JP5362531B2 - 鋳物製造用構造体の製造方法 - Google Patents
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Description
無機粒子中、粒子径53μm以下の無機粒子の含有率が0.1〜5質量%である、
鋳物製造用構造体の製造方法に関する。
本発明に係るスラリー状組成物は、特定の無機粒子、無機繊維、熱硬化性樹脂及び分散媒を含有するものである。更に、本発明に係るスラリー状組成物は、熱膨張性粒子及び高分子化合物を含有するのが好ましい。
本発明に用いられる無機粒子としては、黒鉛、黒曜石、雲母、ムライト、シリカ、マグネシア等が挙げられる。無機粒子は、これらを単独又は二以上を選択して用いることができる。鋳物のガス欠陥低減の観点から、黒鉛が好ましく、更に黒鉛の中でも、土状黒鉛、鱗状黒鉛及び人造黒鉛が好ましい。
JIS Z2601(1993)「鋳物砂の試験方法」附属書2に規定する方法に基づいて測定し、質量累積50%の粒径を平均粒子径とする。前記質量累積は、各ふるい面上の粒子を、JIS Z2601(1993)解説表2に示す「径の平均Dn(mm)」とみなして計算するものとする。
レーザー回折式粒度分布測定装置(堀場製作所製LA−920)を用いて測定された体積累積50%の粒径を平均粒子径とする。分析条件は下記の通りである。
・測定方法:フロー法
・屈折率:無機粒子によって変動(LA−920付属のマニュアル参照)
・分散媒:ヘキサメタリン酸ナトリウムの0.1質量%水溶液
・分散方法:攪拌、LA−920に内蔵の超音波3分間
・試料濃度:2mg/分散媒100cm3
本発明に用いられる無機繊維とは、長軸と短軸を有する無機物からなる繊維状のものを意味するが、本発明に用いられる無機繊維としては、炭素繊維、ロックウール等の人造鉱物繊維、セラミック繊維、天然鉱物繊維が挙げられる。無機繊維は、これらを単独又は二以上を選択して用いることができる。そして、これらの中でも、熱硬化性樹脂の炭化に伴う収縮抑制の観点から、炭素繊維が好ましく、ピッチ系やポリアクリロニトリル(PAN)系炭素繊維がより好ましく、PAN系の炭素繊維が更に好ましい。
本発明に用いられる熱硬化性樹脂としては、フェノール樹脂、エポキシ樹脂、フラン樹脂等が挙げられる。これらの中でも、鋳造時における熱分解ガスの発生量が少なく、燃焼抑制効果があること、熱分解(炭化)後における残炭率が25%以上と高く、構造体を鋳型に用いた場合に炭化皮膜を形成して良好な鋳肌を得ることができる点からフェノール樹脂を用いることが好ましい。
本発明に係るスラリー状組成物では、分散媒が用いられる。分散媒としては、水の他、エタノール、メタノール、ジクロロメタン、アセトン、キシレンなどの溶剤が挙げられる。これらを単独又は二以上を混合して用いることができる。その中でも、取り扱い易さの点から、水が好ましい。
本発明に係る構造体(I)は熱膨張性粒子を更に含有することが好ましい。従って、本発明に係るスラリー状組成物が更に熱膨張性粒子を含有することが好ましい。熱膨張性粒子は、膨張開始温度(℃)が分散媒の沸点(℃)以下である熱膨張性粒子が好ましい。これにより、精度よく賦形がなされ、かつ高通気度の構造体(I)が得られ、鋳物のガス欠陥を低減することが可能である。更に、熱膨張性粒子は、構造体(I)の複雑な形状の成形性及び高通気度を得ることによる鋳物のガス欠陥低減の観点から、熱膨張性粒子の膨張開始温度は、分散媒の沸点に対し、好ましくは5〜100℃低く、より好ましくは10〜80℃低く、更に好ましくは10〜70℃低い。
本発明では、構造体(I)の成形性向上の観点から、構造体(I)が更に水溶性高分子化合物を含有することが好ましい。従って、本発明に係るスラリー状組成物が更に水溶性高分子化合物を含有することが好ましい。ここで水溶性高分子化合物は、25℃の水100gに対して、1g以上溶解し、かつ重量平均分子量が、1万〜1000万であるものを意味し、1万〜500万であるものが好ましい。
