JPH06104263B2 - 鋳型又は中子を形成する方法 - Google Patents

鋳型又は中子を形成する方法

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JPH06104263B2
JPH06104263B2 JP60078259A JP7825985A JPH06104263B2 JP H06104263 B2 JPH06104263 B2 JP H06104263B2 JP 60078259 A JP60078259 A JP 60078259A JP 7825985 A JP7825985 A JP 7825985A JP H06104263 B2 JPH06104263 B2 JP H06104263B2
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Description

【発明の詳細な説明】 現在、鋳物用中子及び稀には鋳型形成に使用される耐火
性粒子（一般には砂）を相互に結合するために種々な方
法が使用されている。
本発明者らは英国特許出願番号、8228716、公告番号、G
B 2112033、の中で多塩基性有機酸のアルカリ金属塩又
は重合した１塩基性有機酸のアルカリ金属塩及びアルカ
リ土類金属水酸化物を含むバインダーにその耐火性混合
物を通して酸性気体を吸き込んで固化する方法を記載し
た、この場合の好ましい各物質としてはポアクリル酸ソ
ーダ、水酸カルシウム、及び炭酸ガスがある。
GB 2112003に記載されている混合物より作られた中子の
経時による強度は相対湿度が70％を越えない条件で保存
されるならば非常に良好であることがわかっているが高
湿度に於ては約10Kg及びそれ以上の比較的大きな中子は
再軟化‘Softening back'の問題を起し、この場合中子
内部の強度は２日ないし３日の保存期間中内壁の砂が軟
化し、吸湿し低下する。このことは薄い部分或は中子の
輸送中や鋳型の中に中子がおかれた時にかかる高いひず
みの部分で中子を破損させてしまう。
再軟化の現象は多湿の条件下で連続的に炭酸ガスを吸収
することによることが既に判明している。
本発明でこの再軟化の欠点をバインダーの組成中に特殊
な添加物を加えることによつて解決出来ることを見い出
した。
GB 2112003にて適当な２価或は３価の金属酸化物をアル
カリ土類金属水酸化物と共に砂混合物に添加することは
中子の強度を向上させうることを開示した。この場合の
好ましき金属酸化物は酸化マグネシウムであるる。特記
すべきこととして他のアルカリ土類金属の化合物も又
‘Softening back'再軟化の欠点を減ずることを見い出
した。
本発明によれば耐火性粒子へ必須条件としての重合した
１塩基性有機酸のアルカリ金属塩とアルカリ土類金属水
酸化物及びクエン酸カルシウムと共に１つ又はそれ以上
の多価金属酸化物からなるバインダー及び水を加えるこ
とによりなるがこの場合の有機酸のpKaは2.5以上、アル
カリ土類金属水酸化物の添加前のアルカリ金属塩溶液の
pHは5.7以上、又アルカリ土類金属水酸化物、クエン酸
カルシウム及び１つ又はそれ以上の多価金属酸化物の総
重量が有機酸の塩の重量の25から500％よりなり次いで
このようにして作られた混合物へ酸性気体を吹き込むこ
とからなる鋳型用或は鋳型用中子の製造方法がえられ
る。
ここで、本発明に係るポリマーバインダーを調製するの
に用いる一塩基有機酸が2.5未満のpKaを有する場合に
は、生成するバインダー系は極めて低い強度を示し、鋳
型又は中子の材料として用いるのに不適当である。ま
た、重合した一塩基有機酸のアルカリ金属塩が5.7未満
のpHを有する場合には、バインダー、水酸化物、酸化物
及びクエン酸塩添加物を含む砂混合物を製造すると、早
期硬化が起こって砂混合物は剛性になる。これにより砂
の流動性が劣化して、ガス処理直後の強度が極めて低く
なる。なお、アクリル酸のpKaは4.25である。
なお、本発明の実施例１及び２において用いている重合
した一塩基有機酸のアルカリ金属塩（ポリアクリル酸ナ
トリウム）のpHは7.2である。同様に同じ物質（pH7.2）
