JP4672401B2 - 鋳型の製造方法 - Google Patents
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本発明の方法で使用する球状鋳物砂は、特開2004−202577号に示されるような火炎溶融法により製造される。
本発明に用いられる粘結剤組成物は、フラン樹脂を含有する。フラン樹脂は、フルフリルアルコールを主成分として重縮合して得られるものである。例えば、「第4版鋳型造型法」(平成8年11月18日、社団法人日本鋳造技術協会発行)の135頁等に記載されている通り、フルフリルアルコールと尿素とアルデヒド類とを主成分として、重縮合して得られるものである。アルデヒド類としては、ホルムアルデヒド、グリオキザール、フルフラール等の従来公知のアルデヒド化合物を使用することができる。特に、本発明においては、ホルムアルデヒドを使用するのが好ましい。フルフリルアルコール、尿素、及びアルデヒド類を重縮合させると、各成分の配合割合にもよるが、フルフリルアルコールの縮合物、フルフリルアルコールとアルキロール尿素との重縮合物、尿素とアルデヒド類の縮合物、各縮合物が更に重縮合した重縮合物、各成分の未反応物、水等の混合物として、本発明のフラン樹脂が得られる。
本発明に用いられる硬化剤組成物は、含燐原子化合物(すなわち燐原子を含有する化合物)単独、または含燐原子化合物と含硫黄原子化合物(すなわち硫黄原子を含有する化合物)とを含有するものである。すなわち、本発明に用いられる硬化剤組成物は、含燐原子化合物を含有する硬化剤組成物である。含燐原子化合物としては、燐酸、縮合燐酸、メチル燐酸やエチル燐酸等の燐酸エステル、燐酸カルシウムや燐酸水素カリウム等の燐酸塩等が単独で又は混合して使用される。また、含硫黄原子化合物としては、硫酸、メタンスルホン酸、エタンスルホン酸、フェノールスルホン酸、ベンゼンスルホン酸、トルエンスルホン酸、キシレンスルホン酸等が単独で又は混合して使用される。これらは所定濃度の水溶液として用いることが好ましい。
上記した球状鋳物砂に、粘結剤組成物及び本発明の硬化剤組成物を添加混練する。添加の順序は、球状鋳物砂に粘結剤組成物を添加した後、硬化剤組成物を添加してもよいし、その逆であってもよい。また、粘結剤組成物と硬化剤組成物とを同時に球状鋳物砂に添加してもよい。なお、本発明における硬化剤組成物の使用にあたって、例えば従来使用されていた硬化を促進させるための添加剤等を含有させておいてもよい。
後述する実施例又は比較例の鋳型の製造方法により得られたテストピース鋳型を150メッシュ以下に微粉砕したものを試料とし、ケルダール窒素分析法にて測定した。結果を表1に示す。なお、後述の再生砂についても同様の方法で再生砂中の窒素含量(窒素原子としての重量%)を測定した。
後述する実施例又は比較例の鋳型の製造方法により得られたテストピース鋳型を150メッシュ以下に微粉砕したものを試料とし、ICP(誘導結合プラズマ発光分析装置)にて測定した。結果を表1に示す。なお、後述の再生砂についても同様の方法で再生砂中の燐含量(燐原子としての重量%)を測定した。
後述する実施例又は比較例の鋳型の製造方法により得られたテストピース鋳型を150メッシュ以下に微粉砕したものを試料とし、燃焼中和滴定法にて測定した。結果を表1に示す。なお、後述の再生砂についても同様の方法で再生砂中の硫黄含量(硫黄原子としての重量%)を測定した。
後述する実施例又は比較例で用いた粘結剤組成物(フラン樹脂)中の窒素含量(窒素原子としての重量%)を、ケルダール窒素分析法にて測定した。結果を表1に示す。
後述する実施例又は比較例で用いた硬化剤組成物中の燐含量(燐原子としての重量%)を、ICP(誘導結合プラズマ発光分析装置)にて測定した。また、後述する実施例又は比較例で用いた硬化剤組成物中の硫黄含量(硫黄原子としての重量%)を、燃焼中和滴定法にて測定した。それらから、[硫黄原子含量/(燐原子含量+硫黄原子含量)]で示される燐原子と硫黄原子との重量割合を算出した。結果を表1に示す。
(1)球状鋳物砂
Al2O3とSiO2を合計量で97重量%含有する、Al2O3/SiO2重量比率が1.7、含水率が0重量%、平均粒径が0.31mm、長軸径/短軸径比が1.5のムライト粉末(柴田セラミックス製合成ムライト粉末)を出発原料とし、当該粉末を、酸素をキャリアガスとして用い、LPG(プロパンガス)を対酸素比(容量比)1.1で燃焼させた火炎(約2000℃)中に投入し、単分散した球状鋳物砂を得た。得られた鋳物砂は、Al2O3とSiO2を合計量で97重量%含有しており、Al2O3/SiO2重量比率が1.7、平均粒径が0.26mm、球形度が0.99、吸水率が0重量%、粒子密度が2.9g/cm3であった。
