JP2005288447A - Resin composition for shell mold, and resin-coated sand for shell mold coated with the resin composition - Google Patents

Resin composition for shell mold, and resin-coated sand for shell mold coated with the resin composition Download PDF

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a resin composition for shell mold which can prevent the crack of a coke at the casting time and can reduce the amount of thermally decomposed products such as tar and soot at the casting time, and to provide a resin-coated sand for shell mold using the resin composition. <P>SOLUTION: This resin composition contains 0.5-10 mass pts. boehmite having ≤10 nm average grain diameter (short diameter) per 100 mass pts. thermosetting resin. As this embodiment, the average grain diameter (short diameter) of the boehmite is 5-50 nm, the aspect ratio of the boehmite is 1-100, and the boehmite of 0.5-10 mass pts. is incorporated in the thermosetting resin of 100 mass pts. The resin coated sand for shell mold is composed of refractory partivle coated with the resin composition, wherein the refractory particle is a mullite based porous particle. <P>COPYRIGHT: (C)2006,JPO&NCIPI

Description

本発明は、シェルモールド用樹脂組成物およびその樹脂組成物により被覆されたシェルモールド用レジンコーテッドサンドに関するものであり、さらに詳しくは、シェルモールド鋳造法に用いられる鋳型(主型や中子)の製造に使用され、鋳造時の中子を低熱膨張化し、鋳込み後の中子からのヤニ発生量を減少させることのできるシェルモールド用樹脂組成物およびこれを用いたシェルモールド用レジンコーテッドサンドに関するものである。   The present invention relates to a resin composition for shell mold and a resin-coated sand for shell mold coated with the resin composition. More specifically, the present invention relates to a mold (main mold or core) used in a shell mold casting method. The present invention relates to a resin composition for a shell mold that can be used in manufacturing, can reduce the thermal expansion of a core during casting, and can reduce the amount of spear generated from the core after casting, and a resin-coated sand for a shell mold using the same It is.

従来、アルミニウム合金、マグネシウム合金、銅合金などの非鉄鋳物や、鋳鋼、鋳鉄などの鉄鋳物の砂型鋳造においては、耐火性粒子に鋳型用樹脂粘結剤を被覆して成る熱硬化性の鋳型材料で製造されたシェル鋳型が、主型や中子として広く用いられている。   Conventionally, in sand mold casting of non-ferrous castings such as aluminum alloys, magnesium alloys and copper alloys, and iron castings such as cast steel and cast iron, a thermosetting mold material formed by coating a resin binder for molds on refractory particles. Are widely used as main molds and cores.

これらの鋳型のなかでも、特にシリンダーヘッドのような複雑な形状の中子は、軽合金の鋳造において、亀裂ないしは割れ(以下、中子割れという)を生じ易く、その結果、鋳物内面に鋳バリ(ベーニング)が形成されることになる。このような問題を解決する方法として、低熱膨張性を有する、ビスフェノールA変性ノボラック系フェノール樹脂を主成分として成るシェルモールド用バインダーが提案されている。(特許文献1)   Among these molds, especially complex shaped cores such as cylinder heads are prone to cracking or cracking (hereinafter referred to as core cracking) in the casting of light alloys. (Vaning) will be formed. As a method for solving such a problem, a shell mold binder having a low thermal expansion property and mainly composed of a bisphenol A-modified novolac phenol resin has been proposed. (Patent Document 1)

しかしながら、近年、シェルモールド鋳造法により製造されている自動車鋳鉄鋳物は、自動車の高性能化、および軽量化に応じて薄肉化の傾向にあるため、従来観察されなかった樹脂の熱分解生成物(ヤニやスス)に起因するスス欠陥などの鋳造欠陥の発生が問題になってきている。前記ビスフェノールA変性ノボラック系フェノール樹脂を主成分として成るシェルモールド用バインダーを用いると、樹脂の熱分解性が高いためヤニやススを発生し易くなり、その発生量も必然的に多くなってしまうといった問題が生じ、さらなる改善が求められている。   However, in recent years, automobile cast iron castings manufactured by the shell mold casting method tend to be thinner in accordance with higher performance and weight reduction of automobiles. The occurrence of casting defects such as soot defects caused by sag and soot has become a problem. When a shell mold binder mainly composed of the bisphenol A-modified novolac phenol resin is used, the resin is highly thermally decomposable, so that it is easy to generate scum and soot, and the amount generated is inevitably increased. Problems arise and further improvements are sought.

また、本出願人は、フェノール樹脂に特定の粒子径を有するベーマイトを配合した熱伝導性や機械的強度に優れたフェノール樹脂組成物を提案している(特願2003−195087号)が、この樹脂組成物をシェルモールド鋳造法等の鋳物用途に用いることについては言及していなかった。   Further, the present applicant has proposed a phenol resin composition excellent in thermal conductivity and mechanical strength in which boehmite having a specific particle diameter is blended with a phenol resin (Japanese Patent Application No. 2003-195087). There was no mention of using the resin composition in casting applications such as a shell mold casting method.

