JP6235448B2 - 消失模型用塗型剤組成物 - Google Patents
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Description
本実施形態の消失模型用塗型剤組成物(以下、単に「塗型剤組成物」ともいう)は、耐火骨材、及び非晶化セルロースを含有する。本実施形態の消失模型用塗型剤組成物によれば、安全性が高く、残渣欠陥をより抑制できるという効果を奏する。このような効果を奏する理由は定かではないが、以下の様に考えられる。
本実施形態に係る塗型剤組成物は、耐火骨材を含有する。当該耐火骨材は、従来から鋳造の目的に応じて利用されている耐火骨材を用いることができる。耐火骨材の例としては、雲母、黒曜石、真珠岩、松脂岩、正長石、曹長石、白瑠石、霞石、シリカ、アルミナ、ムライト、シャフトバンケツ、ダイアスポア、スピネル、マグネシア、オリビン、タルク、ジルコン、カオリン、シリマナイト、アンダルサイト、カイヤナイト、ギブサイト、黒砂石、デッカイト、灰長石、黒鉛ボーキサイトを焼成したもの等が挙げられる。当該耐火性骨材は、上記の1種又は2種以上で用いることができる。
前記非晶化セルロースは、分子式(C6H10O5)nで表される炭水化物(多糖類)であるセルロースの結晶構造が非晶化されたセルロースである。
セルロースI型結晶化度(%)=[(I22.6−I18.5)/I22.6]×100 (A)
〔式中、I22.6は、X線回折における格子面(002面)(回折角2θ=22.6°)の回折強度、I18.5は、アモルファス部(回折角2θ=18.5°)の回折強度を示す〕
本実施形態の消失模型鋳造法では、前記非晶化セルロースを鋳造時の熱によって燃焼消失させた後の空隙をガス孔とするため、非晶化セルロースを溶解させる分散媒を用いると、当該ガス孔となる空隙が形成されにくい。そのため、当該分散媒は、前記非晶化セルロースを溶解しないものが好ましい。
本実施形態の塗型剤組成物には、通常使用されるような粘結剤を含有しても良い。当該粘結剤としては、例えば、水系ではポリアクリル酸ナトリウム、澱粉、メチルセルロース、ポリビニルアルコール、アルギン酸ナトリウム、アラビアガム等の水溶性高分子や各種の樹脂エマルションが使用できる。また、アルコール系ではアルコールに可溶又は分散する各種樹脂を添加するのが、塗型膜強度の点から好ましい。粘結剤の含有量は、塗膜強度と経済性の観点から、耐火骨材100質量部に対し、0.5質量部以上が好ましく、30質量部以下が好ましい。また、粘結剤の含有量は、塗膜強度と経済性の観点から、耐火骨材100質量部に対し、0.5〜30質量部が好ましい。
本実施形態の塗型剤組成物には、通常使用されるような焼結剤を含有しても良い。当該焼結剤としては、例えば、ナトリウムベントナイト、カルシウムベントナイト等のベントナイト、木節粘土等の粘土類、エチルシリケート等が挙げられる。中でも、ベントナイトは、粘結剤としての役割の他、高温域においては焼結剤としての役割も果たすため好ましい。焼結剤の添加量は、高温時の塗膜強度の観点から、耐火骨材100質量部に対し、0.5質量部以上が好ましく、1.0質量部以上がより好ましい。また、焼結剤の添加量は、高温時の塗膜強度の観点から、耐火骨材100質量部に対し、30質量部以下が好ましく、15質量部以下がより好ましい。また、焼結剤の添加量は、高温時の塗膜強度の観点から、耐火骨材100質量部に対し、0.5〜30質量部が好ましく、1.0〜15質量部がより好ましい。
本実施形態の塗型剤組成物に配合できるその他の成分として、界面活性剤、分散剤、チキソトロピー性付与剤等が挙げられる。
本実施形態の鋳物用消失模型の製造方法では、従来の鋳物用消失模型の製造方法を適用することができる。本実施形態の鋳物用消失模型の製造方法は、消失模型の周囲に塗型膜を有する鋳物用消失模型の製造方法であって、前記消失模型用塗型剤組成物を前記消失模型の周囲に付着させて塗型膜を形成させる工程を有する。
