Brevet FR2183528A1 — publié le 19731221

La présente invention a pour objet un procédé de durcissement rapide à froid, de sables de fonderie contenant du silicate de soude liquide à titre de liant, et concerne également les réactifs permettant de réaliser ledit durcissement. L'utilisation du silicate de soude liquide à titre de liant est très avantageuse, puisqu'elle supprime la formation de piqûres, inévitables avec d'autres liants tels que les résines urée-formol modifiées à l'alcool furfurylique, par exemple, ces derniers liants brûlant lors de la coulée du métal en dégageant de l'azote gazeux. Cet avantage a déjà été noté dans l'art antérieur, selon lequel on connatt divers procédés de durcissement à froid des sables de fonderie préparés à partir de silicates de soude liquides, par apport d'anhydride carbonique. Mais la mise en oeuvre de ces procédés nécessite d'importantes proportions de liant, (de l'ordre de 3 à 4 X par rapport au poids de sable), requiert un outillage spécifique (distributeurs de gaz notamment), et impose des manipulations nombreuses et souvent délicates. I1 s'avère, de plus, que le durcissement obtenu par ce procédé est brutal, de sorte - que l'on ne peut faire varier les temps de prise, - que le débottage des noyaux et la sortie des modèles pour les moules sont difficiles, - que les produits de fonderie résultant de la mise en oeuvre de ces procédés sont très durs, et donc de régénération délicate. Enfin, lesdits produits se conservent mal du fait de leur sensibilité à l'hygroscopie de l'air. Par ailleurs, on connait un procédé de durcissement rapide en "boîte froide" de sables de fonderie contenant du silicate de soude liquide, le durcissement étant obtenu à l'aide de silicate d'éthyle liquide et en présence -d'acide chlorhydrique. Mais ce procédé est onéreux en raison du coût élevé du silicate d'éthyle. De plus, ce procédé qui s'applique surtout à la fonderie de précision, est de mise en oeuvre difficile, et le durcisseur corrosif et nocif entraîne une usure rapide des modèles et des boites La présente invention a pour but de remédier à ces inconvénients, Pour ce faire, elle préconise un procédé de durcissement rapide à froid de sables de fonderie contenant du silicate de soude liquide à titre de liant, caractérisé en ce que le durcissement s'opère par réaction entre le liant et un polyester susceptible de libérer du glycérol par saponification, un initiateur permettant ladite réaction. Très généralement, ledit initiateur est un mono ou un polyalcool avide d'eau, ramifié ou non, et portant des groupements susceptibles d'accentuer sa polarité. Selon un mode de réalisation préféré du procédé décrit, on utilise un durcisseur consistant en le mélange de triacétine et de diéthylàneglycol, la quantité de liant utilisée étant de 2,20 % en poids, environ. La mise en oeuvre du procédé selon l'invention élimine les inconvénients inherents à l'utilisation d'un durcisseur gazeux, puisqu'elle ne nécessite pas d'outillage spécifique tel que distributeur de gaz, et permet l'utilisation de proportions moindres de liant. En outre, le procédé selon l'invention permet d'élaborer des mélanges différents adaptés à tous les temps de durcissement désirés en fonction du probleme de moulage ou de noyautage (dimensions et poids des pièces, cadences, etc ...). Dans tous les cas, on constate que le durcissement s'effectue progressivement et dans la masse, sans dilatation ni dureté excessive, permettant ainsi un débitage facile, exempt de collage et rendant possible la régénération des sables. Enfin, il s' avère que les produits stockés, résultant de la mise en oeuvre du procédé selon l'invention se conservent bien. Par rapport au procédé de durcissement au silicate d'éthyle, le procédé selon l'invention est moins coûteux et, le durcisseur n'étant ni corrosif ni nocif, n'entraîne pas d'usure rapide des modèles et des botes. On détermine le rôle de chacun des constituants du durcisseur en faisant varier leurs proportions respectives dans le mélange, l'élaboration de ce dernier se faisant à froid dans une cuve munie d'un agitateur, et le mélange étant éventuellement stabilisé par un solvant commun. Les expériences sont realisées suivant le mode opératoire suivant - on ajoute la composition durcissante à un sable siliceux d'un indice de finesse de 55/60 AFA, et malaxe une minute, puis - on incorpore au mélange le liant et malaxe une minute trente. Les résistances mécaniques sont notées en kg/cm sur appareil GF éprouvettes de flexion et de cisaillement. Expérience nO I sable 100 parties Polyéthylèneglycol 400 0,6 Silicate de soude liquide 3 - aucune prise. Expérience nO 2 sable 100 parties Triacétine 0,6 " 3 parties Silicate 3 parties - aucune prise Expérience nO 3 Silicate 3 parties sable 100 durcisseur Triacétine 60 % Polyéthylèneglycol 400 - 40 % Silicate de soude 0,6 3 Temps de durcissement pour le déboîtage : I heure 10 minutes. La résistance à la flexion du produit varie en fonction du temps de mûrissage comme indiqué dans le tableau I ci-dessous Tableau 1 Temps de mûrissage 17 heures 24 heures 48 heures Résistance à la flexion (kg/cm) 12 1 22 21 Expérience nO 4 sable 100 parties durcisseur Triacétine 60 Z Diéthylèneglycol 40 Z Silicate de soude 0,6 3 Temps de durcissement pour le débitage : 15 minutes. La résistance à la flexion du produit obtenu par ce procédé est fonction du temps de mûrissage comme indiqué dans le tableau 2 ci-dessous Tableau 2 Temps de mûrissage 17 heures 24 heures 48 heures Résistance à la flexion (kg/cm2) 12 10 11 Expérience n 5 sable 100 parties durcisseur Triacétine 90.