特開2001−321883号公報Japanese Patent Laid-Open No. 2001-321883

従って、本発明は、かかる事情を背景になされたものであり、鋳造時における中子の割れを防止することができ、さらには鋳造時のヤニやススなどの熱分解生成物の発生量を低減できるようなシェルモールド用樹脂組成物を提供すること、およびこれを用いたシェルモールド用レジンコーテッドサンドを提供することを目的とする。   Therefore, the present invention has been made against the background of the above circumstances, and can prevent cracking of the core during casting, and further reduce the amount of pyrolysis products such as spear and soot during casting. An object of the present invention is to provide a resin composition for a shell mold and to provide a resin-coated sand for a shell mold using the same.

本発明者らは、前記課題を解決すべく鋭意検討を行なった結果、シェルモールド用樹脂組成物として、熱硬化性樹脂に対して特定の粒子径を有するベーマイトを配合したものを用いることにより、鋳造時の中子割れ対策に有効であるとともに熱分解生成物の低減にも効果があることを見出し、本発明を完成するに至った。   As a result of intensive studies to solve the above problems, the present inventors have used, as a resin composition for a shell mold, a mixture of boehmite having a specific particle diameter with respect to a thermosetting resin. It has been found that it is effective for countermeasures against core cracks during casting and is effective in reducing pyrolysis products, and has completed the present invention.

すなわち、本発明のシェルモールド用樹脂組成物は、熱硬化性樹脂と平均粒子径(短径)が100nm以下、好ましくは5〜50nmのベーマイトとを含有することを特徴とするものであり、さらに好ましくは前記ベーマイトのアスペクト比が1〜100である。また、熱硬化性樹脂100質量部に対して前記のベーマイトを0.5〜10質量部配合することが好ましく、0.8〜5質量部配合することがより好ましい。   That is, the resin composition for a shell mold of the present invention is characterized by containing a thermosetting resin and boehmite having an average particle diameter (short diameter) of 100 nm or less, preferably 5 to 50 nm. Preferably, the boehmite has an aspect ratio of 1 to 100. Moreover, it is preferable to mix | blend said boehmite 0.5-10 mass parts with respect to 100 mass parts of thermosetting resins, and it is more preferable to mix | blend 0.8-5 mass parts.

また、本発明のシェルモールド用レジンコーテッドサンドは、上記のシェルモールド用樹脂組成物により被覆された耐火性粒子で構成されるシェルモールド用レジンコーテッドサンドであり、耐火性粒子がムライト系多孔質粒子であることが好ましい。   The resin-coated sand for shell mold of the present invention is a resin-coated sand for shell mold composed of fire-resistant particles coated with the above resin composition for shell mold, and the fire-resistant particles are mullite porous particles. It is preferable that

本発明のシェルモールド用樹脂組成物を用いることによって、レジンコーテッドサンドの熱膨張性が低くなり、鋳造時の中子割れ、特に複雑な形状の軽合金鋳造における中子割れを防止することができる。   By using the resin composition for a shell mold of the present invention, the thermal expansion of the resin-coated sand is lowered, and core cracks during casting, particularly core cracks in light alloy castings with complex shapes can be prevented. .

また、鋳造時に樹脂組成物の熱分解に伴って生じるヤニやススなどの発生を減少することができ、スス欠陥などの鋳造不良現象を防止できる。   Moreover, the generation | occurrence | production of the creep and soot etc. which arise with the thermal decomposition of the resin composition at the time of casting can be reduced, and casting defect phenomena, such as a soot defect, can be prevented.

さらに、耐火性粒子としてムライト系多孔質粒子を使用してシェルモールド用レジンコーテッドサンドを作製することにより、鋳型を造型した際の強度を向上させることができる。   Furthermore, the strength at the time of molding a mold can be improved by producing a resin-coated sand for shell mold using mullite porous particles as refractory particles.

本発明において用いられる熱硬化性樹脂は、鋳物砂のバインダーとして用いられるものであれば特に限定はなく、硬化剤ないしは硬化触媒、例えばヘキサメチレンテトラミン、過酸化物などの存在下又は非存在下に加熱して熱硬化性を発現する樹脂、例えばフェノール樹脂、メラミン樹脂、尿素樹脂、キシレン樹脂、エポキシ樹脂、多官能性アクリルアミド系樹脂(特公平7−106421号公報)、不飽和ポリエステル、ジアリルフタレート樹脂、アルキッド樹脂等が挙げられる。これらは単独で用いてもよいし、2種以上を組合せて用いてもよい。前記熱硬化性樹脂のなかでも、本発明の効果の観点から、フェノール樹脂やメラミン樹脂等に代表されるホルムアルデヒド系樹脂、とりわけフェノール樹脂が好ましい。   The thermosetting resin used in the present invention is not particularly limited as long as it is used as a binder for foundry sand. In the presence or absence of a curing agent or a curing catalyst such as hexamethylenetetramine and peroxide. Resins that exhibit thermosetting properties upon heating, such as phenol resins, melamine resins, urea resins, xylene resins, epoxy resins, polyfunctional acrylamide resins (Japanese Patent Publication No. 7-106421), unsaturated polyesters, diallyl phthalate resins And alkyd resins. These may be used alone or in combination of two or more. Among the thermosetting resins, from the viewpoint of the effect of the present invention, a formaldehyde resin typified by a phenol resin or a melamine resin, particularly a phenol resin is preferable.

