JPS5812094B2 - 軽合金鋳造用のシエルモ−ルド鋳型材料及びそれより加熱成型された鋳型 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、軽合金の鋳造用に使用されるシェルモールド
鋳型材料組成物及びそれより加熱成型されてなる鋳型に
関するものである。

従来よりシェルモールド法においては、鋳造を目的とす
るため、本質的に耐熱性の高いフェノール樹脂が使用さ
れている。

一般にフェノール樹脂の耐熱性はその熱分解温度が示す
ごとく、４００℃〜５００℃と高く、他の合成樹脂には
見られないほど鋳造用として有用な熱特性を具備してい
るため広く使用されている。

しかし、その反面、特にアルミニュウム合金のごとく、
低融点の合金では、その注湯温度は非常に低く、鋳造後
においてさえも、使用された鋳型の温度は、粘結剤の分
解を完了させるまでには達しないために、鋳型の崩壊性
がわるく、砂落としのための後工程作業を著しく低下さ
せているという問題がある。

いわゆる砂落としについては、「白い砂」にして回収す
ることに当業技術者は全力を傾けてきた。

この「白い砂」というのは、砂粒を被覆した樹脂が、注
湯工程による熱あるいは砂焼きの熱を受けて、樹脂が分
解して実質上消失して砂本来の色が出ているような回収
砂のことを言う。

つまり、樹脂が炭化して砂粒上に残留していることは崩
壊性がわるいと考えられていたものである。

しかしながら、本発明者は研究の結果、「白い砂」にな
らずとも、反対に「黒い砂」こそ、所要とするシェルモ
ールドの崩壊性をいちじるしく高めうるものであること
を見い出した。

ここに「黒い砂」というのは、注湯時に熱を受けること
により、砂粒表面上に炭素質物の層が残留し、視覚観察
によって黒色に見えるような状態で砂が回収できるよう
に特別の人為的手段を加えた砂のことを言う。

上記の目的を達成するために、本発明においては鋳物砂
１００重量部を基準として、フェノール樹脂０．３〜７
重量部を使用したとき、加熱することにより、Ｂｒもし
くはＢｒ化合物を分裂するＢｒ含有有機化合物を該樹脂
に加えた組成物を鋳物砂に被覆するものである。

このようにすると、該被覆砂は、上記のＢｒ含有有機化
合物が注湯時の加熱によって、ＢｒもしくはＢｒ化合物
を分裂し、該ＢｒもしくはＢｒ化合物が、フェノール樹
脂に対して作用し、該樹脂の一部分が炭素質物となり、
シェルモールドの崩壊性をいちじるしく向上させ、従来
のものより大巾に砂落とし作業を容易にならしめるもの
である。

上記のように人為的な「黒い砂」として回収するという
本発明の詳細な説明構想に依処する要旨は、頭書に記載
の特許請求の範囲に掲記したとおりである。

本発明において前記Ｂｒ含有有機化合物が鋳型の崩壊性
をいちじるしく向上させる機構については以下のように
説明される。

本来、フェノール樹脂においては、熱酸化環境にさらさ
れた場合には、硬化樹脂に２つの弱点がある。

その１つはメチレン橋であり、もう１つはフェノール性
ヒドロキシ基である。

これらの弱点は加熱等の高エネルギー下にさらされると
、イオンやラジカルが生成して本来の化学結合が切断さ
れる。

かかる変化は化学的に酸化反応、即ち、電子引抜き反応
であって、その系内において、Ｂｒ１もしくはＢｒ基の
ごとき強力な電子吸引基が存在することで酸化分解が進
み炭化が促進されるものである。

つまり、熱エネルギーが与えられ強力な粘結力を有する
フェノール樹脂硬化物は、フェノキシラジカル、あるい
は、アリールオキシラジカルに変化するが、これらはま
だ非常に高いエネルギーをもつものであって、多くはま
だ粘結力すら保持しており、長時間の加熱では架橋反応
も起りうる状態にある。

ところが、系内に加熱されて発生するＢｒもしくはＢｒ
化合物が存在することで、高いエネルギーをもつ樹脂の
分解ラジカルを消滅させながら分解をくり返し、いわゆ
る「黒い砂」に変化するものと推察される。

その結果として、フェノール樹脂硬化物は、鋳造後にお
いて、鋳型内の粘結力を有する主要な結合基が切断され
て、もはや結合力を失って鋳型がもろくなり弱い力でも
崩壊するようになるものである。

多くは人の手で把んでこする程度で崩壊する。

なお、本発明において使用される、加熱により、Ｂｒも
しくはＢｒ化合物を分裂してフェノール樹脂の炭化を促
進するＢｒ含有有機化合物のかなりのものは、いわゆる
難燃剤として分類されているものであるが、本発明の趣
旨はそれのみに限定されるものではない。

