOTES INCLUDED IN THE DESCRIPTION
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.This list of documents listed by the applicant was generated automatically and is included solely for the better information of the reader. The list is not part of the German patent or utility model application. The DPMA accepts no liability for any errors or omissions.
Zitierte PatentliteraturCited patent literature
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- DE 4410526 A1 [0003]DE 4410526 A1 [0003]
- DE 19920719 A1 [0003]DE 19920719 A1 [0003]
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