前記フェノール樹脂は、酸性触媒及び/又は塩基性触媒の存在下でフェノール類とアルデヒド類を反応させると得られる固体状又は液体状(例えば樹脂液、ワニス状又はエマルジョン等)の縮合生成物で、上述した硬化剤ないしは硬化触媒の存在下又は非存在下に加熱して熱硬化性を発現するフェノール樹脂であり、具体的にはノボラック型フェノール樹脂、レゾール型フェノール樹脂、含窒素レゾール型フェノール樹脂及びベンジルエーテル型フェノール樹脂や、特開昭57−68240号公報に開示されているような、例えばビスフェノールA、ビスフェノールA製造時の精製残渣等の低膨張付与成分を単独で又はフェノールとの共存下にアルデヒド類と反応させると得られる低膨張性フェノール樹脂や、これらの樹脂の製造過程ないし製造後に任意の化合物、例えばエポキシ樹脂、メラミン樹脂、尿素樹脂、キシレン樹脂、酢酸ビニル樹脂、ポリアミド樹脂、尿素系化合物、メラミン系化合物、エポキシ系化合物、カッシュナット油と混合ないし反応させると得られる変性フェノール樹脂などが例示される。   The phenol resin is a solid or liquid condensation product obtained by reacting phenols and aldehydes in the presence of an acidic catalyst and / or a basic catalyst (for example, resin liquid, varnish or emulsion). It is a phenol resin that develops thermosetting by heating in the presence or absence of the curing agent or curing catalyst described above, specifically, a novolac type phenol resin, a resol type phenol resin, a nitrogen-containing resol type phenol resin, and Benzyl ether type phenol resin and low expansion-providing components such as bisphenol A and purified residue in the production of bisphenol A as disclosed in JP-A-57-68240, alone or in the presence of phenol Low-expansion phenolic resins obtained by reacting with aldehydes, the production process of these resins Modifications obtained by mixing or reacting with any compound after production, such as epoxy resin, melamine resin, urea resin, xylene resin, vinyl acetate resin, polyamide resin, urea compound, melamine compound, epoxy compound, and cashew oil A phenol resin etc. are illustrated.

本発明において用いられるベーマイトは、一般式AlO(OH)で表される水酸化酸化アルミニウムを少なくとも90%以上含有した無機化合物である。本発明においては、ベーマイトの平均粒子径(短径)が100nm以下という微細なものが用いられ、好ましくは1〜100nm、さらに好ましくは5〜50nm、最も好ましくは10〜20nmである。平均粒子(短径)が100nmより大きくなると、鋳型強度の低下や、鋳造時のヤニやススが増加する傾向があり好ましくない。またベーマイトの形状は特に限定はされず、球状、板状、針状、円筒状、無定形など種々の形状のものが用いられるが、入手のしやすさや機械的強度の向上といった観点から針状もしくは円筒状のものが好ましく、さらに、アスペクト比{=平均粒子径(長径)/平均粒子径(短径)}が1〜100であることが好ましく、さらに好ましくは5〜50のものが用いられる。尚、本発明においては、このような平均粒子径(短径)が100nm以下の微細なサイズを有するベーマイトを以下「ナノアルミナ」と呼ぶことにする。   The boehmite used in the present invention is an inorganic compound containing at least 90% or more of aluminum hydroxide oxide represented by the general formula AlO (OH). In the present invention, a fine boehmite having an average particle diameter (short diameter) of 100 nm or less is used, preferably 1 to 100 nm, more preferably 5 to 50 nm, and most preferably 10 to 20 nm. If the average particle (minor axis) is larger than 100 nm, it is not preferable because there is a tendency that the mold strength is lowered and the casting and soot are increased during casting. The shape of the boehmite is not particularly limited, and various shapes such as a spherical shape, a plate shape, a needle shape, a cylindrical shape, and an amorphous shape are used. From the viewpoint of easy availability and improvement of mechanical strength, the shape of the boehmite is not limited. Alternatively, a cylindrical shape is preferable, and the aspect ratio {= average particle diameter (major axis) / average particle diameter (minor axis)} is preferably 1 to 100, more preferably 5 to 50. . In the present invention, boehmite having such a fine size that the average particle diameter (short diameter) is 100 nm or less is hereinafter referred to as “nanoalumina”.

