TW202222946A - 鑄物製造用結構體 - Google Patents

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Abstract

本發明之鑄物製造用結構體含有至少一部分為有機纖維之有機成分。該結構體於氮氣氛圍下以1000℃加熱30分鐘後之質量減少率為1質量%以上且未達20質量%。鑄物製造用結構體包含無機粒子。鑄物製造用結構體包含第1無機粒子及第2無機粒子作為無機粒子，該第1無機粒子具有特定形狀及物性中之至少一者，該第2無機粒子具有與第1無機粒子不同之特定形狀及物性中之至少一者。除此之外或取而代之的是，鑄物製造用結構體之依據JIS K7017測定之最大彎曲應力為9 MPa以上且最大彎曲應力時之彎曲應變為0.6%以上。

Description

鑄物製造用結構體
本發明係關於一種鑄物製造用結構體。
用於鑄造鑄物之鑄模典型的是使用木模、金屬模或砂模，關於該等鑄模，理想的是，提高成形性或形狀保持性、輕量化及降低廢棄處理成本等。本申請人提出了一種鑄物製造用結構體，其含有無機纖維、層狀黏土礦物及除該層狀黏土礦物以外之無機粒子，並且有機成分之含量為特定量以下(專利文獻1)。 先前技術文獻 專利文獻
專利文獻1：US 2020346279 A1
本發明係關於一種鑄物製造用結構體。 於一實施方式中，上述結構體含有有機成分。 於一實施方式中，上述結構體中上述有機成分之至少一部分為有機纖維。 於一實施方式中，上述結構體於氮氣氛圍下以1000℃加熱30分鐘後之質量減少率為1質量%以上且未達20質量%。 於一實施方式中，含有無機粒子。 於一實施方式中，無機粒子包含非層狀粒子之第1無機粒子、及作為層狀粒子之第2無機粒子。 於一實施方式中，無機粒子包含熔點為1200℃以上之第1無機粒子、及熔點未達1200℃之第2無機粒子。 於一實施方式中，依據JIS K7017測定之最大彎曲應力為9 MPa以上。 於一實施方式中，依據JIS K7017測定之最大彎曲應力時之彎曲應變為0.6%以上。
雖然專利文獻1中記載之結構體之成形性或形狀保持性較高，但關於兼顧提高鑄模製造時結構體之加工、組裝等操作性，減少於澆鑄時因源自結構體所包含之有機材料之燃燒氣體而導致之鑄物之氣體缺陷，及減少於鑄物表面產生之金屬滲透，仍有改善之餘地。
因此，本發明係關於一種兼顧了提高操作性、減少氣體缺陷、及減少於鑄物表面產生之金屬滲透之鑄物製造用結構體。
以下，基於其較佳之實施方式對本發明進行說明。 本發明之鑄物製造用結構體(以下，亦簡稱為「結構體」)適合用作用於鑄造之分割式模具或鑄模。 本說明書中，根據上下文，「鑄物製造用結構體」或「結構體」係指構成鑄模之一構件之構件、例如分割式模具、及鑄模本身。 關於本說明書中之「質量%」，只要無特別說明，則表示相對於鑄物製造用結構體之整體質量之質量比率。
以下說明中，為了便於說明，對未實施後述之塗佈等之鑄模之構成構件本身即鑄物製造用結構體進行說明。再者，於該結構體具有複數個構成構件、或由複數個層結構所形成之情形時，以下說明適用於任意構成構件或層結構。
結構體較佳為包含有機纖維作為有機成分。有機纖維係包含有機成分之纖維狀物。由於有機纖維與後述之無機纖維相比更柔軟，故藉由該纖維彼此之相互纏繞、或與結構體中可含有之其他材料之結合，具有提高結構體之韌性之功能。 有機纖維較佳為至少分散存在於結構體之表面，更佳為分散存在於結構體之表面及內部。 藉由有機纖維分散存在於結構體之表面，於結構體表面形成纖維之網狀結構，與先前技術之結構體相比，可飛躍性地提高結構體之強度及韌性，防止由衝擊、彎曲、龜裂產生所導致之結構體之意外破裂或破壞。藉此，當將結構體切割加工為所需之長度時，可抑制龜裂產生或龜裂進展等結構體之破壞，即便於加工、組裝結構體時，亦可提高操作性，如不易產生破裂等。
