JPS591140B2

JPS591140B2 - 鋳型用粘結剤

Info

Publication number: JPS591140B2
Application number: JP10426278A
Authority: JP
Inventors: 和之西川
Original assignee: Sintokogio Ltd
Current assignee: Sintokogio Ltd
Priority date: 1978-08-25
Filing date: 1978-08-25
Publication date: 1984-01-10
Also published as: JPS5530380A

Description

【発明の詳細な説明】この発明は、主として軽合金鋳物のように注湯温度の低
い金属の金型鋳造に使用される鋳型用粘結剤に関する。

軽合金鋳物は、そのほとんどが自動車用部品として生産
され、その生産量は自動車の軽量化と相まって、年々増
加し、今後とも大幅に増加することが予想されている。

軽合金鋳物は、一般に金型鋳造で創造されているが、そ
の中子として使用される鋳型は、通常、フェノール樹脂
等を砕砂に被覆した被覆砂を、２５０〜３００°Ｃに加
熱した模型金型に吹き込んで製造する、いわゆるシェル
モールド法によす造型されている。

また、近年一部ではフェノール樹脂とポリイソシアネー
ト及び砕砂との混練砂にアミンガスを吹き込んで鋳型を
ろくろコールドボックス法も採用されている。

これらの鋳型は、熱硬化性合成樹脂を粘結剤とする鋳型
で、造型時において、シェルモールド法ではフェノール
、ホルマリン、アンモニアあるいはアミン等の有毒ガス
が発生し、また、コールドボックス法では、有毒な高濃
度のアミンガスが発生する。

また、注湯時においても、合成樹脂の不完全燃焼による
フェノール、ホルマリン、アンモニア、アミン等の有毒
ガスを発生する。

これらの有毒ガスの発生は、作業環境を悪化させ、外部
に対しては公害問題を生じるため、脱臭に多大の費用を
費しているのが現状である。

また、鋳造工程において、軽合金鋳物の場合、注湯温度
は７００℃と低く（鋳鉄あるいは鋳鋼の場合は１２００
℃以上）、熱硬化性合成樹脂である粘結剤の熱分解が不
十分のみならず、逆に粘結剤の重合が促進され、中子落
しが困難若しくは不可能となるおそれがある。

この中子落しを容易にするため、鋳物砂の粘結剤の含有
量をできるだけ少なくする方法が採られているが、粘結
剤の含有量を少なくすると、常温強度が大幅に低下し、
模型からの中子の取り出し、中子の移動、あるいは鋳造
機への中子のセット時等に鋳型がこわれやすく、また、
同時に鋳型の表面安定性も悪くなる等のため、粘結剤の
含有量を少なくするにも限度があり、中子落しを容易に
する効果はあまり奏しなかった。

すなわち、中子落しは、通常、中子が埋め込まれた鋳物
を、そのまま５００℃程度に加熱された炉内に５〜１０
時間放置して、鋳物を焼くことにより中子の粘結剤を熱
分解させ、その後炉内から鋳物を取り出し、冷却した後
機械によりおおよその中子落しを行い、細部及び仕上げ
にあたっては手作業により鋳物１個１個について砂落し
をしている現状である。

一方、中子落しを容易にするために、粘結剤としてスチ
レン樹脂、アクリル樹脂、酢酸ビニル樹脂等の熱可塑性
合成樹脂を速乾性溶剤に溶解させた粘結剤を用いた鋳型
の造型方法が、特公昭５２−１３７４号、特公昭５２−
１４２０７号、特公昭５２−２６７３０号、特開昭５１
−１３５８２１号等に開示されているが、いずれも下記
の如く実用に供するには疑問の生じるものである。

この熱可塑性合成樹脂を粘結剤とする鋳型に、７００’
Ｃ程度の軽合金の溶湯を注湯することにより、粘結剤は
熱分解して結合力が弱わまり、中子の崩壊性は促進され
、中子落しは容易になる。

しかし、熱分解により発生するガスは、スチレン樹脂テ
ハスチレン、スチレン重合体、トルエン、エチルベンゼ
ン等で、また、アクリル樹脂ではブタンメチルメタクリ
レート、メチルアクリレート等で刺激臭が強く有毒なガ
スが発生するため、熱硬化性合成樹脂を粘結剤とした場
合と同様、作業環境を悪化させ、外部に対しては公害問
題を生じる。

