JPH11244990A - 鋳型用レジンコーテッドサンド - Google Patents
鋳型用レジンコーテッドサンドInfo
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- JPH11244990A JPH11244990A JP5377898A JP5377898A JPH11244990A JP H11244990 A JPH11244990 A JP H11244990A JP 5377898 A JP5377898 A JP 5377898A JP 5377898 A JP5377898 A JP 5377898A JP H11244990 A JPH11244990 A JP H11244990A
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Abstract
な鋳型を得ることができる鋳型用レジンコーテッドサン
ドを提供する。 【解決手段】 フェノール樹脂にリン酸エステル類、酸
化剤および有機カルボン酸金属類を配合して調製される
粘結剤で、砂粒の表面を被覆してレジンコーテッドサン
ドを調製する。粘結剤に配合したリン酸エステル類、酸
化剤および有機カルボン酸金属類の作用でフェノール樹
脂は炭化分解され易くなっており、アルミニウム鋳造や
マグネシウム鋳造など鋳込み温度が低い鋳造を行なうに
あたっても、粘結剤は容易に分解する。
Description
鋳型用レジンコーテッドサンドに関するものである。
粒を粘結剤によって結合させて造型することによって作
製される。シェルモールド法により造形・鋳造した鋳物
は、鋳肌が滑らかで寸法精度が良いなどの優れた特性を
有するために多用されている。そしてこのシェルモール
ド用の粘結剤としては一般に、ノボラック型あるいはレ
ゾール型のフェノール樹脂が用いられるものでありこの
フェノール樹脂粘結剤を砂粒の表面に被覆することによ
ってレジンコーテッドサンドを作製し、このレジンコー
テッドサンドを加熱された金型に振りかけたり充填した
りして粘結剤を溶融・硬化させることによって、鋳造用
の鋳型へと造型することができる。
と、溶湯の高温の作用で粘結剤が分解されることにな
り、粘結剤による砂粒の結合作用が消失して鋳型を崩壊
させることができ、鋳物を脱型することができる。
高い金属を用いる場合には粘結剤を容易に分解させるこ
とができるが、アルミニウムやマグネシウムなどの鋳物
の場合のように鋳込み温度の低い金属を用いて鋳造を行
なう場合には、鋳込み温度が低いために粘結剤の分解が
十分になされず、粘結剤による砂粒の結合作用が維持さ
れた状態で鋳型から鋳物を取り出す必要がある。
ショットブラストやバイブレーション等を繰り返して作
用させたり、あるいは粘結剤の結合力を低下させるため
に鋳型を300〜500℃の炉の中に長時間入れたりし
て、鋳型を取り除く、いわゆる砂落としの作業に非常な
労力や費用が必要になるという問題があった。本発明は
上記の点に鑑みてなされたものであり、鋳込み温度の低
い鋳造においても崩壊性良好な鋳型を得ることができる
鋳型用レジンコーテッドサンドを提供することを目的と
するものである。
ンコーテッドサンドは、フェノール樹脂に、リン酸エス
テル類、酸化剤、および有機カルボン酸金属類を配合し
て調製される粘結剤で、砂粒の表面が被覆されて成るこ
とを特徴とするものである。また請求項2の発明は、酸
化剤として、酸素酸の塩類を用いることを特徴とするも
のである。
て、硝酸塩を用いることを特徴とするものである。
する。本発明においてフェノール樹脂としては、フェノ
ール類とホルムアルデヒド類とを反応触媒の存在下で反
応させ、反応生成物を脱水することによって得た固形フ
ェノール樹脂を用いるのが好ましい。
