JPH06312239A - 鋳物砂用粘結剤 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 鋳物砂の自由流動性や中子等の鋳型の強度等
の特性を実用上問題となる程度まで損うことなく、鋳型
の崩壊性を改良する。 【構成】 フタリル系重合性物質に対し、１〜７％の過
酸化物を加え、その混合物１重量部を、１／３〜１重量
部の有機溶剤に分散させた鋳物砂用粘結剤。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、強度等の特性を実用
上問題となる程度まで損うことなく、中子等の鋳型の崩
壊性を改良する鋳物砂用粘結剤に関する。

【０００２】

【従来の技術】鋳鉄鋳物の製造分野において有用なフェ
ノール系樹脂を主成分とする鋳物砂用粘結剤も、アルミ
ニウム等の軽合金鋳物の製造に利用する場合には、軽合
金の溶湯温度が低く、熱容量が小さいため、注湯後の鋳
型の崩壊性が悪く、その改良が当該分野においては要請
されている。

【０００３】このような問題の解決策として、粘結剤に
熱膨張率の高い物質を配合したり、ハロゲン化合物等の
崩壊剤や崩壊助剤等を添加する方法が提案されている
が、鋳物砂の自由流動性や鋳型の強度等の特性が低下す
るという難点がある。また、不飽和ポリエステル樹脂ま
たは脂肪族アクリル系樹脂に有機過酸化物を配合した粘
結剤を用いる方法も知られているが、該樹脂の熱分解速
度が早過ぎるため、溶湯が固化する前にガスが発生し、
鋳物にガス欠陥が生ずるという問題がある。この場合、
鋳型の形態が単純なときには、ガス抜きを設けることに
よってガス欠陥の発生を最小限に抑制することも可能で
あるが、複雑な鋳型のときは、ガス抜きを設けることは
極めて困難である。なお、鋳型の崩壊性を向上させる方
法として、コールドボックス法、ウォームボックス法等
も知られているが、これらは、湿態鋳物砂であるため、
乾態鋳物砂を用いる方法に比べて、充填性が劣るという
問題がある。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】この発明は、当該分野
のこのような事情に鑑み、鋳物砂の自由流動性はもちろ
んのこと、中子等の鋳型の強度等の特性も実用上問題と
なる程度まで損うことなく、鋳型の崩壊性の大幅な改良
を可能にするためになされたものである。

【０００５】

【課題を解決するための手段】即ち、この発明は、フタ
リル系重合性物質に対し、１〜７％の過酸化物を加え、
その混合物１重量部を、１／３〜１重量部の有機溶剤に
分散させた鋳物砂用粘結剤に関する。

【０００６】本発明において使用するフタリル系重合性
物質としては、ジアリルオルソフタレート、ジアリルイ
ソフタレートのホモポリマーおよびジアリルオルソフタ
レート等のモノマーと他のラジカル重合性モノマーとの
コポリマーが例示されるが、ジアリルオルソフタレート
またはジアリルイソフタレートのホモポリマーが特に好
ましい。これらのポリマーの分子量は約１０，０００〜
１００，０００、好ましくは３０，０００〜５０，００
０である。この種のフタリル系重合性物質は、従来から
使用されているアクリル系樹脂粘結剤等に比べて熱分解
速度が適度に遅いため、溶湯が固化する前に発生するガ
スによって、鋳物にガス欠陥が形成されるという問題は
極力抑制される。

【０００７】フタリル系重合性物質の配合量は、被処理
砂の種類、鋳込金属の種類、鋳型の種類、作業性等に応
じて適宜選定すればよく、特に限定的ではないが、被処
理砂に対して、通常は、０．５〜１０重量％、好ましく
は１〜３重量％であり、０．５重量％よりも少ない場合
には、本発明の初期の目的は達成し難く、１０重量％よ
りも多くなると、ガス発生量が多くなり、ガス欠陥の原
因となる。

【０００８】本発明において硬化剤として使用する過酸
化物としては、ジクミルパーオキサイド、過酸化ベンゾ
イル、ジブチルパーオキサイド等が例示される。過酸化
物の配合量はフタリル系重合性物質の種類や配合量等に
応じて適宜選定すればよいが、通常は、１〜７重量％、
好ましくは２〜３重量％であり、１重量％よりも少ない
場合には、フタリル系重合性物質の十分な硬化が得難
く、７重量％よりも多くなると、かえって強度劣化を招
く。

【０００９】本発明による鋳物砂用粘結剤の媒体となる
有機溶剤としては、上記のフタリル系重合性物質および
過酸化物を溶解または均一に分散し得る比較的低沸点の
溶剤であって、特に好適なものとしては、メチルエチル
ケトン、アセトン、酢酸エチル等が例示される。有機溶
剤の配合量はフタリル系重合性物質と過酸化物との混合
物１重量部に対し、通常は、０．３〜１重量部、好まし
くは０．５〜０．７重量部であり、作業性や貯蔵性等の
観点からは、粘結剤の粘度が約４０００〜５０００cpに
なるように適宜調整すればよく、フタリル系重合性物質
に対して、通常は１／２〜２／３(重量比)とする。

