JP7055752B2 - コーテッドサンド及びその製造方法並びにこれを用いた鋳型の製造方法 - Google Patents
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Description
(2) 前記界面活性剤が非イオン性界面活性剤及び/又はシリコーン系界面活性剤であ る前記態様(1)に記載のコーテッドサンド。
(3) 含水分量が、前記被覆層における水ガラスの固形分量の5~55質量%である前 記態様(1)又は前記態様(2)に記載のコーテッドサンド。
(4) 前記界面活性剤の含有量が、前記被覆層における水ガラスの固形分の100質量 部に対して、0.1~20.0質量部である前記態様(1)乃至前記態様(3)の 何れか1つに記載のコーテッドサンド。
(5) 前記被覆層に、保湿剤が更に含有せしめられている前記態様(1)乃至前記態様 (4)の何れか1項に記載のコーテッドサンド。
(6) 前記保湿剤の含有量が、前記被覆層における水ガラスの固形分の100質量部に 対して、0.1~20.0質量部である前記態様(5)に記載のコーテッドサンド 。
(7) 前記被覆層に、平均粒子径が0.1~20.0μmである球状粒子が更に含有せ しめられている前記態様(1)乃至前記態様(6)の何れか1つに記載のコーテッ ドサンド。
(8) 前記球状粒子の含有量が、前記被覆層における水ガラスの固形分の100質量部 に対して、0.1~500質量部である前記態様(7)に記載のコーテッドサンド 。
(9) 前記耐火性骨材が球状である前記態様(1)乃至前記態様(8)の何れか1つに 記載のコーテッドサンド。
(10) 耐火性骨材の表面が水ガラスを含む被覆層にて覆われてなる、常温流動性を有 する乾態のコーテッドサンドの製造方法にして、加熱した耐火性骨材に対して、 水ガラスを主成分とする粘結剤、及び、非イオン性界面活性剤、シリコーン系界 面活性剤及びフッ素系界面活性剤から選ばれる一種又は二種以上の界面活性剤を 混和せしめ、水分を蒸発させることにより、該耐火性骨材の表面が水ガラス及び 該界面活性剤を含む被覆層にて覆われてなり、含水分量が該被覆層における水ガ ラスの固形分量の5~55質量%であるコーテッドサンドを製造することを特徴 とするコーテッドサンドの製造方法。
(11) 前記態様(1)乃至前記態様(9)の何れか1つに記載のコーテッドサンドを 用い、それを、目的とする鋳型を与える成形型の成形キャビティ内に充填した後 、水蒸気を通気させて、かかる成形型内で保持し、固化乃至は硬化せしめること により、目的とする鋳型を得ることを特徴とする鋳型の製造方法。
(12) 前記態様(1)乃至前記態様(9)の何れか1つに記載のコーテッドサンドに 水を添加して湿態化させ、その湿態状のコーテッドサンドを成形型内に充填した 後、かかる成形型内で保持し、固化乃至は硬化せしめることにより、目的とする 鋳型を得ることを特徴とする鋳型の製造方法。
(13) 前記成形型の保持中に、さらに、乾燥空気、加熱乾燥空気又は窒素ガスが、前 記成形型の成形キャビティ内に通気せしめられる前記態様(11)又は前記態様 (12)に記載の鋳型の製造方法。
固形分(質量%)=[乾燥後の質量(g)/乾燥前の質量(g)]
×100
空焼して秤量したるつぼに、各CSを10g秤量して収容し、900℃にて1時間曝熱した後の質量減少量(%)を用いて、CS中の水分量と有機分量との合計量(以下、「(水分+有機分)量)」と示し、「W1」とする。)を、下記の式(1)より算出する。ここで、有機分量とは、界面活性剤及びその他の液状の添加剤(以下、有機分という)の合計量である。なお、秤量は、小数点以下第4位まで計測する。次に、CSに対する水ガラスの固形分量(B1)を、下記の式(2)を用いて算出する。そして、CS中の(水分+有機分)量(W1)と、CSに対する水ガラスの固形分量(B1)と、水ガラスの固形分の100部に対する有機分の添加量(A)と、後述する手法に従って測定される有機分における固形分率(C)より、水ガラスの固形分量に対する水分量(被覆層における水ガラスの固形分量に対するCSの水分量:W2)を、下記の式(3)を用いて算出する。以上の如くして算出されたW2を、下記表1乃至表4において「含水分量(質量%)」として示す。