本実施形態の消失模型鋳造法による鋳型の製造方法では、従来の消失模型鋳造法による鋳型の製造方法を適用することができる。本実施形態の鋳型の製造方法は、前記鋳物用消失模型の製造方法によって得られた鋳物用消失模型を用いる鋳物の製造方法であって、前記鋳物用消失模型を鋳物砂に埋設する工程と、前記鋳物砂に埋設した前記鋳物用消失模型に溶融金属を鋳込む工程とを有する。
<3>前記耐火骨材の含有量が、30質量%以上が好ましく、40質量%以上がより好ましく、80質量%以下が好ましく、70質量%以下がより好ましく、30〜80質量%が好ましく、40〜70質量%がより好ましい前記<1>又は<2>に記載の消失模型用塗型剤組成物。
<4>前記非晶化セルロースの結晶化度が30%以下が好ましく、25%以下がより好ましく、20%以下が更に好ましく、―30%以上が好ましく、―20%以上がより好ましく、−10%以上が更に好ましく、−30%〜30%が好ましく、−20%〜25%がより好ましく、−10%〜20%が更に好ましい、前記<1>〜<3>いずれかに記載の消失模型用塗型剤組成物。
<5>前記非晶化セルロースが繊維状及び/又は粒子状が好ましく、粒子状がより好ましい、前記<1>〜<4>いずれかに記載の消失模型用塗型剤組成物。
<6>前記非晶化セルロースの平均粒子径が、50μm以上が好ましく、80μm以上がより好ましく、500μm以下が好ましく、200μm以下がより好ましく、50〜500μmが好ましく、80〜200μmがより好ましい前記<5>に記載の消失模型用塗型剤組成物。
<7>前記非晶化セルロースの繊維長が、50μm以上が好ましく、80μm以上がより好ましく、120μm以上が更に好ましく、600μm以下が好ましく、300μm以下がより好ましく、50〜600μmが好ましく、80〜300μmがより好ましく、120〜300μmが更に好ましい前記<5>に記載の消失模型用塗型剤組成物。
<8>前記非晶化セルロースの繊維径が、10μm以上が好ましく、20μm以上がより好ましく、80μm以下が好ましく、10〜80μmが好ましく、20〜80μmがより好ましい前記<5>又は<7>に記載の消失模型用塗型剤組成物。
<9>前記非晶化セルロースの含有量が、前記耐火骨材100質量部に対し、1質量部以上が好ましく、3質量部以上がより好ましく、4質量部以上が更に好ましく、12質量部以下が好ましく、10質量部以下がより好ましく、7質量部以下が更に好ましく、1〜12質量部が好ましく、3〜10質量部がより好ましく、4〜7質量部が更に好ましい前記<1>〜<8>のいずれかに記載の消失模型用塗型剤組成物。
<10>更に、分散剤を含有し、前記分散剤は前記非晶化セルロースを溶解させない前記<1>〜<9>いずれかに記載の消失模型用塗型剤組成物。
<11>前記分散媒が、低級アルコールが好ましく、エタノールがより好ましい前記<10>に記載の消失模型用塗型剤組成物。
<12>前記分散媒の含有量が、耐火骨材100質量部に対し、20質量部以上が好ましく、70質量部以上がより好ましく、120質量部以下が好ましく、110質量部以下がより好ましく、20〜120質量部が好ましく、70〜110質量部がより好ましい前記<11>に記載の消失模型用塗型剤組成物。
<13>前記分散媒が、水が好ましい前記<10>に記載の消失模型用塗型剤組成物。
<14>前記分散媒が、耐火骨材100質量部に対し、20質量部以上が好ましく、70質量部以上がより好ましく、150質量部以下が好ましく、130質量部以下がより好ましく、20〜150質量部が好ましく、70〜130質量部がより好ましい前記<13>に記載の消失模型用塗型剤組成物。
<15>更に、粘結剤を含有し、当該粘結剤の含有量が、耐火骨材100質量部に対し、0.5質量部以上が好ましく、30質量部以下が好ましく、0.5〜30質量部が好ましい前記<1>〜<14>のいずれかに記載の消失模型用塗型剤組成物。
<16>更に、焼結剤を含有し、焼結剤の添加量が、耐火骨材100質量部に対し、0.5質量部以上が好ましく、1.0質量部以上がより好ましく、30質量部以下が好ましく、15質量部以下がより好ましく、0.5〜30質量部が好ましく、1.0〜15質量部がより好ましい前記<1>〜<15>のいずれかに記載の消失模型用塗型剤組成物。