本說明書中之所謂「有機成分」，係指於其分子結構中具有烴原子團之天然物或化合物。因此，僅由碳纖維等碳元素構成或包含碳元素及氮元素之材料不構成本發明中之有機成分及包含有機成分之材料。碳纖維被分類為後述之無機成分。
結構體中是否包含有機成分可基於藉由固體NMR所得之對應於C=C鍵、C-H鍵、C=O鍵、O-H鍵之波峰之有無進行判定。該等鍵中，若至少存在C-H鍵或C=O鍵，則判定測定對象之材料包含有機成分。 又，結構體中是否包含有機纖維，可藉由上述固體NMR進行判定，並且可使用顯微FT-IR及顯微鏡(基恩士股份有限公司製造，型號：VHX-500，本說明書之顯微鏡全部為此種)觀察結構體之表面及內部而進行判定。詳細而言，於顯微FT-IR下確認源自有機物之官能基映射之位置，若利用顯微鏡於該位置觀察到有機纖維，則判定包含有機纖維。
就更容易地形成有機纖維之網狀結構之觀點而言，結構體中之包含有機纖維之有機成分之含量以其總量計，較佳為大於5質量%，更佳為5.5質量%以上，進而較佳為6質量%以上。 就與上述相同之觀點而言，結構體中之有機纖維之含量較佳為0.3質量%以上，更佳為0.5質量%以上，進而較佳為1質量%以上。
又，就減少澆鑄時之氣體產生量之觀點而言，包含有機纖維之有機成分之含量以其總量計，較佳為未達20質量%，更佳為未達15質量%，進而較佳為未達13質量%。若為該等範圍，則可減少流入目標鑄物製品中之氣體，提高鑄物之品質。又，可抑制熔融金屬固著於源自結構體之有機成分熱分解後之部分等金屬滲透之不良情況。進而，可抑制於澆鑄過程中流入熔液時產生之氣體逆流而造成來自流入口端面之熔融金屬逆吹之情況，可提高澆鑄作業之安全性。 就與上述相同之觀點而言，結構體中之有機纖維之含量較佳為10質量%以下，更佳為5質量%以下，進而較佳為2.5質量%以下。
關於鑄物製造用結構體之有機成分之含量，當對鑄物製造用結構體進行分析時，可依照以下順序進行測定。 作為預處理，對將成為測定對象之鑄物製造用結構體粉碎並均勻混合而成之樣品進行FT-IR分析。並且，藉由比較源自C=C鍵之波峰之檢測強度，定量結構體中所包含之碳纖維等僅由碳構成無機成分之含量進行。其後，將上述樣品於氮氣氛圍下，以1300℃以上之溫度加熱，使有機成分碳化，並且測定質量減少量。繼而，對碳化後之樣品進行FT-IR分析，定量殘存之碳成分之含量。最後，算出從碳化前樣品之碳成分之含量中減去碳化後樣品之碳成分之含量所得之值與質量減少量之合計值，將該合計值作為本發明中之有機成分之含量。
有機纖維包括天然纖維、合成纖維、再生纖維、半合成纖維及回收纖維等。該等可單獨使用一種，或組合兩種以上使用。 天然纖維包括紙漿纖維、動物纖維等。 紙漿纖維包括木材紙漿、非木材紙漿等。 木材紙漿包括以針葉樹或闊葉樹為原料之機械紙漿、及以針葉樹或闊葉樹為原料之天然纖維素纖維等。 非木材紙漿包括棉紙漿、絨紙漿、麻、棉、竹、草、及以該等為原料之天然纖維素纖維等。 動物纖維包括羊毛、山羊毛、羊絨及羽毛等以蛋白質為主體之纖維。
合成纖維例如可例舉包含聚烯烴樹脂、聚酯樹脂、聚醯胺樹脂、聚(甲基)丙烯酸樹脂、聚乙烯系樹脂、聚醯亞胺樹脂、芳香族聚醯胺樹脂等合成樹脂之纖維。該等樹脂可單獨使用，亦可組合複數種構成一根纖維。 作為聚烯烴樹脂，例如可例舉聚乙烯或聚丙烯等。 作為聚酯樹脂，例如可例舉聚對苯二甲酸乙二酯或聚對苯二甲酸丁二酯、聚萘二甲酸丁二酯、聚羥基丁酸酯、聚羥基烷酸酯、聚己內酯、聚丁二酸丁二酯、聚乳酸系樹脂等。 作為聚乳酸系樹脂，例如可例舉聚乳酸、乳酸-羥基羧酸共聚物等。 作為聚(甲基)丙烯酸樹脂，例如可例舉聚丙烯酸、聚甲基丙烯酸甲酯、聚丙烯酸酯、聚甲基丙烯酸、聚甲基丙烯酸酯等。 作為聚乙烯系樹脂，例如可例舉聚氯乙烯、聚偏二氯乙烯、乙酸乙烯酯樹脂、偏二氯乙烯樹脂、聚乙烯醇、聚乙烯醇縮乙醛、聚乙烯醇縮丁醛、聚苯乙烯等。
