KR20090082106A - 주조용 유성 이형제, 도포 방법 및 정전 도포 장치 - Google Patents

Abstract

증류수, 이온 교환수, 수돗물, 또는 그들 물에 전해질을 용해한 물의 군으로부터 선택되는 1종 또는 2종 이상으로 이루어지는 물을 0 내지 7.5 질량%와, 가용화제를 0.3 내지 30 질량% 함유하는 것을 특징으로 하는 주조용 유성 이형제, 이 이형제의 도포 방법 및 정전 도포 장치이다.

유성 이형제, 정전 도포 장치, 가용화제, 라이덴프로스트

Description

주조용 유성 이형제, 도포 방법 및 정전 도포 장치{OIL-BASED MOLD RELEASE AGENT FOR CASTING, COATING METHOD AND ELECTROSTATIC COATING APPARATUS}

본 발명은 알루미늄, 마그네슘, 아연 등의 비철금속의 주조에 사용되는 주조용 유성 이형제, 그 이형제를 사용한 도포 방법 및 정전 도포 장치에 관한 것이다.

주지와 같이, 과거 40년간, 알루미늄, 마그네슘, 아연 등의 비철금속의 주조시에 사용되고 있는 이형제의 99 % 이상이 수용성 형 이형제였다. 3년전부터 수용성의 사용량에 비해 1/500 내지 1/1000과 미량의 도포로 주조를 가능하게 하는 유성 형 이형제가 사용되기 시작했다. 그러나, 유성 이형제는 미량 도포를 위해, 복잡한 구조의 금형이나, 대형의 금형에서의 오일막의 형성이 불충분한 경우가 가끔 있었다. 복잡한 구조의 금형의 경우, 특히 도포면으로부터 가려진 금형 부위에서의 오일막 형성이 불충분하다. 게다가, 금형에는 요철이 있기 때문에 오목부에는 두껍게 이형막이 형성된다.

한편, 볼록부에는 얇은 이형막이 형성되는 경향이 있다. 그로 인해, 오목부에서는 과잉으로 이형제가 쌓여 주소(鑄巢) 증가의 요인이 되고, 볼록부에서는 이형성의 부족에 의한 용착의 원인이 되기 쉽다. 대응으로서, 약간의 주소 증가를 희생으로 하면서, 가려진 부위나 볼록부로도 분사된 비말 입자가 많이 이르도록 이 형제의 도포량을 늘려 주조하고 있는 것이 현실이다. 또한, 대형의 금형의 경우, 비철금속의 용탕이 갖는 열에너지가 크다. 따라서, 금형 전체, 특히 얇은 부위의 온도가 용탕의 온도에 근접하여 350 ℃ 이상의 고온이 되는 경우도 있다.

그 결과, 유성 이형제가 라이덴프로스트 현상을 일으켜 이형제의 액적이 비등한다. 또한, 비등에 의해 금형면에서 바닥으로 비산하는 액적도 증가한다. 그로 인해, 형성되는 오일막이 얇아져 이형성이 떨어지는 경우도 있다. 대응으로서, 2종류의 방법이 취해지고 있다. 하나는, 오일막을 두껍게 하기 위해 많이 도포하는 것이다. 다른 하나는, 얇은 고온 부위에 소량의 물을 도포하여, 냉각 후, 유성 이형제를 도포하는 것이다. 많이 이형제를 도포하면, 충분한 오일막이 형성되어 있는 부위에서의 오일막 두께도 증가한다. 그 결과, 주조품 중의 주소량이 증가하는 경향이 된다. 또한, 주조 제품의 강도가 약간 저하되는 경우도 있다. 게다가, 소량의 물이라도 도포하기 위한 배관이 필요해진다.

상술한 바와 같이 종래 기술에 따르면, 이하와 같은 문제가 있었다. 즉, 금형의 가려진 부위에 이형제가 충분히 공급되지 않아, 그 부위에서 이형에 적정한 오일막을 형성할 수 없는 것이다. 또한, 금형의 요철 부위에서 균일한 오일막을 형성할 수 없어, 이형제를 과잉으로 도포해야만 한다. 또한, 금형의 얇은 부위에서 충분한 오일막을 형성할 수 없다.

이러한 이유로, 종래 다양한 개량 기술이 제안되고 있다.

일본 특허 출원 공개 평6-182519호 공보(특허 문헌 1)는, 도포 장치에서 이형제 오일 방울을 마이너스로 전하하여 플러스 전하의 금형으로 분무하고, 그 결과 분무된 이형제 오일 방울이 금형의 가려진 부위까지 도달하도록 한 기술에 관한 것이다. 그러나, 이 기술에서는 수용성 이형제의 전도성이 너무 좋아, 약간 물을 줄여도 전도성은 저하되지 않는다. 그로 인해, 수용성 이형제에는 정전 도포를 적용할 수 없다. 또한, 유성 이형제는 절연성이 너무 좋아, 정전 도포에는 부적합하다.

일본 특허 출원 공개 제2001-259787호 공보는, 특허 문헌 1과 같고, 실리콘을 다량으로 포함한 수유화형의 기술에 관한 것이다. 그러나, 이 기술은 유성 이형제에는 적용하기 어렵다.

일본 특허 출원 공개 평9-235496호 공보는, 도료에 전도성을 부여하는 수단으로서, 정전 조제로서의 알코올이나 암모늄염을 첨가하여 전기 저항값을 낮추는 기술에 관한 것이다. 일본 특허 출원 공개 제2000-153217호 공보는, 도료에 정전 조제를 첨가하는 것이 시사된 기술에 관한 것이다. 그러나,「극성이 낮은 유성 이형제」에「극성이 강한 정전 조제」는 0.3 중량% 정도만 녹으며, 침강, 분리를 일으킨다. 본 출원인이 검토해 본 결과, 이 레벨에서는 정전 조제의 부착량 증가 효과가 보이지 않았다. 극성 용제를 추가하면 정전 조제의 용해는 증가하지만, 극성 용제를 위해 주조 작업자의 건강을 손상시키는 경향이 있다. 그로 인해, 유성 이형제의 조성에는 건강에 대한 배려에서 극성이 있는 용제를 사용하지 않고 있다.