本発明の鋳物製造用構造体の製造方法は、構造体(I)の表面に耐火性粒子を含む塗膜を形成する工程を有するものであるが、かかる構造体(I)は本発明に係るスラリー状組成物を成形型内に充填し、加熱成形する工程より得られたものが好ましい。従って、本発明の鋳物製造用構造体の製造方法は、無機粒子〔好ましくは前述の第一無機粒子(A)と第二無機粒子(B)〕、無機繊維、熱硬化性樹脂、及び分散媒、好ましくは更に、熱膨張性粒子、及び水溶性高分子化合物を含有するスラリー状組成物を成形型内に充填し、加熱成形して構造体(I)を製造する工程〔以下、工程(1)という〕と、構造体(I)の表面に耐火性塗膜を形成する工程〔以下、工程(2)という〕と、を有することが好ましい。
(1)本発明に係るスラリー状組成物中の分散媒を増加させることで、構造体(I)の密度を低減する、
(2)熱膨張性粒子を用いる場合は熱膨張性粒子の膨張開始温度が分散媒の沸点に対し、5〜100℃低いものを選択する(熱膨張性粒子の膨張開始温度と分散媒の沸点を適切に調節する)、
ことで数値を大きく、すなわち通気度を向上できる。さらに、熱膨張性粒子の膨張開始温度と分散媒の沸点の適切な調節は、構造体(I)の密度を下げるよりも通気度向上に対する効果が大きい。尚、通気度は、実施例記載の測定方法により求めることができる。
<スラリー状組成物の調製>
無機粒子71g、無機繊維12g、熱硬化性樹脂10g、水溶性高分子化合物5g及び熱膨張性粒子2gからなる原料100gに水175gを添加し、20〜50℃において2000rpmで7.5分間攪拌して、スラリー状組成物を得た(固形分濃度は36.4質量%)。尚、表1に示すそれぞれの成分は、下記の通りである。
〔第一無機粒子(A)〕
人造黒鉛1:(株)中越黒鉛工業所製「G‐30」、平均粒子径234μm、粒子径53μm以下の粒子の含有率は、0.01質量%以下(検出限界以下)
人造黒鉛2:伊藤黒鉛工業(株)製「AGB+200」、平均粒子径168μm、粒子径53μm以下の粒子の含有率は、0.01質量%以下(検出限界以下)
土状黒鉛:(株)中越黒鉛工業所製「AE−1」、平均粒子径425μm、粒子径53μm以下の粒子の含有率10質量%
〔第二無機粒子(B)〕
鱗状黒鉛:伊藤黒鉛工業(株)製「SRP98−100」、平均粒子径39μm、粒子径53μm以下の粒子の含有率60質量%
炭素繊維:PAN炭素繊維(三菱レーヨン(株)製、商品名「パイロフィルチョップドファイバー」、平均繊維長3mm)
フェノール樹脂1:群栄化学工業(株)製「レヂトップPGA−2165」(レゾールタイプ)
フェノール樹脂2:エア・ウォーター(株)製「ベルパールS−890」(レゾールタイプ)
熱膨張性粒子1:松本油脂製薬(株)製、商品名「マツモトマイクロスフェアーF−48D」、膨張開始温度120℃(アクリロニトリル共重合体タイプ)
CMC1:第一工業製薬(株)製「セロゲンMP−60」、重量平均分子量:37万〜40万、25℃の水100gに対して、3g以上溶解(カルボキシメチルセルロースタイプ)
CMC2:第一工業製薬(株)製「HE−1500F」、重量平均分子量:33万〜36万、25℃の水100gに対して、3g以上溶解(カルボキシメチルセルロースタイプ)
図1に示す中空棒状品に対応するキャビティを有する主型と中空を形成する芯材を備える成形金型(上下金型)のキャビティ表面に、3秒間離型剤を噴霧し、上記で調製した鋳物製造用構造体用組成物をエア圧力1MPaで、160℃に加熱された成形金型へ充填した。5分間加熱することにより、外形11mm(中空部径5mm)×長さ380mmの図1に示す中空棒状品〔構造体(I)〕を得た。
耐火性粒子100質量部、粘土鉱物5質量部、水溶性バインダー20質量部からなる原料と、水[水の量は、該固形分と水との混合物の針入度200〔(株)離合社製800S−01、25℃で測定〕となる量とする]とを混練機にて15分間混練し、ペースト状〔針入度200、(株)離合社製800S−01、25℃で測定〕の耐火性粒子含有塗液を得た。それぞれの成分は、下記の通りである。
