JP2021020231A

JP2021020231A - 鋳造用シート

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Publication number: JP2021020231A
Application number: JP2019137272A
Authority: JP
Inventors: 大和松本; Yamato Matsumoto; 悠大榛葉; Yudai Shimba; 琢也本条; Takuya Honjo; 永莉長谷川; Eri Hasegawa
Original assignee: Tomoegawa Paper Co Ltd
Current assignee: Tomoegawa Co Ltd
Priority date: 2019-07-25
Filing date: 2019-07-25
Publication date: 2021-02-18
Anticipated expiration: 2039-07-25
Also published as: JP7300921B2

Abstract

【課題】十分な柔軟性および耐熱性を有しつつも、注湯時に煙が発生し難い鋳造用シートの提供。【解決手段】鋳造時の耐熱材として使用される鋳造用シートであって、無機繊維（Ａ）と、ガラス（Ｂ）と、有機バインダー（Ｃ）と、を含み、前記鋳造用シート全体の質量を基準として、前記無機繊維（Ａ）の含有量ＭＡが５０質量％以上であり、前記ガラス（Ｂ）の含有量ＭＢが０．０１〜３０質量％であり、前記有機バインダー（Ｃ）の含有量ＭＣが０．１〜５質量％である、鋳造用シート。【選択図】なし

Description

本発明は、鋳造用シートに関する。

従来、鋳物製造時の湯口受口、押湯枠、定盤−鋳型パッキング、湯口底等には、耐火煉瓦等の耐火材が使用されている。しかしながら、これらの耐火材は重量が重く、また、使用後の処分が困難であった。

特許文献１では、上記のような課題のもと、無機繊維を主体として抄造したシートに、耐熱性無機接着剤を含侵させた、鋳造用無機シート製品を、耐火材として使用することが開示されている。

特開昭５１−１３０６２５

特許文献１に係るシートは、無機繊維を無機接着剤でシート化させるために、柔軟性が著しく損なわれ、実用が非常に難しいものであった。

上記を踏まえ、本発明者らは、主に無機接着剤ではなく、有機バインダーによって無機繊維をシート化させ、鋳造用シートとすることを試みた。

しかしながら、有機バインダーによるシート化を行う場合、注湯時の熱によって有機バインダーが燃焼する結果、煙が生じ、作業環境が悪化する等の問題が生じた。

そこで本発明は、十分な柔軟性および耐熱性を有しつつも、注湯時に煙が発生し難い鋳造用シートの提供を課題とする。

上記課題のもと本発明者らが鋭意研究を行ったところ、少量の有機バインダーを含有し、特定の無機繊維の組み合わせの材料を使用し、且つ、特定の含有量とすることで、上記課題を解決可能なことを見い出し、本発明を完成させた。

本発明は、
無機繊維（Ａ）と、ガラス（Ｂ）と、有機バインダー（Ｃ）と、を含む鋳造用シートであって、
前記鋳造用シート全体の質量を基準として、前記無機繊維（Ａ）の含有量Ｍ_Ａが５０質量％以上であり、前記ガラス（Ｂ）の含有量Ｍ_Ｂが０．０１〜３０質量％であり、前記有機バインダー（Ｃ）の含有量Ｍ_Ｃが０．１〜５質量％であることを特徴とする鋳造用シートである。

前記鋳造用シートは、前記無機繊維（Ａ）の含有量Ｍ_Ａと前記ガラス（Ｂ）の含有量Ｍ_Ｂとの比（Ｍ_Ｂ／Ｍ_Ａ）が、０．１〜０．３であってもよい。

前記鋳造用シートは、無機フィラー（Ｄ）を更に含み、前記鋳造用シート全体に対する前記無機フィラー（Ｄ）の含有量Ｍ_Ｄが０．０１〜２０質量％であってもよい。

前記鋳造用シートは、無機バインダー（Ｅ）を更に含み、前記鋳造用シート全体に対する前記無機バインダー（Ｅ）の含有量Ｍ_Ｅが０．０１〜１０質量％であってもよい。

本発明によれば、十分な柔軟性および耐熱性を有しつつも、注湯時に煙が発生し難い鋳造用シートを提供可能である。

以下においては、鋳造用シートのことを、単に「シート」等と記載する場合がある。

以下、本発明に係る鋳造用シートを説明し、その製造方法及び使用方法について説明する。

＜＜＜鋳造用シート＞＞＞
＜＜成分＞＞
鋳造用シートは、無機繊維（Ａ）と、ガラス（Ｂ）と、有機バインダー（Ｃ）とを含む。また、鋳造用シートは、無機フィラー（Ｄ）及び／又は無機バインダー（Ｅ）を含有していてもよい。鋳造用シートは、更にその他の成分を含有していてもよい。