W1=[(M1-M2)/M3]×100 ・・・(1)
[W1:CS中の(水分+有機分)量(%)、M1:焼成前のるつぼ
とCSの合計質量(g)、M2:焼成後のるつぼとCSの合計質量
(g)、M3:焼成前のCSの質量(g)]
B1=[B2/(100+B2)]×(100-W1) ・・・(2)
[B1:CSに対する水ガラスの固形分量(%)、B2:砂の100
部に対して添加した水ガラスの固形分量(部)、W1:CS中の(
水分+有機分)量(%)]
W2=[(W1/B1)×100]-[(A×C)/100]
・・・(3)
[W2:被覆層における水ガラスの固形分量に対するCSの水分量(
%)、W1:CS中の(水分+有機分)量(%)、B1:CSに対
する水ガラスの固形分量(%)、A:水ガラスの固形分の100部
に対する有機分の添加量(部)、C:CS中の有機分における固形
分率(%)]
先ず、界面活性剤及びその他の液状添加剤からなり、それらの配合割合が、砂(耐火性骨材)CSに対する添加割合と同様である試料を調製する。次いで、アルミ箔製皿(縦:9cm、横:9cm、高さ:1.5cm)内に、先に調製した試料の10gを収容して秤量し、100±1℃に保持した加熱板上にアルミ箔製皿を載置し、20分間放置した後、デシケータ中で放冷する。そして、かかる放冷後のアルミ箔製皿の秤量を行ない、下記の式(4)より、有機分における固形分率(C)を算出する。
C=[乾燥後のアルミ箔製皿の質量(g)/乾燥前のアルミ箔製皿
の質量(g)]×100 ・・・(4)
各CSを用いて得られた、幅:2.54cm×高さ:2.54cm×長さ:20.0cmの大きさの試験片について、その破壊荷重を、測定器(高千穂精機株式会社製:デジタル鋳物砂強度試験機)を用いて、測定する。そして、この測定された破壊荷重を用いて、抗折強度を、下記の式(5)により、算出する。
抗折強度(N/cm2 )=1.5×(L×W)/(a×b2 )
・・・(5)
[L:支点間距離(cm)、W:破壊荷重(N)、a:試験片の幅(
cm)、b:試験片の厚み(cm)]
各CSを密封可能な容器に入れて密封し、その密封した容器を25℃の雰囲気下で1週間放置する。その後、容器より取り出した各CSを用いて、上記した手法と同様の手法に従い、試験片の作製及び破壊荷重の測定を行ない、上記式(5)より、抗折強度を算出する。なお、以上より算出される抗折強度を、特に「抗折強度(経時変化CS)」という。
成形金型内に離型剤を塗布することなく、5回連続して造型したときの試験片の離型状態を、目視評価した。評価基準は、以下の通りである。
○:全く問題なく、スムーズに離型出来る
△:少し抵抗があるが、離型は問題なし
×:離型不良
耐火性骨材として、市販の鋳造用人工砂であるルナモス#50(商品名:花王クエーカー株式会社製、粒径係数:1.01)を準備すると共に、粘結剤たる水ガラスとして、市販品:2号ケイ酸ナトリウム(商品名:富士化学株式会社製、SiO2 /Na2O のモル比:2.5、固形成分:41.3%)を準備した。そして、上記のルナモス#50を約120℃の温度に加熱した後、品川式万能攪拌機(5DM-r型)(株式会社ダルトン製)に投入し、更に、前記水ガラスを、ルナモス#50の100部に対して1.21部(固形成分:0.50部)、陰イオン性界面活性剤(アニオン性界面活性剤)として市販品:オルフィンPD-301(商品名:日信化学工業株式会社製)を用い、これを、ルナモス#50の100部に対して0.01部(水ガラスの固形分100部に対して2部)の割合でそれぞれ添加して、3分間の混練を行ない、水分を蒸発せしめる一方、砂粒塊が崩壊するまで攪拌混合せしめ、更にステアリン酸カルシウムの0.01部(水ガラスの固形分100部に対して2部)を加えて攪拌混合せしめた後に取り出すことにより、常温流動性を有する乾態のコーテッドサンド:CS1を得た。かかる混練後のCS1の含水分量を算出したところ、被覆層における水ガラスの固形分量の40質量%に相当する量であった。