さらに、実用に供しえないと思われる最大の理由は、軽
合金鋳物の鋳造に使用される金型鋳造機は、その金型が
溶湯の熱のため常時３００〜４００℃の温度に保持され
ており、この加熱された金型に、これらの熱可塑性合成
樹脂を粘結剤とした中子を七ッ卜することになるため、
金型の温度によって、中子の粘結剤が軟化させられ、流
動性を示し、中子の強度が低下するとともに中子が変形
してしまうことにある。

このような鋳型に注湯することにより、鋳物の寸法精度
が大きく低下すると共に、注湯による熱影響が加わり、
溶湯の流れによる中子の洗われ′等が生じ、鋳造欠陥が
発生しやすくなる。

ま瓢前記各公報には、粘結剤の耐熱性を向上させる目的
で、熱可塑性合成樹脂と水ガラスを併用する方法が示さ
れているが、この方法も下記のような理由で実用に供し
えないと思われる。

すなわち、耐熱性は向上するが中子の崩壊性が後退し、
熱可塑性合成樹脂を使用する意味が半減する。

また、実用に供しえない最大の理由は、熱可塑性合成樹
脂と水ガラスとを併用することにより、常温における鋳
型強度が著しく低下するとともに、中子取りのように圧
縮空気で吹入みにより模型内に砂を充填させる場合、そ
の吹き込み性がきわめて悪くなり完全な姿の鋳型ができ
にくい点にある。

さらに、水ガラスを用いるため、鋳物砂が溶湯熱により
焼き付いて、砂の再使用が困難になり、また、廃砂には
水ガラスによる遊離アルカリを含み一廃砂からこのアル
カリが土壌に滲出しアルカリ公害の原因となる。

この発明は、上記にかんがみて、軽合金鋳物の鋳造にお
いて、実用に供しうる常温強度及び耐熱性を有し、かつ
、中子落しが容易にできる鋳型を提供することを目的と
する。

この発明の他の目的は、軽合金鋳物の鋳造において、造
型時及び注湯時有毒ガスの発生がほとんどなく、しかも
、廃砂からの公害もほとんど生じない鋳型を造型できる
鋳型用粘結剤を提供することにある。

この発明の要旨は、酢酸繊維素が揮発性溶剤に溶解され
た鋳型用粘結剤にある。

以下、この発明の詳細な説明する。

本発明者は、従来鋳物用粘結剤として使用されていた上
記合成高分子（合成樹脂）の代りに、天然高分子に着目
し、粘結剤としての性質を試験、研究した結果、澱粉又
は繊維素（セルロース）は実用に供しうる耐熱性及び注
湯後の崩壊性を有し、しかも造型・注湯時共に有害ガス
が発生しない等の、軽合金鋳物用鋳型の粘結剤として多
くの優れた性質を有することを見出した。

なお、澱粉については、鋳型の粘結剤として古くから使
用されているもので、粘結剤として優れていることは周
知されている。

ただ、この澱粉糊を粘結剤として使用する造型方法は、
鋳型を硬化させるために、鋳物砂に含まれている水分（
５〜８係）を除去する必要があり、その除去に長時間（
ＩＫ９の鋳型において約１時間）の乾燥時間を要し、造
型の生産性がきわめて悪く、実用に供していない。

そこで、本発明者は、今まで鋳造工場には全く縁のなか
った繊維素に着目し、試験、研究の結果繊維素の側鎖を
酢酸で処理した酢酸繊維素（アセチルセルロース）を速
乾性溶剤に溶解したものが、軽合金鋳物用鋳型の粘結剤
として、強度、耐熱性、崩壊性、生産性等種積々の面で
優れていることを見出した、一般に、酢酸繊維素は、主として繊維、また、可塑剤を
配合してプラスチック成形品、塗料、フィルム等の材料
として使用され℃いる。

この発明に使用する酢酸繊維素は、酢化度５２〜６２．
５％、平均重合度１００〜４００であって、可塑剤を含
まないもの、又は、含んでも可塑剤ができるだけ少量（
３０係以下）のものとする。

なぜなら、可塑剤を配合した酢酸繊維素は、可塑性をも
つことにより、前述のスチレン、アクリル、酢酸ビニル
等の熱可塑性合成樹脂と同様、１００℃前後の温度で軟
化を示し、前述のように型鋳造の中子として使用した場
合、中子が変形し耐熱性を有しない。

ただ、可塑剤を配合することにより、常温による鋳型強
度は大きくなるから、中子の変形前、すなわちきわめて
短時間（約１分以内）で鋳込みが完了できる場合は有効
である。

