KR101737329B1 - 타이어 주조용 석고계 매몰재 - Google Patents

Abstract

본 발명은 타이어 몰드 주조용 매몰재에 관한 것으로, 알파 석고 20~35중량%, 내열재 65~80중량%, 안료 분산제 0.03~0.1중량%, 팽창 억제제 0.1~0.3중량%, 및 경화제 0.5~1중량%로 이루어진 것을 특징으로 한다. 본 발명의 알파 석고는 진동밀을 사용하여 입자를 더욱 미세화한 것을 사용한다.

Description

타이어 주조용 석고계 매몰재{GYPSUM-BONDED INVESTMENT FOR TIRE MOLD CASTING}

본 발명은 주조금속의 주조용 매몰재에 관한 것으로서, 특히 타이어의 몰드 주조를 위한 석고계 매몰재 (Gypsum-bonded investment)에 관한 것이다.

최근 자동차의 고급화와 고속화로 안전 및 주행성능의 문제가 크게 대두되고 있고 타이어 Tread(정지부분)의 패턴이 더욱 복잡 정교함에 따라 몰드의 금형은 과거 일반 스틸 몰드로부터 알루미늄 몰드로 발전되어 왔으며 이러한 알미늄 주조몰드를 생산하기 위한 코아 조립과정에 사용되는 제품이 석고계 매몰재이다.

현재, 치과용, 귀금속 주조용 매몰재와 일반 매몰재가 있으나 그 성능과 가격차는 엄청난 차이를 보이고 있다. 이러한 제품사이에 치과용, 귀금속 주조용 매몰재 보다는 가격적인 측면에서 저렴하며 일반 매몰재 보다는 성능면에서 뛰어난 알루미늄 몰드 주조용 매물재의 제품 개발이 필요하다.

현재 매몰재에 관한 기술로는 치과용 매몰재에 관한 특허공개 10-2004-0020621호 등이 있으나, 타이어 몰드 주조용의 매몰재에 관련된 특허는 발견되지 않았다.

한국특허공개 특허공개 10-2004-0020621호

소석고는 물과의 혼합에 의해 이수석고로 수화경화하며 경화과정에서 응결팽창을 하게되고 용탕의 주입과정에서 주형에 균열이 발생하기 쉽다. 이러한 현상들을 억제할수 있는 특성을 석고에 부여하는 것이 본 발명의 목적이다.

상기 본 발명의 목적은 알파 석고 20~35중량부, 내열재 65~80중량부, 안료 분산제 0.03~0.1중량부, 팽창 억제제 0.1~0.3중량부, 및 경화제 0.5~1중량부로 이루어진 타이어 몰드 주조용 매몰재에 의해 달성된다.

본 발명에 의해 제조된 매몰재는 붕괴성, 강도 등의 물성이 종래 기술의 매몰재 또는 시판 매몰재에 비해 우수하고 균열억제 성능이 우수하여, 타이어 몰드에 사용하기에 적합하다.

도 1은 종래의 알파 석고 제조공정
도 2는 본 발명의 알파 석고 제조공정
도 3은 알파 석고의 결정 사진으로, 좌측에서부터 각각 조립전 석고의 결정 사진, 일반적인 제조공정에 의해 제조된 알파석고의 결정 사진, 그리고 본 발명의 공정에 의해 제조된 알파석고의 결정 사진이다.
도 4는 내열재 중의 크리스토발라이트, 쿼츠의 혼합비에 따른 팽창 계수를 나타내는 그래프이다.
도 5는 팽창 억제제(백 시멘트)의 첨가량에 따른 팽창율을 나타낸 그래프이다.

이하 본 발명을 상세하게 설명한다.

순수한 소석고는 제조공법에 따라 알파형과 베타형으로 나누어지며 알파형은 제조원가가 조금 비싼 반면 혼수량이 적고 강도가 큰 이점이 있는 반면, 베타형은 알파형에 비하여 강도가 약하지만 가공이 용이하고 제조원가가 싼 이점이 있다.

