PL 214177 B1 RZECZPOSPOLITA POLSKA (12) OPIS PATENTOWY (19) PL (11) 214177 (13) B1 (21) Numer zgłoszenia: 394360 (51) Int.Cl. B22C 1/02 (2006.01) C08L 91/08 (2006.01) Urząd Patentowy Rzeczypospolitej Polskiej (22) Data zgłoszenia: 28.03.2011 (54) Masa modelowa miękka i sposób otrzymywania masy modelowej miękkiej (73) Uprawniony z patentu: POLWAX SPÓŁKA AKCYJNA, Jasło, PL (43) Zgłoszenie ogłoszono: 08.10.2012 BUP 21/12 (45) O udzieleniu patentu ogłoszono: 28.06.2013 WUP 06/13 (72) Twórca(y) wynalazku: IZABELA ROBAK, Chorzów, PL GRZEGORZ KUBOSZ, Czechowice-Dziedzice, PL (74) Pełnomocnik: rzecz. pat. Krystyna Kozak
2 PL 214 177 B1 Opis wynalazku Przedmiotem wynalazku jest masa modelowa miękka i sposób otrzymywania masy modelowej miękkiej stosowanej w odlewniach precyzyjnych do produkcji odlewów metodą traconego wosku. Z polskiego opisu patentowego nr 178 574 znana jest kompozycja wosku modelowego miękkiego złożona z 48,0-55,0 części wagowych mikrowosku żółtego o temperaturze krzepnięcia 58 C, 9,5-10,0 części wagowych mikrowosku białego o temperaturze krzepnięcia 59 C, 28,0-33,0 części wagowych parafiny chińskiej o temperaturze krzepnięcia 60 C, 7,0-8,5 części wagowych parafiny białej o temperaturze krzepnięcia poniżej 53 C i 0,1 części wagowych koncentratu barwnika. Znana jest masa modelowa miękka składa się z 71% parafiny, 24% stearyny i 5% wosku polietylenowego stosowna przez odlewnie. Znana jest również kompozycja wosku modelowego miękkiego zawierająca w swoim składzie: 79,9 części wagowych parafiny białej, 30 części wagowych wosku pszczelego białego i 0,1 części wagowych koncentratu barwnika. Znany dotychczas z polskiego opisu patentowego nr 178 574 sposób otrzymywania masy modelowej miękkiej polega na tym, że naważki kompozycji stapia się i ogrzewa do temperatury 100 C-120 C w kotle, mieszając ją celem uzyskania jednorodnej kompozycji, po czym otrzymana mieszanina wosku modelowego o konsystencji płynnej jest podawana pompą poprzez tackę rozlewniczą na przesuwającą się z stałą prędkością taśmę częściowo zanurzoną w kąpieli chłodzącej, a po przejściu przez tą kąpiel, otrzymana jednolita płyta tej kompozycji podawana jest na wał nożowy, na którym zostaje pocięta na prostokątne płytki. Znane i stosowane w odlewniach precyzyjnych masy modelowe zawierające głównie parafinę, stearynę, niewielkie ilości cerezyny, wosku polietylenowego, wosku pszczelego lub wosku Montana nie gwarantują stabilnych właściwości technologicznych mas modelowych co ma wpływ na jakość produkowanych modeli, a w dalszej kolejności otrzymywanych odlewów precyzyjnych metodą traconego wosku. Znane sposoby wytwarzania mas modelowych miękkich, często produkowane przez pracowników odlewni na różnych urządzeniach, nie zapewniają produkcji mas modelowych miękkich o stabilnych właściwościach. Celem wynalazku jest opracowanie masy modelowej miękkiej, w której tak dobrano jakościowo i ilościowo składniki, że powstała masa modelowa miękka wykazuje nieoczekiwanie korzystne trwałe właściwości, które zapewnią w technologii wytapiania modeli metodą wosku traconego uzyskiwanie powtarzalności kształtu, odpowiednią jakość powierzchni modelu oraz wysoką wytrzymałość i stabilność wymiarową odlewów. Sposób otrzymywania masy modelowej miękkiej jest również celem