アニオン性界面活性剤の添加量を0.02部(水ガラスの固形分100部に対して4部)とした以外は、上記製造例1と同様の手順に従って、常温流動性を有する乾態のCS2を得た。得られたCS2の含水分量を算出したところ、被覆層における水ガラスの固形分量の40質量%に相当する量であった。
アニオン性界面活性剤の添加量を0.05部(水ガラスの固形分100部に対して10部)とした以外は、上記製造例1と同様の手順に従って、常温流動性を有する乾態のCS3を得た。得られたCS3の含水分量を算出したところ、被覆層における水ガラスの固形分量の40質量%に相当する量であった。
界面活性剤として、市販品のカチオン性界面活性剤:リポガード16-29(商品名:ライオン株式会社製)を用い、これを、耐火性骨材(ルナモス#50)の100部に対して0.02部(水ガラスの固形分100部に対して4部)の割合で添加した以外は、上記製造例1と同様の手順に従って、常温流動性を有する乾態のCS4を得た。得られたCS4の含水分量を算出したところ、被覆層における水ガラスの固形分量の40質量%に相当する量であった。
界面活性剤として、市販品のアニオン性界面活性剤:リポランLB-440(商品名:ライオン株式会社製)を用いて、これを、耐火性骨材(ルナモス#50)の100部に対して0.02部(水ガラスの固形分100部に対して4部)の割合で添加した以外は、上記製造例1と同様の手順に従って、常温流動性を有する乾態のCS5を得た。得られたCS5の含水分量を算出したところ、被覆層における水ガラスの固形分量の40質量%に相当する量であった。
界面活性剤として、市販品のシリコーン系界面活性剤:KF643(商品名:信越化学工業株式会社製)を用いて、これを、耐火性骨材(ルナモス#50)の100部に対して0.015部(水ガラスの固形分100部に対して3部)の割合で添加した以外は、上記製造例1と同様の手順に従って、常温流動性を有する乾態のCS6を得た。得られたCS6の含水分量を算出したところ、被覆層における水ガラスの固形分量の40質量%に相当する量であった。
界面活性剤として、市販品のシリコーン系界面活性剤:KF642(商品名:信越化学工業株式会社製)を用いて、これを、耐火性骨材(ルナモス#50)の100部に対して0.015部(水ガラスの固形分100部に対して3部)の割合で添加した以外は、上記製造例1と同様の手順に従って、常温流動性を有する乾態のCS7を得た。得られたCS7の含水分量を算出したところ、被覆層における水ガラスの固形分量の40質量%に相当する量であった。
界面活性剤として、市販品の非イオン性界面活性剤:Surfynol465(商品名:日信化学工業株式会社製)を用いて、これを、耐火性骨材(ルナモス#50)の100部に対して0.02部(水ガラスの固形分100部に対して4部)の割合で添加した以外は、上記製造例1と同様の手順に従って、常温流動性を有する乾態のCS8を得た。得られたCS8の含水分量を算出したところ、被覆層における水ガラスの固形分量の40質量%に相当する量であった。
界面活性剤として、市販品の非イオン性界面活性剤:Surfynol485(商品名:日信化学工業株式会社製)を用いて、これを、耐火性骨材(ルナモス#50)の100部に対して0.02部(水ガラスの固形分100部に対して4部)の割合で添加した以外は、上記製造例1と同様の手順に従って、常温流動性を有する乾態のCS9を得た。得られたCS9の含水分量を算出したところ、被覆層における水ガラスの固形分量の40質量%に相当する量であった。
