41. Keernojen valmistustavat

41. Keernojen valmistustavat Raimo Keskinen, Pekka Niemi Tampereen ammattiopisto Keernalaatikot voidaan täyttää kolmella eri tavalla: sullomalla käsin tai paineilmasurvimen avulla jatkuvatoimisen sekoittimen avulla, jolloin itsekovettuva hiekka putoaa keernalaatikkoon ja sullomista ei juuri tarvita puhaltamalla tai ampumalla paineilman avulla. Käsin täyttöä käytetään sen hitauden vuoksi yleensä vain yksittäistuotannossa esimerkiksi tehtäessä tuorehiekkakeernoja. Jatkuvatoimisia sekoittimia, vaakasuoria ja pystysekoittimia, käytetään keskisuurten ja suurten keernojen valmistukseen sekä yksittäis- että sarjatuotannossa. Puhaltamista ja ampumista voidaan käyttää pienille sekä keskisuurille keernoille, ja se sopii sekä yksittäistuotantoon että sarjatuotantoon nopeutensa vuoksi. Keernanvalmistuksessa ovat käsin täytön ja jatkuvatoimisella sekoittimella täytön periaatteet samat kuin muotinvalmistuksessakin, joten käsittelemme tässä vain keernanvalmistuksen paineilman avulla sekä yleisimmät valmistusmenetelmät eri sideaineilla. Keernanpuhallus ja ampuminen Keernojen sarjavalmistuksessa on keernalaatikon täyttö paineilman avulla eniten käytetty valmistusmenetelmä. Täyttö voi tapahtua joko puhaltamalla puhalluskoneella tai ampumalla keernatykillä. Kuva 423 esittää puhaltamalla täyttyvän koneen painekammiota ja puhalluspäätä, jota vasten täytettävä keernalaatikko puristetaan. Paineilma, joka ohjataan painesäiliöön sen alaosasta, painaa keernahiekan ilmaan sekoitettuna keernalaatikkoon. Kuva 423. Menetelmässä paineilma vaikuttaa jatkuvasti täydellä paineella niin kauan, kunnes laatikko on täynnä hiekkaa. Koneen toiminta muistuttaa hiekkapuhallusta, joten se kuluttaa nopeasti keernalaatikoita. Laatikoiden pitää yleensä olla metallia, jotta ne kestäisivät paineenalaisen hiekan kuluttavan vaikutuksen. Tämän sekä myös suuren energian kulutuksen vuoksi on seuraavana esitetty ampumismenetelmä syrjäyttänyt puhallusmenetelmää. Kuva 424 esittää halkileikkausta keernan ampumiseen käytettävästä keernatykistä. Koneen yläosastossa on kiinteä hiekkasäilö, johon hiekka syötetään yläpuolella olevasta säiliöstä. Hiekkasäiliön alla on puhalluspää, johon hiekka pääsee putoamaan säiliöstä. Taittoa tarkistettu 2.12.2015 (Tuula Höök) Muotinvalmistustekniikka Sivu 150

Kuva 424. Puhalluspään pohjalaatassa, joka puristuu keernalaatikkoa vasten, on yksi tai useampia puhallusreikiä sen mukaan, kuinka monta täyttöaukkoa on keernalaatikossa. Puhalluspää voidaan vaihtaa aina käytössä olevalle keernalaatikolle sopivaksi. Kuva 425 esittää puhalluspäätä ja keernalaatikkoa. Koneessa on painesäiliö, johon varastoidaan tietty ilmamäärä. Säiliöstä ilmamäärä päästetään venttiilin kautta puhalluspäähän. Keernahiekka työntyy tällöin puhalluspäästä ammuksen tavoin keernalaatikkoon. Kuva 425. Paine alenee sammalla nopeasti ja häviää kokonaan, kun puhallus lakkaa. Keernalaatikot kuluvat tämän vuoksi vähemmän kuin puhallusmenetelmässä, ja puisiakin keernalaatikoita voidaan käyttää. Keernalaatikoiden jakopinta voi olla joko pysty- tai vaakasuora. Pystysuoraan jaetut laatikot suljetaan puhalluksen ajaksi konepöytään sijoitettujen paineilmalla toimivien puristussylintereiden avulla (Kuva 426). Kuva 426. Kuva 427. Taittoa tarkistettu 2.12.2015 (Tuula Höök) Muotinvalmistustekniikka Sivu 151