ル及びフェノールの誘導体を意味するものであり、例え
ばフェノールの他に、m−クレゾール、レゾルシノー
ル、3,5−キシレノールなどの3官能性のもの、ビス
フェノールA、ジヒドロキシジフェニルメタンなどの4
官能性のもの、o−クレゾール、p−クレゾール、p−
ter−ブチルフェノール、p−フェニルフェノール、
p−クミルフェノール、p−ノニルフェノール、2,4
又は2,6−キシレノールなどの2官能性のo−又はp
−置換のフェノール類などを挙げることができ、さらに
塩素又は臭素で置換されたハロゲン化フェノールなども
使用することができる。勿論、これらから1種を選択し
て用いる他、複数種のものを混合して用いることもでき
る。
水溶液の形態であるホルマリンが最適であるが、パラホ
ルムアルデヒドやアセトアルデヒド、ベンズアルデヒ
ド、トリオキサン、テトラオキサンのような形態のもの
を用いることもでき、その他、ホルムアルデヒドの一部
をフルフラールやフルフリルアルコールに置き換えて使
用することも可能である。
合比率は、フェノール類とホルムアルデヒド類のモル比
が1:0.6〜1:3.5の範囲になるように設定する
のが好ましい。反応触媒は、ノボラック型フェノール樹
脂を調製する場合は、塩酸、硫酸、リン酸などの無機
酸、あるいはシュウ酸、パラトルエンスルホン酸、ベン
ゼンスルホン酸、キシレンスルホン酸などの有機酸、さ
らに酢酸亜鉛などを用いることができる。またレゾール
型フェノール樹脂を調製する場合は、アルカリ土類金属
の酸化物や水酸化物を用いることができ、さらにジメチ
ルアミン、トリエチルアミン、ブチルアミン、ジブチル
アミン、トリブチルアミン、ジエチレントリアミン、ジ
シアンジアミドなどの脂肪族の第一級、第二級、第三級
アミン、N,N−ジメチルベンジルアミンなどの芳香環
を有する脂肪族アミン、アニリン、1,5−ナフタレン
ジアミンなどの芳香族アミン、アンモニア、ヘキサメチ
レンテトラミンなどや、その他二価金属のナフテン酸や
二価金属の水酸化物等を用いることもできる。
ール型フェノール樹脂は、必要に応じて任意の割合で混
合して使用することもできる。そして本発明において
は、このフェノール樹脂にリン酸エステル類、酸化剤、
および有機カルボン酸金属類を配合して粘結剤として用
いるものである。リン酸エステル類および酸化剤は古く
から、フェノール樹脂等の燃焼促進剤として知られてお
り、その燃焼促進機構は解明されているわけではない
が、フェノール樹脂の炭化を促進する作用があるためで
あると考えられている。従って、フェノール樹脂にリン
酸エステル類および酸化剤を配合することによって、比
較的低い温度でもフェノール樹脂を炭化させて鋳型の崩
壊性を促進できることが予想される。このように、リン
酸エステル類および酸化剤を併用して、有機カルボン酸
金属類を配合することよって、鋳型の崩壊性をさらに高
めることができるとの知見を得て、完成するに至ったも
のである。
は、トリメチルホスフェート、トリエチルホスフェー
ト、トリブチルホスフェート、トリ−2−エチルヘキシ
ルホスフェート、トリブトキシエチルホスフェート、ト
リオレイルホスフェート、トリフェニルホスフェート、
トリクレジルホスフェート、トリキシレニルホスフェー
ト、クレジルジフェニルホスフェート、キシレニルジフ
ェニルホスフェート、2−エチルヘキシルジフェニルホ
スフェート、トリスクロロエチルホスフェート、トリス
ジクロロプロピルホスフェート、トリスβクロロプロピ
ルホスフェート、トリス(トリブロモフェニル)ホスフ
ェート、リン酸ビス−2−エチルヘキシル、リン酸ジイ
ソドデシル、ブチルスルホン酸ジブチル、ブチルホスホ
ン酸ジブチル等を例示することができる。このリン酸エ
ステル類は、フェノール樹脂100重量部に対して0.