本発明におけるナノアルミナの配合量は、シェルモールド用樹脂組成物の要求特性や用途に応じて適宜決められるが、熱硬化性樹脂100質量部に対して0.5〜10質量部配合されることが好ましく、さらに好ましくは0.5〜5質量部、より好ましくは0.7〜2質量部配合である。0.5質量部より少ないと低熱膨張性やヤニやススの低減の効果が十分に発揮されにくく、10質量部より多くなると、強度が低下する傾向がある。   The compounding amount of nano-alumina in the present invention is appropriately determined according to the required characteristics and application of the resin composition for shell mold, but 0.5 to 10 parts by mass with respect to 100 parts by mass of the thermosetting resin. Is preferred, more preferably 0.5 to 5 parts by mass, and even more preferably 0.7 to 2 parts by mass. If the amount is less than 0.5 parts by mass, the effects of low thermal expansion and reduction of dirt and soot are not sufficiently exhibited, and if the amount exceeds 10 parts by mass, the strength tends to decrease.

また、本発明のシェルモールド用樹脂組成物には、品質改善のため必要に応じて各種の添加物、例えばγ−アミノプロピルトリエトキシシラン、γ−グリシドキシプロピルトリメトキシシランなどのシランカップリング剤、エチレンビスステアロアミド、メチレンビスステアロアミドなどの滑剤、イソフタル酸クロリドのようなカルボン酸クロリドやホスホン酸クロリド、ホスホニルクロリドなどの可使時間延長剤を配合することができる。   Further, the resin composition for a shell mold of the present invention has various additives as necessary for improving the quality, for example, silane coupling such as γ-aminopropyltriethoxysilane, γ-glycidoxypropyltrimethoxysilane, etc. Agents, lubricants such as ethylene bisstearoamide, methylene bisstearoamide, carboxylic acid chlorides such as isophthalic acid chloride, phosphonic acid chlorides, phosphonyl chlorides and the like can be used.

本発明におけるシェルモールド用樹脂組成物の製造方法としては、熱硬化性樹脂とナノアルミナとを粉砕しながら添加混合する方法や、溶融した熱硬化性樹脂中にナノアルミナを溶融混合する方法、また、後述する耐火性粒子に熱硬化性樹脂とナノアルミナとを同時にもしくは別々に添加する方法等があり、ナノアルミナを均一に分散することが可能であればいずれの方法でもよく、これらの方法に限定されるものではない。   Examples of the method for producing a resin composition for a shell mold in the present invention include a method of adding and mixing a thermosetting resin and nanoalumina while pulverizing, a method of melting and mixing nanoalumina in a molten thermosetting resin, In addition, there is a method of adding a thermosetting resin and nanoalumina simultaneously or separately to refractory particles to be described later, and any method can be used as long as nanoalumina can be uniformly dispersed. It is not limited.

本発明のシェルモールド用レジンコーテッドサンドは、ケイ砂等の耐火性粒子と以上に説明したシェルモールド用樹脂組成物を配合して得られるものである。   The resin-coated sand for shell mold of the present invention is obtained by blending refractory particles such as silica sand and the resin composition for shell mold described above.

本発明で用いられる耐火性粒子は、鋳型の基材をなすものであって、鋳造に耐えうる耐火性と鋳型形成に適した粒径を有する無機粒子であればよく、特に制限はない。このような耐火性粒子の例としては、ケイ砂の他にオリビンサンド、ジルコンサンド、クロマイトサンド、アルミナサンドなどの特殊砂、フェロクロム系スラグ、フェロニッケル系スラグ、転炉スラグなどのスラグ系粒子、ナイガイセラビーズ(商品名、伊藤忠セラテック株式会社)のようなムライト系多孔質粒子、あるいはこれらを鋳造後に回収再生した再生粒子などが挙げられる。これらは単独で用いてもよいし、2種以上を組み合わせて用いてもよい。これらの中でも、ナノアルミナに近い化学成分を多く含み、相互作用により強度発現に寄与し易い、ムライト系多孔質粒子が好ましい。   The refractory particles used in the present invention form a base material for a mold, and may be any inorganic particles having fire resistance that can withstand casting and a particle size suitable for mold formation, and is not particularly limited. Examples of such refractory particles include silica sand, olivine sand, zircon sand, chromite sand, alumina sand and other special sand, ferrochrome slag, ferronickel slag, converter slag and other slag particles, Examples thereof include mullite-based porous particles such as Naigai Cera Beads (trade name, ITOCHU CERATECH Co., Ltd.), or regenerated particles recovered and regenerated after casting. These may be used alone or in combination of two or more. Among these, mullite porous particles that contain many chemical components close to nanoalumina and easily contribute to the development of strength by interaction are preferable.