粘結剤の水ガラスとして、市販品:1号ケイ酸ナトリウム(商品名:富士化学株式会社製、SiO2 /Na2O のモル比:2.1、固形成分:48.5%)を用い、また、その添加量を、耐火性骨材(ルナモス#50)の100部に対して1.03部(固形成分:0.50部)としたこと以外は、上記製造例2と同様の手順に従って、常温流動性を有する乾態のCS10を得た。得られたCS10の含水分量を算出したところ、被覆層における水ガラスの固形分量の40質量%に相当する量であった。
粘結剤の水ガラスとして、市販品:3号ケイ酸ナトリウム(商品名:富士化学株式会社製、SiO2 /Na2O のモル比:3.2、固形成分:38%)を用い、また、その添加量を、耐火性骨材(ルナモス#50)の100部に対して1.32部(固形成分:0.50部)としたこと以外は、上記製造例2と同様の手順に従って、常温流動性を有する乾態のCS11を得た。得られたCS11の含水分量を算出したところ、被覆層における水ガラスの固形分量の40質量%に相当する量であった。
製造例2において、保湿剤としてのグリセリンを0.04部(水ガラスの固形分100部に対して8部の割合となる)、更に添加したこと以外は、上記製造例2と同様の手順に従って、常温流動性を有する乾態のCS12を得た。得られたCS12の含水分量を算出したところ、被覆層における水ガラスの固形分量の40質量%に相当する量であった。
製造例2において、球状粒子であるHS311(商品名、新日鉄住金マテリアルズ株式会社製、平均粒子径:2.2μm、真球度:0.98)を0.05部(水ガラスの固形分100部に対して10部の割合となる)、更に添加したこと以外は、上記製造例2と同様の手順に従って、常温流動性を有する乾態のCS13を得た。得られたCS13の含水分量を算出したところ、被覆層における水ガラスの固形分量の40質量%に相当する量であった。
製造例12において、球状粒子であるHS311を0.05部(水ガラスの固形分100部に対して10部の割合となる)、更に添加したこと以外は、上記製造例12と同様の手順に従って、常温流動性を有する乾態のCS14を得た。得られたCS14の含水分量を算出したところ、被覆層における水ガラスの固形分量の40質量%に相当する量であった。
界面活性剤を添加しないこと以外は上記製造例2と同様の手順に従って、常温流動性を有する乾態のCS15を得た。得られたCS15の含水分量を算出したところ、被覆層における水ガラスの固形分量の40質量%に相当する量であった。
界面活性剤を添加しないこと以外は上記製造例10と同様の手順に従って、常温流動性を有する乾態のCS16を得た。得られたCS16の含水分量を算出したところ、被覆層における水ガラスの固形分量の40質量%に相当する量であった。
界面活性剤を添加しないこと以外は上記製造例11と同様の手順に従って、乾態のCS17を得た。得られたCS17の含水分量を算出したところ、被覆層における水ガラスの固形分量の40質量%に相当する量であった。
上記した各手順に従って製造されたCS(温度:20℃)を、110℃に加熱された成形金型内に、圧力:0.3MPaのゲージ圧にて吹き込んで、充填した後、更に0.05MPaのゲージ圧力の下で、温度:99℃の水蒸気を4秒間吹き込み、成形金型内に充填したコーテッドサンド相に通気せしめた。次いで、そのような水蒸気の通気が終了した後、0.03MPaのゲージ圧力の下で、温度150℃の熱風を2分間吹き込み、成形金型内に充填されたCSをそれぞれ硬化させることにより、試験片[2.54cm×2.54cm×20.0cm]として用いられる鋳型を、それぞれ作製した。なお、実施例1~14、比較例1、3、4の各々に係る鋳型(試験片)を作製する際に使用したCSは、下記表1及び表2に示す通りである。
温度が20℃のCS15を用いて、水蒸気の通気時間を6秒に変えた以外は、造形例1と同様の手順に従って、鋳型(試験片)を作成した。