作為再生纖維，例如可例舉銅氨纖維、嫘縈等。 作為半合成纖維，例如可例舉乙酸纖維等。 作為回收纖維，可例舉將廢紙、衣服等纖維類裁剪並開纖而得之紙漿纖維等。 該等之中，就提高結構體之韌性，提高操作性，於結構體製造時及鑄造時容易減少結構體表面之缺陷之觀點而言，較佳為使用紙漿纖維、包含聚酯樹脂之纖維及包含芳香族聚醯胺樹脂之纖維中之至少一種作為有機纖維。
就提高結構體之成形性並且提高操作性之觀點而言，較佳為結構體進而包含有機纖維以外之其他有機成分。 作為包含此種其他有機成分之材料，可例舉澱粉、熱硬化性樹脂、著色劑、熱膨脹性粒子等。該等可單獨使用一種，或組合兩種以上使用。 就抑制鑄造時結構體之燃燒，並且提高結構體之形狀保持性之觀點而言，較佳為使用熱硬化性樹脂。
熱硬化性樹脂包括酚樹脂、改性酚樹脂、環氧樹脂、三聚氰胺樹脂、呋喃樹脂等。 酚樹脂包括酚醛型、可溶酚醛型等。 改性酚樹脂包括除酚以外還用脲、三聚氰胺及環氧樹脂等改性者。 該等可單獨使用一種，或組合兩種以上使用。 該等之中，就減少鑄造時之氣體產生，容易獲得尺寸穩定性或表面平滑性較高之鑄物之觀點而言，較佳為使用酚樹脂作為其他有機成分。
結構體較佳為進而包含無機成分，更佳為進而包含無機粒子作為無機成分。藉由於結構體中含有無機成分，可提高結構體之耐熱性，提高澆鑄時之結構體之強度、尺寸穩定性及形狀維持性。 當結構體中包含無機粒子時，無機粒子較佳為至少存在於結構體之表面，更佳為同時存在於結構體之表面及內部。 當包含無機粒子時，無機粒子包括其熔點較佳為1200℃以上，進而較佳為1500℃以上者。藉由使用具有此種熔點之無機粒子，即便於澆鑄時之高溫條件下，結構體之形狀維持性亦優異。 無機粒子之熔點包括實際上為2500℃以下者。 若無機粒子之熔點處於上述範圍內，則於澆鑄時鑄物製造用結構體不會明顯熔解，可抑制鑄物之氣體缺陷或金屬滲透之產生。
藉由以下方法測定無機粒子之熔點。使用NIPPON STEEL TECHNOLOGY股份有限公司製造之示差熱天平-質量分析裝置(TG-DTA/MS)，將鑄物製造用結構體於氮氣氛圍下從30℃以20℃/分鐘升溫至1500℃，經過30分鐘後，以20℃/分鐘冷卻至30℃，藉此進行測定。根據測定結果，判別鑄物製造用結構體中所含之無機成分之熔點。
又，結構體較佳為包含選自如下化合物中之一種或兩種以上：選自鋁、鋯、矽及鐵元素中之元素之氧化物、碳化物及氮化物。即，結構體較佳為包含選自氧化鋁、二氧化矽、氧化鐵(II)、氧化鐵(III)、氮化鋁、氧化鋯、氮化矽、及碳化矽中之化合物之一種或兩種以上。 藉由於結構體中包含該等化合物，即便於澆鑄時之高溫條件下，亦會提高結構體之耐熱性，結構體之形狀維持性亦優異。 又，結構體中包含該等化合物，實質上意味著結構體中包含無機粒子。 結構體中包含上述化合物可藉由X射線繞射測定進行判定。作為具體之順序，藉由於管電壓30 KV、管電流15 mL、測角器掃描角度5～70°、測角器掃描速度10°/分鐘之條件下對測定對象之結構體進行測定，可判定上述化合物之有無及種類。
除可具有上述熔點之無機粒子以外，還可包含黏土礦物。黏土礦物典型的是熔點未達1200℃者。 藉由進而使用具有此種熔點之無機粒子，於流入熔融金屬時黏土礦物熔融，可填充上述無機粒子間，防止無機粒子彼此之分離。其結果，可維持結構體之強度、形狀。
無機粒子之形狀彼此獨立，可為球狀、多面體狀、鱗狀、層狀、紡錘狀、纖維狀、不定形、或該等之組合。 無機粒子可單獨使用一種，亦可組合兩種以上使用。
以下說明中，作為結構體中可包含之無機粒子，舉例說明使用第1無機粒子、第2無機粒子這兩種之情形。所謂第1無機粒子及第2無機粒子，特定之形狀及物性中之至少一個彼此不同。