＜無機繊維（Ａ）＞
無機繊維は、９００℃の温度で１時間加熱しても溶融しない無機繊維である。
このような無機繊維としては、アルミナ繊維、ＲＣＦ（リフラクトリーセラミックファイバー）、ＡＥＳ（アルカリアースシリケート）繊維、耐熱ロックウールなどを挙げることができる。無機繊維としてこれらの繊維を含有することで、鋳造用とした際の耐熱性等が向上する。これらは、１種単独で用いられてもよいし、２種以上が組み合わされて用いられてもよい。

無機繊維の直径は、特に限定されないが、好ましくは０．０１〜５０μｍであり、より好ましくは０．１〜１０μｍである。

無機繊維の長さは、特に限定されないが、好ましくは０．０１〜１０ｍｍであり、より好ましくは０．１〜５ｍｍである。

＜ガラス（Ｂ）＞
本発明におけるガラス（Ｂ）とは、ケイ酸塩を主成分とするケイ酸ガラスである。
ガラスとしては、グラスファイバー（チョップドガラス）、グラスウール、ガラスミルドファイバーなどのガラス繊維、ガラス微粒子を挙げることができる。ガラス繊維やガラス微粒子を含有することで、鋳造用とした際に加熱後、繊維や微粒子が溶融され、前記無機繊維間に付着しシートの形状保持を有することができる。これらは、１種単独で用いられてもよいし、２種以上が組み合わされて用いられてもよい。

ガラス繊維の直径は、特に限定されないが、好ましくは０．０１〜５０μｍであり、より好ましくは０．１〜１０μｍである。

ガラス繊維の長さは、特に限定されないが、好ましくは０．０１〜１０ｍｍであり、より好ましくは０．１〜５ｍｍである。

ガラス繊維は、アスペクト比（上記長さ／上記直径）が、好ましくは１０以上であり、より好ましくは１００以上である。なお、このアスペクト比の上限値は特に限定されないが、例えば、１００００、５０００、１０００等である。

またガラス微粒子の直径は、特に限定されないが、好ましくは０．０１〜５０μｍであり、より好ましくは０．１〜１０μｍである。

＜有機バインダー（Ｃ）＞
有機バインダーとしては、適宜の樹脂材料を使用することが可能であり、特に限定されないが、ポリエチレン樹脂、塩化ビニル樹脂、（メタ）アクリル酸エステル樹脂、スチレン−アクリル酸エステル共重合体、酢酸ビニル樹脂、酢酸ビニル−（メタ）アクリル酸エステル共重合体、エチレン−酢酸ビニル共重合体、ポリエステル系樹脂、ポリビニルアルコール（ＰＶＡ）、エチレン−ビニルアルコール共重合体等が挙げられる。また、スチレン・ブタジエンゴム（ＳＢＲ）、ニトリルゴム（ＮＢＲ）等のゴムを使用してもよい。また、両性ポリアクリルアミド樹脂、アニオン性ポリアクリルアミド樹脂、カチオン性ポリアクリルアミド樹脂等のポリアクリルアミド系樹脂を使用してもよい。これらは、１種単独で用いられてもよいし、２種以上が組み合わされて用いられてもよい。

この中でも特に、（メタ）アクリル系樹脂が好ましい。

また、有機バインダーは、前記（メタ）アクリル系樹脂とポリアクリルアミド系樹脂とを含むことが好ましい。これらを併用して使用することで、加熱後のシート形状を保持できる。

（メタ）アクリル系樹脂としては、例えばアクリル酸、アクリル酸エステル、メタクリル酸、またはメタクリル酸エステルの単独ポリマー、これらの単独ポリマーのうち少なくとも２種を組み合わせて得られる共重合体ポリマー、上記単独ポリマー及び共重合体ポリマーのいずれかと、酢酸ビニル、スチレンまたはアクリロニトリルとの共重合体、上記単独ポリマー、共重合体ポリマー及び共重合体のいずれかに、水酸基、カルボキシル基、Ｎ−メチロール基、Ｎ−メチロールエーテル基等の架橋性基を有するモノマーを共重合させたポリマー等が挙げられる。上記アクリル酸エステルおよびメタクリル酸エステルにおけるエステル部分を構成する置換基としては、例えばメチル、エチル、ｎ−プロピル、ｉ−プロピル、ｎ−ブチル、ｔ−ブチル等の炭素数が１〜４のアルキル基等が挙げられる。

