JP4923265B2 - 新規組成物からなる成形用型 - Google Patents

Description

本発明は、樹脂のモールド成型に用いるコア（中子）、金属の鋳造に用いるコア及び鋳型等に適用すると効果的な新規組成物からなる成形用型に関する。

樹脂の射出成型等、モールド成型の分野では低融合金からなるコア（中子）を用いて成形後に加熱熔融除去している。
しかし、低融合金は樹脂に比較して比重が大きいために取扱いにくく、熔融時のエネルギー消費も多い。

金属の鋳造に用いるコアとしては珪砂にフェノール樹脂をコーティングしたコーテッドサンドを用いて表面を加熱硬化したものが広く用いられている。
また、鋳造用鋳型としては金型、砂に粘土、水を混合した生型、砂に粘結剤を混合硬化した自硬性鋳型等の鋳型が広く用いられている。
これらのコアや鋳型として、近年、水による溶解性や熔融による再利用性が高いことから電解質を用いた熔融塩中子等が検討されている。
しかし、電解質を用いた熔融塩中子は強度が不充分である場合が多く、特開２００５−６６６３８号公報には、融点８００℃の塩化ナトリウムを用いた高融点熔融塩電解質を表層にし、融点３３０℃の硝酸カリウムを用いた低融点熔融塩（電解質）を内部に設けた２層中子を開示するが未だに強度が不充分である。
特開２００５−１３１６５３号公報には硝酸塩の電解質に耐熱性を有する粉粒体状の無機系骨材を混合して高強度化を図る際に、電解質に比較して比重が大きい無機系骨材が、注入時に電解質と分離しない方策として、注入用の有底容器内に底部貫通の仕切壁を設けた技術を開示する。
しかし、注入時の温度や注入速度により必ずしも無機系骨材が電解質に均一に分散しない技術的課題がある。

特開２００５−６６６３８号公報 特開２００５−１３１６５３号公報

本発明は上記背景技術に鑑みて、熔融時には電解質として均一に混合し、凝固時には水に対する難溶性析出物として他の電解質中に分散析出することで強度が高く、後工程において取り扱いが容易な成形用型の提供を目的とする。

電解質には、水に難溶性で高融点であり、化学的に安定な塩と、水に溶解しやすく比較的低融点の塩が存在し、これらが混合すると融点が低くなることに着目したことにより本発明に至った。

請求項１記載の成形用型は、硫酸バリウム又は硫酸カルシウムのうち、１種以上を合計で０．５〜８０ｍｏｌ％含有し、残りが水溶性の電解質である塩化ナトリウム又は／及び塩化カリウムからなる電解質組成物を、均一混合熔融し、熔融鋳造によって成型する際の凝固時に前記水溶性の塩化ナトリウム又は／及び塩化カリウム中に、水に難溶性の硫酸バリウム又は／及び硫酸カルシウムの微粒子を分散析出させてあることを特徴とする。
ここで、成形用型には樹脂のモールド成型用の中子及び金属の鋳造用の鋳型、中子等、型を用いた成形工法に広く使用される成形用の型をいう。
電解質組成物とは水等の溶媒に溶解した際に電離する電解質を成分とする組成物をいい、硫酸ナトリウム、硝酸ナトリウム、塩化ナトリウム、硫酸カリウム等のアルカリ塩及び塩化カルシウム、塩化バリウム、硝酸カルシウム、硝酸バリウム等塩化物及び硝酸塩からなる比較的に水に対する溶解度が高い水溶性の塩の群と、硫酸バリウム、硫酸カルシウム等の水に対する溶解度の低い塩の群とがある。
水溶性の電解質としては塩化ナトリウム、塩化カリウムが好ましい。
電解質組成物中に硫酸バリウム又は／及び硫酸カルシウムを含有させると、この電解質組成物を加熱した際には、全てが熔融して均一に混合し、凝固時には化学的に安定な硫酸バリウム（融点１５８０℃）又は硫酸カルシウム（融点１４５０℃）等の微粒子として他の電解質中に分散析出し、強化粒子として作用する。
即ち、従来は電解質中にシリカ、ムライト、アルミナ等の耐火物と混合して高強度化を図っていたが、これでは熔融時に比重の大きいこれら耐火物が沈降分離してしまうという課題があったが、本願発明では全てが電解質からなるので熔融時に分離することはない。
また、従来の電解質と耐火物との混合物では熔融塩の粘性が高く、鋳造時の湯廻り性低下の原因になっていたが、本発明においては全てが電解質なので湯廻り性に優れるため、成形用型の鋳造性が高い。
従って、硫酸バリウム又は／及び硫酸カルシウムの析出効果が生じるためには硫酸バリウムと硫酸カルシウムのうち、１種又は２種の合計で０．５ｍｏｌ％以上必要であり、８０ｍｏｌ％を超えると液相線温度が１０００℃を超えることになり、他の電解質が蒸発したり、分解する恐れが生じる。