【００１０】本発明による鋳物砂用粘結剤には、上記成
分のほかに、所望により、ステアリン酸ビスアマイド等
の防湿性向上剤の添加剤を適宜配合してもよい。

【００１１】珪砂等の鋳物砂主原料と本発明による上記
の粘結剤を常法に従って混合し、珪砂等を該粘結剤で被
覆し、該被覆砂を乾燥処理に付すことによって、鋳型の
強度等の特性を実用上問題となる程度まで損うことな
く、鋳型の崩壊性を大幅に改良し得る鋳物砂が得られ
る。該粘結剤の珪砂等に対する添加量は、フタリル系重
合性物質換算で約０．５〜１０重量％、好ましくは、１
〜３重量％である。

【００１２】本発明による上記鋳物砂は、フェノール系
樹脂粘結剤で被覆した鋳物砂に比べて、崩壊性の点で優
れており、自由流動性の点で全く遜色がないが、常温曲
げ強度や熱間曲げ強度の点で劣る。もっとも、本発明に
よる鋳物砂の常温曲げ強度および熱間曲げ強度は一般的
にはそれぞれ約２５〜４５kg／cm²および約１０〜２０k
g／cm²であり、実用上問題となることはない。しかしな
がら、機械的強度が特に要求される中子砂等の場合に
は、強度を補強するために、従来のフェノール系樹脂粘
結剤を用いて上記鋳物砂を常法に従って被覆した後、乾
燥処理に付してもよく、このような二重被覆構造を有す
る鋳物砂も本発明に包含される。この場合、フェノール
系樹脂の被覆量が多過ぎると、鋳物砂の崩壊性が損われ
るので、その使用量は、フタリル系重合性物質に対して
１０〜８０重量％であって、原料砂に対しては０.２〜
１重量％程度に止めるべきである。

【００１３】この種の二重被覆構造を有する鋳物砂の好
適な製造法としては、以下の製法が例示される。約７０
〜１００℃に予熱した珪砂等の原料砂に本発明による粘
結剤を所定量添加し、約７０〜１００℃の温風を吹き込
みながら混練し、塊状砂が解れて有機溶剤が蒸散した
後、従来のフェノール系樹脂粘結剤(例えば、フェノー
ル系ノボラック樹脂粉末とステアリン酸ビスアマイドを
メチルアルコールに配合した粘結剤)を所定量添加し、
混練を続行する。塊状砂が解れる直前に、フェノール系
樹脂用硬化剤(例えば、ヘキサメチレンテトラミン)の水
溶液を添加し、約７０〜１００℃の温風が吹き込みなが
ら混練をさらに続行する。ヘキサメチレンテトラミン等
の硬化剤の添加量は、フェノール系樹脂に対して、８〜
２０重量％、好ましくは、１２〜１５重量％である。塊
状砂が解れる直前に、高級脂肪酸の多価金属塩(例え
ば、ステアリン酸カルシウム)を原料砂に対して、０．
０５〜０．３重量％、好ましくは０．１〜０．２重量％
添加し、該混合物を充分に混練することによって、二重
被覆構造を有する鋳物砂が得られる。なお、この種の二
重被覆構造を有する鋳物砂の変形態様として、本発明に
よる粘結剤と従来のフェノール系樹脂粘結剤を所定量配
合した粘結剤を用いて珪砂等の原料砂を被覆することも
可能である。

【００１４】

【実施例】以下、本発明を実施例によって説明する。実施例１ ジアリルオルソフタレート重合体(分子量:２００００〜
３００００)３００g、ジクミルパーオキサイド９gおよ
びメチルエチルケトン１８０ccを常温で充分混合するこ
とによってスラリー状の中子砂用粘結剤１を調製した。
また、従来から常用されているシェルモールド用フェノ
ール系ノボラック樹脂粉末９０gおよびステアリン酸ビ
スアマイド２gをメチルアルコール５０ccに溶かして中
子砂用粘結剤２を調製した。約８０℃の熱風を吹き込み
ながら予熱した小型スピードマラー内に、７０〜８０℃
のエアバス中で予熱したフラタリーサンド(ＡＦＳ Ｎ
o.６０)１０kgを投入し、次いで、中子砂用粘結剤１を
４９０g添加し、該混合物を２分間混練した後、さらに
中子砂用粘結剤２を１４０g添加し、混練を続行した。
塊状の混合物が解れる直前に、該粘結剤１の１５重量％
に相当する量のヘキサメチレンテトラミンを５０％の水
溶液として添加し、該塊状混合物が解れ始めたときにス
テアリン酸カルシウム２０gをさらに添加した後、該ス
ピードマラー内の混合物を２０メッシュの篩の上に取り
出し、常温まで冷却することによって中子砂１を調製し
た。得られた中子砂１の安息角、常温曲げ強度(２５０
℃で６０秒間の条件下で調製したテストピースを常温ま
で空冷した後の曲げ強度)および熱間曲げ強度(２５０℃
で６０秒間の条件下で調製した直後のテストピースの曲
げ強度)を常法に従って測定し、結果を以下の表１に示
す。なお、テストピースの寸法は１×４×１／４インチ
である。