<17>前記焼結剤が、カルシウムベントナイトが好ましい前記<16>に記載の消失模型用塗型剤組成物。
<18>消失模型の周囲に塗型膜を有する鋳物用消失模型の製造方法であって、前記<1>〜<17>いずれかに記載の消失模型用塗型剤組成物を前記消失模型の周囲に付着させて塗型膜を形成させる工程を有する、鋳物用消失模型の製造方法。
<19>前記消失模型が、発泡ポリスチレンが好ましい前記<18>に記載の鋳物用消失模型の製造方法。
<20>前記<18>又<19>に記載の鋳物用消失模型の製造方法によって得られた鋳物用消失模型を用いる鋳物の製造方法であって、前記鋳物用消失模型を鋳物砂に埋設する工程と、前記鋳物砂に埋設した前記鋳物用消失模型に溶融金属を鋳込む工程とを有する、鋳物の製造方法。
<21>前記<18>又は<19>のいずれかに記載の鋳物用消失模型の製造方法によって得られた鋳物用消失模型を用いる鋳物の製造方法であって、鋳物砂に、バインダー及び当該バインダーを硬化させる硬化剤を加え、混練して混合物を調製する工程と、前記鋳物用消失模型を前記混合物に埋設する工程と、前記混合物に埋設した前記鋳物用消失模型に溶融金属を鋳込む工程とを有する、鋳物の製造方法。
<22>前記<1>〜<17>のいずれかに記載の消失模型用塗型剤組成物の消失模型用の塗型剤としての使用。
セルロースI型結晶化度は、サンプルのX線回折強度を、株式会社リガク製、商品名「Rigaku RINT 2500VC X−RAY diffractometer」を用いて以下の条件で測定し、前記計算式に基づいて算出した。なお、測定用サンプルは、面積320mm2×厚さ1mmのペレットを圧縮して作製した。
・X線源:Cu/Kα−radiation
・管電圧:40kv 管電流:120mA
・測定範囲:回折角2θ=5〜45° スキャンスピード:10°/min
株式会社リガク社製「TG−8110」を用いて、アルミナパンφ5mm×2.5H、AIRフロー500ml/min、昇温速度5℃/minの条件で測定を行った。TGの減少が開始した時点の温度を分解開始温度とした。
平均粒子径は、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%の平均粒子径である。分析条件は下記の通りである。
・測定方法:フロー法
・分散媒:イオン交換水
・分散方法:撹拌、内蔵超音波3分
・試料濃度:2mg/100cc
発泡ポリスチレン(発泡倍率50倍)を用いて図1に示す形状の消失模型1を作製した。この消失模型の周囲に後述する塗型剤組成物を付着させ(乾燥膜厚:1.4mm)、鋳物用消失模型を作製した。そして、フリーマントル珪砂(5号)100質量部に有機スルホン酸硬化剤(花王クエーカー製、C−14)を0.2質量部添加し、これらを混練した後に、フラン樹脂(花王クエーカー製、EF−5302)を前記珪砂100質量部に対して0.5質量部混合した。得られた混練砂に前記の鋳物用消失模型を埋設し、溶融金属が溢れない速度で堰から鋳込みを行い(鋳鉄:FC−250、鋳込み温度:1400℃)、24時間経過後、鋳型をばらして鋳物を取り出した。得られた鋳物について、TP側面の400×100の2つの側面に発生した残渣面積(%)を画像解析により計測した。
下記表1に示す塗型剤について、試験片が完成した後に、400℃±10℃に保持できるオーブンにて、30分加熱させ室温まで冷却させ、日本鋳造工学会関西支部が発行する「消失模型鋳造用塗型剤の試験方法(平成8年3月)」の「5.通気度試験方法」に準じて、通気度の測定を行なった。また、「400℃通気度変化(6/60min比)」は、400℃±10℃に保持できるオーブンにて、6分後および60分後の通気度を各々測定し、6分後/60分後×100にて算出した。すなわち、加熱初期の通気性を示す指標で、値が大きい程、加熱初期に高い通気性になることを示す。