Keernatykkien hiekkatilavuus vaihtelee 0,5 ja 120 litran välillä. Ilmanpaine on tavallisesti normaali verkkopaine eli 800 kpa. Kuva 427 esittää halkileikkausta keernatykin puhalluspäästä. Keskellä olevasta reiästä hiekka ammutaan paineilman avulla keernalaatikkoon. Ilma virtaa pois nippeleillä varustetuista rei istä ja hiekka täyttää laatikon. Nippelit ovat metallista tai muovista tehtyjä kappaleita, jotka upotetaan niitä varten porattuihin reikiin joko puhalluspäähän tai keernalaatikkoon. Ne päästävät lävitse ilman mutta eivät hiekkaa (Kuva 428). Kuva 429 esittää puhalluspäätä ilman nippeleitä. Tällainen tulee kysymykseen esimerkiksi kuvan 430 tapauksessa, jossa keernalaatikko on puhalluksen ajaksi asetettu erikoiselle ilmaa läpäisevälle levylle. Kuva 428. Kuva 429. Kuva 430. Usein on keernalaatikon muoto sellainen, että ilman poispääsy keernalaatikosta yksin puhalluspään kautta ei täytä sitä kokonaan hiekalla. Tällöin joudutaan sijoittelemaan nippeleitä keernalaatikon tiettyihin kohtiin (Kuva 431). Kuva 431. Kuva 432. Keernatykeissä käytettävien keernalaatikoiden pitää olla tiivisti suljettuna, jotta hiekkaei pääse jakopinnan kautta vuotamaan pois. Vuoto aiheuttaa virheitä keernassa, ja lisäksi vuoto jakopinnan kulumisen takia lisääntyy hyvin nopeasti. Vuoto estetään työstämällä pinnat tiivisti toisiinsa sopiviksi, tai käyttämällä kumitiivistettä (Kuva 432). Taittoa tarkistettu 2.12.2015 (Tuula Höök) Muotinvalmistustekniikka Sivu 152

Pikahartsikeernat Pikahartseiksi kutsutaan sellaisia kylmähartseja, jotka kovettuvat huomattavasti nopeammin kuin aikaisemmin esitetyt hartsit. Keernalaatikon täytön ja keernan irrottamisen välinen aika voi olla esimerkiksi 20 sekuntia. Kaikkien kylmähartsihiekkojen kovettumista voidaan nopeuttaa kovetteen määrää lisäämällä, mutta pikahartseissa käytetään kovetteena erikoisia happoseoksia. Eräs tällainen pikahartsille kehitetty menetelmä on fascold-menetelmä, jossa hiekkaseos ammutaan paineilman avulla keernalaatikkoon (Kuva 433). Laitteeseen syötetään puhdasta kuivaa hiekkaa säiliöstä. Toisessa kahdesta kierukkasekoittimesta sekoitetaan keskenään hiekkaa ja kovetetta, toisessa hiekkaa ja hartsia. Kierukkasekoittimet täyttävät kumpikin oman esipuhalluskammionsa hiekkaseoksella ja pysähtyvät sitten. Niistä nämä kaksi hiekkaseosta puhalletaan paineilman avulla nopeasti reaktiokammioon, jossa hiekkaseokset yhdistetään. Hiekka-annos siirtyy reaktiokammiosta sekunnin aikana keernatykin säiliöön, ja keerna ammutaan välittömästi. Koneella voidaan ampua jopa 120 kertaa tunnissa. Keernalaatikot voivat olla joko puuta tai metallia. Laatikoissa pitää olla ilmanpoistonippelit niin kuin muissakin paineilmalla täytettävissä laatikoissa. Kuva 433. Kaasuhartsi- eli cold-box-menetelmä Nimitys kaasuhartsi johtuu siitä, että menetelmässä keernahiekan lopullinen kovuus saadaan aikaan puhaltamalla sen läpi kovettava kiihdykekaasu. Cold-box-nimitys viittaa taas keernalaatikkoon, joka yleensä on kylmä, siis lämmittämätön. Keernalaatikko täytetään yleisimmin keernatykillä, mutta hiekka voidaan myös helposti juoksevana ravistaa laatikkoon. Sideaineena käytetään fenolihartsia ja kovetteena isosyanaattia. Sideaineen määrä on n. 0,4 1 % hiekan määrästä ja kovetteen määrä suunnilleen saman verran. Sideaineella ja kovetteella seostetun hiekan työskentelyaika on melko pitkä, yleensä 2 16 h. Nopea kovettuminen saadaan aikaan vasta, kun keernan valmistuttua siihen puhalletaan kiihdytekaasua, joka tavallisesti on trietyyliamiinia. Amiinikaasut ovat myrkyllisiä, joten niitä ei voi laskea valimoilmaan, vaan ne on johdettava pois. Myös keernaan jäänyt kaasumäärä huuhdellaan pois paineilman avulla. Taittoa tarkistettu 2.12.2015 (Tuula Höök) Muotinvalmistustekniikka Sivu 153