一實施方式中之第1無機粒子較佳為非層狀粒子之粒子(即具有層狀以外之形狀之粒子)。又，一實施方式中之第2無機粒子較佳為層狀粒子。 另一實施方式中之第1無機粒子之熔點較佳為1200℃以上。又，另一實施方式中之第2無機粒子之熔點較佳為未達1200℃。 又一實施方式中之第1無機粒子之熔點較佳為1200℃以上且更佳為非層狀粒子之粒子。又，又一實施方式中之第2無機粒子之熔點較佳為未達1200℃且更佳為層狀粒子。如此，藉由使用複數種每個粒子具備複數個物性且各物性分別不同之無機粒子，可提高結構體之強度及操作性。 只要無特別說明，以下說明適當地適用於上述各實施方式中之說明。
關於第1無機粒子，就進而提高結構體之耐熱性之觀點而言，較佳為使用石墨、莫來石、黑曜石、鋯、氧化矽、飛灰及氧化鋁中之一種或兩種以上作為第1無機粒子，更佳為至少使用石墨及莫來石。莫來石中含有氧化鋁、二氧化矽及氧化鐵。 通常，石墨被分類為如鱗狀石墨或土狀石墨等天然生產之石墨，及以石油焦、碳黑或瀝青等為原料人工製造之人造石墨。該等石墨中，就提高結構體之成形性之觀點而言，較佳為使用鱗狀石墨。
關於第1無機粒子之平均粒徑，就提高結構體之透氣性，抑制鑄物之氣體缺陷之觀點而言，較佳為1 μm以上，更佳為10 μm以上。 又，關於第1無機粒子之平均粒徑，就即便於澆鑄時結構體亦維持充分之熱強度之觀點而言，較佳為1000 μm以下，更佳為500 μm以下。 為了使無機粒子之平均粒徑處於上述範圍內，例如可篩分用作原料之無機粒子，或者可使用乾式粉碎或濕式粉碎等公知之粉碎裝置實施進一步粉碎處理。
第1無機粒子之平均粒徑可藉由例如使用雷射繞射/散射式粒徑分佈測定裝置(LA-950V2，堀場製作所股份有限公司製造)測定粒徑分佈而得到。粒徑分佈之測定係使用乾式單元作為附件，測定無機粒子因壓縮空氣而分散之粉末狀態之粒徑。測定條件為將壓縮空氣之壓力設為0.20 MPa，流量設為320 L/分鐘，可調整投入量，使雷射之吸光度為95%～99%，而對試樣進行測定。由所得之體積基準之粒徑分佈算出粒徑之中值，將其定義為平均粒徑。
於包含第2無機粒子作為無機粒子之情形時，第2無機粒子較佳為層狀黏土礦物。即，較佳為結構體包含層狀粒子作為第2無機粒子，更佳為包含黏土礦物之層狀粒子。 由於層狀黏土礦物因含有水而膨潤，可獲得增黏效果，故於製造結構體時該結構體之各原料容易均勻地混合。又，於乾燥時，層狀黏土礦物失去於其單位結晶層間存在之水分子，無機粒子及有機纖維一面形成緊密之結構一面固化，藉此提高常溫時之該結構體之強度之同時可提高操作性，並且可有效地賦予鑄物製造時之熱強度。除此之外，可維持結構體之加工性及形狀保持性，並且製造之鑄物之表面平滑性較高，可減少氣體缺陷之產生率。
就製作出兼具結構體之耐熱性及強度，於結構體製造時、操作時及使用該結構體澆鑄時，操作性、尺寸穩定性及形狀維持性優異之結構體之觀點而言，作為無機粒子，較佳為組合使用球狀粒子與層狀粒子。更詳細而言，作為無機粒子，較佳為組合使用球狀粒子等非層狀粒子之第1無機粒子、及作為層狀粒子之第2無機粒子之層狀黏土礦物粒子。 為了確認結構體中包含球狀粒子及層狀粒子，可藉由使用掃描式電子顯微鏡(SEM)於結構體之表面觀察粒子之形狀來進行判定。
可用作第2無機粒子之層狀黏土礦物主要藉由層狀黏土礦物介於有機纖維或其他材料之間而具有賦予結構體成形性，進而提高常溫強度及熱強度之功能。 作為層狀黏土礦物，可使用以層狀矽酸鹽礦物為代表之具有層狀結構之結晶性之無機化合物。層狀黏土礦物可為天然者，亦可為人工製造者。