なお、有機バインダー（Ｃ）は、エマルジョンの形態であってもよいが、シートの製造時において乾燥工程を含む場合、有機バインダー（Ｃ）中の揮発成分が乾燥工程において揮発され得る。そのため、有機バインダー（Ｃ）をエマルジョンとした場合、最終的に得られるシートにおいては、通常、エマルジョン中の不揮発成分のみがシートに付着されることとなる。

＜無機フィラー（Ｄ）＞
無機フィラーとしては、ガラス（Ｂ）以外の成分であれば特に限定されず、酸化物、水酸化物、炭化物、窒化物、ホウ化物等が挙げられるが、酸化物であることが好ましく、アルミナ、ムライト又はコージエライトであることがより好ましい。このような成分を配合することで、シートの耐熱性を向上させることが可能である。これらは、１種単独で用いられてもよいし、２種以上が組み合わされて用いられてもよい。

無機フィラーの平均粒子径は、０．５〜５０μｍであることが好ましい。

＜無機バインダー（Ｅ）＞
無機バインダーは、無機成分からなる接着剤として機能する成分であり、その具体例としては、例えば、コロイダルシリカ、コロイダルアルミナ、水ガラス等が挙げられる。このような成分を配合することで、シートの耐熱性を向上させることが可能である。また、無機バインダーは、無機フィラーと共に配合されることで、無機フィラーと無機繊維とのより強固な接着が可能となる。これらは、１種単独で用いられてもよいし、２種以上が組み合わされて用いられてもよい。

＜＜各成分の含有量＞＞
シート全体の質量を基準として、前記無機繊維（Ａ）の含有量Ｍ_Ａは、５０質量％以上である。更に、無機繊維（Ａ）の含有量Ｍ_Ａは、シートに含有されるその他の無機成分にも依るが、６０質量％以上、７０質量％以上、８０質量％以上、９０質量％以上、９５質量％以上、９７質量％以上、９８質量％以上、９９質量％とすることが可能であり、また、９９質量％以下、９８質量％以下、９７質量％以下、９５質量％以下、９０質量％以下、８０質量％以下とすることが可能である。

シート全体の質量を基準として、前記ガラス（Ｂ）の含有量Ｍ_Ｂは、好ましくは０．０１〜３０質量％であり、より好ましくは０．１〜３０質量％であり、更に好ましくは０．５〜２５質量％であり、特に好ましくは１〜２０質量％である。

シート全体の質量を基準として、前記有機バインダー（Ｃ）の含有量Ｍ_Ｃは、０．１〜５質量％であり、好ましくは０．１〜４質量％であり、より好ましくは０．５〜２．５質量％である。

シート全体の質量を基準として、前記無機フィラー（Ｄ）の含有量Ｍ_Ｄは、好ましくは０．０１〜２０質量％であり、より好ましくは１〜１５質量％である。

シート全体の質量を基準として、前記無機バインダー（Ｅ）の含有量Ｍ_Ｅは、好ましくは０．０１〜１０質量％であり、より好ましくは１〜５質量％である。

ここで、無機繊維（Ａ）の含有量Ｍ_Ａとガラス（Ｂ）の含有量Ｍ_Ｂとの比（Ｍ_Ｂ／Ｍ_Ａ）は、好ましくは０．１〜０．３であり、より好ましくは０．１〜０．２である。このような配合比とすることで、十分な柔軟性および耐熱性を有しつつも、注湯時に煙が発生し難いシートを得ることが可能となる。

また、無機繊維（Ａ）の含有量Ｍ_Ａとガラス（Ｂ）の含有量Ｍ_Ｂと無機フィラー（Ｄ）の含有量Ｍ_Ｄと無機バインダー（Ｅ）の含有量Ｍ_Ｅとの合計は、好ましくは９５〜９９質量％である。

