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Mémoire descriptif à l'appui de la demande de brevet pour: "LIANT A BASE DE RESINE ARTIFICIELLE POUR SABLES A NOYAUX ET DE FONDERIE"..
EMI1.1
Vereinigte Deutsche Meta.1-liverke A.G.: à Francfortr S/M*, Faisant l'objet de deux demandes de brevets déposées en ALLEMAGNE le 18 décembre 1942 et le 4 février 1943 au nom ci-dessus.
On sait que dans la confection des noyaux synthétiques pour moulages de fonderie il est nécessaire d'ajouter un liant,afin de conférer aux dits noyaux la résistance nécessaire* Puisque, pour diverses raisons,il n'est pas toujours directement possible de se procurer les matières premières pour des liants de haute qualité, on a déjà proposé d'employer des substances de remplaoement. Nais celles-ci n'ont pas toujours donné satisfaction. Ceci provient des difficultés que l'on rencontre dans leur emploi en fonderie. En particulier la constitution non uniforme des liants s'oppose 1 un travail suivant des règles déterminées.
Les noyaux confectionnés avec emploi de substances de remplacement manquent
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partiellement de résistance nécessaire à l'état vert,et partiellement de résistance nécessaire à l'état sec, ou à sec,après la cuisson S'y ajoutent les irrégularités qui se produisent lors du coulage en moule, puisque le dégagement des gaz,se pro- duisant pendant la coulée,est sujet à des fluctuations.
En recherchant des substances de remplacement à propriétés meilleures,on a proposé aussi a'employer des liants a base de résines artificielles ou synthétiques. Par:ni les produits de ce genre,connus dans le métier,on compte par exemple les résines alkydiques; de même on a proposé d'une manière tout/a fait générale de faire usage de résines artifioielles durcissables en qualité de liants. Ces dernières pour autant que proposées en qualité de liants, sont constituées par exemple de glycérine et d'un acide vaporisable résinifiant,d'acide phtalique,d'anhydride phtalique, ou ce sont des résines phénoliques.
On a constaté cependant que les noyaux,confectionnés de sables à noyaux additionnés de résine alkydique, présentent partiellement une résistanoe insuffisante et que des incrustation se forment à la surface des pieces de moulage. Pour remédier à ce défaut on a déjà. employé,en qualité de liant pour molles et pour noyaux de fonderie de métaux,des résines artificielles duroissables en combinaison avec du graphite.
On connait des mélanges de sables à noyaux qui renferment des résines phénoliques et de la colophane ou de la gomme arabique. On a choisi ces additions parce que les résines phénoliques seules ne donnent pas de stabilité à l'état vert. On a constaté cependant que le processus de durcissement des résides phénoliques avec de telles additions organiques est très fasilement dérangé par une formation d'émulsions,de sorte que les noyaux ne possèdent pas de résistance à sec.
Les indications générales se trouvant à divers endroits de la littérature correspondante et préconisant l'emploi de produits synthétiques à base de matières artificielles en qualité de liants pour noyaux, ne suffisent toutefois nullement pour que le technicien fondeur puisse en tirer une règle déterminée,suivant laquelle il
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pourrait effectivement confectionner avec succès les différentes espèces existantes de noyaux.
Le seul fait consistant en ce que la réaction qui conduit par exemple à la formation de produits de condensation du type phénol-aldéhyde est difficile à surveiller, parce qu'on,peut aboutir à des résultats dé condensation completement différents .suivant que les composantes réciproques et leurs quantités sont changées par.des conditions extérieures et qu'il peut en résulter aussi bien une marche de réaction lente qu' une marche de réaction très tumultueuse, permet de reconnaitre les difficultés qu'il faut surmonter dans les cas envisagés.
