JPS60145239A - 鋳物砂用粘結剤 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 （発明の関連する技術分野） この発明は鋳型または中子の製造に用いる鋳物砂を固め
るための粘結剤に関するものである。

（従来技術） 従来鋳物用中子または鋳型の製造技術については合金の
種類を問わす粘結剤として、例えば（株）工業調査会発
行の「プラスチック技術全書１５」に記載されて′いる
ようにフェノール樹脂を使用したシェルモールド法が使
われている。特に中子においては生産性、寸法精度等が
優れているため、はとんどシェルモールド法で製造され
ている。

しかしながら、このシェルモールド法においてはアルミ
ニウムのような低融点の軽合金鋳物の鋳型、特に中子に
使用した場合、溶湯熱でフェノール樹脂の一部が熱変化
をおこし、極めて強固な黒鉛構造に変化するために１中
子の残留強度が高く、鋳込み後、鋳物ごと約１１１００
℃のような高温で艮時間（６〜１０時間）の加熱を行な
って、黒鉛構造となっている結合剤の残渣を燃焼せしめ
て排出しており、多大なエネルギーの消費を必要とする
という欠点を有しており、容易に熱分解する高崩壊性の
シェルモールド法用の粘結剤の開発が望まれている。こ
のような観点から多種にわたる高崩壊性の粘結剤の開発
が試みられている。

一方、この黒鉛構造を形成するのは、フェノール樹脂の
ベンゼン環に帰因するという研究結果に基づいて、ベン
ゼン環を含まない熱硬化性樹脂、例えば特開昭５０−１
０４７２１号公報に記載されている飽和ポリエステル等
の探索が行なわれているが、アルミニウム合金の溶湯熱
で簡単に熱分解する樹脂を粘結剤とした場合は、耐熱性
が光分でなく、′温時強度が低くまた樹脂の熱分解性が
良すぎるため、鋳型にガス欠陥ができ易く、鋳型の成形
姿留まりが極めて悪いなどの問題点があった。

（発明の開示） 発明者は上記の点に注目し、鋭意研究を行った結果、鋳
型、特に中子をつくるための粘結剤として水酸化マグネ
シウムを熱硬化性樹脂に添加して成る粘結剤が Ｌ＠型を形成した場合に充分な強度を有−し、乞アルミ
ニウム合金のような比較的低融点の鋳造においても鋳型
の崩壊性が良く、 ＆崩廐後の廃砂に有害な物質を含まず、４鋳込み時また
は鋳込み直後に人体に悪影響を及ぼす気体を多量に出さ
ない等 の条件を満足することを確かめた。

粘結剤としては鋳型の崩壊性のみに注目すれば、水酸化
マグネシウムと同程度の崩巌挙動が得られる化合物を添
加した粘結剤も考えられる。しかしかかる粘結剤は熱硬
化性樹脂の硬化反応の反応速度を抑制し、鋳型の強度が
低下する傾向にあるという欠点を有する。

よってこの発明の鋳物砂用粘結剤は、熱硬化性°樹脂ｔ
ｏｏ庫４１部に対して水酸化マグネシウムを１〜８５重
量部加えてなることを特徴とする。

−この発明で使用される水酸化マグネシウムとは、例え
ば天然でブルース石として産し、マグネシウム塩水溶液
にアルカリを加えると無色コロイド状の沈殿となり、ア
ルカリ溶液中にて加圧下で熱すると三方晶系の結晶とし
て得られるものである。

以下に熱硬化性樹脂に水酸化マグネシウムを添加せしめ
た鋳物砂用粘結剤の作用を説明する。

水酸化マグネシウムＭ、（ＯＨ）、は８５０℃付近で爬
激に熱分解を始め水を発生する。

熱硬化性樹脂に水酸化マグネシウムを添加した鋳型粘結
剤は、鋳型作製時においては、熱硬化性樹脂そのものの
耐熱性により、強度を保持している。またアルミニウム
鋳込み後はアルミニウムの溶湯が冷却しながら、鋳型を
熱していく。このとき一般に鋳型は熱伝導属が低く、鋳
込み中においては、鋳型の湯に触れる部分の極〈稀薄な
層を除き゛、鋳型内部の温度は充分伝わらないため、鋳
型がこわれることもなく、強度も＾く形状を保持するこ
とか可能である。その後溶湯温度の冷却が進行するに従
い、鋳型内部の温度が上昇し、ＢＦＩＯ℃付近に達した
時点で水酸化マグネシウムが分解し、水を発生させ、そ
の発生したガス圧力により粘結剤層に亀裂を生じさせて
強度を低下させる。

それとともに熱硬化性樹脂そのものも一部或いは大部分
が分解してその強度を低下させる。この時点では湯は凝
固しており、それ自体で十分の強度を有しているので鋳
型の強度が低下しても凝固した湯の形状には侮辱影響を
与えないのである。