또한, 종래, 고온형 이형제와 저온형 이형제를 각각 정전 도포하는 기술이 개시된 일본 특허 출원 공개 소61-42462호 공보나, 초음파에 관한 기술이 개시된 일본 특허 출원 공개 소61-182519호 공보가 알려져 있다.

본 발명은 오목 부위에 유성 이형제를 과잉으로 도포하는 일 없이, 또한 금형의 가려진 부위나 볼록 부위 혹은 얇은 부위에도 충분한 오일막을 형성할 수 있는 주조용 유성 이형제, 도포 방법 및 정전 도포 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.

1) 상기 목적을 달성하기 위해, 본 발명(제1 발명)의 주조용 유성 이형제는 다음의 (a), (b)를 함유하는 것을 특징으로 한다.

(a) 증류수, 이온 교환수, 수돗물, 또는 그들 물에 전해질을 용해한 물의 군으로부터 선택되는 1종 또는 2종 이상으로 이루어지는 물을 0 내지 7.5 질량%

(b) 가용화제를 0.3 내지 30 질량%

2) 본 발명(제2 발명)의 도포 방법은 상기 1)에 기재하는 유성 이형제를 사용하여 정전 도포하는 것을 특징으로 한다.

3) 본 발명(제3 발명)은 상기 2)에 기재하는 정전 도포를 위해, 정전 부여 장치와 다축 로봇 상에 정전 도장 건(gun)을 설치하는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따르면, 금형의 가려진 부위나 요철 부위 혹은 얇은 부위에도 유성 이형제를 과잉으로 도포하지 않고 충분한 오일막을 형성할 수 있다. 사실,「물을 녹인 가용화제를 유성 이형제에 혼합한 조성물」을 본 발명의 정전 도포 장치로 도포하면, 금형에의 이형제 성분의 부착이 대폭으로 증가한다. 특히, 전기적으로 움직임을 제어 가능한 다축 로봇 상에 정전 도장 건을 설치하면, 정전 부여의 효과가 증폭된다.

도1은 본 발명의 제1 실시예에 관한 정전 도포 장치의 개략적인 전체의 설명도이다.

도2는 도1의 정전 도포 장치의 일부를 확대하여 나타내는 설명도이다.

도3은 금형에의 유성 이형제의 부착량을 측정하기 위한 측정 장치이다.

도4A는 마찰 측정용 철판에 도포 노즐에 의해 이형제를 도포하는 상태의 설명도이다.

도4B는 시험기 가대 상에 마찰 측정용 철판을 통해 적재한 링을 일 방향으로 인장하면서, 링 내의 고화된 알루미늄의 마찰력을 측정하기 위한 설명도이다.

이하, 본 발명에 대해 더욱 상세하게 설명한다.

상술한 종래의 유성 이형제라 함은 물을 함유하지 않고, 또한 극성이 낮은 석유계 포화 탄화수소의 용제나 베이스 오일로부터 성립하는 것이다. 유성 이형제의 첨가제로서는, 실리콘, 식물유 등의 윤활 첨가제나 오일막 유지를 위한 고점도 석유 탄화수소 오일을 함유하는 것이다. 예를 들어, 참조문헌 PCT/JP2005/015737에 서술되어 있는 것이나, 종래부터「입상제」라 불리고 있는 이형제를 들 수 있다.

이와 같은 유성 이형제는 전기 저항값이 무한대로, 정전 도포에는 적합하지 않다고 되어 있다. 도료 업계에서는, 전기 저항값이 5 내지 50 MΩ의 범위가 되면, 정전 도포가 하기 쉽다는 경험값이 있다. 예를 들어, 유성 이형제에 0.8 질 량%의 물을 가용화제의 도움을 얻어 용해하면, 전기 저항값이 약 20 MΩ으로 저하된다. 본 발명에서는, 상술한 바와 같이, (a) 증류수, (b) 이온 교환수, (c) 수돗물, (d) 수돗물에 전해질을 미량 혼합한 물의 군으로부터 선택되는 1종 또는 2종 이상의 물을 0 내지 7.5 질량% 첨가하는 것을 필수 요건으로 한다. 이 이유는 다음과 같다.

즉, 물이 7.5 질량%를 초과하면, 유성 이형제로부터 물의 분리가 일어나, 전기 저항값이 증가하거나, 분리의 정도에 따라서는 무한대가 되는 경우도 있다. 이 이유로, 물이 7.5 질량%를 본 발명의 상한으로 하였다. 한편, 수분량이 0 질량%인 경우, 전기 저항계의 바늘이 거의 반응하지 않아, 저항값은 무한대가 된다.

본 발명자들은, 도장 업계에서의 경험적인 전기 저항의 상한 범위인 50 MΩ을 초과하여 무한대에 가까운 레벨로, 유성 이형제를 정전 도포하였다. 그 결과, 후술하는 바와 같이, 정전 효과에 의한 부착량 증가가 보인다. 이는 다음의 이유에 의한다. 일반적으로, 비커 내에서 전기 저항값이 건전지의 1.5 볼트에서 측정되는 것에 반해, 부착 시험에서의 정전 있을 때의 전압은 60 ㎸와 4만배의 강도로 인가하고 있다. 그로 인해, 비커 내 저항값이 무한대에 가까워도 실기의 정전 도장 건에서 정전 효과가 나타났다고 추정한다. 즉, 도장 업계의 경험적 범위보다 이형제에 필요한 전기 저항값 범위는 상당히 폭이 넓다고 할 수 있다.