En outre,la chimie des,matières artificielles ou synthétiques connait un très grand nombre de produits qui/different chimiquement com- plètement les uns des autres et dont quelques groupes seulement peuvent être employés,en qualité de liants pour noyaux
De plus,il faut tenir compte de ce que les fonderies font valoir également';
',des exigences les plus diverses relativement aux ' sables à noyaux et qu'il ne suffit pas d'y ajouter une certaine quantité d'un liant à base de ou en matière artificielle ou synthétique pour obtenir ainsi des moules et des noyaux qui donnent en fonderie des résultatssatisfaisants. Par exemple,un noyau de grandes dimensions damé à la main,exige une résistance intérieure beaucoup moindre qu'un noyau confectionné à la machine à souffler et qui exige,à cause de sa configuration fortement ramifiée et à parois minces,l'emploi d'un sable possédant un pouvoir liant élevé aussi bien à l'état vert qu'à l'état séché* En outre,maints noyaux doivent 'être confectionnés sans être soutenus,d'autres par contre en les soutenant au moyen de coquilles de séchage,
d'où ces noyaux présentent des différences quant aux propriétés que les sables employés à leur confection doivent avoir l'état vent*
On sait que ces propriétés différentes qui peuvent être ca- ractérisées essentiellement par la plasticité du sable à noyaux à l'état vert, en outre par la cohésion intérieure du sable à noyaux, à l'état, vert, et par la'résistance du noyau à l'état séché, respectivement cuit, sont obt.enues en fonderie par l'emploi
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simultané de différents groupes de liants,dont le choix judisieux exige une expérience considérable.
Or, la présente invention résout le problème de l'emploi de substances à base de résines artificielles ou synthétiques de constitution exactement définie pour la confection de noyaux de sable ou de moules de sable,et en outre celui de l'établissement d'une règle suivant laquelle il soit possible de répondre,à l'aide d'un tel liant à constituant unique,sans additions ultérieures, aux différentes exigences relatives au genre et à la qualité du. noyau.donc suivant laquelle on puisse confectionner à l'aide des dits liants à constituant unique par exemple des noyaux de confi- gurations multiples et à parois minces,d'une haute résistance,pro- duits à la machine à souffler, en outre des noyaux à parois minces non soutenus,damés à la main et finalement de simples noyaux damés à la main.
La solution que la présente invention apporte à ce problème est basée sur la constatation que la plasticité du sable à 'noyaux dépend de la viscosité de la résine,donc du degré de condensation , et que, par conséquent,elle peut être réglée à volonté en faisant @ simplement varier la dite viscosité,alors que la seconde propriété déterminative de des sables à teneur de résine,à savoir leur/résis- tance à l'état sec après la cuisson, est influencée,outre par la grandeur de la quantité incorporée de résine solide ou durcie, essentiellement par la teneur en eau ajoutée à la dite quantité de résine.
Ainsi,11 a été trouvé que des noyaux qui ont a subir des efforts considérables exigent l'emploi d'une résine de grande viscosité et d'une teneur relativement faible en eau additionnel-, le, pour autant qu'ils sont confectionnés par soufflage, alors que pour des noyaux semblables une teneur plus élevée en eau est admis- sible lorsque ces noyaux sont confectionnés par damage à la main.
Des noyaux moyens et simples exigent une résine de viscosité moyen- ne, respectivement faible,et ils admettent,dans le cas d'emploi
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d'une quantité d'eau relativement importante,une diminution de la teneur en résiner Suivant l'invention on emploie des résines art- ficielles ou synthétiques à base d'urée et,des sous produits de la fabrication de l'amidon,en pouvant le cas échéant ajouter 'du sable de moulage argileux.
Les exemples donnés ci-dessous servent à l'explication de l'invention:
A un sable quartzeux d'une finesse de grain moyenne et lavé, que l'on peut additionner dans le but d'augmenter sa plasticité, @ d'un peu de sable argileux et éventuellement de 1% d'un produit de traitement de pommes de terre,par exemple de fécule de broyage de pommes de terre,on ajoute une résine à base d'urée d'une te- neur de 65% en résine solide. Pour la confection de noyaux compliqués, destinés à subir de grands efforts et a être obtenus sur la machine à souffler, on utilise,en qualité de liant,une résine possédant une grande viscosité, donc d'un degré de conden- sation élevé,que l'on ajoute en une quantité de 2,5 à 3,5%.
Dans ce cas, la teneur en eau additionnelle est faible et varie ap- proximativement entre 1,5 et 3%.'Elle est d'une valeur telle qu'un collage du sable,pouvant se produire sous l'effet de la haute com- pression d'une machine à souffler, est évité* Pour des noyaux de ce genre on trouva une résistance à sec de 30 à 40 kg/cm2,
Pour. la confection de noyaux non soutenus,à parois minces et à ramifioations multiples,obtenus par damage à la main,il faut une quantité de résine de 1,8 à 2,7%. Dans ce cas,la teneur en eau additionnelle est utilement de 3%. La résistance à sec,obte- nue dans ce cascade entre 35 et 45 kg/om.