wynalazku. Masę modelową miękką otrzymuje się w procesie komponowania stearyny, parafiny, kopolimeru etylenu i octanu winylu (EVA), wosku otrzymanego w wyniku syntezy Fischera-Tropscha, zwanego dalej parafiną FT, wosku polietylenowego oraz barwnika. Masa modelowa miękka według wynalazku zawiera parafinę o temperaturze krzepnięcia 54-58 C, penetracji w temperaturze 25 C nie przekraczającej 25x0,1 mm i zawartości oleju nie wyższej niż 1,1% w ilości 65-75% w/w, parafinę FT o temperaturze krzepnięcia 68-72 C, penetracji w temperaturze 25 C 9-16x0,1 mm i zawartości oleju nie większej niż 0,7% oraz lepkości kinematycznej w 100 C w zakresie 5,5-6,0 mm 2 /s w ilości 1-10% w/w, stearynę o liczbie kwasowej 190,0-210,0 i liczbie jodowej nie wyższej niż 0,8 w ilości 18-25% w/w, kopolimer etylenu i octanu winylu (EVA) o temperaturze kroplenia nie wyższej niż 95 C, penetracji w zakresie 5,0-11,0x0,1 mm i o lepkości dynamicznej w temperaturze 140 C wynoszącej 585-605 mpa s w ilości 0,3-6% w/w, wosk polietylenowy o gęstości w temperaturze 23 C mieszczącej się w przedziale 0,92-0,94 g/cm 3, temperaturze kroplenia w zakresie 100-110 C, lepkości dynamicznej w temperaturze 120 C wynoszącej 230-500 mpa s i penetracji w temperaturze 25 C wynoszącej 1-5x0,1 mm w ilości 2-10% w/w oraz barwnik w ilości nie wyższej niż 0,5% w/w. Istota sposobu otrzymywania masy modelowej miękkiej według wynalazku polega na tym, że do zbiornika z mieszadłem dozuje się parafinę o temperaturze krzepnięcia w przedziale 54-58 C, o penetracji w temperaturze 25 C nie przekraczającej 25x0,1 mm i zawartości oleju nie wyższej niż 1,1% w ilości 65-75% w/w, parafinę FT o temperaturze krzepnięcia 68-72 C, penetracji w temperaturze 25 C 9-16x0,1 mm i zawartości oleju nie większej niż 0,7% oraz lepkości kinematycznej w temperaturze 100 C w zakresie 5,5-6,0 mm 2 /s w ilości 1-10% w/w, stearynę o liczbie kwasowej 190,0-210,0
PL 214 177 B1 3 i liczbie jodowej nie wyższej niż 0,8 w ilości 18-25% w/w. W zbiorniku powyższe składniki podgrzewa się do temperatury 70-90 C i miesza się aż do całkowitego ich rozpuszczenia. Po rozpuszczeniu otrzymaną mieszaninę podgrzewa się w zbiorniku do temperatury 100-120 C i dodaje się kopolimer etylenu i octanu winylu (EVA) o temperaturze kroplenia nie wyższej niż 95 C, penetracji w zakresie 5,0-11,0x0,1 mm i o lepkości dynamicznej w temperaturze 140 C równej 585-605 mpa s w ilości 0,3-6% w/w oraz wosk polietylenowy o gęstości w temperaturze 23 C mieszczącej się w przedziale 0,92-0,94 g/cm 3, temperaturze kropienia w zakresie 100-110 C, lepkości dynamicznej w 120 C wynoszącej 230-500 mpa s i penetracji w temperaturze 25 C wynoszącej 1-5x0,1 mm w ilości 2-10% w/w oraz barwnik w ilości nie wyższej niż 0,5% w/w. Całość miesza się w temperaturze 100-120 C, przez okres od 45 do 70 minut do uzyskania jednorodnej mieszaniny. Gotowy produkt schładza się do temperatury 60-80 C. Właściwe parametry wyrobu gotowego uzyskuje się dzięki zastosowaniu specyficznej kompozycji masy modelowej miękkiej, a przede wszystkim poprzez odpowiedni dodatek kopolimeru etylenu i octanu winylu (EVA), który wpływa znacząco na poprawę własności technologicznych masy modelowej umożliwiając uzyskanie mniejszego skurczu liniowego oraz większej wytrzymałości masy modelowej na