下記表1に示す塗型剤について、イオン交換水を添加し、固形分65%になるように調整した。その後、レオメーターにて、(条件:パラレルコーン、20℃、クリアランス1mm)せん断速度10s−1の条件下で60秒履歴後の粘度(mPa・s)を測定した。
表1に示す塗型剤について、日本鋳造工学会関西支部が発行する「消失模型鋳造用塗型剤の試験方法(平成8年3月)」の「6.抗折力測定法」に準じて、塗膜強度の測定を行なった。なお、1000℃の加熱処理については、非酸化性雰囲気にするため、Φ50のルツボ中に平均粒子径60μmの鱗状黒鉛を充填し、その内部に試験片を埋設した。その後、1000℃±30℃に保持できるマッフル炉にて、1時間分加熱させて室温まで冷却し測定した。なお、加熱工程以外は「6.抗折力測定法」に準じて測定した。
セルロース含有原料として、シート状木材パルプ(テンベック社製「HV−10」)をシートペレタイザー(株式会社ホーライ製「SG(E)−220」)にかけて裁断した。得られたパルプを棚乾燥(アドバンテック社製、真空定温乾燥機「DRV320DA」)を用いて、乾燥後のパルプが1.0質量%になるように乾燥した。乾燥処理にて得られたパルプを、バッチ式振動ミル(中央化工機株式会社製、「MB−1」)に入れて、処理時間を調整して結晶化度の異なる球状のサンプルを作製した。当該サンプルを篩いにかけ、表1に記載の平均粒子径を有する非晶化セルロースを得た。因みに、結晶化度17%は10分、4%は20分、−15%は30分の処理を行った。粒度調整については、28メッシュ(目開き589μm)の篩掛けを行い、篩通過分を採取した。粗粒分については、300μmは、上記採取分を更に100メッシュの篩掛けを行い、その篩残分を採取した。800μmは、28メッシュの篩残分を採取した。
〔実施例1〜9及び比較例1、2〕
耐火骨材(シリカ(60質量%、平均粒子径80μm)、黒曜石(20質量%、平均粒子径93μm)、黒鉛(20質量%、平均粒子径79μm))100質量部に対し、表1に示す量の添加物を添加し、ノニオン性界面活性剤(花王株式会社製、エマルゲン106)3.0質量部、カルシウムベントナイト2.0質量部、ポリビニルアルコール2.0質量部、並びにイオン交換水40質量部を混合し、塗型剤組成物を調製した。表1に記載の添加量の単位は質量部である。なお、塗型剤の濃度は以下の操作で決定した。
300×150(mm)の発泡ポリスチレン模型を仰角30°、150mmの面を上部にセットして、1往復半の流し塗りを行う。50℃で1時間乾燥後、同様の操作で2度塗りを行い乾燥させる。塗膜を綺麗にはがし取り、ノギスで4箇所を測定し、その平均値が1.4mm±0.1の範囲になるように水量を調整し濃度を決定した。
Claims (8)
- 耐火骨材、及び非晶化セルロースを含有する、消失模型用塗型剤組成物。
- 前記非晶化セルロースの結晶化度が30%以下である、請求項1に記載の消失模型用塗型剤組成物。
- 前記非晶化セルロースが粒子状である、請求項1又は2に記載の消失模型用塗型剤組成物。
- 前記非晶化セルロースの平均粒子径が50〜500μmである、請求項3に記載の消失模型用塗型剤組成物。
- 前記非晶化セルロースの含有量が、前記耐火骨材100質量部に対して1〜12質量部である、請求項1〜4いずれか1項に記載の消失模型用塗型剤組成物。
- 更に、分散剤を含有し、前記分散剤は前記非晶化セルロースを溶解させない、請求項1〜5いずれか1項に記載の消失模型用塗型剤組成物。
- 消失模型の周囲に塗型膜を有する鋳物用消失模型の製造方法であって、
請求項1〜6いずれか1項に記載の消失模型用塗型剤組成物を前記消失模型の周囲に付着させて塗型膜を形成させる工程を有する、鋳物用消失模型の製造方法。 - 請求項7に記載の鋳物用消失模型の製造方法によって得られた鋳物用消失模型を用いる鋳物の製造方法であって、
前記鋳物用消失模型を鋳物砂に埋設する工程と、
前記鋳物砂に埋設した前記鋳物用消失模型に溶融金属を鋳込む工程とを有する、鋳物の製造方法。
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