본 발명에 있어서, 상술한 (a), (b), (c), (d)의 각 물은, 이 순서로 물의 전기 저항 계측시의 응답성은 빨라진다. 그러나, 정전 도포에 필요한 전기 저항값으로 하기 위한 수분량에는 거의 영향을 주지 않는다. 즉, 전해질을 용해시키면 응답 속도는 빨라지지만, 전기 저항 저감에 필요한 수분량은 거의 변하지 않는다. 게다가, 수산화칼륨과 같은 전해질을 혼합하면, 이형제 자체의 유화를 촉진할 가능성이 있어, 가용화제가 유화제로 둔갑할 가능성이 있다. 응답성과 유화성을 감안하여, 후술하는 실시예에서는 수돗물을 사용하였지만, 수질에 특별히 구애받는 것은 아니다.

본 발명에 있어서, 물을 용해, 또는 가용화하기 위해서는, 알코올, 글리콜, 에스테르, 에테르, 케톤, 유화제류의 용매를 생각할 수 있다. 그러나, 물을 용해한 용매가 또한 석유계 유성 이형제에 용해되지 않으면, 물과 용매의 일부가 분리되어 탁함을 발생시키는 경우가 있다. 그 결과, 전기 저항도 무한대가 된다. 가용화를 위한 용매에 요구되는 성질은 물을 녹이고, 또한 극성이 낮은 석유계 이형제에 녹는 것이다. C1, C2의 저급 알코올이나 글리콜은 물을 잘 녹이지만, 석유계 유성 이형제 중에서 분리를 일으키므로, 가용화제로서는 바람직하지 않다.

또한, 유성 이형제는 도포하면서 사용하므로, 작업자의 건강에의 영향이 적은 독성, 극성이 낮은 용매도 필요한 성질이다. 이 점에서, 기화하기 쉬운 에테르나 케톤도 바람직하지 않다. 무취에 가까운 성질도 중요하고, C3, C4, C5 등의 저급 알코올도 바람직하지 않다. 에스테르는 극성이 낮은 유성 이형제와의 혼합성은 좋지만, 주조 작업자의 건강을 해할 가능성이 있다. 이들 점에 감안하여, 물을 극성이 낮은 유성 이형제로 용해시키기 위해서는, 친수기와 친유기를 함께 갖는 비이온형의 가용화제가 본 발명에는 바람직하다.

그중에서도, 가용화제로서는 HLB(Hydrophile-Lipophile Balance)가 5 내지 10의 범위인 가용화제가 가장 바람직하다. HLB가 5 미만이면 물을 녹이기 어렵지만, 오일에는 녹기 쉽다. 그로 인해, 일정량의 물을 유성 이형제에 용해시키기 위해서는, 다량의 가용화제가 필요해진다. HLB가 10을 초과하면, 물을 녹이기 쉽지만 오일에는 녹기 어렵다.

그래서, 일정량의 물을 유성 이형제에 용해시키려고 하면, 분리를 일으킨다. 적절한 가용화제로서는, 적절한 HLB 범위를 갖는 것이 가장 바람직하다. 유화제의 타입으로서는, 환경 호르몬 문제가 의심되는 경우가 많았던 페놀ㆍ에테르형보다, 문제가 제기되고 있지 않은 또는 문제를 일으키고 있지 않은 소르비탄형이 바람직하다.

가용화제의 혼합에 의해, 유성 이형제의 본래의 이형성을 저해하고, 또한 주소 문제를 증가시킬 우려가 있다. 이들 문제를 최소한으로 억제하기 위해, 가용화제의 배합량을 낮게 억제하는 것이 중요하다. 가용화제의 양은 물 함유량의 9배 이하로 하는 것이 바람직하다.

이하, 본 발명의 실시예를 비교예와 함께 설명한다.

(제1 실시예)

우선, 본 발명의 제1 실시예에 관한 정전 도포 장치에 대해, 도1 및 도2를 참조하여 설명한다. 여기서, 도1은 제1 실시예의 정전 도포 장치의 개략적인 전체의 설명도, 도2는 제1 실시예의 장치의 일부를 확대하여 나타내는 설명도이다.

정전 도포 장치는, 주로 정전 도장 건(1)과, 이 정전 도장 건(1)에 각각 전기적으로 접속하는 정전 컨트롤러(2) 및 변압기(3)를 갖고 있다. 게다가, 정전 도 장 장치는 정전 도장 건(1)에 유성 윤활제를 압송하는 액 압송 장치(4)와, 정전 도장 건(1)에 배관(5)을 통해 공기를 공급하는 압축기(6)와, 정전 컨트롤러(2)를 구동하는 전원(AC 200 V 또는 100 V)(7)을 구비하고 있다. 또한, 상기 정전 컨트롤러(2), 변압기(3) 및 전원(7)에 의해 정전 부여 장치(8)가 구성되어 있다. 변압기(3)로부터의 전기 신호는 정전 도장 건(1)으로 보내진다. 유성 이형제는 액 압송 장치(4)에 의해 정전 도장 건(1)까지 압송되어, 정전 도장 건(1) 내에서 에어와 믹싱되어 안개화된다. 스프레이의 타이밍과 정전을 부여하기 위한 타이밍을 연동시킴으로써, 안개화된 유성 이형제는 전하를 띤 상태에서 금형으로 도포된다.

상기 정전 도장 건(1)으로서는 아사히사낙사제의 EAB90형을 사용하였다. 또한, 정전 부여 장치(8)로서는, 아사히사낙사제의 BPS210형을 사용하였다. 액 압송 장치(4)로서는, 란즈버그제 K펌프(0.5 ㏄)형, 오리엔탈모터제 BHI62ST-18형을 조합하여 사용하였다.

도2 중 다축 로봇(9)은 도시하지 않은 주조기에 설치되어 있다. 상기 정전 도장 건(1)은 이 다축 로봇(9)에 브래킷(10)을 통해 설치된다. 이 정전 도장 건(1)으로부터 안개화된 마이너스로 전하된 오일 방울(11)은, 도2에 도시한 바와 같이 플러스로 전하된 금형(12)으로 분무되어 도포된다. 금형(12)은 접지되어 있다.