1〜15重量部程度の範囲で用いるのが望ましい。鋳型
として要求される性能によって、この配合量は、変動す
るが、一般的に0.1重量部未満では鋳型の崩壊性が不
十分になる傾向にあり、逆に15重量部を越えるとレジ
ンコーテッドサンドの融着点が下がって、取扱性が悪く
なる傾向がある。
ル、過酸化アンモンなどの過酸化物、過酸化鉛、二酸化
マンガン、二酸化セシウムなどの普通の原子価よりも高
い原子価を持つ元素の酸化物、酸化銅、酸化鉄、あるい
は重クロム酸カリ、クロム酸カリ、過マンガン酸カリ、
硝酸カリウム、硝酸リチウム、硝酸ナトリウム、硝酸セ
シウムなどの酸素酸の塩類等を例示することができる。
い。過酸化物は常温で液体状のものが多く、極めて不安
定あるため、取り扱いに十分な注意が必要であると共
に、また分解し易いため、レジンコーテッドサンドを長
期間保存すると酸化剤としての効果が低下するおそれが
あり、さらにレジンコーテッドサンドの融着点を下げる
おそれもあるが、酸素酸の塩類は安定であり、取り扱い
も容易であるので、酸素酸の塩類を用いるのが好ましい
のである。
を用いるのが好ましい。酸素酸の塩類は粘結剤の分解を
容易にして炭化を促進させるが、硝酸塩は他の塩類に比
較してさらに炭化物のカーボンボンドを分解させる効果
があるので、硝酸塩を用いるのが特に好ましいのであ
る。この酸化剤の配合量は、フェノール樹脂100重量
部に対して0.1〜15重量部程度の範囲に設定するの
が好ましい。鋳型として要求される性能によってこの配
合量は変動するが、一般に酸化剤の配合量が0.1重量
部未満では、鋳型の崩壊性が不十分になる傾向があり、
逆に15重量部を超えると粘結剤の強度が下がって鋳型
の取り扱い性が悪くなる傾向がある。
カルボン酸と金属との塩であり、有機カルボン酸金属類
を構成する有機カルボン酸としては、ギ酸、あるいは酢
酸、プロピオン酸、酪酸、吉草酸、カプロン酸、カプリ
ル酸、ラウリル酸、ミリスチン酸、パルミチン酸、ステ
アリン酸、オレイン酸、リノール酸、エライジン酸など
の脂肪酸、あるいはシクロヘキサンカルボン酸、フェニ
ル酢酸、安息香酸、o−トルイル酸、m−トルイル酸、
p−トルイル酸、o−クロロ安息香酸、m−クロロ安息
香酸、p−クロロ安息香酸、o−ブロモ安息香酸、m−
ブロモ安息香酸、p−ブロモ安息香酸、o−ニトロ安息
香酸、m−ニトロ安息香酸、p−ニトロ安息香酸、サリ
チル酸、p−ヒドロキシ安息香酸、o−アミノ安息香
酸、m−アミノ安息香酸、p−アミノ安息香酸、o−メ
トキシ安息香酸、m−メトキシ安息香酸、p−メトキシ
安息香酸などの芳香族カルボン酸、あるいはシュウ酸、
マロン酸、コハク酸、グルタル酸、アジピン酸、ピメリ
ン酸、スペリン酸、アゼライン酸、セバシン酸、酒石酸
などの飽和二塩基酸、フタル酸、イソフタル酸、テレフ
タル酸などの芳香族二塩基酸などを例示することができ
る。
としては、リチウム、ナトリウム、マグネシウム、アル
ミニウム、カリウム、カルシウム、チタン、マンガン、
鉄、ニッケル、銅、亜鉛、バリウム、スズなどを例示す
ることができる。二塩基酸においては、少なくとも1つ
のカルボキシル基が金属塩である。この有機カルボン酸
金属類の配合量は、フェノール樹脂100重量部に対し
て0.1〜15重量部程度の範囲に設定するのが好まし
い。鋳型として要求される性能によってこの配合量は変
動するが、一般的に有機カルボン酸金属類の配合量が
0.1重量部未満では、鋳型の崩壊性が不十分になる傾
向があり、逆に15重量部を超えると粘結剤の強度が下
がって鋳型の取り扱い性が悪くなる傾向がある。
有機カルボン酸金属類は、フェノール樹脂を縮合反応さ
せる合成初期の段階で添加するようにしてもよく、さら