실시예 1. 알파석고의 제조

주형용으로 요구되는 석고는 강도가 높을수록 유리하므로 알파형을 사용하였다. 알파형 가운데 현재 생산되는 알파는 입자가 매몰재에는 맞지않아 조금 더 균일하고 작은 입자의 알파 석고를 생산하기 위해 진동밀 공정을 추가하였다.

도 1과 도 2에 종래의 알파 석고 제조 공정 및 본 발명의 알파 석고 제조공정을 도시하였다.

도 1에 도시된 바와 같이, 일반적인 알파 석고의 제조공정은 고순도 천연석고를 직경 1cm 내외로 조립하고, 가압한 다음, 소성하고 미분쇄하는 것으로 이루어져 있다.

본 발명에서는 더 균일하고 작은 알파 입자를 생성하기 위해 2차로 진동밀을 이용하여 다시 분쇄하는 공정을 추가하였다. 도 3에는 알파 석고의 결정 사진을 게시하였는데, 왼쪽 사진부터 차례로 조립전 석고의 결정 사진, 일반적인 제조공정에 의해 제조된 알파석고의 결정 사진, 그리고 마지막이 본 발명의 공정에 의해 제조된 진동밀 알파석고의 결정 사진이 게시되어 있다.

도 1의 일반적인 제조공정에 의해 제조된 알파 석고와 도 2의 본 발명의 제조공정에 의해 제조된 알파 석고의 인장강도 및 압축강도를 하기 표 1에 게시하였다.

		인장강도	압축강도	325mesh통과율 (입도)
종래 알파 석고	NO1	24.0	177.5	90%
	NO2	24.3	155.6	87%
	NO3	24.1	155.3	91%
	NO4	24.5	148.2	90%
	NO5	25.0	165.4	90%
본 발명의 알파석고	NO1	28.2	275.3	98%
	NO2	28.5	281.4	97%
	NO3	29.0	285.5	98%
	NO4	28.7	276.4	99%
	NO5	30.0	280.4	98%

본 발명의 공정에 의해 제조된 진동밀 알파석고의 압축강도는 일반 알파석고에 비하여 습압축강도, 건압축강도 모두 우수하였으며 석고에 첨가제를 첨가하게 되면 강도가 급격히 감소하므로 강도면에서 진동밀로 처리된 알파 석고를 사용하는것이 유리하다. 주조압에 견디는 강도가 강해지며 주조체의 치수 정밀도가 높고 주조체의 표면이 미려하게 된다. 또한 균일한 기공을 가지게 되어 소성 시 통기성이 좋아져 분산성이 좋아지는 것을 알 수 있었다.

본 발명에 의해 제조된 알파석고를 내열재와 혼합하면서 영향을 시험한 결과 크리스토발라이트, 쿼츠 두가지 내열재 첨가량이 증가할수록 작업시간, 경화시간, 발열반응이 종료되는 최종 경화시간이 단축되었으나 강도가 떨어지고 결합력이 떨어지는 단점을 보였다.

실시예 2. 알파석고와 내열재 및 기타 첨가제의 배합

1) 강도에 대한 영향

실험의 조건은 경화촉진제를 사용하지 않고 실시예 1의 진동밀 공정을 거친 석고와 내열재를 일정비율에 따라 단순 혼합하고 이 혼합물 100중량부에 안료 분산제 0.03~0.1중량부, 백시멘트 0.1~0.3중량부, 및 경화제 0.5~1중량부를 혼합하여 그 영향을 시험한 결과 크리스토발라이트, 쿼츠 두가지 내열재 첨가량이 증가할수록 작업시간, 경화시간, 발열반응이 종료되는 최종 경화시간이 단축되었으나 강도가 떨어지고 결합력이 떨어지는 단점을 보였다. 배합비에 따른 강도 측정 결과를 하기 표 1에 게시하였다. 시판되는 노리다께의 매몰재를 비교예로 하여 강도를 비교하였다.

2) 균열 억제 효과

본 발명의 진동밀 공정을 거친 알파석고와 내화제를 혼합하여 주형을 만들고 650℃에서 소성한 후 균열발생 여부를 조사하였다.