Pour la confection de noyaux simples damés à ,la main, et de con- figurations diverses, on emploie une quantité de résine comprise en- tre environ I, et 1,7%. La teneur en eau peut varier dans ce cas dans de larges limites et elle peutêtre choisie suivant la desti- nation. Par son augmentation on produit une augmentation de la ré- @ sistance,aussi dans le cas où la quantité de liant est faible pour des raisons économiques. Cette règle est particulièrement recomman-
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dable pour les noyaux relativement grands qui exigent un, volume de sable considérable. On/obtint de bons résultais avec une teneur en eau comprise entre ? 1/2 et 4 1/2 %. On put atteindre ainsi des résistances à, sec de 20 à 25 kg/cm2.
On a constaté en outre que dans la confection de noyaux par damage à la main la teneur en eau ajoutée aux quantités de résine artificielle varie dans de larges limites et que, de ce fait, la résistance à, sec après la cuisson est d'une valeur qui peut varier.
Les essais pratiques ont prouvé en outre que,dans la confection de noyaux soufflés,les résines à base d'urée et leurs dérivés subissent, dans la machine à souffler,par suite de l'aération répétée à chaque coup,un léger séchage et commencent déjà à condenser,c'est à, dire que le sable durcit déjà. partiellement dans la machine.
Or,de ce fait,il se produit,d'une part,un durcissement ou une prise de la réserve de sable dans la tête de soufflage, de sorte que cette réserve ne se prête plus convenablement à. une éjection par soufflage,puisque sa moblltté est devenue insuffisante,alors que d'autre part le noyau tout moulé n'acquiert plus, - à cause de la perte partielle de son humidité et cause de l'enlèvement prématuré d'une partie de sa capacité de durcis- sement,- la résistance à sec que présente un sable frais et non aéré. Pour cette ra.iso,n,il est utile de mélanger aux liants pour sables à noyaux et de moulage encore de faibles quantités de substances qui exercent une action protectrice contre les influenoes de l'aération.
Des additions de ce genre sont la mélasse,telle qu'elle provient de la fabrication du sucre.brut,comme produit naturel du traitement des betteraves sucrires. On a constaté qu'il est avantageux d'ajouter à la résine artificielle à base d'urée et au produit secondaire de la fabrication de l'amidon, une quantité de mélasse de 0,3 à 2%,préférablement de 0,3 à 0,7%. Des poix de différents genres, entre autres la poix prove- nant de la distillation des acides gras,produisent également l'effet cherché.
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Par l'admixtion de substances 'de ce genre on parvient aussi bien à une augmentation de la durée du sable qu'à une amé- lioration de son aptitude au magasinage.
En outre,on obtient encore un autre avantage par l'addition des substances ,susmentionnées. On sait qu'un sable de soufflage est sensible aux teneurs trop élevées en humidité,parce qu'aux endroits du maximum de densité ou de compression il est enclin au collage, à cause des pressions élevées appliquées. Oependant, la résistance à sec des sables réglementaires augmente, dans une certaine mesure,avec l'augmentation de la teneur en eau.
Or, il a été trouvé que pour obtenir une résistance sec suffisante, tout en évitant le phénomène susmentionné en premier lieu, il est utile de réunir, lors de la composition du sable,les substances protectrices,telles que la mélasse, et les additions plasti- fiantes,comme la fécule de pomme de terre broyées,de même que la résine, avec la quantité totale de la teneur d'eau addition- nelle,avant de les ajouter au sable quartzeux. Par le gonflement intense que les sous-produits de la fabrication de l'amidon subissent de cette manière, il est possible d'augmenter la teneur en eau de 40 à 60%, sans que la tendance du sable au collage en soit augmentée.
Ci-dessous un exemple de composition de sable:
0,5à 3% ( de fécule de pommes de terre broyées.
0,3 à 0,7% de mélasse ou de poix de distillation ( d'acides gras.
0,5 à $ % ( d'eau
2% ( de résine d'urée-formaldéhyde, ou un dérivé.,
5 à 10% de sable'de moulage argileux à grain ( fin
Reste: sable quartzeux, à grain fin,sec,exempt d'ar- gile.