シェルモールド用レジンコーテッドサンド中のシェルモールド用樹脂組成物の配合量は、使用する樹脂の種類、要求される鋳型の強度や中子の崩壊性などの観点から異なるため一概に限定はされないが、一般的には耐火性粒子100質量部に対して0.2〜5質量部の範囲であり、好ましくは0.5〜3質量部の範囲である。   The compounding amount of the resin composition for shell mold in the resin coated sand for shell mold is not limited in general because it differs from the viewpoint of the type of resin used, the required mold strength and core disintegration, Generally, it is in the range of 0.2 to 5 parts by mass, preferably in the range of 0.5 to 3 parts by mass with respect to 100 parts by mass of the refractory particles.

本発明のシェルモールド用樹脂組成物を用いてシェルモールド用レジンコーテッドサンドを製造する方法としては、例えばワールミキサーやスピードミキサー等の混練機内で、予熱された耐火性粒子とシェルモールド用樹脂組成物とを混練したのち、ヘキサメチレンテトラミン(硬化剤)水溶液を加えるとともに送風冷却により塊状内容物を粒状に崩壊させてステアリン酸カルシュウム(滑剤)を加える、いわゆるホットマーリング法が挙げられるが、その他の被覆方法、例えばセミホットマーリング法、コールドマーリング法などにより製造することもできる。   As a method for producing a resin-coated sand for shell mold using the resin composition for shell mold of the present invention, for example, preheated refractory particles and resin composition for shell mold in a kneader such as a whirl mixer or a speed mixer. And so on, and then adding a hexamethylenetetramine (curing agent) aqueous solution and disintegrating the bulk contents into particles by cooling with air blowing, and adding calcium stearate (lubricant). It can also be produced by a coating method such as a semi-hot marling method or a cold marling method.

本発明の樹脂組成物およびそれを用いたシェルモールド用レジンコーテッドサンドが優れた低熱膨張率やヤニ低減効果を発現する理由は定かではないが以下のように推測される。   The reason why the resin composition of the present invention and the resin-coated sand for shell mold using the resin composition exhibit an excellent low thermal expansion coefficient and dust reduction effect is not clear, but is presumed as follows.

フェノール樹脂とナノアルミナが混合もしくは混練されることによってナノアルミナが樹脂組成物中に均一に分散され、一部のナノアルミナがフェノール樹脂の水酸基と化学結合し、嵩高い分子構造を有することにより、鋳型の熱分解時に分子間スペースが発生し、このスペースが熱に対する鋳物砂の膨張のストレスを緩和して、低熱膨張性の効果がでているのではないかと思われる。また、ナノアルミナ自体に酸素を含むため、樹脂組成物中の酸素指数が高くなり、鋳造時の有機物の燃焼を促進してヤニ低減効果がでているのではないかと推測される。さらに、耐火物粒子としてアルミナ分を多く含むムライト系多孔質砂を使用した場合には、ナノアルミナとムライト系多孔質砂がカップリング剤的な相互作用を及ぼす状態になっているために、鋳型の強度向上に寄与しているのではないかと考えられる。   By mixing or kneading the phenolic resin and nanoalumina, the nanoalumina is uniformly dispersed in the resin composition, and a part of the nanoalumina chemically bonds with the hydroxyl group of the phenolic resin, thereby having a bulky molecular structure. It seems that an intermolecular space is generated during the thermal decomposition of the mold, and this space alleviates the stress of the expansion of the foundry sand with respect to the heat, so that the effect of low thermal expansion is achieved. Moreover, since nano alumina itself contains oxygen, the oxygen index in the resin composition is increased, and it is presumed that the burning effect of organic substances during casting is promoted and the effect of reducing dust is exerted. Furthermore, when mullite porous sand containing a large amount of alumina is used as the refractory particles, the nano-alumina and mullite porous sand are in a state of having a coupling agent-like interaction. It is thought that it contributes to the improvement of strength.

次に、本発明を実施例によりさらに詳細に説明するが、本発明は、これらの例によってなんら限定されるものではない。なお、「部」及び「%」はすべて「質量部」及び「質量%」を意味する。   EXAMPLES Next, although an Example demonstrates this invention further in detail, this invention is not limited at all by these examples. “Parts” and “%” mean “parts by mass” and “% by mass”.

実施例及び比較例のレジンコーテッドサンドの評価方法は以下の通りである。   The evaluation method of the resin-coated sand of Examples and Comparative Examples is as follows.

(1)曲げ強度
JIS K 6910(250℃で60秒間焼成)に準拠して曲げ強度(N/cm2)を測定した。
(1) Bending strength The bending strength (N / cm 2 ) was measured according to JIS K 6910 (baked at 250 ° C. for 60 seconds).

