JP6880302B1 - 鋳物砂および砂型用キット - Google Patents
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Abstract
Description
鋳物砂は、必須成分として、砂と、固体酸触媒とを備える。つまり、鋳物砂は、砂と、固体酸触媒とを備える鋳物砂組成物である。
砂は、複数の粒子を含む。砂の粒度分布は、例えば、45μm以上、好ましくは、53μm以上、例えば、300μm以下、好ましくは、250μm以下、より好ましくは、212μm以下である。なお、砂の粒度分布は、例えば、JIS標準篩を用いて測定できる。
固体酸触媒は、砂に混合される。固体酸触媒は、後述するバインダが鋳物砂に添加されたときに、バインダに含まれるフラン樹脂前駆体を硬化(完全硬化状態に)させる。固体酸触媒は、常温(25℃)において固体状を有する。
鋳物砂は、任意成分として、微粒子をさらに含むことができる。
試料:3.5g
媒体種:0.2質量%ヘキサメタリン酸水溶液
媒体量:80ml
撹拌時間:30秒
超音波時間:30秒(撹拌と同じ)
密度設定:4.6g/cm3
レイノルズ数設定:0.47
また、微粒子の平均一次粒子径が上記下限以上であれば、後述する砂型の強度の向上を確実に図ることができる。微粒子の平均一次粒子径が上記上限以下であれば、鋳物砂の清掃性のさらなる向上を図ることができる。
上記した鋳物砂は、種々の鋳型の造形に好適に用いられる。鋳物砂の用途として、例えば、3次元積層造形(3Dプリンタ)、手込造形、機械造形などが挙げられ、好ましくは、3次元積層造形(3Dプリンタ)が挙げられる。言い換えれば、鋳物砂は、特に、3次元積層造形用(3Dプリンタ用)の鋳物砂として有用である。
次に、図1〜図6Bを参照して、砂型用キットを用いた3次元積層造形について説明する。
上記した鋳物砂は、砂と、固体酸触媒とを備える。固体酸触媒は、砂に混合される。そのため、鋳物砂にバインダを添加したときに、バインダを早期に硬化させることができ、砂型を効率よく造形することができる。
(準備例1)
重焼マグネシア(MgO系耐火物原料)と、合成ムライトおよび溶融アルミナの混合物(Al2O3−SiO2系耐火物原料)とを、粉砕機に投入した。次いで、重焼マグネシアと、合成ムライトおよび溶融アルミナの混合物とを、混合しながら粉砕して混合原料粒子を得た。
重焼マグネシア(MgO系耐火物原料)を、粉砕機に投入して粉砕した。これによって、MgO原料粒子を得た。MgO原料粒子の平均一次粒子径は、2.2μmであった。
エスパール#75(ムライト砂、山川産業社製)を人工砂Cとして準備した。
準備例1で得られた人工砂Aと天然珪砂とを、質量比が40:60(人工砂A:天然珪砂)となるように混合した。これにより、混合砂Dを準備した。
(準備例5)
ケイタングステン酸水和物(H4[SiW12O40]・30H2O)を、水(溶媒)に溶解して、ケイタングステン酸溶液を調製した。ケイタングステン酸溶液の濃度は、2.08g/cm3であった。
噴霧方式:4流体ノズル方式、
入口温度:170℃、
排気温度:100℃、
塔内差圧:1.0kPa、
バグフィルター差圧:0.3kPa、
給気風量:1.0m3/min、
ノズルエアー
一次圧力:0.6MPaG、流量1:40NL/min、流量2:40NL/min、
送液速度
流量1:5mL/min、流量2:5mL/min。
準備例5と同様にして調製したケイタングステン酸溶液を、スプレードライヤー(大川原化工機社製、CLT−8)により、以下の条件で処理した。
噴霧方式:アトマイザータイプディスク方式、
入口温度:175℃、
排気温度:115℃、
送液速度:15mL/min、
アトマイザー:25Hz。
ケイタングステン酸水和物(H4[SiW12O40]・30H2O)を、リンタングステン酸水和物(H3[PW12O40]・30H2O)に変更したこと以外は、準備例6と同様にして、固体酸触媒Cを得た。
ケイタングステン酸30水和物(H4[SiW12O40]・30H2O)を、リンタングステン酸30水和物(H3[PW12O40]・30H2O)に変更したこと以外は、準備例5と同様にして、固体酸触媒Dを得た。
ケイタングステン酸30水和物(H4[SiW12O40]・30H2O)を、リンモリブデン酸30水和物(H3PMo12O40・30H2O)に変更したこと以外は、準備例5と同様にして、固体酸触媒Eを得た。
ケイタングステン酸30水和物(H4[SiW12O40]・30H2O)を、リンバナドタングステン酸30水和物に変更したこと以外は、準備例5と同様にして、固体酸触媒Fを得た。
