JPS6039450B2 - 鋳型成型用の樹脂被覆砂粒 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は鋳造に使用する鋳型成型用の樹脂被覆砂粒に関
する。

従来より有機粘結剤を使用して鋳型材料から鋳型を作成
する方法には、シェルモールド法をはじめ、コールドボ
ックス法、ホットボックス法、常温硬化性法等があり、
これらの粘鯖剤としては、鋳造に際して耐熱強度が要求
されるため、非常に熱安定性の高いフェノール樹脂、フ
ラン樹脂、尿素樹脂、ウレタン樹脂等の熱硬化性樹脂が
使用されている。

また、鋳造される鋳物は鋳鉄系をはじめ、鏡鋼鋳物、非
鉄金属まで中広く同一の羊占結剤が使用されている。

その結果、低温で鋳造されるアルミ合金のごとく非鉄金
属においては、粘結剤が充分に分解するほどの熱履歴を
受けないために、鋳造後の鋳型の崩壊性が非常に悪く、
その砂落としのために多大のエネルギーと労力が費やさ
れている。

更に鋳鉄系鋳物においても、例えば自動車用鋳物に見ら
れるように低燃費のために鋳物を薄肉化し軽量化したり
、構造的に複雑化する煩向にあって、銭ぐるみになるよ
うな形状ではその鋳物製品中の砂残りを防止するために
、膨大な工数がかけられている。

一方、鋳込み温度の非常に高い銭鋼鋳物では鋳造後の凝
固過程において鋳型の残留強度が高過ぎるために鋳物製
品に亀裂がはいる現象が発生するため有機系鋳型の使用
分野が限定されていた。

上記のごとく従来技術において解決され得なかった基本
的な問題点は、鋳造時に要求される耐熱強度を高くすれ
ばするほど、鋳造後の崩壊性（砂落ち性）を悪くする結
果になる点である。本発明の目的は、従来より使用され
ている鋳造用の有機粘着剤のもつている造型性の優秀さ
と鋳造時に要求される耐熱性をそのまま保持しながら、
鋳造後に於いて非常に残留強度が低下して崩壊性が大中
に改善された鋳型を与える鋳型材料を提供することにあ
る。

上記の目的を達成するために、本出願人は、昭和５６王
２月２３日付で昭和５８主特許糠第２５０３６号をもっ
て特許出願をなした。

該発明の要旨とするところは、原料砂の量を１０の重量
部としたとき、硬化性樹脂０．３〜１の重量部と、加熱
により該硬化性物質の炭化を促進する含ハロゲン有機化
合物０．００１〜１の重量部とからなる組成物を上記原
料砂上に被覆してなる鋳型成型用の樹脂被覆砂粒および
それより成形せられた鋳型であった。

しかしながら、さらなる実験によると、上記の樹脂被覆
砂粒より製作された鋳型を使用して、たとえば鉄のラィ
ナを有するアルミニウムあるいはその合金のシリンダを
鋳造するとか、あるいは中子は上記の樹脂被覆砂粒より
造るが、外型（主型）は金型を使用して、いわゆるダィ
キャストを行なった場合とか、要するに注湯時に鋳物あ
るいは鋳型の少くとも一部に鉄もしくは鉄系金属（以下
、単に「鉄」という）が存在すると、注湯時の熱によっ
て、前記含ハロゲン有機化合物より分裂したハロゲン含
有ガスが鉄に接触して少くともサビ状の腐食を生ずるこ
とがある。

本発明は、この点にかんがみ、前記先願の発明をさらに
改良し、加熱環境においてハロゲンと容易に結合しうる
金属の粉末物の適量をさらに含ませた改良型の組成物を
もつて砂粒を被覆することによって、上記のような不利
点を実質上消除することに成功して、本発明を完成する
に至ったものである。

このような知見にもとづく、本発明の要旨とするところ
は、頭書に記載の特許請求の範囲に掲載したとおりであ
る。

以下、さらに本発明の全体について、詳細な説明をする
。

さて、本発明において使用される、加熱により硬化樹脂
の部分炭化を促進する含ハロゲン有機化合物のかなりの
ものは、いわゆる戦燃剤として分類されるものではある
が、本発明の趣旨はそれのみに限定されるものではない
。