(2−1)圧縮強度
25℃、55%RHの条件下で、上記球状骨材の新砂100重量部に対し、85重量%濃度の燐酸水溶液を0.2重量部加え、次いで窒素含量が1.8重量%(窒素原子として)である尿素ホルムアルデヒド変性フラン樹脂を0.5重量部添加混練して、得られた混練砂をテストピース枠に充填し、直径50mm,高さ50mmの円柱形のテストピースを作製して、24時間放置し尿素ホルムアルデヒド変性フラン樹脂を硬化させてテストピース鋳型を得た。得られたテストピース鋳型の0.5時間後、1時間後、24時間後における圧縮強度(MPa)を測定した結果を表1に示す。なお、ここで用いた尿素ホルムアルデヒド変性フラン樹脂の組成は、フルフリルアルコール70.5重量%、フルフリルアルコール/尿素/ホルムアルデヒド重縮合物24.5重量%、水4.0質量%、尿素以外のその他の成分1.0重量%である。
上記(2−1)で得られた混練砂を用いて、大同式ドーナツ型試験鋳型(形状は図1、図2及び図3に示す如く、中空円状のドーナツ上に40mmφのゲート1と90mmφのライザー2が同心円状に取付けられている)を作製し、この鋳型に注湯して得られた鋳造品につき液体浸透探傷法によりガス欠陥の発生個数を測定した。その結果を表1に示す。
1)前処理:洗浄液により試験品の表面を清浄にする。
2)浸透処理:試験面に浸透液のスプレーを塗布し、十分に濡らす。
3)洗浄処理:20分の浸透時間経過後、洗浄液により欠陥以外の試験面に付着している余剰の浸透液を除去する。
4)現像処理:洗浄処理の終わった試験面に現像液を塗布し、欠陥中に残留している浸透液を試験面に吸い出す。
5)観察:現像処理によってできた支持模様を目視によって観察する。
粘結剤組成物として、実施例1で使用した尿素ホルムアルデヒド変性フラン樹脂に、硬化促進剤としてビスヒドロキシメチルフラン(アルドリッチファインケミカル社製:2,5-Furandimethanol[1883-75-6](CAS登録番号)を、該フラン樹脂に対して5重量%添加したものを用いた以外は、実施例1と同様な評価を行った。その結果を表1に示す。
粘結剤組成物として、実施例1で使用した尿素ホルムアルデヒド変性フラン樹脂に、硬化促進剤としてビスヒドロキシメチルフラン(アルドリッチファインケミカル社製:2,5-Furandimethanol[1883-75-6](CAS登録番号)を、該フラン樹脂に対して20重量%添加したものを用いた以外は、実施例1と同様な評価を行った。その結果を表1に示す。
鋳物砂として、実施例1で使用した球状鋳物砂(新砂)5重量部と下記の方法で得られた再生砂95重量部を混合した砂を用いた以外は、実施例1と同様な評価を行った。その結果を表1に示す。
実施例1の球状鋳物砂(新砂)、粘結剤組成物、硬化剤組成物を用いて造型したテストピース鋳型を用い、鋳造〔材質:FCD-450(注湯温度は1410℃)、無塗型〕し回収した砂をクラッシャーにかけ、日本鋳造(株)製M型ロータリーリクレマーを用いて再生した。この鋳型の造型、鋳造、回収、再生のサイクルを10回繰り返した。このようして得られた実施例1の球状鋳物砂からの再生砂中の窒素含量は0.12重量%(窒素原子として)、燐含量は0.20重量%(燐原子として)であった。なお、粘結剤組成物の添加量は球状鋳物砂100重量部に対して0.5重量部、硬化剤組成物0.2重量部添加して造型を行った。
粘結剤組成物として、実施例1で使用した尿素ホルムアルデヒド変性フラン樹脂に、硬化促進剤としてビスヒドロキシメチルフラン(アルドリッチファインケミカル社製:2,5-Furandimethanol[1883-75-6](CAS登録番号)を、該フラン樹脂に対して5重量%添加したものを用いた以外は、再生砂を用いた実施例4と同様な評価を行った。その結果を表1に示す。
硬化剤組成物として、硫酸/P2O5/水=11.3/38.8/49.9(重量%)の混合物([硫黄原子含有量/(燐原子含量+硫黄原子含量)]は0.178であった)を、再生砂100重量部に対して0.2重量部用いた以外は、再生砂を用いた実施例4と同様な評価を行った。その結果を表1に示す。