zginanie. Najistotniejszymi parametrami fizyko-chemicznymi gotowej masy są temperatury krzepnięcia i kroplenia, penetracja w 25 C, pozostałość po spopieleniu oraz lepkość kinematyczna w 100 C. Parametry fizykochemiczne gotowego produktu powinny mieścić się w następujących zakresach parametrów: temperatury krzepnięcia 60-80 C, temperatury kroplenia 62-82 C, penetracji 8-15x0,1 mm, pozostałości po spopieleniu nie wyższej niż 0,005% oraz lepkości kinematycznej w zakresie 6,0-8,5 mm 2 /s. Najważniejszymi parametrami technologicznymi (oznaczanymi w Instytucie Odlewnictwa) są skurcz, wytrzymałość na zginanie oraz strzałka ugięcia. Porównanie własności technologicznych mas modelowych o różnej zawartości kopolimeru. Nr Nazwa parametru Kopolimer (EVA) 0,5% 1,5% 2,5% 5,0% 1. Temperatura wtrysku [ C] 52-50 52-50 52-50 50-48 2. Skurcz masy [mm] 1,23 1,18 1,01 1,02 3. Wytrzymałość na zginanie RG [MPa] 4. Strzałka ugięcia [mm] 0,42 0,49 0,48 0,51 4a. 20 C 0,27 0,28 0,33 0,15 4b. 25 C 0,34 0,35 0,36 0,53 4c. 30 C 2,26 1.86 1,70 2.81 Przedmiot wynalazku przedstawiony jest w przykładach wykonania masy modelowej miękkiej i sposobu wytwarzania tej masy. P r z y k ł a d 1 Masa modelowa miękka zawiera 69,8% w/w parafiny o temperaturze krzepnięcia 54,6 C, penetracji w temperaturze 25 C 19x0,1 mm i zawartości oleju 0,86%, 5% w/w parafiny FT o temperaturze kinematycznej w 100 C równej 5,76 mm 2 /s, 20% w/w stearyny o liczbie kwasowej 194,0 i liczbie jodowej 0,5, 0,5% w/w kopolimeru etylenu i octanu winylu (EVA) o temperaturze kropienia 92 C, penetracji w temperaturze 25 C 7,0x0,1 mm i o lepkości dynamicznej w temperaturze 140 C wynoszącej 595 mpa s, 4,5% w/w wosku polietylenowego o gęstości w temperaturze 23 C wynoszącej 0,93 g/cm 3, temperaturze kroplenia 104 C, lepkości dynamicznej w temperaturze 120 C wynoszącej 342,1 mpa s i penetracji w temperaturze 25 C równej 1,5x0,1 mm i barwnika 0,2% w/w. P r z y k ł a d 2 Masa modelowa miękka zawiera 69,6% w/w parafiny o temperaturze krzepnięcia 54,6 C, penetracji w temperaturze 25 C 19x0,1 mm i zawartości oleju 0,86%, 5% w/w parafiny FT o temperaturze
4 PL 214 177 B1 kinematycznej w 100 C równej 5,76 mm 2 /s, 20% w/w stearyny o liczbie kwasowej 194,0 i liczbie jodowej 0,5, 1,5% w/w kopolimeru etylenu i octanu winylu (EVA) o temperaturze kroplenia 92 C, penetracji w temperaturze 25 C 7,0x0,1 mm i o lepkości dynamicznej w temperaturze 140 C wynoszącej 595 mpa s, 3,5% w/w wosku polietylenowego o gęstości w temperaturze 23 C wynoszącej 0,93 g/cm 3, temperaturze kroplenia 104 C, lepkości dynamicznej w temperaturze 120 C wynoszącej 342,1 mpa s i penetracji w temperaturze 25 C wynoszącej 1,5x0,1 mm i barwnika w ilości 0,4% w/w. P r z y k ł a d 3 Masa modelowa miękka zawiera 69,75% w/w parafiny o temperaturze krzepnięcia 54,6 C, penetracji w temperaturze 25 C 19x0,1 mm i zawartości oleju 0,86%, 5% w/w parafiny FT o temperaturze kinematycznej w 100 C w zakresie 5,76 mm 2 /s, 20% w/w stearyny o liczbie kwasowej 194,0 i liczbie jodowej 0,5, 2,5% w/w kopolimeru etylenu i octanu winylu (EVA) o temperaturze kropienia 92 C, penetracji w temperaturze 25 C 7,0x0,1 mm i o lepkości dynamicznej w temperaturze 140 C wynoszącej 595 mpa s, 2,5% w/w wosku polietylenowego o gęstości w temperaturze 23 C wynoszącej 0,93 g/cm 