尚、本発明に於いて前記含ハロゲン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、一般
的には鋳造時には実質的に難燃剤としての働きがあるた
め、耐熱強度を維持し、鋳造後に於いては、その分解ガ
ス成分が粘結剤の分解を促進する作用があることが認め
られる。

本発明に於いて、砂とはかならずしも１００％がＳｉ０
２である必要はなく、常識的に鋳造用に耐えられるもの
であって、オリビンサンド、ジルコンサンド、クロマィ
トサンド、アルミナサンド等を含むものでありうる。ま
た硬化性樹脂としては、熱硬化性、通気硬化性、常温硬
化性など、いずれの範囲のものにも適用される。これら
の中にはフェノール樹脂、フラン樹脂、尿素樹脂、フェ
ノールウレタン樹脂、不飽和ポリエステル樹脂、シリコ
ン樹脂、ブタジェン樹脂、アクリル樹脂、アルキッドウ
レタン樹脂等であって、硬化性を示す樹脂であれば特に
限定はない。また、その樹脂添加量は、原料砂１００重
量部に対し、０．３〜１の重量部であり、樹脂添加量が
０．３重量部未満では砂が充分被覆されず機械的強度が
得られず、逆に１の重量部を超えると鋳造時にガスの発
生量が多くなり、鋳造欠陥を再生するのみならずコスト
的に高価になって実用的でない。

好ましい添加量範囲は０．５重量部〜５重量部である。
また、本発明において、加熱により前記硬化性物質の炭
化を促進する含ハロゲン有機化合物としては、塩素化パ
ラフィン類、臭素化パラフィン類、塩素化ポリエチレン
、臭素化ポリエチレン、臭素化ポリフェニル、塩素化ポ
ＩＪフェニル、パークロロベンタシクロデカン（デクロ
ラン）、デクロランプラス、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−クロルプロパン、１・２・３−トリプロモプロ／ぐ
ン、ヘキサブロモシクロドデカン、テトラブ。モベンゼ
ン、塩素化ジフェニル、テトラブロモビスフェノールＡ
、テトラブロモ無水フタル酸、へキサブロモベンゼン、
ヘキサブロモシクロドデカン、ビス（ブロモエチルエー
テル）テトラブロモビスフエノールＡ、ジブロモネオベ
ンチルグリコール、ベンタブロモクロロシクロヘキサン
、デカブロモジフエニルオキサイド、エチル化テトラフ
ロモビスフエノールＡ、ベンタブロモモノクロロシクロ
ヘキサン、ジブロモネオベンチルグリコールポリエステ
ル、ハイドロキシメチル・ウレイドメチルホスフオニウ
ムクロライド、トリスジクロ。プロピルホスフェート、
フロム化ノボラツク等が使用され、多くは側鎖にハロゲ
ン基を有する有機化合物である。本発明において配合さ
れる前記炭化促進性物質の割合は、砂１０の重量部に対
して０．００１〜１の重量部である。

この配管割合が０．００１重量部未満では、樋脂粘給剤
に対しての割合が少な過ぎるため有効なハロゲン基濃度
不足のため充分な部分炭化促進効果が得られない。また
、その割合が１の重量部を超えると、発生ガスが多くな
ること、鋳型性能上造型時の硬化速度が遅くなる等の弊
害が生ずる。好ましい範囲は０．０１〜５重量部である
。本発明に於いて、前記含ハロゲン有機化合物は、あら
かじめ硬化性樹脂の中に内添して添えても、あるいは樹
脂被覆砂粒を製造する際に添加しても、その効果の本質
は変らない。さて、今迄に要約したところは、前記先願
の昭和５６王特許願第２５０３６号明細書にも記述され
ているところであるが、本発明に特有の、水素よりイオ
ン化傾向の強い金属としては、アルカリ士類金属に属す
る金属、なかんずく特に舷、Ｓｒ、Ｃａ、Ｍｇが挙げら
れる。

また、遷移金属とくにＭｎ、Ｚｎ、Ｆｅ、Ｃｄ、Ｃｏ、
Ｎｉなど、そのうちでもとくにＺｎが適当である。なお
、本発明によってハロゲンが添加金属によって捕捉され
る原理は粉末状の添加物として使用される金属をＭで表
わし、ハロゲンをＸとすると、Ｍ＋Ｘ＝Ｍｎ （但し、ｎ＝２または３とする） なる反応が行なわれることによる。