Pois johdettavan kiihdytekaasun käsittelytavan perusteella erotetaan kaksi eri järjestelmää. Suljetussa järjestelmässä (Kuva 435) on keernalaatikko täysin tiivis, joten siitä ei pääse tunkeutumaan ympäristöön kaasua myöskään jakopinnan kautta. Kaasu johdetaan paineilman avulla keernaan kaasutuslevyn kautta. Poistuvat kaasut johdetaan neutralointiliuokseen tai poltetaan (Kuva 436). Kuva 434. Kuva 435. Kuva 436. Kaasujen poisto Avonaisessa järjestelmässä ei keernalaatikon tarvitse olla täysin tiivis (Kuva 437), mutta työpaikan ilmanvaihdon on oltava tehokas. Kuva 438 esittää koteloitua keernatykkiä, jossa on avoin järjestelmä. Kuva 437. Kuva 438. Koteloitu keernatykki. Taittoa tarkistettu 2.12.2015 (Tuula Höök) Muotinvalmistustekniikka Sivu 154

Kuva 439. Koteloitu keernatykki suljettuna. Kuva 440. Keernatykki avattuna. Keernantekijä poistuu puhalluksen ajaksi koteloinnin ulkopuolelle. Samanaikaisesti imetään sisäpuolelta voimakkaasti ilmaa, jolloin keernalaatikosta tullut kiihdytekaasu saadaan poistumaan. Kaasutusta voidaan verrata CO2-hiekan kaasutukseen. Ylikaasuttaminen ei kuitenkaan aiheuta keernan heikkenemistä, niin kuin CO2-hiekalla tapahtuu. Suljetussa järjestelmässä ovat kovetusajat lyhemmät ja kaasunkulutus vähäisempi kuin avonaisessa järjestelmässä. Menetelmän kanssa työskentelevät tulee perehdyttää työpaikalla hyvin aineiden ominaisuuksiin ja vaaroihin sekä opastaa suojavälineiden käyttöön. Tällöin ei kaasuhartsimenetelmä aiheuta suurempia terveydellisiä haittoja kuin muutkaan keernanvalmistusmenetelmät. Kuva 441. Isoa keernaa poistetaan tykistä (paino n. 80 kg, pituus 1600mm). Kuva 442. Pientä keernaa poistetaan tykistä. Betaset-menetelmä Betaset-menetelmä oin uusimpia kaasuhartsimenetelmiä. Siinä sideaiheena käytetään fenoliformaldehydiä, joka kovetetaan esterillä. Betaset-menetelmä eroaa aikaisemmin kehitetystä alphaset-menetelmästä siten, että esteriä ei sekoitetakaan hiekkaan nesteenä, vaan se puhalletaan kaasuna valmiiksi ammutun tai sullotun keernan lävitse. Kovettuminen tapahtuu puhalluksen jälkeen muuttamassa sekunnissa. Taittoa tarkistettu 2.12.2015 (Tuula Höök) Muotinvalmistustekniikka Sivu 155