請求項２記載に係る発明は、硫酸バリウムを他の電解質に直接混合するのではなく、硫酸カリウムと塩化バリウムとを含有する混合電解質組成物を均一混合熔融し、熔融鋳造工程にて凝固させる際に、電解質中に硫酸バリウムを分散析出させることを特徴とする。
請求項３記載に係る発明は、硫酸カルシウムを他の電解質に直接混合するのではなく、硫酸カリウムと塩化カルシウムとを含有する混合電解質組成物を均一混合熔融し、熔融鋳造工程にて凝固させる際に、電解質中に硫酸カルシウムを分散析出させることを特徴とする。
これにより例えば塩化バリウムと硫酸カリウムとを熔融混合し、凝固時に硫酸バリウムを析出させることができ、また比較的入手しやすい塩化カルシウムと硫酸ナトリウムとを熔融混合して凝固時に硫酸カルシウムを析出させることができる。

本発明においては成形用型の原材料をすべて電解質としたことにより、熔融時に均一に混合し、かつ、従来の耐火物微粒子混合方式に比較して熔融塩の粘性が低く、成形用型の鋳造時の湯廻り性が良いために充填不良やガス欠陥の発生を防止しやすい。
また、熔融塩の凝固時には他の電解質中に化学的に安定的で高融点の硫酸バリウム及び硫酸カルシウム等が均一に分散析出し、強化粒子として作用し、強度の均一性に優れた成形用型になる。

本発明に係る成形用型を例えば中子に用いた場合に、硫酸バリウムや硫酸カルシウムは毒性が無く、水に難溶性の塩であることから水崩壊後の分離も容易である。
また、本発明に係る成形用型は熔融再利用も可能である。

本発明に係る電解質組成物からなる成形用型の代表例を以下説明するが、本発明はこれに限定されるものではない。

融点７７０℃の塩化カリウムに焼石膏（硫酸カルシウムの１／２水塩）を混合して加熱熔融した。
混合割合にもよるが混合による固相線温度の低下により約７００〜８００℃にて熔融塩となる。
なお、焼石膏中の結晶水は解離する。
これを鋳造鋳型に流し込み冷却凝固させた。
これにより水溶性の塩化カリウム中に融点１４５０℃の硫酸カルシウムが均一に分散析出した成形用型が得られた。
この硫酸カルシウム−塩化カリウム系において硫酸カルシウム濃度を変化させた円柱形試験片を鋳造し測定した抗折強度変化を図１のグラフに示す。
石膏の割合が高い方が強度が高くなる傾向を示した。
この測定結果から、本発明に係る成形用型はコアや鋳型として有用であることが明らかになった。
また、塩化カリウムの代わりに塩化ナトリウムを用いた硫酸カルシウム−塩化ナトリウム系の抗折強度測定結果を図２に示す。
この場合も石膏の割合が高い方が高強度になる傾向も示したが塩化カリウム系より若干低い値を示した。
（抗折強度の測定方法）
抗折強度は、２６．５φｍｍ×１５０ｍｍの円柱形試験片を鋳造し、この試験片を支点間距離１００ｍｍの治具に載置し、中央部に荷重を付加して３点曲げ抗折強度を測定した。

図２のグラフに示した抗折強度測定に供した試験片の一部の破断面のＳＥＭ像と成分の分散分析（面分析）結果を図３に示す。
これにより塩化ナトリウム相の内に硫酸カルシウムが分散しているのが明らかになった。

融点９６２℃の塩化バリウムと、融点８００℃の塩化ナトリウムと、融点１０６９℃の硫酸カリウムとを混合し、加熱すると６５０〜８００℃にて均一の熔融塩になり、鋳型に流し込んだ後の凝固時には均一に混合した水溶性の塩化ナトリウムと塩化カリウムとの電解質中に融点１５８０℃の硫酸バリウムが均一に分散析出した成形用型が得られた。

融点７７０℃の塩化カルシウムと融点１０６９℃の硫酸カリウムとを混合し、加熱すると６５０〜７５０℃の熔融塩が得られた。
これを鋳型に流し込み、冷却凝固すると水溶性の塩化カリウム中に水難溶性の硫酸カルシウムが均一に分散した成形用型が得られた。

硫酸カルシウム−塩化カリウム系の抗折強度測定結果を示す。 硫酸カルシウム−塩化ナトリウム系の抗折強度測定結果を示す。 試験片破断面のＳＥＭ像及び成分の分散分析結果を示す。

Claims (3)

1. 硫酸バリウム又は硫酸カルシウムのうち、１種以上を合計で０．５〜８０ｍｏｌ％含有し、残りが水溶性の電解質である塩化ナトリウム又は／及び塩化カリウムからなる電解質組成物を、均一混合熔融し、熔融鋳造によって成型する際の凝固時に前記水溶性の塩化ナトリウム又は／及び塩化カリウム中に、水に難溶性の硫酸バリウム又は／及び硫酸カルシウムの微粒子を分散析出させてあることを特徴とする成形用型。
2. 硫酸カリウムと塩化バリウムとを含有する混合電解質組成物を均一混合熔融し、熔融鋳造工程にて凝固させる際に、電解質中に硫酸バリウムを分散析出させることを特徴とする成形用型の製造方法。
3. 硫酸カリウムと塩化カルシウムとを含有する混合電解質組成物を均一混合熔融し、熔融鋳造工程にて凝固させる際に、電解質中に硫酸カルシウムを分散析出させることを特徴とする成形用型の製造方法。