상술한 바와 같이, 제1 실시예의 정전 도포 장치는 정전 컨트롤러(2), 변압기(3) 및 전원(7)으로 이루어지는 정전 부여 장치(8)와, 다축 로봇(9)에 설치된 정전 도장 건(1)을 구비한 구성으로 되어 있다. 이러한 구성에서는, 정전계는 금 형(12)으로 돌아 들어가도록 형성되므로, 마이너스로 전하된 오일 방울(11)은 이 정전계를 따라 도포된다. 따라서, 정전 도장 건(1)이 직접 향하고 있지 않은 금형의 부위(예를 들어 금형의 이면측)에도 유성 이형제를 균일하게 도포할 수 있다.

(제2 실시예 내지 제26 실시예, 제1 비교예 내지 제19 비교예)

이하에, 본 발명 및 비교예에 관한 주조용 유성 이형제에 대해 설명한다. 또한, 본 실시예 및 비교예에서는, 발명자 제조의 유성 이형제인 WFR-3R에 물을 가용화시킨 조성을 예로 들어 설명한다.

(A) 제조 방법

우선, 교반기를 덧붙인 가열 가능한 스테인레스제 가마에 가용화제를 소정량 투입하여 40 ℃로 가열한다. 다음에 수돗물을 소정량 투입하여 10분간 교반한다. 그 후, 유성 이형제를 소정량 부가하여 교반하면서 40 ℃까지 가온하고, 계속해서 10분간 교반한다. 마지막으로, 혼합물의 외관이 투명한 것을 확인한다.

(B) 시료의 조성

시료는 다음의 조성으로 이루어진다.

WFR-3R : 본 출원인이 제조하고 있는 유성 이형제

물 : 본 출원인의 수도로부터 얻어진 경도가 약 30의 수돗물

가용화제 : 다음의 2종류[(a) 또는 (b)] 중 어느 한쪽

(a) 단일 조성의 가용화제 : 다께모또 유시 가부시끼가이샤 판매의 소르비탄계 가용화제(상품명 : D-212). 제2 실시예 내지 제15 실시예 및 제1 비교예 내지 제11 비교예에 사용하였다(후술하는 표3, 표6, 표8 참조).

(b) 혼합형 가용화제 : 다께모또 유시 가부시끼가이샤의 알코올계 비이온과 소르비탄모노레이트와 알킬벤젠술폰산 금속염(칼슘염)의 혼합물(상품명 : 뉴칼겐 140). 혼합형 가용화제는 단일 성분형 가용화제에 비해 물의 가용화성 능력이 높다. 후술하는 표4 및 표5의 제16 실시예 내지 제26 실시에 및 제12 비교예 내지 제19 비교예에 사용하였다.

단, 제2 비교예에는 가용화제 대신에 정전 조제(BYK사의 상품명 : ES-80)를 사용하였다.

(C) 전기 저항의 측정법(ASTM D5682 준거)

100 ㏄ 비커에 약 50 ㏄의 이형제 시료를 채취하여, 아사히사낙제의 정전 테스터(형식 EM-III)로 전기 저항을 측정한다. 또한, 측정값이 높은 영역에서는 전기 저항값의 지시계가 불안정하므로, 5회 측정의 평균값을 측정값으로 하였다.

(D) 부착량의 측정 방법

(D-1) 준비

시험편으로서의 철판을 200 ℃ㆍ30분간 오븐에서 가열한다. 그 후, 데시케이터로 하룻밤 방랭한 후, 철판의 질량을 0.1 ㎎ 단위까지 계측한다.

(D-2) 유성 이형제의 도포

도3은 부착량을 측정하기 위한 도포 장치를 도시한다. 도면 중 번호 21은 부착 시험기의 받침대를 나타낸다. 전원ㆍ온도 조절기(22)는 이 받침대(21)의 일부 상에 설치되어 있다. 히터(23)를 내장한 철판 가대(24)는 전원ㆍ온도 조절기(22) 근방의 받침대(21) 상에 설치되어 있다. 철판 지지 금속 부재(25)는 철판 가대(24)의 일단부측에 설치되어 있다. 시험편(철판)(26)은 이 철판 지지 금속 부재(25)의 내측에 배치되어 있다. 열전대(27a, 27b)는 상기 히터(23) 부근에 매립되고, 철판(26)과 열전대(27b)가 접촉하고 있다. 철판(26)에는 도포용 스프레이 노즐(28)로부터 이형제(29)가 스프레이되도록 되어 있다.

도3의 도포 장치의 조작은 다음과 같다.

우선, 도포 장치(가부시끼가이샤 야마구찌 기쥬쯔 겡뀨죠제)의 전원ㆍ온도 조절 장치(22)를 소정 온도로 설정하고, 히터(23)로 철판 지지 금속 부재(25)를 가열한다. 여기서, 열전대(27a)가 설정 온도에 도달하면, 철판 지지 금속 부재(25)에 시험편으로서의 철판(26)을 두고, 열전대(27b)를 철판(26)에 밀착시킨다. 이 후, 철판(26)의 온도가 소정 온도에 도달하였을 때, 스프레이 노즐(28)로부터 소정 양의 이형제(29)를 철판(26)에 도포한다. 그 후, 철판(26)을 취출하여, 공기 중에서 수직으로 일정 시간 세워 방랭하여, 철판(26)으로부터 수직으로 흐르는 유분을 빼 버린다.

(D-3) 부착량의 측정 방법

부착물을 적재한 철판(26)을 소정 온도, 소정 시간 오븐에 둔 후, 취출하여 공랭하고, 데시케이터로 일정 시간 방랭한다. 그 후, 부착물이 부착된 철판(26)의 질량을 0.1 ㎎ 단위까지 계측하여, 공시험과 시험편의 질량 변화로부터 부착물량을 산출한다.

(D-4) 시험 조건

제2 실시예 내지 제15 실시예 및 제1 비교예 내지 제11 비교예용 시험 조건 을 하기 표1에 나타낸다. 또한, 후술하는 표4 및 표5에 나타내는 제16 실시예 내지 제26 실시예 및 제12 비교예 내지 제19 비교예용 시험 조건은 표1의 조건과 기본적으로 동일하지만, 에어압 : 0.05 ㎫, 도포량 0.3 ㏄의 점에서 다르다. 즉, 스프레이건 각도, 도포 시간, 인가 전압, 시험 후의 철판 건조 조건은 하기 표1과 마찬가지이다.