作為層狀黏土礦物之具體例，可例舉以高嶺石族、膨潤石族及雲母族等為代表之黏土礦物。該等各種層狀黏土礦物可單獨或組合兩種以上使用。 作為高嶺石族之黏土礦物，例如可例舉高嶺石。作為膨潤石族之黏土礦物，例如可例舉蒙脫石、膨潤土、皂石、鋰膨潤石、鋁膨潤石、矽鎂石及綠脫石等。 作為雲母族之黏土礦物，例如可例舉蛭石、多水高嶺土及四矽雲母(tetra silicic mica)等。 此外，亦可使用作為層狀雙氫氧化物之鋁碳酸鎂等。 上述層狀黏土礦物中，蒙脫石或膨潤土於含水狀態下與各成分之黏結力較強，就製造結構體時之成形時之形狀賦予性之觀點而言適合使用。 又，就澆鑄時之耐熱性之觀點而言，適合使用高嶺石或蒙脫石。
關於第2無機粒子之平均粒徑，就提高結構體之透氣性而抑制鑄物之氣體缺陷之觀點而言，較佳為0.1 μm以上，更佳為1 μm以上。 就提高結構體之強度、成形性及保形性之觀點而言，第2無機粒子之平均粒徑較佳為500 μm以下，更佳為200 μm以下。 於使用層狀黏土礦物作為第2無機粒子之情形時，可使層狀黏土礦物之平均粒徑處於上述範圍內。 第2無機粒子之平均粒徑可藉由與上述第1無機粒子之平均粒徑之測定方法相同之方法進行測定。
結構體於鑄造時等之高溫環境下之質量減少率處於特定範圍內。結構體之質量減少率與於鑄造時因結構體中之有機成分而產生之氣體產生率存在關聯。具體而言，呈現質量減少率越低，則氣體產生率越低之傾向。 因此，質量減少率越少，則意味著越可更加穩定地維持結構體之熱強度，並且於維持製造之鑄物之尺寸精度、或減少由於澆鑄中產生之氣體混入鑄物製品中而導致之氣體缺陷及減少結構體對鑄物表面之金屬滲透之方面優異。
詳細而言，結構體於氮氣氛圍下以1000℃加熱30分鐘後之質量減少率較佳為未達20%，更佳為未達15質量%，進而較佳為未達9質量%。若質量減少率為該範圍，則於澆鑄過程中流入高溫熔液時產生之氣體量會降低，流入鑄物製品中之氣體會減少，因此鑄物之品質會進而提高。又，可抑制熔融金屬固著於源自結構體之有機成分熱分解後之部分等金屬滲透之不良情況。進而，可抑制於澆鑄過程中流入熔液時產生之氣體逆流而造成來自流入口端面之熔融金屬逆吹之情況，可提高澆鑄作業之安全性。 又，為了有效地達成氣體產生率之減少，上述質量減少率越低越佳，但是就充分地達成防止由於有機纖維提高結構體之韌性而導致之結構體之崩解之觀點而言，較佳為1質量%以上，更佳為3質量%以上，進而較佳為大於5質量%。 為了達成該等質量減少率，例如可將包含有機纖維之有機成分或各無機粒子之含量設為上述適宜之範圍，或者於結構體之製造步驟中之成形後進行熱處理，進行氣體產生成分之去除處理。
關於質量減少率，使用熱重量測定裝置(Seiko Instruments股份有限公司製造，STA7200RV TG/DTA)，於氮氣氛圍下將測定對象之鑄物製造用結構體從30℃以升溫速度20℃/分鐘加熱至1000℃，於1000℃下維持30分鐘。此時，以30℃下結構體之質量為基準(100%)，測定1000℃下質量之變化作為溫度之函數，以1000℃下結構體之質量相對於30℃下結構體之質量之百分率之形式算出質量減少率(%)。
關於結構體，作為結構體具有之韌性之指標之一測定之最大彎曲應力較佳為9 MPa以上，更佳為12 MPa以上。藉由具有該等最大彎曲應力，可成為韌性較高之結構體，防止結構體之崩解或破裂、龜裂之產生，提高結構體之操作性、形狀維持性及尺寸穩定性。 又，關於結構體之最大彎曲應力，就兼顧提高結構體之操作性及澆鑄時之操作性之觀點而言，較佳為50 MPa以下，更佳為40 MPa以下，進而較佳為30 MPa以下。
又，關於結構體，作為結構體具有之韌性之指標之一測定之最大彎曲應力時之彎曲應變(以下，亦簡稱為「彎曲應變」)較佳為0.6%以上，更佳為0.65%以上。藉由具有該等彎曲應變，可成為韌性較高之結構體，防止結構體之崩解或破裂、龜裂之產生，提高結構體之操作性、形狀維持性及尺寸穩定性。 又，雖然結構體之彎曲應變越大越佳，但實際上較佳為8%以下，更佳為6%以下，進而較佳為4%以下。