この発明で用いる熱硬化性樹脂は鋳砂に付着させる方法
上５０℃〜１８０℃の範囲の軟化点を有するのが好まし
い。軟化点が１８０　”Ｃを越すと樹脂被覆砂（コーテ
ツドサンド）作製時に樹脂が充分溶解せずに樹脂のみの
固まりができてしまい、一方５０℃未満では樹脂被覆砂
にべたつきが生じ、樹脂自体に充分な強度が出ても鋳型
作成時に―砂の型への詰りか悪下し、結果的に充分な強
度が出ない。これらの条件にあう熱硬化性樹脂としては
、フェノール樹脂、メラミン樹脂、エポキシ樹脂、不飽
和ポリエステル樹脂等があり、中でも生産性、寸法精度
が優れているという点で、フェノール樹脂が重用される
。

以上より熱硬化性樹脂に水酸化マグネシウムを添加した
鋳物砂用粘結剤は温時強度、崩壊性ともに極めて良好で
ある。

水酸化マグネシウムの添加量に関しては、多量な程崩壊
性を向上させることができるが、あまり多いと分解ガス
が多量に発生し、中子折れの原因になる。また鋳型作製
時に熱硬化性樹脂の硬化反応の反応速度の抑制の原因に
もなるので、添加量としては前記の如く、熱硬化性樹脂
１００重量部に対して水酸化マグネシウムを１〜８５本
量部の範囲とする。水酸化マグネシウムが１重量部未満
では崩壊性の向上が認められず、８５鷹量部より多くな
ると、樹脂の硬化が阻害される。特に温時強度と崩壊性
のバランスから考えると１０〜２０重量部が好ましい。

この発明の鋳物砂粘結剤を使用して樹脂被覆砂を製造す
るに当っては、通常充分に予熱された硅砂にこの発明の
粘結剤を添加混合して砂表面に粘結剤を融着させる方法
が取られるが、粘結剤を有機溶剤や水等に溶解または分
散して珪砂と混合乾燥させる方法もある。これら２つの
方法によって得られた被覆砂を用いて鋳型を作成するに
は、鋳型の寸法形状および粘結剤の主剤である熱硬化性
樹脂の種類により、あらかじめ１５０℃〜８００℃に予
熱した金型に鋳物砂を入れ、１０〜１８０秒保持焼成す
る。

（発明の実施例） この発明を仄の実施例、比較例および試験例により説明
する。

実施例　ｌ 市販のノボラック型フェノール樹脂Ｃ群栄化学Ｃ株）製
、商品名５Ｐ−１６４０）を粉砕し、粉末状にし、次い
で回転中のミキサに２００℃に予熱した珪砂（藺品名日
光珪砂６号）４に＋７を入れ１．直ちに前記粉末状のノ
ボラック型フェノール樹脂８０ｇを投入し、攪拌した。

珪砂を投入して１分後に水酸化マグネシウム０．８　、
！ｉｔ　（フェノール樹脂１００重量部に対して１重量
部に相当）を加えた。更に珪砂を投入してから１分８０
秒後、ｌ’２．９のへキサメチレンテトラミンを２０％
の一水溶液で加え、珪砂を投入して２分後にステアリン
酸カルシウム４．０ｇ投入し、外観上乾燥状態になるま
で攪拌して樹脂被覆砂ｌを作成した。この場合攪拌終了
時点では砂の温度は６樹脂の軟化点以下に下がった。

以下同様にして水酸化マグネシウムを、２．４ｇ（８重
量部）、４．ＯＥ　（，５重量部）、８．ＯＪ？（１０
重量部）、１２．０　＃　（１６重量部）、１６．０ｇ
（２０重量部）、２４．０．９　（８０重量部）、２８
ｇ（８５重量部）加えて７種類の樹脂被覆砂２〜８を作
成した。

比較例　ｌ 実施例１において水酸化マグネシウムの添加量を無添加
、８２Ｎ（４０重量部）とした以外は同様にして２種類
の樹脂被覆砂ＡおよびＢを作成した。

実施例　２ 市販のレゾール型フェノール樹脂Ｃ群栄化学（株）製、
商品名ＰＳ−２１７ｆｌを粉砕し、粉末状にし、次いで
回転中のミキサに２００　’Ｃに予熱した珪砂（商品名
日光珪砂６号）４−を入れ、直ちに前記粉末状のレゾー
ル型フェノール樹脂１００ｇを投入し攪拌した。珪砂を
入れて１分後に水酸化マグネシウム１．０．９　（樹脂
１００重量部に対して１重量部）を加えた。更に珪砂を
投入してから２分後にステアリン酸カルシウムを５．０
９投入し、外観上乾燥状態になるまで攪拌して樹脂被覆
砂９を作成した。この場合攪拌終了時点では砂の温度は
樹脂の軟化点以下に下がった。