なお、無機繊維（Ａ）、ガラス（Ｂ）、有機バインダー（Ｃ）、無機フィラー（Ｄ）、および、無機バインダー（Ｅ）以外の成分（その他の成分）の含有量は、シート全体の質量を基準として、１質量％未満、０．５質量％未満、０．１質量％未満、又は、０．０１質量％未満であることが好ましい。不可避的に含有される成分を除いて、その他の成分を含有しないことがより好ましい。

なお、上記は全て、固形分（不揮発分）換算されたものとする。

＜＜シートの構成＞＞
シートは、各無機繊維を主体とし、無機繊維同士を結着するように、有機バインダーが付着している。

シートの密度は、用途等に応じて適宜変更可能であり、特に限定されないが、１００〜４００ｋｇ／ｍ^３であることが好ましい。

シートの厚みは、用途等に応じて適宜変更可能であり、特に限定されないが、０．５〜３０ｍｍであることが好ましい。

シートの大きさは、用途等に応じて適宜変更可能である。

シートは、ロール状に巻き取られたものとしてもよい。

本発明の鋳造用シートによれば、上記構成とすることで、十分な柔軟性および耐熱性を有しつつも、注湯時に煙が発生し難いシートとすることができる。更には、注湯後において十分な形状保持性を有するため、当該鋳造用シートを除去する際に、注湯後の鋳物に鋳造用シートの構成成分（特に、無機繊維）が付着することを防止し、ハンドリング性を良好なものとすることが可能となる。

なお、本明細書において、ある成分の直径、長さ、アスペクト比等の数値（およびその平均値）は、該当ある成分を外観観察した際の平均値（１００個平均）とすることができる。

＜＜＜鋳造用シートの製造方法＞＞＞
本発明の鋳造用シートの製造方法は、特に限定されないが、湿式抄紙によって製造することが可能である。

本発明の鋳造用シートの製造方法は、例えば、無機繊維（Ａ）、ガラス（Ｂ）、及び有機バインダー（Ｃ）、等を水に分散させて原料スラリーを調製する原料調製工程、原料スラリーを湿式抄紙し、必要に応じて脱水してシート状物とする抄紙工程、シート状物を乾燥させてシートとする乾燥工程、を含む。

なお、抄紙工程は、例えば、一般紙や湿式不織布を製造するための抄紙機、例えば長網抄紙機、円網抄紙機等を使用して実施すればよい。

また、乾燥工程は、例えば、エアードライヤー、またはヤンキードライヤー等のシリンダードライヤー、バッチ式オーブン等を使用して実施すればよい。

原料調製工程における原料スラリーの固形分濃度、撹拌条件、抄紙工程における原料スラリー供給速度、脱水条件、乾燥工程における乾燥温度、乾燥時間等の、各工程における諸条件については、使用する原料や必要とするシートの性質に合わせて適宜変更可能である。

なお、原料調製工程において、有機バインダー（Ｃ）は、エマルジョンとして原料スラリーに配合されてもよい。

＜＜＜鋳造用シートの使用方法＞＞＞
鋳造用シートは、鋳造用の装置を構成するあらゆる箇所および部品に適用することが可能である。例えば、湯口受口、押湯枠、定盤−鋳型パッキング、湯口底等に適用することが可能である。

鋳造用シートは、適用箇所に適した適宜の形状に変形および加工され、使用されてもよい。

なお、鋳造に供される材料は特に限定されず、鉄、アルミ合金、銅、真鍮などの従来公知の金属材料を溶湯として使用することが可能である。

本発明は、上述したいずれかの箇所に鋳造用シートを適用し、その状態で注湯を行う、鋳物の製造方法であってもよい。

以下、実施例および比較例により、本発明をより詳細に説明するが、本発明はこれらには何ら限定されない。

＜＜シートの製造＞＞＞
＜実施例１＞
水を入れた容器中に、無機繊維（Ａ）としてシリカ（ＳｉＯ_２）−マグネシア（ＭｇＯ）系のアルカリアースシリケートウール（ＡＥＳ繊維（生体溶解性繊維）、繊維径：３〜５μｍ、繊維長：０．５〜５ｍｍ）１００質量部と、ガラス（Ｂ）としてグラスファイバー（チョップドストランド、フィラメント径：約６μｍ、カット長：約３ｍｍ）１５質量部とを入れ、攪拌機で攪拌し、均一に分散させた分散液を得た。次に、該分散液に、有機バインダー（Ｃ）としてアクリル酸エステル系樹脂２質量部及びポリアクリルアミド樹脂０．１５質量部加えて均一に分散させて原材料分散液を得た。