を用いて実施例３〜６を行っている。
また、アルカリ土類金属水酸化物、クエン酸カルシウム
及び１つ又はそれ以上の多価金属酸化物の総重量が有機
酸の塩の25％未満であると、バインダー系における強度
の改良が十分には行われない。また、かかる総重量が有
機酸の塩の500％を超えると、得られる砂混合物が乾燥
しすぎて、得られる砂混合物に二酸化炭素を吹き込んで
硬化させる際に十分な結合が起こらない。
GB 2112003に記載した理由によればその組成には好まし
くは炭酸ガスでガス吹込みを行いアルカリ金属塩は好ま
しくはポリアクリル酸ナトリウムでその溶液はGB 21120
03に述べた方法でpH5.7以下にならぬよう調製されねば
ならない。好ましきアルカリ土類金属水酸化物は水酸化
カルシウムであり又好ましき多価金属酸化物は酸化マグ
ネシウムである。
‘Softening back'再軟化の欠点はクエン酸カルシウム
を使用することによつて若干改善することが出来るが酸
化亜鉛とクエン酸カルシウムを使用することによつて更
に良好な結果を得、又同様クエン酸カルシウム或はクエ
ン酸カルシウムと酸化亜鉛との混合物に酸化マグネシウ
ムを使用することによつてもより良好な結果を達成しう
る。
これら組成物の相対比率を非常な広範囲にわたつてかえ
ることが出来る。アルカリ土類金属の水酸化物、クエン
酸カルシウム及び１つ又はそれ以上の金属酸化物の総重
量は有機酸塩の重量の25から500％の間で、また、１つ
又はそれ以上の金属酸化物はこれら組成物の80％までの
量に存在せしめる。ここで、１つ又はそれ以上の金属酸
化物の量がアルカリ土類金属水酸化物、クエン酸カルシ
ウム及び１つ又はそれ以上の金属酸化物の合計量の80％
を超えると結合強度の改良が十分に得られない。
クエン酸カルシウムは好ましくは耐火性粒子総重量の１
％までの量をバインダー上に共存せしめる。好ましくは
酸化マグネシウムは耐火性粒子総重量の２％までの量を
バインダーに共存せしめる。ここで酸化マグネシウムは
混合物の流動性及び乾燥条件下における保存強度に寄与
する。しかしながら、酸化マグネシウムの量が耐火性粒
子総重量の２％を超えると混合物が乾燥しすぎて二酸化
炭素を吹き込んだ直後の結合強度が大きく低下する。ま
た、金属酸化物と共にクエン酸カルシウムを加えること
により、長期保存での雰囲気条件における中子／鋳型の
変形を防ぐことができる。しかしながらクエン酸カルシ
ウムを耐火性粒子総重量の１％を超えて加えることはコ
ストの点から経済的でなく、かつ混合物を過剰に乾燥状
態にし、強度低下を招く。
上記の代わりに或は酸化マグネシウムと共にクエン酸カ
ルシウムを酸化亜鉛と混合しそ混合物を耐火性粒子総重
量の１％までバインダーに共存せしめる。但し、上記と
同様に、耐火性粒子総重量の１％を超えて酸化亜鉛とク
エン酸カルシウムの混合物を加えることは経済的でな
く、また混合物を過剰に乾燥状態にし、強度の低下を招
く。
代表例として耐火性混合物には有機酸のアルカリ金属塩
が0.2から６重量％含まれればよく、液状担体中で10か
ら70％の溶液として加えられる。これに対して有機酸の
塩の重量の1/4から５倍量のアルカリ土類金属の水酸化
物、好ましくは水酸化カルシウムと、クエン酸カルシウ
ム及び１種又はそれ以上の多価金属酸化物の混合物を加
える。ここで、有機酸のアルカリ金属塩の量が耐火性混
合物の0.2重量％未満であると十分な結合強度が得られ
ない。また、かかる量が６重量％を超えると、成形工程
におけるガス発生が過剰になり、成形型の変形を招くこ
ともある。
砂の混合物に存在せしめる液体の量は重量で0.5から５
％の間とする。この液体はアルカリ金属塩の担体として
加えるか又は別の方法によつて加えてもよい。
有機酸のアルカリ金属塩は好ましくは耐火性混合物の総
重量の0.5から1.5％の範囲内で共存せしめる。この範囲
内の量で有機酸のアルカリ金属塩を用いた場合に最も良
好な性が示される。
特記すべきことは鋳物用中子及び鋳型についてGB211200
3に記載した方法によつて保存中の挙動を改善すること
が見い出されている、この時の鋳物用中子及び型は耐火
性粒子（砂の如きもの）100部に下記の如く構成された
バインダーを加えることにより作られる。