にフェノール樹脂の粘結剤を砂粒の表面に被覆する際に
添加するようにしてもよい。またリン酸エステル類、酸
化剤、および有機カルボン酸金属類は、フェノール樹脂
に単に混合させるようにしても、フェノール樹脂に一部
反応させて分子中に取り入れるようにしてもよい。
テル類、酸化剤、および有機カルボン酸金属類を配合す
ることによって粘結剤を調製することができるが、粘結
剤にはさらに滑剤を配合するのが好ましい。滑剤として
はエチレンビスオレイン酸アマイド、エチレンビスステ
アリン酸アマイド、メチレンビスステアリン酸アマイ
ド、オキシステアリン酸アマイド、パルミチン酸アマイ
ド、ステアリン酸カルシウム、ステアリン酸アルミニウ
ム、ステアリン酸亜鉛などの脂肪族系ワックスや、カル
ナバワックス、オレフィンワックス等を使用することが
できる。滑剤を配合することによって、粘結剤のタック
ネスを減少させることができると共に、融着点を上昇さ
せることができるために、ブロッキングが生じることを
防ぐことができるものである。
砂などの耐火用の砂粒の表面に被覆することによって、
本発明に係る鋳型用レジンコーテッドサンドを得ること
ができるものである。砂粒に粘結剤を被覆するにあたっ
ては、ドライホットコート法、コールドコート法、セミ
ホットコート法、粉末溶剤法などで行なうことができ
る。
樹脂による固形の粘結剤を130〜180℃に加熱した
砂に添加して混合し、砂による加熱によって固形粘結剤
を溶融させて粘結剤で砂の表面をコートさせ、しかる後
にこの混合を保持したまま冷却することによって、粒状
でさらさらしたレジンコーテッドサンドを得る方法であ
る。
などの溶剤に溶解して液状になし、これを砂粒に添加し
て混合し、溶剤を揮発させることによってレジンコーテ
ッドサンドを得る方法である。セミホットコート法は、
上記溶剤に溶解した液状の粘結剤を50〜90℃に加熱
した砂に添加混合することによってレジンコーテッドサ
ンドを得る方法である。
の粉砕した粘結剤を砂粒に添加してさらにメタノールな
どの溶剤を添加し、これを混合することによってレジン
コーテッドサンドを得る方法である。以上のいずれの方
法においても粒状でさらさらしたレジンコーテッドサン
ドを得ることができるが、作業性などの点においてドラ
イホットコート法やセミホットコート法が好ましい。
要求される性能によって変動があり、特に制限されるも
のではないが、砂粒100重量部に対して粘結剤を樹脂
固形分換算で0.5〜4重量部程度が好ましい。またこ
の混合の際に必要に応じて硬化剤、その他、砂粒と粘結
剤とを親和させるためのシランカップリング剤などの各
種カップリング剤等を配合することができる。
サンドを常法に従って加熱された金型に振りかけたり充
填したりして、粘結剤のフェノール樹脂を溶融・硬化さ
せることによって、この粘結剤による砂粒の結合作用で
鋳型を造型するものである。そしてこのように作製した
鋳型に溶湯を鋳込むことによって鋳造を行なうことがで
きる。ここで、粘結剤にはリン酸エステル類、酸化剤、
および有機カルボン酸金属類が配合されているために、
フェノール樹脂は炭化分解され易くなっており、アルミ
ニウム鋳造やマグネシウム鋳造など鋳込み温度が低い鋳
造を行なうにあたっても、粘結剤は容易に分解して鋳型
の崩壊性が良好であり、砂落としの作業を容易に行なう
ことができるものである。
する。まず、次のようにしてフェノール樹脂を調製し
た。 (ノボラック型フェノール樹脂Iの調製)反応容器にフ
ェノールを940重量部、37%ホルマリンを649重
量部、シュウ酸を4.7重量部仕込み、約60分を要し
て還流させ、そのまま120分間反応させた。このもの