내화물 첨가량에 따라 혼합하여 건조된 50x50mm의 시편을 각각 600,800,1000℃로 유지된 전기로 내에 집어넣고 10분간 유지하여 균열 발생여부를 육안으로 검사한 결과 내화물 함량이 80%를 초과한 경우 균열이 발생하였다. 내화물 함량이 증가할수록 균열 억제효과는 감소하였다.

3) 붕괴성 및 기타 물성 시험

붕괴성 및 기타 물성 시험 결과를 하기 표 2에 게시하였다. 비교예의 물성과 비교하였다.

경화시간	내열성 (℃)	표면도 (㎛)	붕괴성 (%)	흐름성	강도	팽창	알파 석고	내열재
(분)				(㎝)	(Mpa)	(%)
12~14	800	20	100	10~12	2.0~3.0	0.25	비교예
14	800	32	100	5	3	0.1	20	80
13	800	24	100	8	4.5	0.1	30	70
12	800	19	100	9	4.8	0.13	40	60
13	800	17	90	11	5.1	0.15	50	50
13	800	15	85	13	5.4	0.16	60	40
13	800	11	80	15	5.9	0.18	70	30
12	800	10	80	16	6	0.21	80	20

매몰재 분말에 물을 부었을 때 두제품 모두 물이 잘 스며들어갔으며 지정의 혼합비에서 혼합 후의 유동성은 비교예의 매몰재보다 유동성이 조금 우수하였다. 두 제품 모두 비슷하게 슬러리의 퍼짐을 나타내었으며 주조 후 주조체와 매몰재의 분리상태를 알아본 결과 대부분의 매몰재가 주조체로부터 분리되었다. 경화시간 측정결과 비교예의 매몰재는 12~14분, 본 발명의 매몰재도 혼합비에 따라 12-14분이 걸렸다.

진동밀의 사용으로 비교예의 매몰재보다 본 발명의 매몰재가 균일성은 5% 가량 더 좋은 것으로 확인되었다. 비교예의 매몰재는 팽창율이 0.25% 내외이나 본 발명의 매몰재는 팽창 억제제로 백시멘트를 첨가하여 0.05% 내외의 팽창율을 유지하였다.

팽창 억제제의 첨가량에 따른 팽창율을 도 5의 그래프에 나타내었다. 재료 혼합시에 혼합하는 것보다 소성시에 혼합하는 것이 더욱 팽창 억제 효과를 나타내었다.

알파석고와 내열재 혼합물 중 알파석고의 비율이 35% 이상이 되면 내열성, 붕괴성이 떨어지며 강도는 올라가 매몰재로의 역할이 어려워진다. 내열재는 경화시간, 경화 팽창량, 열간 팽창 수축특성, 압축강도, 폭열시의 균열발생 억제효과 등을 고려하여 80%를 초과하지 않는 범위로 설정하였다.

상기 물성을 종합적으로 고려할 때, 가장 바람직한 것은 알파석고와 내열재 혼합물 중 알파석고가 20~35중량%, 내열재가 65~80중량%의 비율로 혼합되는 것이다.

내열재 중의 크리스토발라이트, 쿼츠의 혼합비에 따른 팽창 계수를 도 4에 도시하였다. 크리스토발라이트와 쿼츠는 중량비로 0~50:100~50의 비율로 혼합되는 것이 바람직하다.

Claims (5)

1. 진동밀로 미분쇄된 알파 석고 20~35중량부, 내열재 65~80중량부, 안료 분산제 0.03~0.1중량부, 백시멘트 0.1~0.3중량부, 및 경화제 0.5~1중량부로 이루어진 타이어 몰드 주조용 매몰재.
   
2. 삭제
3. 제 1항에 있어서,
   상기 내열재는 크리스토발라이트와 쿼츠가 중량비로 0~50:100~50의 비율로 혼합된 것을 특징으로 하는 타이어 몰드 주조용 매몰재.
4. 삭제
5. 제 1항에 있어서,
   팽창 억제제는 소성시에 투입되는 것을 특징으로 하는 타이어 몰드 주조용 매몰재.
   

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