3, temperaturze kropienia 104 C, lepkości dynamicznej w temperaturze 120 C wynoszącej 342,1 mpa s i penetracji w temperaturze 25 C wynoszącej 1,5x0,1 mm i barwnika 0,25% w/w. P r z y k ł a d 4 Masa modelowa miękka zawiera 69,85% w/w parafiny o temperaturze krzepnięcia 54,6 C, penetracji w temperaturze 25 C 19x0,1 mm i zawartości oleju 0,86%, 2,5% w/w parafiny FT o temperaturze kinematycznej w 100 C w zakresie 5,76 mm 2 /s, 20% w/w stearyny o liczbie kwasowej 194,0 i liczbie jodowej 0,5, 5% w/w kopolimeru etylenu i octanu winylu (EVA) o temperaturze kroplenia 92 C, penetracji w temperaturze 25 C 7,0x0,1 mm i o lepkości dynamicznej w temperaturze 140 C wynoszącej 595 mpa s, 2,5% w/w wosku polietylenowego o gęstości w temperaturze 23 C równej 0,93 g/cm 3, temperaturze kroplenia 104 C, lepkości dynamicznej w temperaturze 120 C wynoszącej 342,1 mpa s i penetracji w temperaturze 25 C wynoszącej 1,5x0,1 mm i barwnika 0,15% w/w. P r z y k ł a d 5 Do zbiornika z mieszadłem dodano 69,8% w/w parafiny o temperaturze krzepnięcia w przedziale 54,6 C, o penetracji w temperaturze 25 C 19x0,1 mm i zawartości oleju 0,86%, 5% w/w parafiny FT o temperaturze krzepnięcia 70,6 C, penetracji w temperaturze 25 C 14x0,1 mm i zawartości oleju 0,5% oraz lepkości kinematycznej w temperaturze 100 C w zakresie 5,76 mm 2 /s, 20% w/w stearyny o liczbie kwasowej 194,0 i liczbie jodowej 0,5, podgrzano do temperatury 85 C i mieszano aż do całkowitego rozpuszczenia, następnie podniesiono temperaturę w zbiorniku do 115 C i dodano 0,5% w/w kopolimeru etylenu i octanu winylu (EVA) o temperaturze kroplenia 92 C, penetracji w temperaturze 25 C 7,0x0,1 mm i o lepkości dynamicznej w temperaturze 140 C równej 595 mpa s oraz 4,5% w/w wosk polietylenowy o gęstości w temperaturze 23 C równej 0,93 g/cm 3, temperaturze kroplenia 104 C, lepkości dynamicznej w 120 C wynoszącej 342,1 mpa s i penetracji w temperaturze 25 C wynoszącej 1,5x0,1 mm oraz barwnika w ilości 0,2 w/w, całość mieszano w temperaturze 115 C, przez okres 55 minut do uzyskania jednorodnej mieszaniny, następnie gotowy produkt schładza się do temperatury 70 C. P r z y k ł a d 6 Do zbiornika z mieszadłem dodano 69,6% w/w parafiny o temperaturze krzepnięcia w przedziale 54,6 C, o penetracji w temperaturze 25 C 19x0,1 mm i zawartości oleju 0,86%, 5% w/w parafiny FT o temperaturze krzepnięcia 70,6 C, penetracji w temperaturze 25 C 14x0,1 mm i zawartości oleju 0,5% oraz lepkości kinematycznej w temperaturze 100 C 5,76 mm 2 /s, 20% w/w stearyny o liczbie kwasowej 194,0 i liczbie jodowej 0,5 podgrzano do temperatury 85 C i mieszano do całkowitego rozpuszczenia, następnie podniesiono temperaturę w zbiorniku do 110 C i dodano 1,5% w/w kopolimeru etylenu i octanu winylu (EVA) o temperaturze kroplenia 92 C, penetracji w temperaturze 25 C 7,0x0,1 mm i o lepkości dynamicznej w temperaturze 140 C równej 595 mpa s oraz 3,5% w/w wosku polietylenowego o gęstości w temperaturze 23 C równej 0,93 g/cm 3, temperaturze kroplenia 104 C, lepkości dynamicznej w 120 C wynoszącej 342,1 mpa s i penetracji w temperaturze 25 C wynoszącej 1,5x0,1 mm oraz barwnika w ilości 0,4% w/w, całość mieszano w temperaturze 110 C, przez okres 60 minut do uzyskania jednorodnej mieszaniny, następnie gotowy produkt schłodzono do temperatury 70 C.