(E) 마찰력의 측정 방법

(E-1) 마찰 시험 방법

도4A, 도4B는 시험편의 마찰력을 계측하기 위한 방법을 공정순으로 나타내는 도면이다. 마찰 시험의 조작 방법은 다음과 같다. 맥 인터내셔널제의 자동 인장 시험기(상품명 : Lub 테스터 U)의 마찰 측정용 철판(SKD-61제, 200 ㎜ × 200 ㎜ × 34 ㎜)(31)은 도4A와 같이 열전대(32)를 내장하고 있다. 시판되고 있는 히터로 철판(31)을 가열한다. 이 열전대(32)의 지시가 소정에 도달한 후, 마찰 측정용 철판(31)을 수직으로 세운다. 상기 부착성 시험에 나타내는 조건에서 도포 노즐(33)로부터 이형제(34)를 도포한다.

즉시, 마찰 측정용 철판(31)을 도4B와 같이 시험기 설치대(35) 상에 수평으로 둔다. 또한, 맥 인터내셔널제 링(S45C제, 내경 75 ㎜, 외경 100 ㎜, 높이 50 ㎜)(36)을 중앙에 적재한다. 계속해서, 그 링(36) 중에 도예용 용해로에 녹아 있는 알루미늄 용탕(ADC-12, 온도 670 ℃)(37)을 90 ㏄ 붓는다. 그 후, 40초간 방랭하여 고화시킨다. 또한, 즉시 고화된 알루미늄(ADC-12) 상에 8.8 ㎏의 철제 누름 부재(용탕과의 합계로 10 ㎏)(38)를 차분하게 적재하고, 링(36)을 화살표 X 방향으로 인장하면서, 고화된 알루미늄의 마찰력을 계측한다.

(E-2) 마찰력 측정 조건

도포 조건은 표1과 동일. 마찰력 측정 조건은 하기 표2와 같음.

(F) 라이덴프로스트 온도의 측정 방법

우선, 전술한 부착 시험에 사용하는 철판을 시판되고 있는 전기 풍로에 두고 가열한다. 다음에, 철판의 표면 온도를 비접촉형 온도계로 측정한다. 계속해서, 표면 온도가 400 ℃에 도달하면, 이형제의 액적을 한 방울(약 0.1 ㏄) 피펫으로부터 떨어뜨린다. 그리고, 떨어뜨린 직후의 액적의 상황을 관찰하여, 다음의 1) 내지 3)의 조작을 행한다.

1) 데굴데굴 액적이 구르거나, 또는 움직이고 있는 경우에는, 상기 표면 온도를 5 ℃ 높여 시험을 다시 한다.

2) 액적이 튀는 경우에는, 온도를 5 ℃ 낮추고 시험을 다시 한다.

3) 상기 1)과 2)의 중간인 비교적 움직임이 적은 상황하에서 비등하는 온도를 찾는다. 이 온도를 라이덴프로스트 온도라 한다.

(G) 점도 측정 방법

점도 측정은 JIS-K-2283에 준거하여 측정하였다.

(H) 성분과 시험 측정 결과

(H-1) 측정 결과-1 : 전기 저항

하기 표3은 단일 가용화제 계열에 관한 제2 실시예 내지 제5 실시예 및 제1 비교예 내지 제2 비교예에 관한 조성과 전기 저항의 측정 결과를 나타낸다. 또한, 하기 표4 및 표5는 혼합계 가용화제에 관한 제16 실시예 내지 제26 실시예 및 제12 비교예 내지 제19 비교예에 관한 조성, 부착성, 외관, 전기 저항, 40 ℃ 점도 및 라이덴프로스트점의 측정 결과를 나타낸다.

상기 표3 중 제1 비교예(물, 0 질량%), 제5 실시예(물, 0.2 질량%), 제4 실시예(물, 0.4 질량%), 제3 실시예(물, 1.0 질량%), 제2 실시예(물, 1.2 질량%)에 나타낸 바와 같이, 유성 이형제 중의 수분을 늘리면, 전지 저항값은 저하되어 간다. 이는 단일 가용화제 D-212에서의 결과로, 확인을 위해 혼합계 가용화제 뉴칼겐 140에서의 평가를 가하였다.

상기 표4 및 표5의 제17 실시예(물 0 질량%)는 무한대의 전기 저항값이다. 이에 대해, 제18 실시예(물 0.4 질량%), 제19 실시예(물 1 질량%), 제20 실시예(물 1.2 질량%), 제22 실시예(물 2 질량%), 제23 실시예(물 3 질량%), 제24 실시예(물 4.3 질량%), 제26 실시예(물 7.5 질량%)의 전기 저항값은 각각 380, 180, 115, 72, 47, 58, 13(MΩ)이다. 이와 같이, 물 혼합량이 많아지면 전기 저항값은 저하되는 경향이 있다. 즉, 단일 및 혼합계 가용화제와 함께, 물을 늘리면 전기 저항값을 저하시키는 경향을 나타낸다.

그러나, 제14 비교예(물 0.1 질량%, 가용화제 0.23 질량%)에서 약간 탁함이 발생하고 있다. 물 1부에 대해, 2.3부의 가용화제가 필요한 것을 나타내고 있다. 그보다도 많은 물을 혼합하기 위해서는, 제2 실시예, 제20 실시예, 제26 실시예와 같이 많은 가용화제를 혼합할 필요가 있다.

한편, 표3의 제2 비교예에 나타낸 바와 같이, 정전 조제 0.3 질량% 이상은 유성 이형제에 용해되지 않으므로, 0.3 질량%로 전기 저항값을 측정하였다. 그러나, 측정값은 무한대이다. 정전 조제는 유성 이형제 중에서 그다지 녹지 않아, 정전 효과를 그만큼 기대할 수 없는 것으로 추정된다.