を常圧で内温160℃まで脱水を行なった後、100ト
ールで減圧脱水を行なうことによって、軟化点が95℃
のノボラック型フェノール樹脂(フェノール樹脂I)を
得た。
応容器にフェノールを680重量部、37%ホルマリン
を880重量部、ヘキサメチレンテトラミンを101重
量部仕込み、約60分を要して70℃まで昇温させ、そ
のまま5時間反応させた。このものを100トールで9
0℃まで減圧脱水を行なった後、バットに払い出し、冷
却することによって、軟化点が80℃のレゾール型フェ
ノール樹脂(フェノール樹脂II)を得た。
製)上記のように調製したノボラック型フェノール樹脂
Iにトリブチルホスフェートを5重量%添加混合して、
軟化点90℃のノボラック型フェノール樹脂(フェノー
ル樹脂III )を得た。 (レゾール型フェノール樹脂IVの調製)上記フェノール
樹脂IIを合成する操作で、樹脂を反応容器から払い出す
直前にトリブチルホスフェートを5重量%添加し、この
後に払い出して冷却することによって、軟化点が76℃
のレゾール型フェノール樹脂(フェノール樹脂IV) を得
た。
リー珪砂30kgをワールミキサーに入れ、ノボラック
型の「フェノール樹脂III 」を600g加えて30秒間
混練した後、ヘキサメチレンテトラミン90g、硝酸カ
リウム30gおよびシュウ酸カリウム30gを450g
の水に溶解したものを添加し、砂粒が崩壊するまで混練
した。次いで、さらにこれにステアリン酸カルシウム3
0gを添加し、30秒間混練した後にこれを払い出して
エアーレーションを行ない、樹脂量が重量比率で2%の
レジンコーテッドサンドを得た。
ラッタリー珪砂30kgをワールミキサーに入れ、ノボ
ラック型の「フェノール樹脂III 」を600g加えて3
0秒間混練した後、ヘキサメチレンテトラミン90g、
硝酸カリウム30gおよびシュウ酸カリウム60gを4
50gの水に溶解したものを添加し、砂粒が崩壊するま
で混練した。あとは実施例1と同様にして樹脂量が重量
比率で2%のレジンコーテッドサンドを得た。
わりに酒石酸カリウム30gを用いるようにした他は、
実施例Iと同様にして樹脂量が重量比率で2%のレジン
コーテッドサンドを得た。 (実施例4)シュウ酸カリウム30gのかわりに酒石酸
カリウム60gを用いるようにした他は、実施例Iと同
様にして樹脂量が重量比率で2%のレジンコーテッドサ
ンドを得た。
リー珪砂30kgをワールミキサーに入れ、レゾール型
の「フェノール樹脂IV」を600g加えて30秒間混練
した後、硝酸カリウム30gおよびシュウ酸カリウム3
0gを300gの水に溶解したものを添加し、砂粒が崩
壊するまで混練した他は、実施例1と同様にして樹脂量
が重量比率で2%のレジンコーテッドサンドを得た。
ラッタリー珪砂30kgをワールミキサーに入れ、ノボ
ラック型の「フェノール樹脂I」を600g加えて30
秒間混練した後、ヘキサメチレンテトラミン90gを4
50gの水に溶解したものを添加し、砂粒が崩壊するま
で混練した。あとは実施例1と同様にして樹脂量が重量
比率で2%のレジンコーテッドサンドを得た。
リー珪砂30kgをワールミキサーに入れ、ノボラック
型の「フェノール樹脂III 」を600g加えて30秒間
混練した後、ヘキサメチレンテトラミン90gおよび硝
酸カリウム30gを450gの水に溶解したものを添加
し、あとは比較例Iと同様にして樹脂量が重量比率で2
%のレジンコーテッドサンドを得た。
脂II」を用いるようにした他は、比較例1と同様にして
樹脂量が重量比率で2%のレジンコーテッドサンドを得
た。 (比較例4)レゾール型の「フェノール樹脂IV」を用
い、硝酸カリウム30gを450gの水に溶解して添加