外径φ1cm、内径φ0.9cmのガラスの筒にコットンを詰め、簡易的なカラムを作成する。その中にコーテッドサンド(CS)を22g入れ、1分間振動させることで密充填させる。次に、CSが充填されたカラムに浸透させる液体(水)を2g入れ、充填したCSの上面から2cmの位置にまで液体が浸透してきたら、測定を開始する。その後、液体が上面から3cmの位置に達した(浸透距離1cm)時点までの浸透時間を測定する。
耐火性骨材としてルナモス#110(商品名:花王クエーカー株式会社製、粒径係数:1.01)を用いた以外は、上記製造例1と同様の手順に従って、常温流動性を有する乾態のCS18を得た。得られたCS18の含水分量を算出したところ、被覆層における水ガラスの固形分量の40質量%に相当する量であった。
耐火性骨材としてルナモス#110を用いた以外は、上記製造例2と同様の手順に従って、常温流動性を有する乾態のCS19を得た。得られたCS19の含水分量を算出したところ、被覆層における水ガラスの固形分量の40質量%に相当する量であった。
耐火性骨材としてルナモス#110を用いた以外は、上記製造例3と同様の手順に従って、常温流動性を有する乾態のCS20を得た。得られたCS20の含水分量を算出したところ、被覆層における水ガラスの固形分量の40質量%に相当する量であった。
耐火性骨材としてルナモス#110を用いた以外は、上記製造例4と同様の手順に従って、常温流動性を有する乾態のCS21を得た。得られたCS21の含水分量を算出したところ、被覆層における水ガラスの固形分量の40質量%に相当する量であった。
耐火性骨材としてルナモス#110を用いた以外は、上記製造例5と同様の手順に従って、常温流動性を有する乾態のCS22を得た。得られたCS22の含水分量を算出したところ、被覆層における水ガラスの固形分量の40質量%に相当する量であった。
耐火性骨材としてルナモス#110を用いた以外は、上記製造例6と同様の手順に従って、常温流動性を有する乾態のCS23を得た。得られたCS23の含水分量を算出したところ、被覆層における水ガラスの固形分量の40質量%に相当する量であった。
耐火性骨材としてルナモス#110を用いた以外は、上記製造例7と同様の手順に従って、常温流動性を有する乾態のCS24を得た。得られたCS24の含水分量を算出したところ、被覆層における水ガラスの固形分量の40質量%に相当する量であった。
耐火性骨材としてルナモス#110を用いた以外は、上記製造例8と同様の手順に従って、常温流動性を有する乾態のCS25を得た。得られたCS25の含水分量を算出したところ、被覆層における水ガラスの固形分量の40質量%に相当する量であった。
耐火性骨材としてルナモス#110を用いた以外は、上記製造例9と同様の手順に従って、常温流動性を有する乾態のCS26を得た。得られたCS26の含水分量を算出したところ、被覆層における水ガラスの固形分量の40質量%に相当する量であった。
耐火性骨材としてルナモス#110を用いた以外は、上記製造例10と同様の手順に従って、常温流動性を有する乾態のCS27を得た。得られたCS27の含水分量を算出したところ、被覆層における水ガラスの固形分量の40質量%に相当する量であった。
耐火性骨材としてルナモス#110を用いた以外は、上記製造例11と同様の手順に従って、常温流動性を有する乾態のCS28を得た。得られたCS28の含水分量を算出したところ、被覆層における水ガラスの固形分量の40質量%に相当する量であった。
耐火性骨材としてルナモス#110を用いた以外は、上記製造例12と同様の手順に従って、常温流動性を有する乾態のCS29を得た。得られたCS29の含水分量を算出したところ、被覆層における水ガラスの固形分量の40質量%に相当する量であった。
耐火性骨材としてルナモス#110を用いた以外は、上記製造例13と同様の手順に従って、常温流動性を有する乾態のCS30を得た。得られたCS30の含水分量を算出したところ、被覆層における水ガラスの固形分量の40質量%に相当する量であった。