또한, 상기 표4는 제16 실시예 내지 제26 실시예 및 제12 비교예 내지 제19 비교예에 관한 주조용 유성 이형제의 조성인 물, 가용화제의 배합 비율뿐만 아니라, 정전의 유무에 의한 부착량, 정전에 의한 부착 증가량(윤활제 성분, 즉 유성 이형제 중의 고점도 베이스 오일 성분과 3종류의 윤활제 성분과 가용화제)도 나타내고 있다. 게다가, 상기 표5는 표4의 제16 실시예 내지 제26 실시예 및 제12 비교예 내지 제19 비교예에 관한 주조용 유성 이형제의 외관ㆍ상황, 40 ℃ 점도, 라이덴프로스트 온도(LF점)를 나타내고 있다.

(H-2) 측정 결과-2 : 수분량의 효과

상기 (H-1)항에서 서술한 바와 같이, 수분을 증가하면, 전기 저항이 저하되어, 정전 효과를 기대할 수 있다. 그러나, 가용화제의 도움을 받아 물을 유성 이형제에 끌어들일 필요가 있다. 단, 물이나 가용화제에 의한 이형성에의 부작용의 가능성을 저감시키기 위해 수분량 및 가용화제량을 최적화하는 것이 필요하다.

우선, 수분량의 하한값에 대해 설명한다.

단일 성분의 가용화제 D-212를 사용한 경우, 하기 표6에 나타낸 바와 같이, 제4 실시예의 0.4 질량%의 물 및 제5 실시예의 0.2 질량%의 물을 사용하여 정전 도포하면, 부착량이 약 2 ㎎ 증가하였다. 한편, 물을 포함하지 않는 제2 비교예의 정전 조제 0.3 질량%의 경우에는 약간 부착량이 저하되어, 정전 효과가 확인되지 않았다. 통상, 0.5 내지 1.0 질량% 정도의 정전 조제를 혼합하는 것을 정전 조제 메이커로부터 추천되고 있다. 그러나, 정전 조제를 그만큼 유성 이형제로 녹일 수 없었던 것이 정전 효과가 나타나지 않은 이유라 생각한다.

혼합물계 가용화제 뉴칼겐 140을 사용한 경우, 표4 및 표5로부터, 정전 없음의 제12 비교예(물 = 0, 가용화제 = 0)와 정전 있음의 제13 비교예를 대비하면, 물 제로에서도 제13 비교예의 부착 증가량이 많았다. 즉, 정전 있음으로 하면 부착량이 증가하는 것을 확인할 수 있었다. 그러나, 정전 있음의 제13 비교예(물 = 0, 가용화제 = 0)와 물 제로의 제17 실시예를 대비하면, 물 제로에서도 가용화제를 포함하는 제17 실시예의 정전에 의한 부착 증가량은 제13 비교예와 대략 같은 정도이다. 또한, 제13 비교예와 물 제로에서도 가용화제를 포함하는 제21 실시예, 제25 실시예를 대비한 경우, 제21 실시예, 제25 실시예가 제13 비교예에 비해 정전에 의한 부착 증가량이 많았다. 극성을 갖는 가용화제가 부착 증가에 공헌하고 있는 것도 판명되었다.

즉, 단일 성분계의 가용화제 D-212를 사용한 경우에는, 물의 하한은 0.2 질량%이다. 한편, 부착되기 쉬운 가용화 능력이 높은 혼합형 가용화제 뉴칼겐 140을 사용한 경우에는, 물의 하한이 0 질량%이다. 따라서, 물의 하한은 0 질량%라 할 수 있다.

다음에, 수분량의 상한값에 대해 설명한다.

단일 성분계의 가용화제 D-212를 사용한 경우, 표3에 나타낸 바와 같이, 제3 실시예(물 1.0 질량%)의 외관은 투명하지만, 제2 실시예(물 1.2 질량%)에서는 약간의 탁함이 있고, 수분의 상한은 1.2 질량%였다.

한편, 혼합형 가용화제 뉴칼겐 140을 사용한 경우, 표4 중 제20 실시예(물 1.2 질량%), 제24 실시예(물 4.3 질량%), 제26 실시예(물 7.5 질량%)에 볼 수 있는 바와 같이 정전에 의한 부착 증가를 볼 수 있었다. 또한, 수분이 많은 제16 비교예(물 12.9 질량%), 제18 비교예(물 21.5 질량%)의 경우도, 정전에 의한 부착 증가는 보였지만, 유화를 일으키고 있었다. 그러나, 제24 실시예(물 4.3 질량%), 제26 실시예(물 7.5 질량%)에서는 유화의 문제가 없고, 전기 저항값은 정전 도포에 적절한 범위의 각각 58 및 13 MΩ이다. 또한, 제24 실시예, 제26 실시예의 경우, 40 ℃에 있어서의 점도도 각각 5.9 및 13.3 ㎟/s로 술술 도포하기 쉬운 성상(性狀)인 것을 확인할 수 있었다. 즉, 수분의 상한은 7.5 질량%로 보인다.

또한, 주조에서의 실용면에서 물의 상한값에 대해 설명한다.

수분을 지나치게 증가시키면, 실용상 성능이 악화되는 경우가 있다. 즉, 고온의 금형에 이형제가 도포되었을 때, 수분이 갑자기 비등을 일으키고, 금형 표면이 수증기막으로 덮인다. 그 결과, 도포된 이형제 미스트가 금형 표면에 도달하기 어려워진다. 그로 인해, 이형제의 부착 효율이 급격하게 저하된다. 이를 라이덴프로스트 현상이라 부른다. 상기 표4 및 표5의 제18 실시예, 제19 실시예, 제22 실시예, 제23 실시예, 제24 실시예, 제26 실시예에 나타낸 바와 같이, 수질량%가 증가하면, 라이덴프로스트점(LF점)은 각각 440, 430, 400, 385, 375, 365 ℃로 명백하게 저하하고 있다. 이들 모든 예가, 수용성 이형제의 약 250 ℃의 LF점보다는 매우 높은 350 ℃ 이상으로 우수하다. 그러나, 때로 400 ℃를 초과하는 금형에서는 용착의 문제를 일으키는 경우도 있다. 바람직한 범위는, LF점이 400 ℃에 상당하는 물 2 질량% 이하이다. 즉, 실용상, 수분 2 질량% 이하가 바람직한 범위라 할 수 있다.