結構體之彎曲應變及最大彎曲應力可使用測定裝置(島津製作所股份有限公司製造，萬能試驗機AGX-plus)，依據JIS K7017之三點彎曲試驗而進行測定。此時，作為測定試樣之結構體係切割出具有縱60 mm×橫15 mm×厚2 mm之板狀之樣品進行測定。 最大彎曲應力係將於三點彎曲試驗時賦予樣品之力矩(負載與距離之積)除以樣品之剖面係數而算出之物性值。於無法由作為測定對象之結構體之尺寸切割出上述板狀之樣品之情形時，可切割出具有任意尺寸之樣品進行測定。
關於具有以上構成之鑄物製造用結構體，由於含有有機纖維，有機纖維具有適度之柔軟性或彈性，故可提高有機纖維彼此、或者有機纖維與其他材料之相互纏繞性或結合性，提高結構體之韌性。其結果，對脆性破壞之抵抗性提高，即便於製造結構體時，或輸送、加工、組裝等操作時，或者澆鑄過程中之高溫負載時等各情形時，亦可抑制結構體表面或內部之崩解缺損或龜裂、破裂之產生，提高結構體之操作性。又，亦可防止於澆鑄時成為熔融金屬流入鑄模時之流路之澆注口之意外崩解或斷裂。尤其是，由於有機纖維存在於結構體之表面，故有機纖維彼此相互纏繞形成網狀結構，承擔如覆蓋結構體之網之作用，因此可有效地抑制結構體表面之崩解缺損或龜裂、破裂之產生。
又，即便於製造結構體時，輸送、加工、組裝等操作時，或者於澆鑄時意外產生微小之龜裂或崩解等缺陷之情形時，由於存在有機纖維之網狀結構，故亦可抑制龜裂等缺陷之進一步之進展，結構體可表現出較高之形狀保持性。 進而，藉由使結構體中含有無機粒子，成為具有可耐受鑄造之較高之耐熱性者。作為無機粒子之適宜之形態，組合使用黏土礦物以外之材料與黏土礦物，藉此結構體之耐熱性優異，結構體會表現出較高之常溫強度及熱強度，並且兼具因源於有機纖維之高韌性而產生之結構體之優異操作性。 除此之外，藉由將結構體之質量減少率控制於特定範圍，於將該結構體用作鑄模進行澆鑄時，可有效地減少結構體對鑄物表面之金屬滲透、或氣體缺陷等鑄物缺陷。其結果，可製造尺寸精度或表面平滑性優異之鑄物，並且可降低鑄物之製造成本。
對於結構體，亦要求提高其加工時或組裝時之操作性，於結構體之韌性較低之情形時，於將結構體切割為特定尺寸等加工時，結構體中容易形成皸裂或缺漏、破裂等缺陷部分。關於容易產生該等缺陷部分之結構體，將其用於澆鑄時結構體本身會從缺陷部分開始崩解，或者熔融金屬會滲出至結構體外。其結果，該等結構體之操作性較差，同時鑄造效率亦較差。
關於該點，由於本發明之結構體具有韌性優異之構成，故可利用切割器等簡便地切割本結構體以調整尺寸並使用，又，即便於進行切割處理時，亦不易於結構體中形成皸裂或缺漏、破裂等缺陷部分。進而，即便於連接複數個結構體、或者使用複數個結構體組裝成一個鑄模時，亦不易於各結構體中形成皸裂或缺漏、破裂等缺陷部分。其結果，本發明之結構體於加工時或組裝時之操作性優異。
就提高結構體之韌性，進而有效地抑制結構體表面之崩解缺損或龜裂、破裂之產生，提高使用時之操作性之觀點而言，結構體較佳為有機纖維存在於結構體之表面，又，結構體表面之每單位面積之有機纖維之根數較佳為特定值以上。 詳細而言，結構體中，有機纖維於結構體之表面每100 mm 2內較佳為存在50根以上，更佳為存在70根以上，進而較佳為存在100根以上。 又，於結構體之表面每100 mm 2內存在之有機纖維之根數實際上為300根以下。
關於存在於結構體表面之有機纖維之根數，首先，藉由使用上述固體NMR、顯微FT-IR及顯微鏡之方法判定存在於結構體表面之纖維狀物為有機纖維。其後，可對利用顯微鏡或SEM觀察包含有機纖維之結構體表面而得之纖維觀察圖像資料使用圖像處理軟體(三谷商事股份有限公司製造，WinROOF，本說明書之圖像處理軟體全部為此種)，將100 mm 2之面積作為1視野，算出測定3視野以上時之根數之算術平均值。 測定有機纖維之根數時，對於成為測定對象之面積，可一次觀察100 mm 2之面積，或者亦可將觀察次數分為複數次觀察100 mm 2之面積，例如觀察10次10 mm 2之面積等。