ケイタングステン酸30水和物(H4[SiW12O40]・30H2O)を、リンバナドモリブデン酸30水和物に変更したこと以外は、準備例5と同様にして、固体酸触媒Gを得た。
パラトルエンスルホン酸(PTS)と、硫酸と、水とを含有するパラトルエンスルホン酸水溶液を、液体酸触媒Hとして準備した。液体酸触媒Hにおいて、PTSの濃度は、50質量%〜70質量%であり、硫酸の濃度は、2.0質量%以下であった。
(準備例13)
ジルコン微粒子(A−PAX、キンセイマテック社製、平均一次粒子径1μm)を、ジルコン微粒子Aとして準備した。
ジルコン微粒子(ジルコンフラワー#350、キンセイマテック社製、平均一次粒子径15μm)を、ジルコン微粒子Bとして準備した。
各準備例で得られた砂(人工砂A〜Cおよび混合砂Dのそれぞれ)と、各準備例で得られた酸触媒(固体酸触媒A〜Gおよび液体酸触媒Hのそれぞれ)と、必要に応じて各準備例で得られた微粒子(ジルコン微粒子AおよびBのそれぞれ)とを、表1〜表6に示す処方となるように、常温(25℃)において混合した。これによって、鋳物砂を調製した。
<抗折力試験>
各実施例および各比較例で得られた砂型用キットを、3次元積層造形装置にセットし、リコータによる鋳物砂の層形成、および、ジェットヘッドによるバインダの添加を順次繰り返して、図7Aに示すように、一辺Dが14.0mm、長さLが70.0mmである正四角柱の試験柱(砂型)を造形した。なお、各鋳物砂の層の厚みは、0.28mmであった。また、リコータにおける突出部の遊端部と第2壁との間の間隔L(図2参照)は、1.0mmであった。
抗折力=3FL1/2D3
(式(1)中、Fは、荷重[kg]を示し、L1は、支点間距離[cm]を示し、Dは、試験柱の一辺の長さ[cm]を示す。)
そして、上記の抗折力試験を5回繰り返して抗折力の平均値を算出した。その結果を、1時間放置後の抗折力の平均値を強度−1h、24時間放置後の抗折力の平均値を強度−24hとして表1〜表6に示す。
1時間放置後の抗折力(強度−1h):
○:20kg/cm2以上、
△:1kg/cm2以上20kg/cm2未満、
×:硬化しない。
24時間放置後の抗折力(強度−24h):
○:30kg/cm2以上、
△:1kg/cm2以上30kg/cm2未満、
×:硬化しない。
各実施例および各比較例で得られた砂型用キットを、3次元積層造形装置にセットし、リコータによる鋳物砂の層形成、および、ジェットヘッドによるバインダの添加を順次繰り返して、図8Bに示すように、互いにサイズが異なる複数(6つ)の穴を有する試験片(砂型)を造形した。
4以上:エアブローのみにより未硬化砂を試験片から円滑に除去できる。
3以上4未満:エアブローにより未硬化砂の大部分(50%以上)を試験片から除去でき、ハケにより未硬化砂の残部を円滑に除去できる。
2以上3未満:エアブローにより未硬化砂の一部(10%以上50%未満)を試験片から除去でき、ハケにより未硬化砂の残部を除去できる。
1以上2未満:エアブローにより未硬化砂をわずか(10%未満)に試験片から除去でき、ハケにより未硬化砂の残部を除去できる。
0以上1未満:エアブローでは未硬化砂が試験片からほとんど除去できないが、ハケにより未硬化砂を除去できる。
上記した抗折力試験と同様にして、試験柱(砂型)を造形した。そして、試験柱から試料を採取して、JIS Z2601−1993 付属書6に準拠して、イグロスを測定した。
◎:1.5%未満
○:2.0%未満1.5%以下
△:2.0%以上。
Claims (6)
- 砂と、前記砂に混合される固体酸触媒と、を備え、
前記固体酸触媒は、固体のヘテロポリ酸を含む
ことを特徴とする、鋳物砂。 - 前記固体酸触媒は、ケイタングステン酸を含むことを特徴とする、請求項1に記載の鋳物砂。
- 前記固体酸触媒は、平均一次粒子径が5μm以下である第1粒子を少なくとも含み、
前記固体酸触媒における前記第1粒子の含有割合は、20質量%以上であることを特徴とする、請求項1または2に記載の鋳物砂。 - 前記固体酸触媒は、平均一次粒子径が5μmを超過し40μm以下である第2粒子を少なくとも含み、
前記固体酸触媒における前記第2粒子の含有割合は、20質量%以上であることを特徴とする、請求項1〜3のいずれか一項に記載の鋳物砂。 - 請求項1〜4のいずれか一項に記載の鋳物砂と、
フラン樹脂前駆体および有機溶媒を含有し、前記鋳物砂を固化するためのバインダと、を備え、
前記バインダにおける前記有機溶媒の含有割合は、10質量%以上30質量%以下であることを特徴とする、砂型用キット。 - 前記鋳物砂は、平均一次粒子径が20μm以下の微粒子をさらに備えることを特徴とする、請求項5に記載の砂型用キット。
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