PL 214 177 B1 5 P r z y k ł a d 7 Do zbiornika z mieszadłem dodano 69,75% w/w parafiny o temperaturze krzepnięcia w przedziale 54,6 C, o penetracji w temperaturze 25 C 19x0,1 mm i zawartości oleju 0,86%, 5% w/w parafinę FT o temperaturze krzepnięcia 70,6 C, penetracji w temperaturze 25 C 14x0,1 mm i zawartości oleju 0,5% oraz lepkości kinematycznej w temperaturze 100 C w zakresie 5,76 mm 2 /s, 20% w/w stearyny o liczbie kwasowej 194,0 i liczbie jodowej 0,5 i podgrzano do temperatury 80 C i mieszano do całkowitego rozpuszczenia, następnie podniesiono temperaturę w zbiorniku do 110 C i dodano 2,5% w/w kopolimeru etylenu i octanu winylu (EVA) o temperaturze kroplenia 92 C, penetracji w temperaturze 25 C 7,0x0,1 mm i o lepkości dynamicznej w temperaturze 140 C równej 595 mpa s oraz 2,5% w/w wosku polietylenowego o gęstości w temperaturze 23 C równej 0,93 g/cm 3, temperaturze kroplenia 104 C, lepkości dynamicznej w 120 C wynoszącej 342,1 mpa s i penetracji w temperaturze 25 C wynoszącej 1,5x0,1 mm oraz barwnika 0,25% w/w, całość mieszano w temperaturze 110 C, przez okres 65 minut do uzyskania jednorodnej mieszaniny, następnie gotowy produkt schłodzono do temperatury 70 C. P r z y k ł a d 8 Do zbiornika z mieszadłem dodano 69,85% w/w parafiny o temperaturze krzepnięcia w przedziale 54,6 C, o penetracji w temperaturze 25 C 19x0,1 mm i zawartości oleju 0,86%, 2,5% w/w parafiny FT o temperaturze krzepnięcia 70,6 C, penetracji w temperaturze 25 C 14x0,1 mm i zawartości oleju 0,5% oraz lepkości kinematycznej w temperaturze 100 C w zakresie 5,76 mm 2 /s, 20% w/w stearyny o liczbie kwasowej 194,0 i liczbie jodowej 0,5 podgrzano do temperatury 80 C i mieszano aż do całkowitego rozpuszczenia, następnie podniesiono temperaturę w zbiorniku do 110 C i dodano 5% w/w kopolimeru etylenu i octanu winylu (EVA) o temperaturze kroplenia 92 C, penetracji w temperaturze 25 C 7,0x0,1 mm i o lepkości dynamicznej w temperaturze 140 C równej 595 mpa s oraz 2,5% w/w wosku polietylenowego o gęstości w temperaturze 23 C równej 0,93 g/cm 3, temperaturze kroplenia 104 C, lepkości dynamicznej w 120 C wynoszącej 342,1 mpa s i penetracji w temperaturze 25 C wynoszącej 1,5x0,1 mm oraz barwnika w ilości 0,15 w/w, całość mieszano w temperaturze 100 C, przez okres 60 minut do uzyskania jednorodnej mieszaniny, następnie gotowy produkt schłodzono do temperatury 70 C. Wyniki oznaczeń parametrów fizykochemicznych mieszanek zestawionych według przykładów powyżej Parametr Temperatura krzepnięcia [ C] Temperatura kroplenia [ C] Lepkość kinematyczna w 100 C [mm 2 /s] Penetracja w 25 C [0,1 mm] Pozostałość po spopieleniu [%] Metoda oznaczenia Przykład 1 Przykład 2 Przykład 3 Przykład 4 PN-77/C-04018 60,6 62,2 62,4 69,4 PN-55/C-04020 62,0 65,0 65,0 73,0 PN-EN ISO 3104 6,59 6,63 6,69 7,48 PN-82/C-04161 10 9 9 12 PN-EN ISO 6245 0,002 0,002 0,002 0,003 Masa modelowa miękka wg wynalazku może być wprowadzana do procesu