(2)熱分解生成物の発生量
ガラス試験管(内径27mm×長さ200mm)内に曲げ強度測定用のテストピース(サイズ10mm×10mm×60mm)4本を入れた後、試験管の開口部付近にあらかじめ秤量したガラスウール(約2.5g)を挿入して、熱分解生成物の測定器を作った。次に、炉内温度が600℃に保持された管状加熱炉内に前記測定器を入れて6分間熱処理した後、取り出して常温まで放置冷却した。その後、該測定器からガラスウールを取り出して、その質量を測定した。なお、熱分解生成物の発生量(mg)は、熱処理後のガラスウール質量(mg)から熱処理前のガラスウール質量(mg)を差し引いて算出した。
(2) Generation amount of pyrolysis product After placing four test pieces (size 10 mm x 10 mm x 60 mm) for measuring bending strength in a glass test tube (inner diameter 27 mm x length 200 mm), the opening of the test tube A glass wool (about 2.5 g) weighed in advance was inserted in the vicinity to make a measuring device for pyrolysis products. Next, the measuring device was placed in a tubular heating furnace maintained at 600 ° C. and heat-treated for 6 minutes, then taken out and allowed to cool to room temperature. Thereafter, the glass wool was taken out from the measuring instrument, and its mass was measured. The generation amount (mg) of the thermal decomposition product was calculated by subtracting the glass wool mass (mg) before the heat treatment from the glass wool mass (mg) after the heat treatment.

(3)熱膨張率(%)
炉内温度1000℃に調節された高温鋳物砂試験器中にテストピース(30mmφ×50mmH)を設置したのち、所定時間ごとに測定したテストピースの熱膨張量を下記の計算式によって算出し熱膨張率とした。
熱膨張率(%)={(曝熱後―曝熱前)テストピース長}/(曝熱前のテストピース長)×100
(3) Thermal expansion coefficient (%)
After installing a test piece (30mmφ x 50mmH) in a high-temperature foundry sand tester adjusted to a furnace temperature of 1000 ° C, the thermal expansion amount of the test piece measured every predetermined time is calculated by the following formula. Rate.
Coefficient of thermal expansion (%) = {(after heat exposure−before heat exposure) test piece length} / (test piece length before heat exposure) × 100

実施例1
ノボラック型フェノール樹脂(旭有機材工業株式会社製、商品名SP610)100質量部、ベーマイト{サンゴバン社製CAM9010、平均粒子径(短径)10nm、平均粒子径(長径)90nm、アスペクト比9}0.5質量部を溶融混合し、さらにシランカップリング剤および滑剤を添加して、ノボラック型フェノール樹脂組成物を調製した。次いで、遠州鉄工株式会社製ワールミキサー内に約150℃に予熱したセラビーズ(伊藤忠セラテック株式会社製ムライト系多孔質粒子)7kg、調整したノボラック型フェノール樹脂組成物140gを入れてから60秒間混練した後、ヘキサメチレンテトラミン21gを水105gに溶かした水溶液126gを添加した。ブロワーで送風しながら砂の塊が崩れるまで混練した後、ステアリン酸カルシウム7gを加えてさらに15秒間混練し、ミキサーより排出してシェルモールド用レジンコーテッドサンドを得、その曲げ強度および熱分解生成物の発生量を測定した。結果を表1に示す。
Example 1
100 parts by weight of novolak-type phenolic resin (trade name SP610, manufactured by Asahi Organic Materials Co., Ltd.), boehmite {CAM9010, manufactured by Saint-Gobain, average particle diameter (short diameter) 10 nm, average particle diameter (long diameter) 90 nm, aspect ratio 9} 0 .5 parts by mass was melt-mixed, and a silane coupling agent and a lubricant were further added to prepare a novolac type phenolic resin composition. Next, 7 kg of Cera beads preheated to about 150 ° C. (Mitrite porous particles made by ITOCHU CERATECH Co., Ltd.) and 140 g of the adjusted novolak type phenol resin composition were put into a whirl mixer manufactured by Enshu Iron Works Co., Ltd. and kneaded for 60 seconds. Then, 126 g of an aqueous solution in which 21 g of hexamethylenetetramine was dissolved in 105 g of water was added. Knead until the lump of sand is broken while blowing with a blower, add 7 g of calcium stearate, knead for 15 seconds, and discharge from the mixer to obtain a resin-coated sand for shell mold. The bending strength and pyrolysis product The amount generated was measured. The results are shown in Table 1.

実施例2〜7
ベーマイトを表1に示す配合量に変更した以外は実施例1と同様にしてシェルモールド用レジンコーテッドサンドを得、その曲げ強度および熱分解生成物の発生量を測定した。結果を表1に示す。
Examples 2-7
Except having changed boehmite into the compounding quantity shown in Table 1, it carried out similarly to Example 1, and obtained the resin coated sand for shell molds, and measured the bending strength and the generation amount of the thermal decomposition product. The results are shown in Table 1.