本発明において、鋳物砂とは常識的に鋳造用として耐え
られるものであればよく、珪砂、オリビンサンド、クロ
マイトサンド、ジルコンサンド、アルミナサンド等であ
る。

また、フェノール樹脂とは、ノボラック樹脂、レゾール
樹脂、アンモニアレゾール樹脂、ベンジルエーテル樹脂
あるいは、それらの混合物または、各種フェノール類等
によって変性された樹脂あるいは液状樹脂、固形樹脂で
あっても本発明の本質は変らない。

該樹脂の配合量は鋳物砂１００重量部に対して０．３〜
７重量部であり、好ましい範囲は０．５〜５重量部であ
る。

０，３重量部以下では砂粒が充分に被覆されず、７重量
部以上では鋳型の崩壊性が極度に劣る結果となる。

本発明における、加熱によりＢｒもしくはＢｒ化合物を
分裂してフェノール樹脂の炭化を促進するＢｒ含有有機
化合物としては、ジブ爾モネオペンチルグリコール、テ
トラブロモエタン、テトラブロモブタン、ジブロモエタ
ン、１，２−ジブロモ−３−クロロプロパン、１，２．
３−４リブロモプロパン等の臭素化パラフィン類をはじ
め、ビス（ブロモエチルエーテル）テトラブロモビスフ
ェノールＡ１ビス（ジブロモプロピルエーテル）テトラ
ブロモビスフェノールＡ１ビスアリルエーテルテトラブ
ロモビスフエノールＡ１エチル化テトラブロモビスフエ
ノールＡ１テトラブロモビスフエノールＡ１カーボネー
トオリゴマー、ヘキサブロモベンゼン、デカブロモジフ
ェニルエーテル、ペンタブロモモノクロロシクロヘキサ
ン、テトラブロモ無水フタル酸、テトラブロモビスフェ
ノールＡ１チトラブロモビスフエノールＦ１テトラブロ
モビスフエノールＳ等に代表されるような、その構造中
にＢｒ基を有するものが使用される。

本発明において配合するＢｒ基含有有機化合物の配合割
合は鋳物砂１００重量部に対して０．００１〜７重量部
であり、０．００１部以下では量が過少でその効果が顕
著ではなく、７重量部以上ではガス発生量が多くなり、
また高価になるため実用的でない。

また、本発明に於いて鋳型材料を製造するに当り、Ｂｒ
含有有機化合物の配合する要領としては、あらかじめ樹
脂中に配合して使用しても、砂粒を被覆するときに使用
しても、あるいは被覆砂粒上に添加しても本発明の基本
的効果は失われるものではない。

本発明の効果をより大きくするために、樹脂被覆砂を製
造する前工程に於いて、前記Ｂｒ含有有機化合物を鋳物
砂に被覆しておくことも可能である。

更には、本発明の樹脂被覆砂粒の中には従来公知とされ
ている標準的な他の配合剤として、例えば、シランカッ
プリング剤、ワックス類、有機酸類、ヘキサミン、ステ
アリン酸カルシュウム等を配合することも本発明の本質
的な効果を阻害するものではない。

以下に本発明の実施例を述べて更に詳しく説明する。

実施例 １ 珪砂（三栄６号）１０ｋｇを１５０℃に加熱し、遠州鉄
工製のスピードミキサーにて計量し、次いでノボラック
型フェノール樹脂２５０１とテトラブロモビスフェノー
ルＡ３０ｆを混合して、ミキサー内で５０秒間混練した
後、ヘキサメチレンテトラミン３７、５ ｆと水１５０
ｔを添加して４０秒後にステアリン酸カルシュウムを５
ｇ加えてレジンコーテツドサンド（以下Ｒ，Ｃ，Ｓと略
記する）を得た。

実施例 ２〜５ 実施例１の処決に準じて添加配合するテトラブロモビス
フェノールＡの配合量を変化させて同様にＲ，Ｃ，Ｓを
得た。

比較例として、実施例１の配合より上記テトラブロモビ
スフェノールＡを除外したものでＲ，Ｃ。

Ｓを作った。

上記Ｒ，Ｃ，Ｓを評価するための試験法は下記の要領で
行った。

抗折力・・・・・・ＪＩＳＫ−６９１０ ベンド・・・・・・ＪＡＣＴ試験法Ｓ Ｍ −３融着点
・・・・・・ＪＡＣＴ試験法Ｃ−１崩壊性・・・・・・
巾４０ＴＭＬ１長さ７５胴、厚さ２５閣である抗張力試
験片を作成して崩壊性試験用中子とした。

更に１２５ｍｍＸ ８０ｙ＋＋ｍＸ ７０ｒｒａｎであ
り、前記中子試片よりも少し大きい空間を有する外型を
別途成型し、その中に上記中子試験片をセットして７０
０°Ｃで溶解したアルミ合金を鋳込み、冷却後鋳物の１
ケ所に１．４Ｋｑ／ｃｗｔの圧力のエアーハンマーで振
動を与えて鋳物に設けた径１０ｍｍの出口より出て来る
砂の重量を１時間ごとに測定して、崩壊性の程度を％で
表示した。