また、この発明に使用する溶剤は、鋳型の硬化をすばや
く行わせるために速乾性で、しかも、毒性が低く、取扱
いが簡単であることが要求され、例えば、酢酸メチル、
アセトン、メチレンクロライド等が挙げられる。

さらに、助溶剤としてメタノール又はエタノールを用い
ることができる。

これらの溶剤の選択は、経済性、作業性等現場作業に応
じて行なうことができるが、酢酸繊維素は酢化度により
、溶剤が限定されるから注意を要する。

例えば、酢化度６２係の酢酸繊維素は、アセトンには不
溶であるが、塩化メチレンとエタノール（９：１）の混
合溶剤を用いれば溶解させることができる。

この発明の粘結剤は、上記酢酸繊維素を上記揮発性溶剤
に溶解させたものである。

上記粘結剤を用いての造型方法は、次の通りである。

−の方法は、上記粘結剤を乾燥砂に添加混練した鋳物砂
を、中子取り又は鋳枠に投入し、鋳型内に加圧空気を吹
込むか、又は、鋳型内を真空ポンプ等を用いて減圧する
ことにより流気させて、鋳型に含まれている溶剤を逸散
除去することにより鋳型を乾燥（硬化）させ造型する。

また、鋳型の乾燥は、加圧と減圧を同時に行ってもよく
、さらに、乾燥時間を短縮させるために、流気させる空
気を加熱空気とするか、又は、模型を加熱しておくなど
溶剤の揮発が促進されるようにしてもよい。

ここで、粘結剤の乾燥砂に対する配合割合は、酢酸繊維
素が乾燥砂に対して１〜３係、溶剤が乾燥砂に対して３
〜２０％になるようにする。

酢酸繊維素の配合割合を大きくすれば鋳型強度は大きく
なる。

このとき、注意を要することは、前述のように酢化度に
より、溶剤の種類が限定され、場合によっては、高濃度
の溶液を得ることができない。

例えば、酢化度５５％の酢酸繊維素に対して最大溶解度
を与える溶剤はアセトンであり、その濃度は２５％であ
る。

また、溶液濃度が高すぎると、溶液粘度が大幅に上昇し
、乾燥砂への添加作業が困難となることがある。

このときには、溶液濃度を下げればよいが、溶液濃度を
下げると、鋳型の溶剤含有量が多くなるため、乾燥時間
が長くなり、鋳型の生産性が悪くなる。

従って、鋳型強度、溶剤溶液の取扱い、造型速度等を十
分に考慮して現場作業に合わせて選定する必要がある。

他の方法は、前記酢酸繊維素を乾燥砂の表面に被覆して
乾燥させた被覆砂に、揮発性溶剤を添加混練して被覆砂
の酢酸繊維素の一部を溶解させ、これを中子取り又は鋳
枠に投入し、前記同様、溶剤を逸散除去することにより
、鋳型を乾燥させて造型する。

ここで被覆砂は、例えば、次のようにして製造する。

すなわち、混練機に乾燥砂を入れ、さらに酢酸繊維素の
溶剤溶液を投入し、最初は密閉状態で混練し、次に、混
線機を大気開放又は混線機内を換気しながら混練して、
溶剤を揮発逸散させて乾燥すればよい。

また、別の方法として、まず、混線機に乾燥砂と酢酸繊
維素の粉末とを投入して混合し、次に、溶剤を添加し、
前記と同様、最初は密閉状態で混練した後、混練機を大
気開放又は換気しながら混練して溶剤を揮発逸散させて
乾燥しても得られる。

この被覆砂を用いて造型する場合には、前述の溶剤溶液
を用いるときと異なり、溶剤の最大溶解濃度とか溶液粘
度を考慮する必要はない。

なぜなら、被覆砂表面の酢酸繊維素のごく表面のみを溶
解させれば、被覆砂相互が接着し、十分強度の高い鋳型
ができるからである。

従って、被覆砂を用いる造型方法は、溶剤添加量を少な
くすることができるので、乾燥時間を短かくすることが
でき、鋳型の生産性が向上する。

ただ、被覆砂に溶剤を添加し、混練する場合、添加した
溶剤のほとんどが酢酸繊維素の溶解に用いられるよう、
混練機は密閉構造とし、溶剤が逸散しないようにするこ
とが望ましい。