実施例8〜10
実施例1において、耐火性粒子をセラビーズからフラタリー(珪砂を主成分とするオーストラリア産の耐火粒子)に変更して、ベーマイトを表2に示す配合量に変更した以外は実施例1と同様にしてシェルモールド用レジンコーテッドサンドを得、その曲げ強度および熱分解生成物の発生量を測定した。結果を表2に示す。
Examples 8-10
In Example 1, refractory particles were changed from cera beads to flattery (Australian refractory particles mainly composed of silica sand), and boehmite was changed to the blending amount shown in Table 2 in the same manner as in Example 1. A resin-coated sand for shell mold was obtained, and its bending strength and the amount of pyrolysis products generated were measured. The results are shown in Table 2.

比較例1〜3
配合を表1に示すように変更した以外は実施例1と同様にして、シェルモールド用レジンコーテッドサンドを得、その曲げ強度および熱分解生成物の発生量を測定した。尚、比較例3においては、ベーマイトとして、河合石灰工業(株)製セラシュールBMB{平均粒径(短径)1μm、アスペクト比2}を用いた。その結果を表1に示す。
Comparative Examples 1-3
Resin coated sand for shell molds was obtained in the same manner as in Example 1 except that the formulation was changed as shown in Table 1. The bending strength and the amount of pyrolysis products generated were measured. In Comparative Example 3, Cerasur BMB {average particle diameter (minor axis) 1 μm, aspect ratio 2} manufactured by Kawai Lime Industry Co., Ltd. was used as boehmite. The results are shown in Table 1.

比較例4〜5
ベーマイトを添加せず、配合を表2に示すように変更した以外は実施例8と同様にして、シェルモールド用レジンコーテッドサンドを得、その曲げ強度および熱分解生成物の発生量を測定した。結果を表2に示す。
Comparative Examples 4-5
Resin coated sand for shell mold was obtained in the same manner as in Example 8 except that boehmite was not added and the formulation was changed as shown in Table 2. The bending strength and the amount of pyrolysis products generated were measured. The results are shown in Table 2.

Figure 2005288447
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Figure 2005288447
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鋳物砂として、ムライト系多孔質砂(セラビーズ)を使用した場合のシェルモールド用レジンコーテッドサンドについて、ナノアルミナの添加量と曲げ強度の関係をグラフ化したものを図1に示す。図1よりナノアルミナ添加量が1.0質量部までは、強度が向上し、1.0質量部以上になると、強度が低下した。   FIG. 1 is a graph showing the relationship between the amount of nanoalumina added and the bending strength of a resin-coated sand for shell mold when mullite porous sand (Cerabeads) is used as the foundry sand. From FIG. 1, the strength improved when the amount of nano alumina added was up to 1.0 part by mass, and the strength decreased when the amount was 1.0 part by mass or more.

また、熱分解生成物発生量とナノアルミナの添加量との関係をグラフ化したものを図2に示す。図2よりナノアルミナ添加量が0.5質量部までは、熱分解生成物発生量の低減効果は認められないが、0.5質量部から1.0質量部では、急激な減少がみられる。1.0質量部以上においては、ナノアルミナ添加量が増える毎に少しずつの減少がみられる。熱膨張率については、ナノアルミナの添加により、微量ではあるが熱膨張率の低減効果が認められる。   FIG. 2 is a graph showing the relationship between the amount of pyrolysis product generated and the amount of nanoalumina added. From FIG. 2, the effect of reducing the amount of pyrolysis products generated is not observed when the amount of nano alumina added is 0.5 parts by mass, but a sharp decrease is seen from 0.5 parts by mass to 1.0 parts by mass. . In 1.0 mass part or more, every time the nano alumina addition amount increases, a slight decrease is observed. Regarding the thermal expansion coefficient, the effect of reducing the thermal expansion coefficient is recognized by the addition of nano-alumina, although it is very small.

表2は、鋳物砂として、一般的によく使用される輸入硅砂フラタリーを使用した場合のシェルモールド法レジンコーテッドサンドの比較例4、実施例8〜10の曲げ強度、熱分解生成物発生量、熱膨張率の測定結果を示す。また、従来技術として、低熱膨張化するために使用されていた、ビスフェノールA変性フェノール樹脂を使用した場合のシェルモールド法レジンコーテッドサンドの比較例5に示す。比較例4と実施例8〜10では、ナノアルミナの添加により低熱膨張性を示している。比較例5と実施例8〜10では、ビスフェノールA変性フェノール樹脂を使用した場合よりも、ナノアルミナを添加した方がより効果のある低熱膨張性を示している。これらの結果より、曲げ強度、熱分解生成物発生量、熱膨張率の特性バランスから、熱硬化性樹脂100質量部に対して、ナノアルミナの添加量は1質量部程度を中心とした量、好ましくは0.5〜10質量部、より好ましくは0.8〜5質量部が適量であると推察される。   Table 2 shows the bending strength of the shell-molded resin-coated sand in the case of using commonly used imported dredged sand flattery as foundry sand, the bending strength of Examples 8 to 10, the amount of pyrolysis products generated, The measurement result of a thermal expansion coefficient is shown. Moreover, it shows in the comparative example 5 of the shell mold method resin coated sand at the time of using the bisphenol A modified phenol resin used as low temperature expansion as a prior art. In Comparative Example 4 and Examples 8 to 10, low thermal expansion is shown by adding nano alumina. In Comparative Example 5 and Examples 8 to 10, the addition of nano-alumina shows a more effective low thermal expansion than when bisphenol A-modified phenol resin is used. From these results, from the characteristic balance of bending strength, pyrolysis product generation amount, and thermal expansion coefficient, the amount of nano alumina added is about 1 part by mass with respect to 100 parts by mass of the thermosetting resin, It is presumed that the appropriate amount is preferably 0.5 to 10 parts by mass, more preferably 0.8 to 5 parts by mass.