Esterit ovat samantyyppisiä kuin ne, joita käytetään vesilasi-esterimenetelmässä. Kovetekaasu kehitetään nestemäisestä esteristä erillisessä kaasunkehittimessä. Kovetekaasu muodostuu ilman kanssa sekoitetusta suhteessa 5 20 % räjähtävän kaasuseoksen, mistä syystä työpaikan ilmanvaihdon on oltava tehokas. Valmistettaessa keernoja keernatykillä käytetään samantyyppisiä ilmanvaihtosysteemejä kuin edellä esitetyssä Cold-boxmenetelmässäkin. Yksittäistuotannossa tai suuria keernoja valmistettaessa kaasutus voi tapahtua erityisellä kaasutusasemalla (Kuva 443). Koska esteri ei ole katalyytti eli reaktion nopeuttaja, vaan sideaineyhdistelmän toinen komponentti, on kovettumisen kannalta välttämätöntä, että kaasu saadaan jakautumaan tasaisesti keernaan. Tämän vuoksi on keernalaatikko tehtävä rakenteeltaan sellaiseksi, että kaasu pääsee vaikuttamaan keernaan jokaiseen kohtaan (Kuva 444). Kuva 443. Kaasuhartsimuoteille ja keernoille sopiva valmistuslinja. 1.) Jatkuvatoiminen sekoitin 2.) Kaasutusasema 3.) Neutralointilaite 4.) Muottien kääntökone 5.) Rullaratoja Kuva 444. Hiekkana voidaan käyttää mitä tahansa valimohiekkaa, myös elvytettyä hiekkaa. Hartsin määrä on n. 1,5 % hiekan määrästä. Kovetekaasun määrä on 30 60 % sideaineen painosta. Menetelmää käytetään erikoisesti teräsvalimoissa, mutta se soveltuu myös muille valumetalleille. Taittoa tarkistettu 2.12.2015 (Tuula Höök) Muotinvalmistustekniikka Sivu 156

Betaset-menetelmä on suhteellisen saastuttamaton, koska kovetteina käytettävien esterikaasujen myrkyllisyys on vähäinen. Tämän vuoksi se on myös amiinikaasulla kovetettavaa kaasuhartsimenetelmää nopeampi, koska keerna voidaan huuhdella ilmalla nopeammin. Kokonaisvalmistusaika Betaset-menetelmällä muodostuukin tästä syystä lyhemmäksi. Alphaset-menetelmä Alphaset- ja Betaset-keernoja käytetään yleensä alphaset-muottien kanssa. Alphasetmenetelmässä sideaineena on fenoliformaldehydi (PF) ja kovetteena toimii esteri. Kovettuminen perustuu hiekassa olevien aineiden keskinäiseen reaktioon. Kovettumisnopeutta säädellään esterityypin mukaan, ei määrällä. Hiekkaan sekoitetaan ensin kovetteena toimiva esteri ja sen jälkeen hartsi. Hartsia käytetään 1,2 1,5 % hiekan määrästä ja esteriä n. 15 % hartsin määrästä. Keernat ovat valukelpoisia 2 3 tunnin kuluttua, jolloin ne ovat saavuttaneet lähes lopullisen lujuutensa. Alphaset-menetelmässä keernahiekka valmistetaan jatkuvatoimisella ruuvisekoittimella, josta se voidaan pudottaa suoraan keernalaatikkoon. Hiekan käyttöaika on puolet kovettumisajasta (5 45 min). Keernat voidaan peitostaa heti irrotuksen jälkeen. Menetelmällä valmistetuille keernoille sopii sekä vesi- että alkoholipohjaiset peitosteet. Alphaset-menetelmällä tehdään tavallisesti isoja keernoja, ja edellä mainitulla Betasetilla pieniä ja keskisuuria keernoja, jotka mahtuvat keernatykkeihin. Molempien menetelmien etuja ovat seuraavat: kovetettu keerna irtoaa helposti keernalaatikosta, keerna on helppo tyhjentää valun jälkeen, sideaineet ovat rikittömiä ja typettömiä, ja menetelmät ovat ympäristöystävällisiä. Taittoa tarkistettu 2.12.2015 (Tuula Höök) Muotinvalmistustekniikka Sivu 157