以下同様にして水酸化マグネシウムを８．０　（８重量
部）、６．ＯＲ（５重量部）、１０．０１９　（１０重
量部）、１５．０１１　（１５重量部）、２０．０．１
７（２０埴蓋部）、８０．０　ｇ（８０重量部）、８５
ｇ（８５重量部）加えて７種類の樹肥被覆砂１０〜１６
を作成した。

比較例　２ 実施例２において、水酸化マグネシウムの添加量を無添
加、−４０ｇ（４０重量部）とした以外は同様にして２
種類の樹脂被覆砂ＣおよびＤを得た。

実施例　８ 市販のクレゾール・ノボラック型エポキシ樹脂（日本化
薬Ｃ株）製、商品名ＫＯＯＮ１０８）を粉砕し、粉末状
にした。次いで回転中のミキサに２００℃に予熱した珪
砂（商品名、日光珪砂６号）を４に＋７入れ、直ちに前
記粉末状のクレゾール・ノボラック型エポキシ樹脂を５
４．１７投入し、攪拌した。珪砂を入れて８０秒後にジ
シアンジアミド６ｇを投入し、珪砂を投入してから１分
後に水酸化マグネシウムをｏ、ｅ　ｙ　（樹脂１００重
量部に対して１重量部）を加えた。また更に珪砂を投入
してから１分８０秒後に硬化促進剤であるイミダゾール
（四国ファインケミカル製、商品名キュアゾール２ｐ４
Ｍ）Ｉｚ　）を８ｇ加え、更に珪砂を投入してから２分
後にステアリン酸カルシウムを８＆投入し、外観上乾燥
状態になるまで攪拌して樹脂被覆砂１７を作成した。こ
の場合攪拌終了時点では砂の温度は樹脂の軟化点以下に
下がった。

以下同様に水酸化マグネシウムを１．８　、！ｉｌ　（
８重置部）　、　８．０９　（５重量部）、６．０．９
　（１０重量部）、９．０．１ｉ＋　（１５重量部）、
１２．０．９　（２０重量部）、１８．０　Ｅｌ　（８
０重量部）、２１．９（８５重量部）加えて７種類の樹
脂被覆砂１８〜２４を作成した。

比較例　８ 実施例８において、水酸化マグネシウムの添加量を、無
添加、２４．０９　（４０重量部）とした以外は同様に
して２種類の樹脂被覆砂ＥおよびＦを得た。

実施例　４ 市販の不飽和ポリエステル樹脂（三井東圧化学（株）製
、商品名　Ｎ−８０００）を粉砕し、粉末状にした。次
いで１８０°Ｃに予熱した珪砂（日光珪砂５号）を回転
中のミキサに入れ、直ちに前記粉末状の不飽和ポリエス
テル樹脂を９２ｇ投入し攪拌した。次いで珪砂を入れて
から１分後に添加剤のジクミルパーオキサイドと、シラ
ンカップ１ノング剤（日本ユニカー製、部品名　１−１
ｑ４）とをそれぞれ２．７６　ｇ加えたエタノール溶液
８（１１／を投入した。次いで珪砂を入れてから１分８
０秒後に水酸化マグネシウムを０．９２＃　（樹脂１０
０重量部に対して１重量部）、さらに珪砂を投入してか
ら２分後にステアリン酸カルシウムヲ４．６１　投入し
、外観上乾燥状態になるまで攪拌して樹脂被覆砂２５を
作成した。

以下同様にして水酸化マグネシウムを２．７６．９（８
重量部）、４．６　Ｅ　（５重量部）、９．２ｇ（１０
藏量部）、１８．８９　（ｔ　５重量部）、１８．４ｇ
（２０重量部）、２７．６．９　（８０重量部）、１３
２．２７ｉｌ　（８５重量部）加えて７種類の樹脂被株
砂２６〜Ｂ２を作成した。

比較例　４ 実施例４において水酸化マグネシウムの添加量を無添加
、８６．８　ｔｉ　（４０重量部）とした以外は同様に
して２種類の樹脂被覆砂ＧおよびＨを作成した。

実施例　５ ２００℃に予熱した珪砂（日光珪砂６号）を回転中のミ
キサに入れ、１６０℃になった時点でメラミン樹脂（日
本カーバイド（株）！ＩＩＩ！！、商品名　ニカレ久ン
）を８０．９投入し、樹脂投入から８０秒後に、硬化促
進剤であるイミダゾール（四国ファインケミカル１株）
製、商品名キュアゾール２ＰＨ２’）を４ｇ投入し、樹
脂投入から１分後に、水酸化マグネシウム０．８．９　
（樹脂１００重量部に対して１重量部）を加え、樹脂投
入後、１分８０秒後にステアリン酸カルシウム４ｇを加
えて外観上乾燥状態になるまで攪拌して樹脂被覆砂８Ｂ
を作成した。