表1および表2から明らかなように、特定のベーマイトを特定の添加量にて鋳型用樹脂と併用して鋳物砂と混練をして、混練砂として用いることにより、鋳型強度を低下させることなく、鋳造時における有機質由来のヤニ、ススなどの熱分解生成物の発生量を低減することができる。特に鋳物砂として、ムライト系多孔質砂を使用することにより、特定の添加量のベーマイトにより、やや強度を向上させることができる。さらに、シェルモールド法でよく使用される、ノボラック型フェノール樹脂系粘結剤については、低膨張性のビスフェノールA変性ノボラック系フェノール樹脂を使用することなく、低熱膨張性にする効果があるため、ヤニやススを増やすことなく、鋳造時における中子の割れを防止することができる。   As is apparent from Tables 1 and 2, a specific boehmite is used in combination with a mold resin in a specific addition amount and kneaded with foundry sand, and used as kneaded sand without reducing the mold strength. In addition, it is possible to reduce the generation amount of pyrolysis products such as organic-derived spear and soot at the time of casting. In particular, when mullite porous sand is used as foundry sand, the strength can be slightly improved by a specific amount of boehmite. Furthermore, the novolac type phenolic resin binder often used in the shell mold method has the effect of making it low thermal expansion without using low expansion bisphenol A-modified novolac phenolic resin. It is possible to prevent the core from cracking during casting without increasing soot and soot.

本発明のシェルモールド用樹脂組成物は、非鉄鋳物や鋳鉄分野におけるシェルモールド鋳造法に用いられる主型や中子等の鋳型の製造に好適に使用される。   The resin composition for a shell mold of the present invention is suitably used for production of a mold such as a main mold and a core used in a shell mold casting method in the field of non-ferrous castings and cast iron.

図1は、鋳物砂として、ムライト系多孔質砂(セラビーズ)を使用した場合のシェルモールド用レジンコーテッドサンドについて、ナノアルミナの添加量と曲げ強度の関係をグラフ化したものである。FIG. 1 is a graph showing the relationship between the amount of nanoalumina added and the bending strength of resin-coated sand for shell molds when mullite porous sand (Cerabeads) is used as foundry sand. 図2は、鋳物砂として、ムライト系多孔質砂(セラビーズ)を使用した場合のシェルモールド用レジンコーテッドサンドについて、ナノアルミナの添加量と熱分解生成物発生量との関係をグラフ化したものである。FIG. 2 is a graph showing the relationship between the amount of nano alumina added and the amount of pyrolysis products generated for resin-coated sand for shell molds when mullite porous sand (Cerabeads) is used as the foundry sand. is there.

Claims (5)

熱硬化性樹脂100質量部に対して、平均粒子径(短径)が100nm以下のベーマイトを0.5〜10質量部含有することを特徴とするシェルモールド用樹脂組成物。   A resin composition for a shell mold comprising 0.5 to 10 parts by mass of boehmite having an average particle diameter (short axis) of 100 nm or less with respect to 100 parts by mass of a thermosetting resin. ベーマイトの平均粒子径(短径)が5〜50nmであることを特徴とする請求項1記載のシェルモールド用樹脂組成物。   2. The resin composition for a shell mold according to claim 1, wherein the average particle size (minor axis) of boehmite is 5 to 50 nm. ベーマイトのアスペクト比が1〜100であることを特徴とする請求項1または2に記載のシェルモールド用樹脂組成物。   The resin composition for a shell mold according to claim 1 or 2, wherein the boehmite has an aspect ratio of 1 to 100. 請求項1〜3のいずれかに記載のシェルモールド用樹脂組成物により被覆された耐火性粒子で構成されるシェルモールド用レジンコーテッドサンド。   A resin-coated sand for a shell mold comprising fireproof particles coated with the resin composition for a shell mold according to any one of claims 1 to 3. 耐火性粒子がムライト系多孔質粒子であることを特徴とする請求項4に記載のシェルモールド用レジンコーテッドサンド。
The resin-coated sand for shell mold according to claim 4, wherein the refractory particles are mullite porous particles.
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