KERTAUSTEHTÄVIÄ Mikä periaatteellinen ero on keernojen puhalluskoneella ja keernatykillä? Miksi keernoja puhallettaessa ei yleensä käytetä puisia keernalaatikoita? Mikä tehtävä keernalaatikossa on ilmanippeleillä? Mistä johtuu nimitys pikahartsi? Mitä voidaan sanoa kaasuhartsihiekan työskentelyajasta kylmähartsihiekkoihin verrattuna Mitä on muistettava kaasuhartsimenetelmän kiihdytekaasuina käytettävistä amiinikaasuista? Mitä on muistettava Betaset-menetelmän kovetekaasuista? Kuumalaatikko- eli hot-box-menetelmä Aikaisemmin todettiin, että lämpötilan nostaminen kiihdyttää hartsisideaineen kovettumista. Tätä käytetään hyväksi hot-box-menetelmässä siten, että keernahiekka puhalletaan kuumennettuun 250 300 C:een lämpöiseen metalliseen keernalaatikkoon. Laatikko kuumennetaan joko sähkövastauksien tai kaasuliekin avulla (Kuva 445). Hot-box-keernoja voidaan valmistaa myös tavallisella keernanpuhalluskoneella tai keernatykillä, jos niiden läheisyyteen asennetaan uuni laatikon kuumennusta varten. Tällöin on koneen puhalluspään alalevy vaihdettava esimerkiksi vedellä jäähdytettävään levyyn (Kuva 446), koska muuten keernalaatikon kuumuus kovettaa myös levyssä oleviin puhallusreikiin jääneen hiekan. Sideaineena käytetään samantyyppisiä hartseja kuin edellisissäkin menetelmissä. Hartsimäärä on tavallisesti noin 2 % ja kovetemäärä noin 25 % hartsin määrästä. Samoilla hartseilla, joita käytetään hot-box-menetelmässä, voidaan saada nopea kovettuminen johtamalla 150 300-asteista ilmaa paineen avulla keernan läpi. Tällöin voidaan käyttää halpoja puisia keernalaatikoita. Taittoa tarkistettu 2.12.2015 (Tuula Höök) Muotinvalmistustekniikka Sivu 158

Hot-box-menetelmä sopii erinomaisesti suursarjatuotantoon. Kuva 447 esittää ns. transfer- eli siirtokonetta, jossa keskellä on puhallusasema ja molemmilla puolilla lämmitys- ja irrotusasemat. Koneella työskennellään kahden laatikon kanssa samanaikaisesti. Hot-box-menetelmässä voidaan keernalaatikko kuumentaa joko sähköllä tai kaasulla. Kuva 445. Kuva 446. Kuva 447. Suurikokoinen hot-box-keernatykki. Taittoa tarkistettu 2.12.2015 (Tuula Höök) Muotinvalmistustekniikka Sivu 159

Kuorikeerna- eli Croning-menetelmä Keernat valmistetaan samalla periaatteella kuin edellä esitetyt kuorimuotitkin. Menetelmässä kuiva hartsisideaineella päällystetty hiekka puhalletaan pientä painetta apuna käyttäen noin 250 C lämpötilaan kuumennettuun metalliseen keernalaatikkoon. Sideaineen sulamisen johdosta muodostuu keernalaatikon pintaan 3 5 mm paksu kuori. Syntynyt kuori kovettuu nopeasti kemiallisen reaktion avulla. Kun kuoren paksuus on riittävä, käännetään keernalaatikko alassuin, jolloin kovettumaton hiekka putoaa takaisin säiliöön. Keernan annetaan paistua tämän jälkeen vielä 0,5 2 min. Keernalaatikkoa voidaan lämmittää joko kaasulla tai sähköllä. Kuva 448. Kuorikeernojen valmistuksen periaate: A) lähtötilanne B) täyttövaihe C) tyhjennysvaihe. Kuva 449. Kuorikeernoja voidaan valmistaa myös ilman keernalaatikon kääntötyhjennysvaihetta, jolloin ontot kohdat saadaan aikaan keernalaatikon osilla, jotka vedetään ulos keernasta ennen sen irrottamista laatikosta. Vastahellityksien vuoksi ei keernojen kaikkia osia tällä menetelmällä aina saada ontoiksi (Kuva 449). Kuva 450. Keernalaatikko. Kuva 451. Keernalaatikot koneessa. Taittoa tarkistettu 2.12.2015 (Tuula Höök) Muotinvalmistustekniikka Sivu 160