粘結剤組成物として、実施例1で使用した尿素ホルムアルデヒド変性フラン樹脂に、硬化促進剤としてビスヒドロキシメチルフラン(アルドリッチファインケミカル社製:2,5-Furandimethanol[1883-75-6](CAS登録番号)を、該フラン樹脂に対して5重量%添加したものを用い、且つ硬化剤組成物として、硫酸/P2O5/水=11.3/38.8/49.9(重量%)の混合物([硫黄原子含有量/(燐原子含量+硫黄原子含量)]は0.178であった)を、再生砂100重量部に対して0.2重量部用いた以外は、再生砂を用いた実施例4と同様な評価を行った。その結果を表1に示す。
鋳物砂として、フラタリー珪砂の新砂100重量部を使用する以外は、実施例1と同様な評価を行った。その結果を表1に示す。
鋳物砂として、フラタリー珪砂の新砂を使用し、該砂100重量部に対して粘結剤組成物を1.5重量部、硬化剤組成物を0.6重量部添加混練する以外は、実施例1と同様な評価を行った。その結果を表1に示す。
フラタリー珪砂の新砂に代えて、比較例2で得られたテストピース鋳型から上記の方法で得られた再生砂(該再生砂の窒素含量は0.21重量%(窒素原子として)、燐含量は0.48重量%(燐原子として))を用いた以外は、比較例2と同様な評価を行った。その結果を表1に示す。
球状鋳物砂に代えて、フラタリー珪砂の新砂5重量部と比較例2で得られたテストピース鋳型から上記の方法で得られた再生砂(該再生砂の窒素含量は0.21重量%(窒素原子として)、燐含量は0.48重量%(燐原子として)95重量部とを用い、該砂100重量部に対して、粘結剤組成物を1.5重量部、硬化剤組成物として、硫酸/P2O5/水=11.3/38.8/49.9(重量%)からなる混合物([硫黄原子含有量/(燐原子含量+硫黄原子含量)]は0.178であった)を0.6重量部使用する以外は、実施例1と同様な評価を行った。その結果を表1に示す。
球状鋳物砂に代えて、スプレードライヤーを用いた焼結型の球状の人造セラミック鋳物砂(商品名:セラビーズ#750(伊藤忠セラテック社製))の新砂100重量部を使用する以外は、実施例1と同様な評価を行った。その結果を表1に示す。
球状鋳物砂に代えて、アトマイズ法によって得られた溶融造粒法による人造セラミック鋳物砂(商品名:エスパール#75(山川産業社製)の新砂100重量部を使用する以外は、実施例1と同様な評価を行った。その結果を表1に示す。
*1:鋳物砂100重量部に対する重量部
*2:フラン樹脂に対する重量%
*3:窒素原子又は燐原子としての重量%
*4:鋳造品1個あたりのガス欠陥の個数
2 ライザー
Claims (7)
- 火炎溶融法で製造された球状鋳物砂の再生砂を含む球状鋳物砂100重量部に対し、フラン樹脂を含有する粘結剤組成物0.2〜0.6重量部、含燐原子化合物を含有し[硫黄原子含量/(燐原子含量+硫黄原子含量)]で示される燐原子と硫黄原子との重量割合が0〜0.178である硬化剤組成物0.05〜0.5重量部を添加し、前記フラン樹脂を硬化させることにより、窒素含量が窒素原子として0.3重量%以下、且つ燐含量が燐原子として0.004〜0.275重量%の鋳型を製造する、鋳型の製造方法であって、
フラン樹脂が、フルフリルアルコール、フルフリルアルコール−尿素樹脂、フルフリルアルコール−ホルムアルデヒド樹脂、フルフリルアルコール−フェノール樹脂、フルフリルアルコール−レゾルシノール樹脂、フルフリルアルコール−メラミン樹脂、フルフリルアルコールポリマーから選ばれる一種、又は二種以上である、
鋳型の製造方法。 - 硬化剤組成物が、燐酸、縮合燐酸、燐酸エステル及び燐酸塩よりなる群から選ばれる1種又は2種以上の燐酸系化合物を含有する請求項1記載の鋳型の製造方法。
- 粘結剤組成物が、硬化促進剤及び水を含有する請求項1又は2記載の鋳型の製造方法。
- 硬化促進剤が、一般式(1)で示される化合物である請求項3記載の鋳型の製造方法。
- 球状鋳物砂が、該砂中、再生球状鋳物砂を90重量%以上含有する請求項1〜4の何れか1項記載の鋳型の製造方法。
- 粘結剤組成物が、シランカップリング剤を含有する請求項1〜3の何れか1項記載の鋳型の製造方法。
- 請求項1〜6の何れか1項記載の鋳型の製造方法に用いられる、火炎溶融法にて製造された球状鋳物砂。
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