就容易使複數個其他纖維或材料與單根纖維接觸，提高纖維彼此之相互纏繞性或與其他材料之結合性，進而提高結構體之韌性，提高結構體之操作性之觀點而言，存在於結構體表面之有機纖維之平均纖維長度L1較佳為0.5 mm以上，進而較佳為1 mm以上。 就提高製造結構體時之成形性，及提高製造時及澆鑄時之結構體之尺寸均勻性之觀點而言，存在於結構體表面之有機纖維之平均纖維長度L1較佳為7 mm以下，更佳為5 mm以下，進而較佳為4 mm以下。 關於有機纖維之平均纖維長度L1，可利用顯微鏡或SEM觀察結構體表面而獲得纖維觀察圖像資料，使用圖像處理軟體，以50根纖維為對象，測定出測定對象之纖維之一端至另一端之長度，將其等之算術平均值作為平均纖維長度。
就由於纖維之表面積之增加而增加與其他纖維或材料之接觸面積，提高纖維彼此之相互纏繞性、或與其他材料之結合性，進而提高結構體之韌性，提高結構體之操作性之觀點而言，存在於結構體表面之有機纖維之平均纖維直徑D1較佳為8 μm以上，更佳為10 μm以上。 就提高製造結構體時之成形性，及提高製造時及澆鑄時之結構體之尺寸均勻性之觀點而言，存在於結構體表面之有機纖維之平均纖維直徑D1較佳為未達40 μm，更佳為未達35 μm，進而較佳為30 μm以下。 關於有機纖維之平均纖維直徑D1，可利用顯微鏡或SEM觀察結構體表面而獲得纖維觀察圖像資料，使用圖像處理軟體，以任意選出之50根纖維為對象，對每根纖維測定5處與測定對象之纖維之長度方向正交之長度，將此時之算術平均值作為平均纖維直徑。
就提高纖維彼此之相互纏繞性或與其他材料之結合性，進而提高結構體之剛性及強度之觀點而言，存在於結構體之表面之有機纖維之平均纖維長度(單位：mm)相對於平均纖維直徑(單位：mm)之比，即，平均纖維長度L1(單位：mm)除以平均纖維直徑D1(單位：μm)以1000除得之值之比即「1000×平均纖維長度L1/平均纖維直徑D1」之比較佳為10以上，更佳為30以上，進而較佳為50以上，特佳為100以上。 就提高製造結構體時之成形性、及提高製造時及澆鑄時之結構體之尺寸均勻性之觀點而言，「1000×平均纖維長度L1/平均纖維直徑D1」之比較佳為260以下，進而較佳為230以下。
於發揮本發明之效果之範圍內，鑄物製造用結構體可進而包含無機纖維。 於包含無機纖維之情形時，無機纖維主要具有於製造時及鑄造時維持結構體之形狀而不燃燒之功能。 可使用之無機纖維包括人造礦物纖維、陶瓷纖維、及天然礦物纖維等。 人造礦物纖維包括PAN(Polyacrylonitrile，聚丙烯腈)系碳纖維及瀝青系碳纖維等碳纖維、及岩絨等。 該等無機纖維可單獨或組合兩種以上使用。 該等之中，就於澆鑄時之高溫環境下維持結構體之形狀及強度之觀點而言，較佳為使用碳纖維。 碳纖維係於結構中無烴原子團，並且於結構中含有碳雙鍵之纖維。碳纖維典型的是僅由碳元素構成。
結構體中是否包含無機纖維可藉由以下方法來判定。 首先，以存在於結構體表面之纖維狀物為對象，藉由掃描式電子顯微鏡(SEM)-能量色散型X射線光譜(EDX)分析法或進行顯微FT-IR分析而進行元素映射及元素分析。根據該等分析，進行纖維狀物中之含有元素之種類、分子鍵之種類及量之分析。根據該等分析，於觀測到包含C=C鍵之纖維狀物且該纖維狀物不同時包含金屬元素及氧元素，或者觀測到不包含C-H鍵、C=O鍵、O-H鍵之纖維狀物之情形時，判定該纖維狀物為無機纖維。