% Diéthylèneglycol 10 % Silicate de soude 0,6 3 Temps de durcissement pour le déboîtage : 1 heure 30 minutes. Le tableau 3 suivant donne la résistance à la flexion du produit obtenu en fonction du temps de mûrissage. Tableau 3 Temps de mûrissage 17 heures 24 heures 48 heures Résistance à la flexion (kg/cm2) 15 30 29 Ces expériences mettent en évidence le rôle de chacun des constituants dans le durcissement - des expériences n" 1 et nO 2, il ressort que l'alcool seul, ainsi que l'ester seul, sont sans action durcissante sur les silicates de soude - les expériences nO 4 et nO 5 montrent que la vitesse de durcissement croit avec la quantité d'alcool incorporée dans le mélange ; que la résistance mécanique est augmentée avec la quantité d'ester utilisée. - d'autre part, les expériences nO 3 et nO 4 prouvent que l'emploi du diéthyle- neglycol est favorable pour des durcissements rapides. On interprete ces faits de la manière suivante - l'ester joue le rôle de durcisseur par son action sur le sel sodique de l'acide polysilicique qui constitue le liant, la quantité maximum à ajouter au liant correspondant aux proportions stoechiométriques de la réaction - l'alcool joue le rôle d'accélérateur de cette réaction en faisant l'alcoolyse de l'ester. Deux modes de réalisation du procédé selon l'invention sont décrits ci-après à titre d'exemples. Exemple 1 Un premier mélange pour la confection de noyaux et moules de fonderie a été élaboré en laboratoire avec 10) 100 parties de sable siliceux 55/60 AFA 2") 0,60 à 0,65 partie en poids de durcisseur Dl composé de . 85 % de triacétine 15 z de diéthylèneglycol (un malaxage de I minute 30 suivant l'addition du durcisseur D1 au sable). 30) 2,10 à 2,20 parties en poids de silicate de soude (un malaxage de 2 minutes 30 suivant l'incorporation du liant au mélange précédent). Le temps de durcissement de ce mélange est de 35 à 40 minutes, à température ambiante comprise entre 10 et 200 C. Le produit obtenu présente une résistance au cisaillement variant avec le temps de mûrissage comme indiqué dans le tableau 4 ci-dessous. Tableau 4 Temps de mûrissage 5 heures 18 heures 24 heures 3 jours 7 jours Résistgnce au cisaillement (kg/cm ) 3,3 7 9 10 10 Exemple 2 Un second mélange a été élaboré avec 10) 100 parties de sable siliceux 55/60 AFA 20) 0,50 parties en poids de durcisseur D2 composé de . 55 % de triacétine . 45 % de diéthylèneglycol (un malaxage de I minute 30 suivant l'addition du durcisseur au sable) 30) 2,50 parties en poids de silicate de soude (un malaxage de 2 minutes suivant l'addition du liant au sable) Le temps de durcissement de ce mélange est de 8 à 10 minutes, à température ambiante comprise entre 10 et 200 C. La résistance au cisaillement du produit obtenu varie avec le temps de mûrissage comme indiqué dans le tableau 5 ci-dessous Tableau 5 Temps de mûrissage i heure 2 heures 3 heures 16 jours Résistance au cisaillement 2,1 4,2 5 7,7 9 9 (kg/cm2) Les produits obtenus par les préparations précédentes, après utilisation, ont été broyés et traités dans le but de procéder à leur réemploi ; avec un apport de 25 à 30 % de sable neuf et additions de la composition durcissante d'une part, et d'autre part, du silicate de soude, dans des proportions convenables, on obtient la reproduction des caraftéristiques initiales. REVENDICATIONS 1.- Procédé de durcissement rapide à froid de sables de fonderie contenant du silicate de soude liquide à titre de liant, où le durcissement s' opère par réaction entre le liant et un polyester susceptible de libérer du glycérol par saponification, caractérisé en ce qutun initiateur permet ladite réaction. 2.- Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'initiateur est un mono ou un polyalcool avide d'eau, ramifié ou non, et portant des groupements susceptiblesdaccentuer sa polarité. 3.- Procédé selon la revendication 2, caractérisé en ce que la proportion dudit initiateur dans les sables de fonderie, est comprise entre 1% et 55%, le rapport pondéral SiO2 dans le liant pouvant descendre Jusqu'a 1,8%. Na20 4.- Procédé selon la revendication 2, caractérisé en ce que le polyalcool est le diéthylèneglycol. 5.- Durcisseur pour la mise en oeuvre du procédé selon la revendication 2, caractérisé en ce qu'il consiste en le mélange a) d'un polyester susceptible de libérer du glycérol par saponification, et b) d'un mono ou un polyalcool avide d'eau, ramifié ou non, et portant des groupements susceptibles d'accentuer sa polarité. 6.- Durcisseur pour la mise en oeuvre du procédé selon la revendication 3, caractérisé en ce qu'il consiste en le mélange a) de triacétine, et b) de iéthylèneglycol. 7.- Moules et noyaux de fonderie obtenus par la mise en oeuvre du procédé selon l'une quelconque des revendications I à 3.