した他は、比較例1と同様にして樹脂量が重量比率で2
%のレジンコーテッドサンドを得た。
樹脂III 」を用いるようにした他は、比較例1と同様に
して樹脂量が重量比率で2%のレジンコーテッドサンド
を得た。 (比較例6)ノボラック型の「フェノール樹脂I 」を用
いるようにした他は、比較例2と同様にして樹脂量が重
量比率で2%のレジンコーテッドサンドを得た。上記の
ようにして実施例1〜5および比較例1〜6で得たレジ
ンコーテッドサンドを用い、融着点、常温曲げ強さ、曝
熱後曲げ強さを測定した。融着点はJACT試験法SM
−1に、常温曲げ強さはJACT試験法C−1にそれぞ
れ準拠して測定を行なった。また曝熱後曲げ強さは、常
温曲げ強さと同じ試験片を用いてアルミニウム箔で包
み、ステンレスバットに載せて350℃、400℃、4
50℃に設定した送風式乾燥機に入れて30分後に取り
出し、常温になるまで待って抗折力試験機を用いて曝熱
後の曲げ強さを測定することによって試験した。これら
の結果を表1及び表2に示す。また表1及び表2に、次
の式で算出される曝熱後強度保持率を示す。
さ/常温曲げ強さ)×100
ル樹脂にリン酸エステル類、酸化剤、および有機カルボ
ン酸金属塩を含有させて調製した粘結剤を被覆して調製
した各実施例のレジンコーテッドサンドは、各比較例の
ものよりも曝熱後強度保持率が低く、鋳型の崩壊性が良
好であることが確認される。
にリン酸エステル類、酸化剤、および有機カルボン酸金
属塩を配合して調製される粘結剤で、砂粒の表面が被覆
されて成ることを特徴とするものであり、粘結剤に配合
したリン酸エステル類、酸化剤、および有機カルボン酸
金属塩の作用でフェノール樹脂は炭化分解され易くなっ
ており、アルミニウム鋳造やマグネシウム鋳造など鋳込
み温度が低い鋳造を行なうにあたっても、粘結剤は容易
に分解して鋳型の崩壊性が良好になり、砂落としの作業
を容易に行なうことができるものである。
素酸の塩類を用いるようにしたので、酸素酸の塩類は安
定であって取り扱いが容易があり、レジンコーテッドサ
ンドを調製するうえでの作業性が高まるものである。ま
た請求項3の発明は、酸素酸の塩類として、硝酸塩を用
いるようにしたので、鋳型の崩壊性を一層良好にするこ
とができるものである。
Claims (3)
- 【請求項1】 フェノール樹脂にリン酸エステル類、酸
化剤、および有機カルボン酸金属類とを配合して調製さ
れる粘結剤で、砂粒の表面が被覆されて成ることを特徴
とする鋳型用レジンコーテッドサンド。 - 【請求項2】 酸化剤として、酸素酸の塩類を用いるこ
とを特徴とする請求項1に記載の鋳型用レジンコーテッ
ドサンド。 - 【請求項3】 酸素酸の塩類として、硝酸塩を用いるこ
とを特徴とする請求項2に記載の鋳型用レジンコーテッ
ドサンド。
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Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP05377898A JP4119515B2 (ja) | 1998-03-05 | 1998-03-05 | 鋳型用レジンコーテッドサンド |
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ID=12952283
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Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
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