ポリアクリル酸ナトリウム溶液 ２ 〜５部 水酸化カルシウム 0.7 〜２部 酸化マグネシウム 0.1 〜２部 クエン酸カルシウム又はクエン酸カルシウムと酸化鉛混
合物 0.01〜1.0部 ポリアクリル酸ナトリウム溶液はpH5.7から12の間で調
製されればよいが最も良好な流動特性としてはpH7−7.5
の範囲が好ましい、又少量のエムピジエン（EMPIGEN）B
Bの如き非イオン活性剤もポリアクリル酸塩溶液に対し
て0.05−２％の範囲内で使用すれば同様に有用である。
砂状混合物への配合添加物の数を最小にする為に界面活
性剤をポリアクリル酸ナトリウムと予備混合し安定溶液
とすることが出来る。同様に粉体混合物、水酸化カルシ
ウム、酸化マグネシウム、及びクエン酸カルシウム又は
クエン酸カルシウムと酸化亜鉛の混合物も予備混合し砂
状混合物へ単一な均質添加物として配合することも出来
る。
これら混合物に対して使用される好ましき範囲は下記の
如きものである。
砂 100部 ポリアクリル酸ナトリウム溶液 ３ 〜3.5部 水酸化カルシウム １ 〜1.3部 酸化マグネシウム 0.2 〜0.3部 クエン酸カルシウム又はクエン酸カルシウムと酸化亜鉛
の混合物 0.05〜0.15部 本発明に於て、組成物に関するいくつかの例とその組成
物で行なわれたテスト結果に関して詳述したい。
苛酷な保存条件に於ける中子の劣化度を評価するテスト
方法及び条件は次の通り 1.迅速劣化試験 ‘Softening back'再軟化問題の原因を研究中、保存環
境下の二酸化炭素（低濃度であつても）の存在が結合の
低下を惹起するに必要であることが判明した。砂状混合
物の改良についての迅速試験方法として通常の鋳物の条
件と比較して非常に苛酷な保存条件下に試験中子を曝露
し強度の低下を加速させる方法を考案した。
試験は5.08cm×5.08cm AFS耐圧試験片とし二酸化炭素を
充満した耐火性ポリエチレン袋の中に封入入して入れる
ことよりなる。中子の耐圧強度は“as−gassed"ガス処
理直後と１週間までの間の適当な保存時間後に測定を行
つた。
2.大中子についての試験方法 悪条件の保存中に於ける中子の劣化は殆んどの場合通常
の大きさのものから約5kg以上重さの中子まで同一であ
る。従つて有望とするバインダー組成に関する評価は0k
g重の試験中子についてBCIRAで行い又保存中の中子の内
部強度はBCIRAの衝撃貫通試験機を使つて測定した。13
3.4N（30Lb）の荷重をかけたスプリングを使つて毎日中
子への各々1cmの貫通に用する衝撃回数を測定した。高
い衝撃回数は高い中子の強度を示し、低い回数は中子の
劣化を示す。各試験に対しての貫通距離の総計は6cmで
ある。一般的に貫通テストを終了後の中子は中子内部の
軟化度を調べる為に破壊した。
迅速劣化試験法 例１ GB2112003の開示に従つて調製した砂混合物から
作られた中子 シエルフオード60 砂 4kg ポリアクリル酸ナトリウム溶液 120g（３％） 水酸化カルシウム 52g（1.3％） ポリアクリル酸ソーダはGB2112003の実施例１に示す詳
細に従つて調製し、又中和はpH7.2まで行つた。一般に
中子製造時に使用される方法に従つて非イオン活性剤
（EMPIGEN BB）を0.2％（樹脂重量に対し）添加した。
砂混合物は実験室用羽根付きミキサーで調合されるが先
ず重合体の溶液を砂に加え１分間撹拌後水酸化カルシウ
ムの粉末を加えた。
5.08cm×5.cm AFS耐圧試験片は標準方法によつて作り、
二酸化炭素を（試験片を硬化する為に）20秒間GB 21120
03に記載した如き2.5/min量を通し処理した。
得られた試験片の半分はそのままの状態で保存し、残り
の半分はその雰囲気が急速に水蒸気で飽和する二酸化炭
素をポリエチレン製に充満し封入して保存した。
これらの結果は無保護の混合物に於いての高濃度の二酸
化炭素では急速な劣化が生ずることを示している。
実施例2.改良混合物 チエルフオード60 砂 3kg ポリアクリル酸ナトリウム溶液 90g（３％） 水酸化カルシウム 30g（１％）） 酸化マグネシウム 9g（0.3％））予備撹拌 クエン酸カルシウム 3g（0.1％）） 混合物及び試験片は実施例１と同様調製作成した。