(H-3) 측정 결과-3 : 정전 효과

(H-2)항에서 설명한 바와 같이, 물을 많이 가하는 것은 가능하지만, 가용화제의 도움이 필요하다. 사실, 표4 중 제26 실시예와 같이, 가용화제를 30 질량% 혼합하는 것은 가능하다. 그러나, 가용화제가 많으면, 제품 중의 주소 증가라는 부작용의 가능성이 있다. 그래서, 가용화제가 비교적 적은 제4 실시예(가용화제 1.6 질량%, 수분 0.4 질량%, 전기 저항값이 200 MΩ)를 사용하여, 도포 조건을 행한 경우의 정전 효과를 조사하였다. 하기 표7에 시험 조건을 나타낸다.

그 결과를 하기 표8에 나타낸다. 또한, 표8에는 시험 조건(도포 에어압, 도포 거리, 철판 온도, 정전의 유무)을 바꾸었을 때의「정전의 유무 효과」를 조사하기 위한 부착량과 마찰력의 측정 결과를 나타낸다. 또한, 표8 중의 제6 실시예 내지 제14 실시예 및 제3 비교예 내지 제11 실시예의 배합은, 제4 실시예의 배합(즉, WFR-3R : 98.0 질량%, 수돗물 : 0.4 질량%, 가용화제 D-212 : 1.6 질량%)이다.

조건에 의해 부착 증가량은 다르지만, 산술평균에서 보면 약 60 %나 부착량이 증가하였다. 명백하게, 정전 도포의 효과가 확인되었다. 마찰 시험에서는, 10 ㎏f를 초과하면 서서히 용착이 증가하고, 그 이하의 값에서는, 이형성은 충분히 있다고 판단되고 있다. 그와 같은 마찰 시험기에서의 정전의 효과는, 표8에서 볼 수 있는 바와 같이「차이가 없는」것이었다. 즉, 부착은 증가하였지만, 이미 충분한 마찰 레벨에 있으므로 그 이상의 이형성의 개선은 볼 수 없었다고 할 수 있다.

또한, 전기 저항값이 200 MΩ으로 높은 레벨의 제4 실시예의 이형제 배합의 경우에서도 정전 효과가 나타났다. 이것으로부터, 이형제에는 도료와 다른「정전 도포를 위한 최적의 전기 저항값」이 존재하는 것으로 추정한다. 상기 표4에서 볼 수 있는 바와 같이, 혼합계 가용화제 뉴칼겐 140의 경우에서도 제16 실시예, 제17 실시예, 제18 실시예, 제20 실시예, 제21 실시예, 제24 실시예, 제25 실시예, 제26 실시예에서,「정전 있음」의 쪽이「정전 없음」의 쪽보다 부착량은 많았다.

(H-4) 측정 결과-4 : 가용화제의 효과

전술한 바와 같이, 가용화제가 지나치게 많아도 주조 중의 이형성의 악영향이 있다고 추정된다. 지나치게 적어도 유성 이형제 중에 물을 끌어들일 수 없다. 역시 가용화제량의 최적화가 필요하다.

우선, 가용화제의 하한값에 대해 설명한다.

단일 성분의 가용화제 D-212의 경우, 표3의 제5 실시예(가용화제, 0.8 질량%)에 나타내는 바와 같이 물 0.2 질량% 혼합하면, 투명하지만 전기 저항이 높아 불안정하였다. 따라서, 이 정도가 단일 성분형 가용화제의 하한값이라 추측할 수 있다.

그러나, 혼합형 가용화제 뉴칼겐 140의 경우는 더욱 낮은 하한값이다. 상기 표4 및 표5 중 제16 실시예(가용화제 0.4 질량%, 물 0.1 질량%)는 투명하다. 한편, 제14 비교예(가용화제 0.23 질량%, 물 0.1 질량%)의 외관은 탁해져 있고, 물을 끌어들이는 능력이 부족하였다. 따라서, 가용화제의 하한값은 0.3 질량% 부근에 있다고 추측할 수 있다. 게다가, 제16 실시예의 전기 저항값은 무한대이다. 그래서, 정전 효과를 확인하기 위해 부착 시험을 실시하였다. 결과는, 부착량 증가는4.1 ㎎ 보다 많은 가용화제를 포함하는 제17 실시예(가용화제 1 질량%) 및 제18 실시예(가용화제 1.6 질량%)의 부착량 증가 효과인 3.7 ㎎과 4.5 ㎎과 같은 레벨이었다. 가용화제 레벨이 낮은 제16 실시예에서도 정전 효과는 확인되었다고 할 수있다. 제17 실시예, 제18 실시예의 양 가용화제 레벨을 검토한 결과, 가용화제의 하한값을 0.3 질량%로 설정하였다.

다음에, 가용화제의 상한값에 대해 설명한다.

단일 성분의 가용화제 D-212의 경우, 상기 표3 중의 제3 실시예(가용화제 4.0 질량%)에서는 외관이 투명하였지만, 제2 실시예(가용화제 4.8 질량%)에서는 약간 탁함을 나타냈다. 이 부근이 단일 성분 가용화제의 상한 농도라 추측할 수 있다.

혼합형 가용화제 뉴칼겐 140의 경우, 표4 및 표5에서 볼 수 있는 바와 같이, 제21 실시예(가용화제 5 질량%), 제24 실시예(가용화제 10 질량%), 제26 실시예(가용화제 30 질량%, 물 7.5 질량%)에서도 외관은 투명하였다. 그러나, 제16 비교예(가용화제 30 질량%, 물 12.9 질량%)에서는 유화를 일으키고 있었다. 표4, 표5에 나타낸 바와 같이, 가용화제가 증가하면, 수분 증가와 함께 전기 저항은 내려가고, 부착량도 높아졌다. 이와 같은 이유로, 가용화제의 상한을 30 %로 설정하였다.