technologicznego wykonywania modeli stosowanych w odlewniach do produkcji odlewów precyzyjnych z metalu metodą traconego wosku. Metoda ta pozwala na produkowanie małych odlewów o skomplikowanych kształtach. Zastrzeżenia patentowe 1. Masa modelowa miękka zawierająca stearynę, parafiny, wosk polietylenowy, znamienna tym, że zawiera parafinę o temperaturze krzepnięcia 54-58 C, penetracji w temperaturze 25 C nie przekraczającej 25x0,1 mm i zawartości oleju nie wyższej niż 1,1% w ilości 65-75% w/w, parafinę FT
6 PL 214 177 B1 o temperaturze krzepnięcia 68-72 C, penetracji w temperaturze 25 C 9-16x0,1 mm i zawartości oleju nie większej niż 0,7% oraz lepkości kinematycznej w 100 C w zakresie 5,5-6,0 mm 2 /s w ilości 1-10% w/w, stearynę o liczbie kwasowej 190,0-210,0 i liczbie jodowej nie wyższej niż 0,8 w ilości 18-25% w/w, kopolimer etylenu i octanu winylu (EVA) o temperaturze kroplenia nie wyższej niż 95 C, penetracji w zakresie 5,01 1,0x0,1 mm i o lepkości dynamicznej w temperaturze 140 C wynoszącej 585-605 mpa s w ilości 0,3-6% w/w, wosk polietylenowy o gęstości w temperaturze 23 C mieszczącej się w przedziale 0,92-0,94 g/cm 3, temperaturze kroplenia w zakresie 100-110 C, lepkości dynamicznej w temperaturze 120 C wynoszącej 230-500 mpa s i penetracji w temperaturze 25 C wynoszącej 1-5x0,1 mm w ilości 2-10% w/w oraz barwnik w ilości nie wyższej niż 0,5% w/w. 2. Sposób otrzymywania masy modelowej miękkiej, znamienny tym, że do zbiornika z mieszadłem dozuje się parafinę o temperaturze krzepnięcia w przedziale 54-58 C, o penetracji w temperaturze 25 C nie przekraczającej 25x0,1 mm i zawartości oleju nie wyższej niż 1,1% w ilości 65-15% w/w, parafinę FT o temperaturze krzepnięcia 68-72 C, penetracji w temperaturze 25 C 9-16x0,1 mm i zawartości oleju nie większej niż 0,7% oraz lepkości kinematycznej w temperaturze 100 C w zakresie 5,5-6,0 mm 2 /s w ilości 1-10% w/w, stearynę o liczbie kwasowej 190,0-210,0 i liczbie jodowej nie wyższej niż 0,8 w ilości 18-25% w/w podgrzewa się do temperatury 70-90 C i miesza się aż do całkowitego rozpuszczenia, następnie podnosi się temperaturę w zbiorniku do 100-120 C i dodaje się kopolimer etylenu i octanu winylu (EVA) o temperaturze kroplenia nie wyższej niż 95 C, penetracji w zakresie 5,0-11,0x0,1 mm i o lepkości dynamicznej w temperaturze 140 C równej 585-605 mpa s w ilości 0,3-6% w/w oraz wosk polietylenowy o gęstości w temperaturze 23 C mieszczącej się w przedziale 0,92-0,94 g/cm 3, temperaturze kroplenia w zakresie 100-110 C, lepkości dynamicznej w temperaturze 120 C wynoszącej 230-500 mpa s i penetracji w temperaturze 25 C wynoszącej 1-5x0,1 mm w ilości 2-10% w/w oraz barwnik w ilości nie wyższej niż 0,5% w/w, całość miesza się w temperaturze 100-120 C przez okres 45-70 minut do uzyskania jednorodnej mieszaniny, następnie gotowy produkt schładza się do temperatury 60-80 C. Departament Wydawnictw UP RP Cena 2,46 zł (w tym 23% VAT)