本組合せで高湿度と高二酸化炭素の雰囲気中に於て“as
gassed"ガス処理後の強度から全く劣化のない優れた保
存強度を与えた。
実施例２の添加物を加えた組合せによる有用性は下記の
如き酸化マグネシウムを除外した新しい添加物の例と比
較することによつて明白となる。
実施例３ チエルフオード60 砂 3kg ポリアクリル酸ナトリウム溶液 90g（３％） 水酸化カルシウム 30g（１％） クエン酸カルシウム 9g（0.3％） 実施例4. チエルフオード60 砂 3kg ポリアクリル酸ナトリウム溶液 90g（３％） 水酸化カルシウム 30g（１％） 酸化亜鉛 9g（0.3％） クエン酸カルシウム 9g（0.3％） 大中子の試験法 実施例２の結果からはGB2112003に開示した如き塩基性
混合物に加わうるにクエン酸カルシウムと酸化マグネシ
ウムの使用は多湿下、この場合中子の硬化に二酸化炭素
を使用する鋳物中子工場の如き高い二酸化チオ尿素量が
予想される所で特に優れた中子の保存安定性を与えるこ
とが示された。
水酸化カルシウム、酸化マグネシウム及びクエン酸カル
シウムを含む混合物を使用する有用性は実施例６を実施
例５と比較することによつて認められる。この場合、水
酸化カルシウムと酸化マグネシウムのみでは期待される
強度は得られない。
従つて３個の砂混合物をこれら添加物を入れて作り、更
に少くとも２個の10kg単一樽状円筒形のブロック試験中
子を各々の混合物により作成した。この中子は20秒にわ
たつて直径9.5mm（3/8in）管を通して（特に二酸化炭素
ガスの流量コントロールせずに）2.76×103Pa（0p.s.
i）の圧力の二酸化炭素によりガス処理した。
えられた中子は衝撃貫通試験機によつて一定間隔をおい
て試験し中子内壁の強度を評価した。各々の貫通試験に
対しての中子はその都度しい未試験の部分を使用した。
実施例５ 酸化マグネシウムのみ チエルフオード60 砂 36kg ポリアクリル酸ソーダ溶液 1.08kg（３％） 水酸化カルシウム 360g（１％） 酸化マグネシウム 108g（0.3％） ３個の10kgの中子を作成し、１個はそのまゝ空気中曝露
で保存し、１個は袋に封入して（100％RH）空気中（空
気のみ）で保存し、残りの１個は袋に入して（100％R
H）二酸化炭素中（二酸化炭素のみ）に保存した。これ
らの中子を−２℃から６℃の温度で同一時間保存した。
これらの中子は殆んど完全に空気中で劣化し、これ以上
の試験は続けられなかつた。
実施例６ クエン酸カルシウムと酸化マグネシウム チエルフオード60 砂 22kg ポリアクリル酸ソーダ溶液 660g（３％） 水酸化カルシウム 220g（１％）） 酸化マグネシウム 44g（0.2％））予備撹拌 クエン酸カルシウム 22g（0.1％） ２個の中子を作成し、１個は空気中に曝露保存し残りの
１個は二酸化炭素中でその結果相対湿度は100％となる
袋に封入して保存した。
実施例６は保存性の改良に最も成功した添加物の組合せ
を示している。
比較の為に実施例７にGB2112003による砂混合物で作成
した10kgの中子の衝撃貫通数を示す。
実施例７ チエルフオード60 砂 22kg ポリアクリル酸ソーダ溶液 660g（３％） 水酸化カルシウム 220g（１％） ２個の10kg中子を作成し実施例６と同様保存した。
これら中子は二酸化炭素中に於ける保存で24時間丈で完
全に結合が破壊してしまつた。空気中曝露の中子でさえ
も空気中の二酸化炭素を吸収することによつて５日以内
に分解した。

Claims (12)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】アルカリ土類金属水酸化物および１種又は
    それ以上の多価金属酸化物と共に重合した一塩基有機酸
    のアルカリ金属塩および水を含むバインダーを耐火性粒
    子に加え、そして得られた構成体へ酸性気体を通し、こ
    の場合上記有機酸は2.5以上のpKaを有し、かつ、アルカ
    リ土類金属水酸化物の添加前のアルカリ金属塩の溶液は
    5.7以上のpHを有することを特徴とする鋳型或いは中子
    を形成する方法において、クエン酸カルシウムがそのバ