Kuva 452. Keernalaatikko aukaistu. Kuva 453. Valmis keerna. Vesilasi- eli Co2- menetelmä Vesilasimenetelmä on melko vanha menetelmä. Ensimmäinen patentti myönnettiin sille jo vuosisadan vaihteessa. Sideaineena toimiva vesilasi Na2Si03 * H2O on natriumsilikaatin vesiliuos, joka valmistetaan sulattamalla kvartsihiekkaa natriumkarbonaatin eli soodan kanssa. Vesilasi on myrkytön, hajuton ja suhteellisen halpa sideaine. Hiekka ei sekoituksen ja valun aikana kehitä haitallisia kaasuja. Myöskään jätehiekalla ei ole ympäristöä saastuttavaa vaikutusta. Koska vesilasi on melko voimakkaasti alkalinen aine, on sitä käsiteltäessä kuitenkin käytettävä käsineitä ja suojalaseja. Vesilasin kovettamiseksi on kehitetty useita menetelmiä. Kovettaminen voi tapahtua hiilidioksidilla, esterillä, ferropiillä, kalsiumkarbidilla. tai yksinkertaisesti vain kuivattamalla. Yleisin tapa on kovettaminen hiilidioksidikaasulla, jolloin puhutaan CO2- menetelmästä. Kovettumisreaktio on seuraava: Na2SiO3 * H2O + CO2 -> Vesilasi + hiilidioksidi SiO2 * H2O + Na2CO3 piihappogeeli + sooda Riittävän CO2- määrän jälkeen piihappogeeli muuttuu kiinteäksi lasimaiseksi H2O-pitoiseksi sideaineeksi, joka sitoo tehokkaasti hiekkarakenteet toisiinsa. Suuret vesilasikeernat valmistetaan normaalisti sullomalla. Sarjatuotannossa tavallisin valmistusmenetelmä on keernatykillä ampuminen. Keernatykit ovat rakenteeltaan muuten samanlaisia kuin edellä esitetytkin, mutta niihin on asennettu lisälaiteet nopeaa kaasutusta varten. Laitteisto kaasuttaa keernaa automaattisesti sopivan pituisen ajan. Yksittäistuotannossa CO2 -kaasu otetaan tavallisesti kaasupullosta paineenalennusventtiilin kautta. Kaasutuspaine on alle 300 kpa. Pullosta voidaan ottaa tunnissa vain 5 10 % kaasua sen kokonaistilavuudesta, nopeammasta otosta on seurauksena kaasun lämpötilan voimakas aleneminen, mikä aiheuttaa Taittoa tarkistettu 2.12.2015 (Tuula Höök) Muotinvalmistustekniikka Sivu 161