以下同様にして水酸化マグネシウムを２．４７ｉｌ（８
重量部、’）’、４ｇ（５重量部）、８．Ｉｉ＋（１０
重量部＞　１．’、、ｌ　２　ｐ　（１５重量部）、１
６．９（２ｏ重量部）ノ２４．９（８０重量部）、２８
ｇ（８５重量部）加えて７種類の樹脂被覆砂８４〜４０
を作成した。

比較例　５ 実施例５において水酸化マグネシウムの添加量を無添加
、８２＃（４０重甘せ）とした以外は同様にして２種類
の樹脂被橿砂工およびＪを作成した。

試験例　１ 実施例１〜５、比較例１〜ＦＤで作成した樹脂被覆砂１
〜４０、Ａ−Ｊを作成後、直ちに２８０°Ｃで７０秒焼
成し、試験片を作成し、その焼成温Ｉｆにおいてシェル
砂高温抗張力試験機を用いて強度試験を行なった。高温
引張強度測定結果を、実施例１、比較例１Ｋついては第
１図の曲線１に、実施例２、比較例２については第２図
の曲線８に、実施例８、比較例８については第８図の曲
線５に、実施例４、比較例４については第４図の曲線？
に、実施例５、比較例５については第５図の曲線９にそ
れぞれ示す。

試験例　２ 実施例１〜５、比較例１〜５で作成した樹脂被覆砂１〜
４０、Ａ−Ｊをそれぞれ加熱した金型に流し込み２８０
℃で５分間保持し６０　Ｘ　６０　Ｘ　２０（ｍ＊）の
試験片を作成した。これらの試験片をそれぞれ１？０Ｘ
１２５＃ｍの寸法のアルミニウム箔に包み、５００℃の
炉に入れ、２１．５分後に炉から取出し冷却した。

この加熱処理は樹脂被覆砂から実際に鋳型を作成した場
合に通常では一番崩壊性の悪い状態に相当する加熱条件
である。このような加熱処理をした試験片をロータツブ
形ふるい分は機械を用いてロータツブ試験と砂落ち量の
関係を測定した。ここで砂落ち着はメツシュの金網を通
過した砂のみを対象とした。

ここでいうロータツブ形ふるい分は機械はＪ工ＳＺ　２
６０２の粒度試験方法に用いる機械で≠４メツシュのふ
るいに前記試験片を入れて、下に受皿を配し、１分間ふ
るい分けを行なった。この結果、試験片の重量に対する
受皿に落ちた砂の重量パーセントをもって崩壊性とした
。

この測定結果を実施例１、比較例１については第１図の
曲線２に、実施例２、比較例２については第２図の曲線
４に、実施例８、比較例８については第８図の曲ａ６に
、実施側番、比較例４については第４図の曲線８に、実
施例５、比較例すについては第５図の曲線１０にそれぞ
れ示す。

（発明の効果） 以上説明してきたように、この発明の鋳物砂用粘結剤は
熱波化性樹脂に特定量の水酸化マグネシウムを添加した
構成としたことにより温時強度と同時に崩壊性に優れた
樹脂被覆砂が得られ、その効果は第１〜５図から明らか
なように水酸化マグネシウムの無添加の場合は勿論のこ
と規定量を越えて添加した場合に比し著しく向上してい
ることが明らかであり、従来必要とされていた鋳造後の
加熱処理が省略でき、かつまた公害の発生の恐れもない
ので鋳物砂用粘結剤として極めて有用なものである。

【図面の簡単な説明】

第１図は実施例１と比較例１で作成した樹脂被轡砂の水
酸化マグネシウムの添加量（熱硬化性樹脂１００厘量部
に対する値）と温時強度並びに崩巌率の関係を示す線図
、 第２　、８．、４および５図は、実施例２と比較例２、
実施例８と比較例８、実施例４と比較例４、実施例５と
比較例５で夫々作成した樹脂被槍砂の第１図と同様の線
図である。 特許出願人　日産自動車株式会社 第１図 Ａ（酸イヒマゲ椰、：／ｒ７Ａ〃ト刀ｆｌｆ　（ｆｆ４
＃）第２図 、＜１１１４ヒマブギ碧Ａノ黛ガ０（１（璽１１合μン
第３図 Ａ（白υヒマグネシウＡ（重量杏Ｐ） 第４図 ７に西財ヒマグネシウム（ｔｔ畜Ｐ）

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. Ｌ　熱硬化性樹脂１００重噺部に対して水酸化マグネシ
   ウムを１〜Ｂ５重量部加えてなることを特徴とする鋳物
   砂用粘結剤。