この原材料分散液を所定量採取し、ＪＩＳＰ８２２２：１９９８に規定する標準型手抄き装置を用いて湿紙を作成した。その後、プレス脱水を行い、１３０℃に加熱調整したバッチ式オーブンを用いて、湿紙の乾燥を行い、実施例１に係るシートを得た。

得られたシートは、厚みが約２０ｍｍ、密度が約２００ｋｇ／ｍ^３であった。

＜実施例２＞
前記実施例１において、グラスファイバー１５質量部を、グラスウール（繊維径：約３μｍ、繊維長：０．５〜５ｍｍ）１５質量部に代えた以外は同様にして実施例２に係るシートを得た。

得られたシートは、厚みが約２３ｍｍ、密度が約１９０ｋｇ／ｍ^３であった。

＜比較例１＞
分散液にグラスファイバーを加えない以外は、実施例１と同様にして比較用のシートを得た。

＜＜評価＞＞
＜実施例１＞
実施例１のシートを手に持ち、十分な柔軟性および形状保持性を有することを確認した。

次に、実施例１のシートの一部を分離して試料とし、燃焼試験を実施した。

試料を電気炉で９００℃の温度で１時間燃焼させ、燃焼前後の試料における重量減少率を次式のように求めた。
重量減少率＝（（燃焼前の重さ−燃焼後の重さ）／燃焼前の重さ）×１００［％］
該試料における重量減少率は、１．６４％であった。
実施例１のシートは、重量減少率が２％以下であることから、実用上発煙及び臭気の両者に問題がないことが確認された。
また、燃焼後の試料を手に持ち、柔軟性と形状保持性を確認したところ、柔軟性および形状保持性を有することが確認された。

＜実施例２＞
実施例２のシートを手に持ち、十分な柔軟性および形状保持性を有することを確認した。

次に、実施例２のシートの一部を分離して試料とし、燃焼試験を実施した。

試料を電気炉で９００℃の温度で１時間燃焼させ、燃焼前後の試料における重量減少率を前記実施例１と同様にして求めた。
該試料における重量減少率は、１．６９％であった。
実施例２のシートは、重量減少率が２％以下であることから、実用上発煙及び臭気の両者に問題がないことが確認された。
また、燃焼後の試料を手に持ち、柔軟性と形状保持性を確認したところ、柔軟性および形状保持性を有することが確認された。

＜比較例１＞
比較例１のシートを手に持ち、十分な柔軟性および形状保持性を有することを確認した。

次に、比較例１のシートの一部を分離して試料とし、燃焼試験を実施した。

試料を電気炉で９００℃の温度で１時間燃焼させ、燃焼前後の試料における重量減少率を前記実施例１と同様にして求めた。
該試料における重量減少率は、１．５３％であった。
比較例１のシートは、重量減少率が２％以下であることから、実用上発煙及び臭気の両者に問題がないことが確認されたが、燃焼後の試料を手に持ちあげたところ、形状が変形し、形状保持性に問題があることが確認された。

Claims

無機繊維（Ａ）と、ガラス（Ｂ）と、有機バインダー（Ｃ）と、を含む鋳造用シートであって、
前記鋳造用シート全体の質量を基準として、前記無機繊維（Ａ）の含有量Ｍ_Ａが５０質量％以上であり、前記ガラス（Ｂ）の含有量Ｍ_Ｂが０．０１〜３０質量％であり、前記有機バインダー（Ｃ）の含有量Ｍ_Ｃが０．１〜５質量％であることを特徴とする鋳造用シート。
前記無機繊維（Ａ）の含有量Ｍ_Ａと前記ガラス（Ｂ）の含有量Ｍ_Ｂとの比（Ｍ_Ｂ／Ｍ_Ａ）が、０．１〜０．３である、請求項１記載の鋳造用シート。
無機フィラー（Ｄ）を更に含み、前記鋳造用シート全体に対する前記無機フィラー（Ｄ）の含有量Ｍ_Ｄが０．０１〜２０質量％である、請求項１又２に記載の鋳造用シート。
無機バインダー（Ｅ）を更に含み、前記鋳造用シート全体に対する前記無機バインダー（Ｅ）の含有量Ｍ_Ｅが０．０１〜１０質量％である、請求項１〜３のいずれか記載の鋳造用シート。