paineenalennusventtiilin jäätymisen. Kaasu voidaan ottaa annostelijan kautta, joka antaa aina halutun määrän kaasua keernaa kohti. Kaasutustapoja on monta. Pienissä sarjoissa käsin tehdyt keernat kaasutetaan tavallisesti ns. sondin avulla. Sondi on ohut, pienillä rei illä varustettu putki, joka painetaan keernan sisään ja jonka kautta CO2 -kaasu johdetaan keernaan. Keernaan voidaan myös painella kaasutusreikiä, ja erityisen kumisen suukappaleen avulla voidaan kaasu johtaa näihin reikiin. Kuva 454. Vesilasikovetteisten hiekkojen kovettaminen: A) yksittäisen sondin avulla B) monihaaraisella sondilla C) peittokantta käyttäen D) tuoreena irrotetut keernat kaasutetaan kuvun alla. Tuoreena irrotetut keernat voidaan asettaa kaasutuskuvun alle, jonne kaasu johdetaan ja josta se pääsee pois ainoastaan keernojen läpi ja kovettaa ne. Oikealla kaasutusajalla on tärkeä vaikutus keernan lujuuteen. Pitkä kaasutusaika lisää keernan alkulujuutta, mutta huonontaa sen lopullista lujuutta. Tästä syystä on väärin ylikaasuttaa keernoja, jotta ne helposti saataisiin laatikosta pois, koska tällaisten keernojen varastointilujuus on huono. Sitä vastoin pienellä kaasutusajalla saavutetaan hyvä varastointilujuus. Jos keernoja ei käytetä välittömästi, voidaankin kaasutus rajoittaa siihen vähimmäismäärään, mikä on tarpeellista riittävän käsittelylujuuden saavuttamiseksi. Lopullinen kovettuminen tapahtuu ilman vaikutuksesta keernan ollessa varastossa. Kaasutusajan lisäksi vaikuttaa keernan lujuuteen myös käytetyn vesilasin moduuli eli suhde SiO2 : Na2O, joka vaihtelee välillä 2,0 2,7. Vesilasipitoisuus on normaalisti 4 6 % hiekan määrästä. Kuva 455. Kuva 456. Vesilasin moolisuhteen kaasutusajan vaikutus hiekan lujuuden kehitykseen: 1) 2,0 2) 2,5 3) 3,0. Taittoa tarkistettu 2.12.2015 (Tuula Höök) Muotinvalmistustekniikka Sivu 162

Myös hiekan puhtaudella on suuri merkitys keernan lujuudelle. Kuva 455 esittää lieteainepitoisuuden vaikutusta vesilasihiekkaan, jonka sideainepitoisuus on 4,5 %. Vesilasikeernat vaativat aina huolellisen peitostuksen. Vesipeitosteita ei voida käyttää, koska ne pyrkivät liuottamaan vesilasisidoksia. Sopivaksi ovat osoittautuneet alkoholipitoiset peitosteet. Koska keernat ovat hygroskooppisia eli kosteutta ympäristöön imeviä, niitä ei saa pitää kauan tuotehiekkamuotissa ennen valua, sillä pinnastaan kostuneet keernat aiheuttavat valuvikoja. Vesilasikeernojen huono puoli on niiden tyhjennettävyys. Sideaine muodostaa jäähtyessään vahvan lasimaisen sidoksen, ja keerna on tällöin vaikeasti poistettavissa valukappaleesta. Usein joudutaan turvautumaan erityisiin tyhjennettävyyttä edistäviin aineisiin. Tyhjennettävyyttä voidaan edistää myös sekoittamalla vesilasihiekan joukkoon pieni määrä furaanihartsia, jolloin saadaan myös keernojen varastoitavuus jonkin verran paranemaan. Kuva 457. Kuva 458. Vesilasi-esterimenetelmää on käytetty valimoissa 1960-luvun lopulta alkaen. Esterit ovat hapon ja alkoholin reaktiotuotteita: happo + alkoholi -> esteri + vesi Menetelmässä mainittu reaktio tapahtuu käänteisenä, jolloin esteri sitoo vesilasin veden. Syntyvä happo laskee hiekan ph-arvoa, ja hiekka kovettuu. Samanaikaisesti haihtuu hiekasta vettä. Haihtumisen estyessä huononee hiekan lujuus. Vesilasi-esterihiekan tyhjennettävyys on yleensä parempi kuin vesilasi-co2-hiekan, koska esteri orgaanisena aineena toimii myös tyhjennettävyysaineena. Vesilasihiekka voidaan kovettaa myös pelkästään fysikaalisesti eli poistamalla siitä vesi. Kuivaukseen voidaan käyttää normaalia uunia, mikroaaltouunia tai kuumapuhallusta. Taittoa tarkistettu 2.12.2015 (Tuula Höök) Muotinvalmistustekniikka Sivu 163