【００１５】また、中子砂１の崩壊性を図１に示す崩壊
性テスターを用いて測定し、結果を表１に示す。図１に
おいて、(１)は、内径２７mm、外径３４mmおよび長さ１
５０mmの鉄製パイプに中子砂１を自然充填させ、２５０
℃で３０分間焼成し、さらに、５００℃で７５分間焼成
した後、焼成炉から取り出して常温まで徐冷した試料充
填管を示し、(２)は長さ約２１０mmのアームの先端に３
５０gのヘッドを具有するハンマーを示す。ハンマー
(２)を図中の矢印の方向に自由回転させて試料充填管
(１)を打撃することによって、試料充填管内の中子砂を
排出させる。試料充填管内の中子砂が完全に排出される
までのハンマーの打撃回数を崩壊性の尺度とした。測定
結果を表１に示す。

【００１６】実施例２ フェノール系レゾール樹脂５０％水溶液１５０gおよび
ステアリン酸ビスアマイド２gをメチルアルコール５０c
cに溶かすことによって中子砂用粘結剤３を調製した。
粘結剤２の代りに粘結剤３を使用し、また、ヘキサメチ
レンテトラメンを使用しない以外は実施例１と同様にし
て中子砂２を調製した。中子砂２の安息角、常温曲げ強
度、熱間曲げ強度および崩壊性を実施例１と同様にして
測定し、結果を表１に示す。

【００１７】比較例１ 約８０℃の熱風を吹き込みながら予熱した小型スピード
マラー内に、７０〜８０℃のエアバス中で予熱したフラ
タリーサンド１０kgを投入し、次いで、中子砂用粘結剤
２を４２０g添加し、該混合物を２分間混練し、有機溶
剤が蒸散して中子砂に自由流動性が発現した後、該スピ
ードマラー内の混合物を２０メッシュの篩の上に取り出
し、常温まで冷却することによって中子砂１'を調製し
た。中子砂１'の安息角、常温曲げ強度、熱間曲げ強度
および崩壊性を実施例１と同様にして測定し、結果を表
１に示す。

【００１８】

【表１】

【００１９】本発明による中子砂は乾燥状態で優れた自
由流動性に示し、安息角も従来の中子砂に比べても全く
遜色がないので、複雑な形状の中子の製造に使用でき
る。また、本発明による中子砂の常温曲げ強度および熱
間曲げ強度は従来の中子砂に比べて、いずれも劣るが、
実際の中子造形作業において必要な強度はそれぞれ３５
kg／cm²以上および１４〜１５kg／cm²以上であるので、
実用上問題となることはない。なお、本発明による中子
砂は従来の中子砂に比べて、表１から明らかなように、
崩壊性の点で優れているが、後者は曲げ強度が前者に比
べて高いため、崩壊性も当然劣ると考えられるので、熱
間曲げ強度が中子砂１および２と同等(１５.２kg／cm²)
の中子砂２'(被覆樹脂量:１.５重量％)を比較例１に準
拠して調製し、その崩壊性を前述の方法によって調べ
た。この場合、５００℃での熱処理時間は１５分間とし
た。中子砂１、２および２'の崩壊性はそれぞれ２６
回、２４回および５５回であり、本発明品が従来品に比
べて崩壊性の点で有利であることは明白である。

【００２０】

【発明の効果】本発明によれば、中子等の鋳型の常温曲
げ強度や熱間曲げ強度等の特性を実用上問題となる程度
まで損うことなく、鋳型の崩壊性を大幅に改良すること
ができる。また、本発明による粘結剤を使用する場合に
は、溶湯が固化する前に発生するガスによって、鋳物に
ガス欠陥が形成されるという問題は極力抑制される。さ
らに、本発明による粘結剤を用いることによって、鋳物
砂が具備すべき他の基本的特性、例えば、成形性、通気
性、平滑性、可縮性および復用性等も損われることもな
い。本発明による粘結剤は、鋳物砂用粘結剤として一般
的に利用できるものであるが、特に、エンジン性能の向
上等の観点から複雑薄肉化が一層進んでいる軽合金製自
動車用鋳物の鋳造に用いられる中子砂の粘結剤として好
適である。

【図面の簡単な説明】

【図１】 崩壊性テスターの模式的側面図である。

【符号の説明】

１…試料充填管 ２…ハンマー

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 フタリル系重合性物質に対し、１〜７％
   の過酸化物を加え、その混合物１重量部を、１／３〜１
   重量部の有機溶剤に分散させた鋳物用粘結剤。
2. 【請求項２】 フタリル系重合性物質がジアリルオルソ
   フタレートまたはジアリルイソフタレートのホモポリマ
   ーである請求項１記載の粘結剤。
3. 【請求項３】 請求項１または２記載の粘結剤で被覆し
   た原料砂を乾燥処理に付して成る鋳物砂。
4. 【請求項４】 フェノール系樹脂粘結剤で被覆した請求
   項３記載の鋳物砂を乾燥処理に付して成る鋳物砂。