耐火性骨材としてルナモス#110を用いた以外は、上記製造例14と同様の手順に従って、常温流動性を有する乾態のCS31を得た。得られたCS31の含水分量を算出したところ、被覆層における水ガラスの固形分量の40質量%に相当する量であった。
耐火性骨材としてルナモス#110を用いた以外は、上記製造例15と同様の手順に従って、常温流動性を有する乾態のCS32を得た。得られたCS32の含水分量を算出したところ、被覆層における水ガラスの固形分量の40質量%に相当する量であった。
耐火性骨材としてルナモス#110を用いた以外は、上記製造例16と同様の手順に従って、常温流動性を有する乾態のCS33を得た。得られたCS33の含水分量を算出したところ、被覆層における水ガラスの固形分量の40質量%に相当する量であった。
耐火性骨材としてルナモス#110を用いた以外は、上記製造例17と同様の手順に従って、常温流動性を有する乾態のCS34を得た。得られたCS34の含水分量を算出したところ、被覆層における水ガラスの固形分量の40質量%に相当する量であった。
Claims (12)
- 耐火性骨材の表面が水ガラスを含む被覆層にて覆われてなる、常温流動性を有する乾態のコーテッドサンドにして、該被覆層にシリコーン系界面活性剤が含有せしめられていることを特徴とするコーテッドサンド。
- 含水分量が、前記被覆層における水ガラスの固形分量の5~55質量%である請求項1に記載のコーテッドサンド。
- 前記シリコーン系界面活性剤の含有量が、前記被覆層における水ガラスの固形分の100質量部に対して、0.1~20.0質量部である請求項1又は請求項2に記載のコーテッドサンド。
- 前記被覆層に、保湿剤が更に含有せしめられている請求項1乃至請求項3の何れか1項に記載のコーテッドサンド。
- 前記保湿剤の含有量が、前記被覆層における水ガラスの固形分の100質量部に対して、0.1~20.0質量部である請求項4に記載のコーテッドサンド。
- 前記被覆層に、平均粒子径が0.1~20.0μmである球状粒子が更に含有せしめられている請求項1乃至請求項5の何れか1項に記載のコーテッドサンド。
- 前記球状粒子の含有量が、前記被覆層における水ガラスの固形分の100質量部に対して、0.1~500質量部である請求項6に記載のコーテッドサンド。
- 前記耐火性骨材が球状である請求項1乃至請求項7の何れか1項に記載のコーテッドサンド。
- 耐火性骨材の表面が水ガラスを含む被覆層にて覆われてなる、常温流動性を有する乾態のコーテッドサンドの製造方法にして、
加熱した耐火性骨材に対して、水ガラスを主成分とする粘結剤、及びシリコーン系界面活性剤を混和せしめ、水分を蒸発させることにより、該耐火性骨材の表面が水ガラス及びシリコーン系界面活性剤を含む被覆層にて覆われてなり、含水分量が該被覆層における水ガラスの固形分量の5~55質量%であるコーテッドサンドを製造することを特徴とするコーテッドサンドの製造方法。 - 請求項1乃至請求項8の何れか1項に記載のコーテッドサンドを用い、それを、目的とする鋳型を与える成形型の成形キャビティ内に充填した後、水蒸気を通気させて、かかる成形型内で保持し、固化乃至は硬化せしめることにより、目的とする鋳型を得ることを特徴とする鋳型の製造方法。
- 請求項1乃至請求項8の何れか1項に記載のコーテッドサンドに水を添加して湿態化させ、その湿態状のコーテッドサンドを成形型内に充填した後、かかる成形型内で保持し、固化乃至は硬化せしめることにより、目的とする鋳型を得ることを特徴とする鋳型の製造方法。
- 前記成形型の保持中に、さらに、乾燥空気、加熱乾燥空気又は窒素ガスが、前記成形型の成形キャビティ内に通気せしめられる請求項10又は請求項11に記載の鋳型の製造方法。
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