あわせて崩壊されて出て来た砂のかたまり量を１０メツ
シユのふるいにかけて重量を測定して崩壊率とした。

残留強度・・・・・・径が２２．５ ｒｒｒｍ、高さ５
０ｍのテスト・ピースを作り、そのテストピースを５０
０℃の炉の中で経過時間ごとに加熱して、冷却後抗圧力
を測定して残留強度とした。

実施例１〜５及び比較例による評価結果は表１の通りで
あって、非常に優れた崩壊性を示した。

実施例 ６ 流動焙焼炉による再生砂の粒度指数（ＡＦＳ）９２の砂
を１３５℃に加熱し、遠州鉄工製スピードマラーに４０
０Ｋｇを計量した。

次いでレゾール型フェノール樹脂（針状）を８匂とビス
（ジブロモプロピルエーテル）テトラブロモビスフェノ
ールＡ（量大化成製ＦＧ３１ｏｏ）１．６Ｋｇの混合品
を使用して常法によってドライホット法で樹脂被覆砂粒
を製造した。

被覆砂粒の強度は３０に９／ｃｒＡ１融着点は１０１℃
、ベンドは０．３ ｍｎ／ ５００ ｇであった。

該被覆砂粒にて、アルミニウム合金である自動車部品の
ジャケット部の中子を造型し、従来使用していた、強度
２８に９／ｃｒＡ、融着点１０３℃、ベンド０．３５Ｍ
／ ５００ ｇであるものと砂落性（崩壊性）の比較を
行った。

従来は鋳造後の砂落としのため、いわゆる「白い砂」に
なるまで、砂焼き工程炉に入れて４００℃で３時間処理
していたものが、本実施例では、砂焼き工程を全く省略
して、機械的振動を９０秒与えるだけで完全に砂が崩壊
して「黒い砂」のまま取り出すことができた。

実施例 ７ ノボラック樹脂の脱水終了物で、まだ溶融状態にある１
３０℃の樹脂９０に２に、ジブロモエタンを１０Ｋｇの
割合で配合して完全に溶融混合した後スチルコンベア上
に糸状に流し出して冷却後適当に切断して針状ないし棒
状の樹脂を得た。

該樹脂とフーカ珪砂で樹脂量２．２％／対砂の条件で常
法のドライホット法で樹脂被覆砂を製造した。

この時の各成分の配合割合は砂１００部、ノボラック樹
脂１．９８部、Ｂｒ含有有機化合物０．２２部であって
、その特性は、強度２５Ｋｐ／ｃｒＡ。

融着点１０２℃、ベント０．５−であった。

前記被覆砂粒を利用して、自動車用シリンダーヘッド（
アルミ製）のジャケット部分の中子を造型して、鋳造し
た結果表−２の通り従来品よりもはるかに砂落ち性が良
好であった。

実施例 ８ 実施例７による樹脂をメタノールに溶かして、６５％濃
度に調整した。

この樹脂を同様にフーカ砂を１００℃に加熱して、いわ
ゆるセミホット法で樹脂被覆砂粒を製造した。

この時に添加した樹脂量は、固型分換算で実施例７と同
一にした。

このものの特性は、強度３０、１ Ｋ９／ｃｒＡ１９／
ｃｒＡ１９／ｃｒＡ１９／ｃｒＡ１融ベンド ０樹脂被覆砂による砂落ち性の評価結果は表−２に示す
通りであった。

尚、実施例７及び８の対照例として流れていた、現行品
とは、樹脂添加量は２．０％であり、強度２５Ｋｑ／ｃ
ｒｒｔｓ融着点１０３℃、ベンド０．６Ｗｒｒｎのもの
である。

表２に於いて砂残り量とは、鋳造後、所定の振動を与え
砂ぬきを行った後、また製品中に残存している砂を採取
して重量を測定したものである。

実施例 ９〜１７ 三栄６号珪砂１００重量部と、ノボラック樹脂２．２６
重量部、各種Ｂｒ含有有機化合物０．４４重量部により
常法ドライホット法で樹脂被覆砂粒を製造し、その特性
及び崩壊性を比較した結果を表３にまとめた。

尚比較例として、ノボラック樹脂のみを２，２６重量部
、配合してなる樹脂被覆砂粒を用いた。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 鋳物砂１００重量部を基準として、フェノール樹脂
   ０．３〜７重量と、加熱することによりＢｒもしくはＢ
   ｒ化合物を分裂するＢｒ含有有機化合物０．００１〜７
   重量部とからなる組成物を上記鋳物砂に被覆してなるシ
   ェルモールド用鋳型材料組成物。 ２ 上記シェルモールド用鋳型材料組成物を加熱成型し
   てなる軽合金鋳造用の鋳型。