また、使用する樹脂の如何によっては、ＨＸが分離する
こともあるが、この場合には、Ｍ＋ＨＸ→ＭＸ＋日２ なる反応も生起する。

以下に本発明の実施例を示し本発明をさらに詳細に説明
するが、本発明の範囲をこれらの実施例に限定するもの
でないことはいうまでもない。

なお、以下の例において「部」は「重量部」を示す。実
施例 １ 蛙砂（三栄６号）１０ｋｇを１５０ｏＣに加熱し、遠州
鉄工製のスピードミキサーに投入し、次いでノボラック
型フェノール樹脂２５０夕とテトラブロモビスフヱノー
ルＡ５０夕を混合して添加し、ミキサー内で５の砂間混
練した後、ヘキサメチレンテトラミン３７．５夕と水１
５０夕を添加して４の砂、後にステアリン酸カルシウム
５夕と亜鉛粉末３０夕とを加えて樹脂被覆砂粒（以下Ｒ
ＣＳと略記する）を得た。

実施例 ２〜５実施例１の処法に準じて添加配合するテ
トラブロモピスフェノールＡおよび悪鉛粉末の配合量を
変化させて同機にしてＲＣＳを得た。

比較例として実施例１の配合より上記の炭化促進剤およ
び金属粉末を除外したものでＲＣＳを作つた。

上記ＲＣＳ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 ペンド…・・・ＪＡＣＴ−試験法ＳＭ−３融着点……
〃 Ｃ−１ 崩壊性・・・・・・中４比舷、長さ７５肋、厚さ２５肌
である抗張力試験片を作成して崩壊試験用中子とした。

更に１２５肌×８仇蚊×７比帆であり、前記中子試験片
より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７００ｏＣで溶解したア
ルミ合金を鋳込み、冷却後、鋳物の１ケ所に１．４ｋ９
′欲の圧力のェァハンマーで振動を与えて鋳物の蓬ＩＱ
舷の出口より出て釆る砂の重量を時間ごとに測定して崩
壊性の程度を％で表示した。併せて崩壊されて出て来た
砂のかたまり量を１０メッシュのふるいにかけて重量を
測定して崩壊率とした。崩壊率＝三８美学き茎昔主湊墓
Ｘ・〇。

（％）残留強度・・・・・・径が２２．５風で高さ５０
肋のテストピースを作り、そのテストピースを５００℃
の炉の中で所定時間ごとに加熱して、冷却後、抗圧力を
測定して残留抗圧力とした。残留強度（％）＝鱈憲雲霞
劣×，。

。なお、常態抗圧力は５００℃で熱処理しない時の抗圧
力である。

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

表１実施例 ６ 流動塔焼炉による再生砂４００ｋ９と固形レゾール型フ
ェノール樹脂８ｋｇで常法によりドライホット法で樹脂
被覆砂粒を製造する時にジブロモネオベンチルグリコー
ル（ダウケミカル社製ＳＡ−１１３８）を１．６ｋ９添
加配合してＲＣＳを製造した。

該ＲＣＳにて、アルミ合金自動車部品として、インテイ
クマニホールト用中子を製造し、従来使用していたレソ
ール樹脂添加量がけし、砂１００部に対して２部である
ＲＣＳと比較した結果、従釆は鋳造後砂落としのために
４００００で４時間焼鈍していたものが、本実施例では
上記の焼鈍過程を全く省略して、機械的振動のみで１０
０％の砂落ち性を示した。実施例 ７ ノボラック型フェノール樹脂中にあらかじめジフロモェ
タンを９０：１０の割合で混合して変性樹脂を得た。

該樹脂を流動熔焼炉再生砂１００部に対して３部添加し
て常法のドライホット法で混線しＲＣＳを製造した。こ
のＲＣＳは抗折力５５ｋ９′ｃ椎、ベンド０．３肋、融
着点１０５００であり標準的なシェルモールド用ＲＣＳ
と同じ特性を示した。

前記ＲＣＳを利用して自動車用エンジンフロックのジャ
ケット部分の中子を製造し、鋳造した結果ジャケット部
の砂残り量は表２の通りであり従来品よりもはるかに砂
落ち性が良好であり、後工程での作業が大中に軽減され
た。