(H-5) 측정 결과-5 : 정리

제21 실시예와 같이 유성 이형제에 가용화제만을 5 % 혼합함으로써, 정전 효과가 나타난다. 반드시 물을 배합할 필요는 없다. 그러나, 물을 혼합하면, 전기 저항은 대폭으로 내려가, 정전 도포를 하기 쉬워진다. 단, 많은 물을 혼합하기 위해서는 가용화제를 증량할 필요가 있다. 상기에서 설명한 바와 같이, 물은 0 내지 7.5 질량%의 범위로 배합하고, 가용화제는 0.3 내지 30 질량%의 범위에서 배합해야 한다. 그 결과, 정전 효과가 나타나고, 부착량이 증가한다.

또한, 그 이외의 농도 범위에서는 유성 이형제의 품질상의 문제가 발생한다. 예를 들어, 물이 지나치게 많으면, 이형제가 유화를 일으켜 물 분리의 가능성이 있다. 작업 중에 오일 누출을 일으킨 경우, 배수구(排水溝)에 유화된 이형제가 흐르면 유화 문제가 된다. 또한, 유화하면 점도가 지나치게 높아져, 균일한 스프레이가 곤란해진다. 또한, 라이덴프로스트 온도의 저하가 일어나, 물의 돌비에 의해 급격한 부착량의 저하에 의한 이형성의 문제가 될 가능성이 높다.

가용화제를 지나치게 많게 해도 주조의 이형성에 문제를 일으킬 가능성이 있다. 가용화제의 농도가 높아지면, 정전에 의한 부착량은 증가한다(제20 실시예, 제21 실시예, 제24 실시예, 제25 실시예, 제26 실시예 및 제16 비교예 참조). 즉, 에스테르, 에테르기 등의 화학 결합을 갖는 가용화제가 그 극성에 의해 철에 많이 흡착하였으므로 부착량이 증가하였다고 할 수 있다. 가용화제는 부착 효율을 높이는 우수한 성분이기는 하지만, 분해 개시 온도가 250 ℃ 부근이며, 주조 제품의 주소 문제를 일으키기 쉽게 한다. 따라서, 다른 윤활유 성분에 의한 부착 효율을 감안하면서, 가용화제 배합을 최적화하는 것이 중요하다.

또한, 실제 장치에서의 문제는, 장치 사이즈, 조업 조건 등에 의해 바뀌지만, 문제를 최소한으로 억제하기 위해 바람직한 범위로서는, 물이 0.2 내지 1.2 질량%, 가용화제가 0.8 내지 4.8 질량%라 할 수 있다.

수치화할 수 있을 만큼의 실기 평가는 아니지만, 본 발명의 정전 부여가 가능한 유성 이형제 조성과 다축 로봇 상에 설치된 정전 도장 건에 의한 정전 도포의 효과를 조사하였다. 정전 도포 없음의 조건에서, 적색으로 착색한 제4 실시예의 이형제를 도포하였다. 그 결과, 금형 안쪽 부위에는 약한 적색만 보여, 부착이 적은 부위가 있는 것을 판명하였다. 한편, 정전 도포 있음의 조건에서 도포한 결과, 변색은 커, 이형제 성분이 다량으로 부착되어 있는 것을 판명하였다.

정전 도포 있음의 조건 쪽이 금형 안쪽이나 얇은 부위에서의 부착이 많아, 주조시의 응착을 줄이는 효과를 기대할 수 있다. 즉, 정전 도포의 특징인 끌어들임 효과를 기대할 수 있다. 이것이 또한 도포량의 저감으로 이어지는 것도 기대한다.

정전 도포 없음의 경우, 오일 방울이 이르기 어려운 부위에서도 적절한 오일막을 확보하기 위해, 도포량을 증가시키고 있다. 게다가, 표면측에 나와 있는 금형 부위에는 과잉의 도포로 되어 있다. 정전 도포 있음의 경우, 이 과잉분의 도포량을 저감시킬 수 있다. 즉, 정전 도포는 주조 메이커의 경제성에 공헌할 뿐만 아니라, 작업 환경의 개선에도 공헌할 수 있는 것이다.

본 발명의 유성 윤활 이형제는 비철 금속을 주조할 때의 정전 도포에 적합하고, 금형 표면의 윤활에도 적합하다. 또한, 본 발명은 상기 실시 형태 그대로 한정되는 것은 아니며, 실시 단계에서는 그 요지를 일탈하지 않는 범위에서 구성 요 소를 변형하여 구체화할 수 있다. 또한, 상기 실시 형태에 개시되어 있는 복수의 구성 요소의 적절한 조합에 의해 다양한 발명을 형성할 수 있다. 예를 들어, 실시 형태에 나타내어지는 전체 구성 요소로부터 몇 가지의 구성 요소를 삭제해도 좋다. 또는, 다른 실시 형태에 걸친 구성 요소를 적절하게 조합해도 좋다.

Claims (5)

1. 증류수, 이온 교환수, 수돗물 또는 그들 물에 전해질을 용해한 물의 군으로부터 선택되는 1종 또는 2종 이상으로 이루어지는 물을 0 내지 7.5 질량%와, 가용화제를 0.3 내지 30 질량% 함유하는 것을 특징으로 하는 주조용 유성 이형제.
2. 제1항에 있어서, 상기 물을 0.2 내지 1.2 질량%와, 상기 가용화제를 0.8 내지 4.8 질량% 함유하는 것을 특징으로 하는 주조용 유성 이형제.
3. 제1항에 기재한 유성 이형제를 사용하여 정전 도포하는 것을 특징으로 하는 도포 방법.
4. 제2항에 기재한 유성 이형제를 사용하여 정전 도포하는 것을 특징으로 하는 도포 방법.
5. 제3항 또는 제4항에 기재된 정전 도포를 위해 정전 부여 장치와 다축 로봇 상에 설치된 정전 도장 건을 구비하는 것을 특징으로 하는 정전 도포 장치.

Images