KERTAUSTEHTÄVIÄ Miksi kuumalaatikkomenetelmässä käytettävän keernatykin puhalluspään alalevyn pitää olla jäähdytettävä? Millä tavoin kuumahartsikeernoja voidaan valmistaa puisiin keernalaatikoihin? Miksi kuorikeernamenetelmässä keernalaatikon lämpötilan pitää olla noin 250 C? Millainen on kuorikeernojen kaasunpoistokyky? Perustele. Miksi CO2-hiekkakeernaa kovetettaessa oikean kaasutusajan valinta on tärkeää? Miten CO2-menetelmässä käytetyn hiekan puhtaus vaikuttaa keernan lujuuteen? Miksi CO2-keernat pitäisi laittaa tuorehiekkamuottiin vasta vähän ennen valua? Öljyhiekkakeernat Öljyhiekkakeernat kovetetaan paistamalla ne uunissa, mikä aiheuttaa ylimääräisiä käsittelyjä muihin menetelmiin verrattuna ja vie aikaa. Senpä vuoksi hartsihiekkakeernat ovat syrjäyttäneet niitä monessa tapauksessa. Öljyhiekkakeernojen hyvänä puolena voidaan mainita niiden valunjälkeinen pieni jäännöslujuus, eli keerna tyhjenee helposti hyvinkin monimutkaisesta valukappaleen ontelosta. Keernoilla on huonohko mittatarkkuus. Koska öljyhiekkakeernojen lujuus ennen paistamista on olematon, ne muuttavat helposti muotoaan niitä käsiteltäessä. Tämän vuoksi ne vaativatkin erikoisen kuivausalustan. Niinpä valukappaleen ontelossa, jonka aikaansaamiseksi käytetään öljyhiekkakeernaa, pitäisikin olla tasopinta, joka mahdollistaisi keernan paistamisen suoran levyn päällä. Öljyhiekkakeernat kehittävät valussa voimakkaasti kaasuja, joten kaasukanavistot on tehtävä erityisen hyviksi. Sideaineena käytettävä öljy voi olla kasviöljyä, kuten pellava- tai mäntyöljyä, eläinkunnasta saatavaa öljyä, mineraaliöljyä tai hartsiöljyä. Taittoa tarkistettu 2.12.2015 (Tuula Höök) Muotinvalmistustekniikka Sivu 164

Nykyisin öljyt ovat melkeinpä kaikki paistettavia. Ilmassa kovettuvia eli jäykkäsitojaöljyjä ei enää juuri käytetä niiden hitaan kovettumisen vuoksi. Paistamislämpötila on noin 200 C. Kovettuminen tapahtuu osittain siten, että happea liittyy tyydyttämättömiin rasvahappoihin. Tyydyttymättömyys merkitsee sitä, että molekyyleissä esiintyy kaksoissidoksia, jotka helposti purkautuvat ja aiheuttavat liittymisen johonkin toiseen molekyyliin tai atomiin. Runsaasti tyydyttämättömiä molekyylejä sisältävät yhdisteet, kuten vernissa, tyydyttyvät ilman hapen paistettaessa kovettuminen tapahtuu huomattavasti nopeammin. Keernaöljymolekyylit ketjuuntuvat eli polymeroituvat kuumuudessa ja seos kovettuu. Eräissä öljyissä lujuus kehittyy osittain vasta paiston jälkeisessä jäähdytyksessä. Nämä ovat yhdisteitä, jotka ovat paistolämpötilassa sulia ja jähmettyvät yhteydessä. Öljyhiekkakeernat valmistetaan yleensä keernatykillä. Öljypitoinen hiekka on helposti juoksevaa ja täyttää hyvin keernalaatikon. Keernojen kovettamiseen käytettävät paistouunit ovat tavalliset öljy- tai sähkölämmitteisiä kiertoilmauuneja. Kuivausuunissa poistuu keernoista ensin vesi, ja vasta 100 C:een yläpuolella alkavat öljysideaineet kovettua. Ylikuumennus vahingoittaa keernoja, koska useimmat öljymäiset sideaineet alkavat hajaantua jo 250 C:een lämpötilassa. Sopiva paistolämpötila öljyhiekkakeernoille onkin yleensä 200 C. Pienet öljyhiekkakeernat kovettuvat 2 3 tunnissa ja isoimmat vaativat 6 8 tuntia. Öljyhiekkakeernat ovat jääneet esim. cold-box- menetelmän käytön yleistyttyä takia jo lähes kokonaan pois käytöstä. Taittoa tarkistettu 2.12.2015 (Tuula Höök) Muotinvalmistustekniikka Sivu 165