鱗状黒鉛:伊藤黒鉛工業(株)製「SRP98−100」、平均粒子径39μm
アタパルジャイト:林化成(株)製、商品名「アタゲル50」
第一リン酸アルミニウム:太平化学産業(株)製、商品名「50%第一リン酸アルミニウム液」
上記のペースト状の耐火性粒子含有塗液を水で希釈して、耐火性粒子含有塗液のボーメ度を42に調整し、前記構造体(I)を浸漬塗布(液温23℃、5秒間)した後、耐火性粒子含有塗液(未乾燥状態)が付着した構造体(I)を取り出した。常温にて3時間、自然乾燥させ、その後200℃で30分間、熱風乾燥機で乾燥させ、耐火性塗膜が形成された鋳物製造用構造体を得た。
(1)耐火性塗膜の厚み
耐火性塗膜形成前の構造体(I)の厚みと耐火性塗膜形成後の鋳物製造用構造体の厚みをダイヤルゲージで測定し、両者の差から耐火性塗膜の厚みを求めた(下記式参照)。各厚みは10箇所測定し、その平均を求めた。結果を表1に示す。
耐火性塗膜の厚み=〔鋳物製造用構造体の厚み−構造体(I)の厚み〕/2
耐火性塗膜形成前の構造体(I)の質量と耐火性塗膜形成後の鋳物製造用構造体の質量を測定し、両者の差から耐火性塗膜の質量を求めた(下記式参照)。
耐火性塗膜の質量=鋳物製造用構造体の質量−構造体(I)の質量
(1)構造体(I)の通気度
JIS Z2601(1993)「鋳物砂の試験方法」に基づいて規定された、「消失模型用塗型剤の標準試験方法」(平成8年3月 社団法人日本鋳造工学会関西支部)の「5.通気度測定法」に従い、当該刊行物(24ページ図5−2)に記載された通気度測定装置(コンプレッサー空気通気方式)と同等原理の装置を用いて測定した。通気度Pは「P=(h/(a×p))×v」で表わされる。式中はそれぞれ、h:試験片厚み(cm)、a:試験片断面積(cm2)、p:通気抵抗(cmH2O)、v:空気の流量(cm3/min)である。
耐火性塗膜が形成された鋳物製造用構造体に、幅50mm、長さ185mmの粘着テープ(日東工業(株)製:日東テープ)を巻きつけ、十分接着させ、再びその粘着テープを剥がした。その粘着面に剥離した耐火性塗膜の質量を正確に測定し、この質量を剥離前の耐火性塗膜の質量で除算(下記式参照)して、剥離量(%)とした。結果を表1に示す。
剥離量(%)=〔剥離した耐火性塗膜の質量/耐火性塗膜の質量〕×100
2) (A)の平均粒子径/(B)の平均粒子径を示す。
3) カッコ内は耐火性塗膜の厚さ(μm)を示す。
Claims (6)
- 平均粒子径60〜2000μmの無機粒子、無機繊維、熱硬化性樹脂及び分散媒を含有するスラリー状組成物から得られ、通気度が15〜500である構造体(I)の表面に、耐火性塗膜を形成する工程を有する、鋳物製造用構造体の製造方法であって、
無機粒子中、粒子径53μm以下の無機粒子の含有率が0.1〜5質量%である、
鋳物製造用構造体の製造方法。 - 無機粒子として、平均粒子径の異なる第一無機粒子(A)と第二無機粒子(B)とを用い、(A)の平均粒子径と(B)の平均粒子径が〔(A)の平均粒子径/(B)の平均粒子径〕≧2である請求項1記載の鋳物製造用構造体の製造方法。
- 構造体(I)が更に水溶性高分子化合物を含有する請求項1又は2記載の鋳物製造用構造体の製造方法。
- 構造体(I)が更に熱膨張性粒子を含有する請求項1〜3の何れか1項記載の鋳物製造用構造体の製造方法。
- 無機粒子が、土状黒鉛、鱗状黒鉛及び人造黒鉛から選ばれる少なくとも1種である請求項1〜3の何れか一項記載の鋳物製造用構造体の製造方法。
- 構造体(I)が、無機粒子、無機繊維、熱硬化性樹脂及び分散媒を含有するスラリー状組成物を成形型内に充填し、加熱成形する工程により得られたものである、請求項1〜5の何れか一項記載の鋳物製造用構造体の製造方法。
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