表２ 但し抜き取りでジャケット内に残っている砂を測定した
ものである。

実施例 ８ 温泉蛙砂１０戊都‘こ対し、フラン樹脂（一般市販品旭
有機材製ＨＰ−４０２１）及び７０％水落性パラトルェ
ンスルホン酸をそれぞれ１．疎部と０．６部を加え常温
目硬化性鋳型用樹脂被覆砂を製造する時に、テトラブロ
モブタンを０．２４部添加して、径５比劫、高さ５０肌
の円柱テストピースを造型した。

比較例として、テトラブロモプタンを添加してない型と
の特性を比較した結果は表３の通りであつた。表 ３ 但し残留抗圧力は１０００００で壕熱した時である。

実施例 ９桂砂（三栄６号）１０碇部‘こ対し、あらか
じめテトラブロモビスフェノールＡを１５％含有するペ
ンジルェーテル型フェノール樹脂１．５部と、ポリィソ
シアネート１．２部を混合して、いわゆるコールドボッ
クス法用の樹脂被覆砂粒を作った。

該被覆砂粒をドグボーン型抗張力測定試験型に吹き込ん
で、トリヱチルアミンガスを通過させて鋳型を成型した
。

比較例として同様にテトラブロモビスフェノールＡを除
外した鋳型を成型して比較した結果は表４の通りであっ
た。

崩壊性については実施例１〜５に準じた。

表４ 上記のいずれの実施例においても、ハロゲン捕捉性の金
属粉末を加えない場合には、洋湯時にハロゲンガスが発
生して、たとえば鉄のシリンダラィナとか、外型がダィ
キャスト用の鉄製のものであるときには、赤サビの発生
を見るが、金属粉末添加の場合には、まったく、それが
認められなかった。

また、Ｚｎの代りに、欧、Ｓｒ、Ｃａ、Ｍｇ、Ｍｎ、Ｆ
ｅ、Ｃｄ、Ｃｏ、Ｎｉなどの等量を使用しても、上記の
ような赤サビの発生を防圧することができた。ただし、
目下の試験では、Ｚｎがコスト的にも、作用的にも、そ
の成果が最高であった。実施例 １０流動焔焼炉による
再生砂２００ｋ９と、ノボラック型フェノール樹脂３．
２ｋ９で常法によりドライホット法でＲＳＣを製造する
に当り、テトラブロモビスフェノール−ＡＯ．８ｋ９、
亜鉛粉末０．４ｋ９を添加配合した。

このＲＣＳを用いて、空冷用アルミ合金製オートバィ用
の単簡シリンダ（ジャケットおよび鉄ラィナ付）鋳造用
の中子（約ｌｋ９）を造型し、外型を金型（鉄製）とす
る金型鋳造法で、溶融アルミニウムを７２０こ○で注湯
した。得られたアルミニウム鋳物は２１＆肋×１３仇奴
×１１物肋のサイズで、重さ３．７ｋ９であった。

シリングのボアは５仇肋、長さはｌｏｗ肋であった。亜
鉛粉末を加えないときでも砂焼きを必要とすることなく
、機械振動だけで１００％の砂落としが達成されたが、
鉄ラィナと金型に赤サビが生じた。しかるに亜鉛粉末を
加えると、Ｂｒがそれと結合して悪臭ガスの発生も、赤
サビの発生もなかった。

なお亜鉛粉末等の如きハロゲン捕捉性の金属の粉末の添
加量は外型を鉄とするし、中子をＲＣＳ製とする小型の
テストピース鋳造用の鋳造臭を造り、アルミ合金を洋三
傷した際に、金型（外型）に赤サビが出るかどうかを視
察することによって決めることが出釆る。

実験によれば、その量は、原料砂１００重量部につき、
０．０００１〜１０．の重量部であった。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 原料砂の量を１００重量部とした時、硬化性樹脂０
   ．３〜１０重量部と、加熱により該硬化性物質の炭化を
   促進する含ハロゲン有機化合物０．００１〜１０重量部
   と、加熱下において発生するハロゲン原子と結合して塩
   をつくる性質を有し、水素よりイオン化傾向の強い金属
   粉末物０．０００１〜１０重量部とからなる組成物を、
   上記原料砂上に被覆してなる鋳型成型用の樹脂被覆砂粒
   。