以下、実施例及び比較例を挙げ、この発明の効果を確認
する。

なお、耐熱性の試験方法は、高さ１５×幅２５×長さ１
３５の試験片１を作成し、第１図に示すように、所定の
温度に制御された電気炉内にセットされた支持台２，２
上に試験片１を載置し、試験片１の変形時間を試験する
ものである。

荷重を試験片１に加える場合は、図示のように、試験片
１の中央に分銅３を載せて試験する。

また、抗圧力及び充填密度の試験方法は、次の方法で行
なった。

すなわち、抗圧力はＪＡＣＴ試瞼法ＨＭ−１自硬性鋳物
砂の強度試験法に準じて行ない、充填密度は抗圧力試験
片の重量を測定し、その体積で除して求めた。

実施例１粘結剤：酢酸繊維素（酢化度５５係）のアセトン２０係
溶液。

鋳物砂；乾燥砂１００部、上記粘結剤１０部。

乾燥条件；成形後、減圧（３００）ル）で２分間吸引。

上記条件で、自動車部品用軽合金鋳物の中子を造型し、
これを金型にセットした後、７００℃の溶融アルミニウ
ムを注湯し、１０分後に金型から鋳物を取り出し、木ず
ちで数回たたいたのみで、中子砂は全て落下した。

しかも、鋳物には中子のひずみ、洗われなどによる欠陥
は認められず、良好な製品が得られた。

また注湯時には若干の煙が発生したが、臭は紙が焼けた
ような臭で、全く気にならないものであった。

実施例２粘結剤；酢酸繊維組（酢化度５５係）の塩化メチレン：
エタノール（９：１）混合溶剤２０％溶液。

鋳物砂：乾燥砂１００部、上記粘結剤１５部。

乾燥条件；成型後、鋳型内への加熱加圧空気（８０℃、
２Ｆｔｉ／ｃｒｔ？）の３０秒間吹込み。

実施例３被覆砂；乾燥砂１０に７に対し、酢酸繊維素（酢化度６
０．５％）の粉末２００２を加え混合後、塩化メチレン
：エタノール（９：１）混合溶剤２Ｋｇを添加し、密閉
状態で１０分間混練後、混線機内を換気しながら２０分
間混練した被覆砂。

鋳物砂：上記被覆砂１００部、塩化メチレン：エタノー
ル（９：１）混合溶剤３部を密閉混練。

乾燥条件；成型後、減圧（３００）ル）で減圧吸引。

上記条件で自動車部品用軽合金鋳物の中子を造型し、実
施例１と同様の注湯テストをしたところ同様の結果が得
られた。

次に、上記各実施例の耐熱性試験の結果を第１表に示し
、比較のために行なった熱可塑性合成樹脂粘結剤の試験
結果も同時に示す。

なお、第２表に比較例の造型条件を示す。

第１表から、熱可塑性合成樹脂を粘結剤とする比較例（
比較例１〜６）は、水ガラスを添加したもの（比較例７
〜９）を除いて、いずれも、無荷重で４０〜８０秒、５
（Ｈｉ’荷重下で３０〜５０秒ときわめて短時間で変形
するのに対し、実施例はいずれも、５０１荷重下で３分
以上（現場作業での変形許容時間）変形しないことがわ
かる。

また、第３表から、熱可塑性合成樹脂（アクリル樹脂）
粘結剤に水ガラスを添加した比較例７〜９（比較例６は
無添加）は、常温強度（抗圧力）が無添加に比して１／
２以下となり、常温での鋳型の取扱いが困難となり、ま
た充填密度が小さく完全な姿の鋳型ができないおそれが
あるのに対し、実施例は抗圧力が４５〜７５に７／Ｃｎ
；７と、常温での鋳型の取扱が困難でない程度の十分
な強度を有し、また、充填密度も十分高く鋳型不良が発
生するおそれもない。

以上の説明より明らかなように、この発明の鋳型用粘結
剤により、実用に供しうる常温強度及び耐熱性を有し、
かつ、中子落しが容易にできる軽合金鋳物用鋳型を得る
ことができる。

また、この発明により得られる軽合金鋳物用鋳型は、造
型時及び注湯時有毒ガスの発生がほとんどなく、作業環
境を悪化させたり、臭気公害を生じるおそれもなく、ま
た、洗砂による公害のおそれもほとんどない。

さらに、粘結剤の溶剤は速乾性なので鋳型の生産性も良
好である。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの鋳型の耐熱性試１験の方法を示す説明図で
ある。

Claims

【特許請求の範囲】

１酢酸繊維素が速乾性溶剤に溶解されていることを特
徴とする鋳型用粘結剤。