    インダー中に存在し、そしてアルカリ土類金属水酸化
    物、クエン酸カルシウム及び多価金属酸化物の１種或い
    は２種以上の総重量が該有機酸塩の25〜500重量％であ
    ることを特徴とする方法。
  2. 【請求項２】上記酸性気体が二酸化炭素ガスであること
    を特徴とする特許請求の範囲第１項に記載の方法。
  3. 【請求項３】上記の重合した一塩基有機酸がポリアクリ
    ル酸であることを特徴とする特許請求の範囲第１項又は
    第２項に記載の方法。
  4. 【請求項４】上記の重合した一塩基有機酸のアルカリ金
    属塩がポリアクリル酸ナトリウムであることを特徴とす
    る特許請求の範囲第３項に記載の方法。
  5. 【請求項５】上記アルカリ土類金属水酸化物が水酸化カ
    ルシウムであることを特徴とする特許請求の範囲第１項
    〜第４項のいずれかに記載の方法。
  6. 【請求項６】上記の１種又はそれ以上の多価金属酸化物
    の一つが酸化マグネシウムであることを特徴とする特許
    請求の範囲第１項〜第４項のいずれかに記載の方法。
  7. 【請求項７】バインダー中に、アルカリ土類金属水酸化
    物、クエン酸カルシウム及び１種又はそれ以上の金属酸
    化物よりなる構成物の総重量の80重量％までの限定量の
    １種又は数種の多価金属酸化物が存在することを特徴と
    する特許請求の第１項〜第６項のいずれかに記載の方
    法。
  8. 【請求項８】酸化マグネシウムが耐火性粒子の総重量の
    ２％までの量バインダー中に存在することを特徴とする
    特許請求の範囲第６項又は第７項に記載の方法。
  9. 【請求項９】クエン酸カルシウムが耐火性粒子の総重量
    の１％までの量バインダー中に存在することを特徴とす
    る特許請求の範囲第１項〜第５項のいずれかに記載の方
    法。
  10. 【請求項１０】酸化亜鉛とクエン酸カルシウムの混合物
    が耐火性粒子の総重量の１％までの量バインダー中に存
    在することを特徴とする特許請求の範囲第７項又は第８
    項に記載の方法。
  11. 【請求項１１】有機酸のアルカリ金属塩を耐火性混合物
    の総重量の0.2〜６％の間の量加えることを特徴とする
    特許請求の範囲第１項〜第10項のいずれかに記載の方
    法。
  12. 【請求項１２】有機酸のアルカリ金属塩を耐火性混合物
    の総重量の0.5〜1.5％の量加えることを特徴とする特許
    請求の範囲第11項に記載の方法。
JP60078259A 1984-04-12 1985-04-12 鋳型又は中子を形成する方法 Expired - Lifetime JPH06104263B2 (ja)

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Application Number Priority Date Filing Date Title
GB8409494 1984-04-12
GB848409494A GB8409494D0 (en) 1984-04-12 1984-04-12 Binders for foundry cores and moulds

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JPS6178532A JPS6178532A (ja) 1986-04-22
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EP (1) EP0164188B1 (ja)
JP (1) JPH06104263B2 (ja)
AU (1) AU564987B2 (ja)
BR (1) BR8501706A (ja)
CA (1) CA1226417A (ja)
DE (1) DE3560987D1 (ja)
ES (1) ES8606038A1 (ja)
GB (2) GB8409494D0 (ja)
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