於結構體包含無機纖維之情形時，就提高鑄物製造用結構體之成形性及均勻性之觀點而言，無機纖維之平均纖維長度較佳為0.5 mm以上，更佳為1 mm以上。 又，關於無機纖維之平均纖維長度，就提高結構體之成形性之觀點而言，較佳為15 mm以下，更佳為8 mm以下，進而較佳為5 mm以下。 關於無機纖維之平均纖維長度，首先，以存在於結構體表面之纖維狀物為對象，藉由上述方法判定及特定出作為無機纖維之纖維狀物。其後，從利用顯微鏡或SEM於倍率50倍下以無機纖維為對象進行顯微鏡觀察時之二維畫面中，任意選出30根以上之纖維，以此為對象，測定一端至另一端之長度，將其等之算術平均值作為平均纖維長度。
於結構體包含無機纖維之情形時，就提高鑄物製造用結構體之成形性及均勻性之觀點而言，無機纖維平均纖維直徑較佳為5 μm以上，更佳為10 μm以上。 又，關於無機纖維平均纖維直徑，就提高結構體之成形性，及提高製造時及澆鑄時之結構體之尺寸均勻性之觀點而言，較佳為30 μm以下，更佳為20 μm以下，進而較佳為15 μm以下。 關於無機纖維平均纖維直徑，以與上述無機纖維之判定方法相同之方式判定出存在無機纖維後，可以任意選出之30根以上之無機纖維為對象，對每根纖維測定5處與纖維之長度方向正交之長度，將其等之算術平均值作為平均纖維直徑。
於不損害本發明之效果之範圍內，鑄物製造用結構體除上述成分以外可塗佈塗模劑。於該情形時，鑄物製造用結構體具備具有上述結構體之構成之基材部、及藉由塗模劑等之塗佈而於該基材部之表面形成之表面層。 塗模劑之目的在於改善金屬滲透防止性、表面平滑性及脫模性。 作為塗模劑，例如可例舉以耐火粒子為主原料且包含熱硬化性樹脂或矽酮等作為有機成分之材料等廣泛用於砂模鑄造或殼模鑄造等之材料。 再者，本發明之鑄物製造用結構體即便於未藉由塗佈塗模劑而形成表面層之情形時，金屬滲透防止性、表面平滑性及脫模性亦優異。
以下，對鑄物製造用結構體之製造方法進行說明。本製造方法大致分為下述步驟：將包含有機纖維之有機成分、及視需要而定之無機粒子或無機纖維等無機成分與分散介質混合，製作結構體前驅物；以及利用衝壓模具對上述結構體前驅物進行加熱按壓，將該結構體前驅物一面固化一面成形。 以下說明中，作為較佳之形態，例舉將包含有機纖維之有機成分與無機粒子混合，製作結構體前驅物之方法進行說明。
首先，將包含有機纖維之有機成分、無機粒子等無機成分、及分散介質混合，製作結構體前驅物(混合步驟)。 具體而言，將作為有機成分之有機纖維及熱硬化性樹脂、各種無機粒子、及分散介質均勻地混合，製作結構體前驅物。 結構體前驅物含有作為有機成分之有機纖維及熱硬化性樹脂、各種無機粒子、及分散介質，並且為麵團狀。 所謂麵團，係指具有流動性，能夠容易因外力而變形，並且混合之各種有機成分、各種無機成分及分散介質不易分離之狀態。
各種有機成分、各種無機粒子及分散介質之混合可藉由一次添加進行混合，亦可藉由按照任意順序依序添加進行混合。就混合之均勻性之觀點而言，較佳為將各種有機成分及各種無機粒子預先以乾式混合後，添加分散介質進行混合。 結構體前驅物例如可使用人工、或公知之混練裝置進行混練而製作。 於使用混練裝置之情形時，較佳為適合漿料或麵團等高黏度之攪拌之萬能攪拌機、捏合機或加壓式捏合機等。 於使用混練裝置之情形時，例如可使用加壓型捏合機(Nihon Spindle Manufacturing股份有限公司製造)，以6.1 rpm混練30分鐘。
作為分散介質，可例舉水、乙醇、甲醇等溶劑或該等之混合系等水系分散介質。 就提高各種材料之分散穩定性及操作容易性之觀點而言，較佳為使用水作為分散介質。 相對於包含各種有機成分及各種無機粒子之固形物成分混合物之合計100質量份，水等分散介質之添加量較佳為10質量份以上70質量份以下。
於包含層狀黏土礦物作為無機粒子之情形時，層狀黏土礦物雖然於其乾燥狀態下為粒狀或粉狀，但藉由與水混合，與層狀黏土礦物之單位結晶層間所含之陽離子水合，水分子進入該層間。 關於濕潤狀態之層狀黏土礦物，層狀黏土礦物中單位結晶層間之距離因水分子而增加，而變得膨潤，成為具有黏性之流動體。 由於層狀黏土礦物之流動體兼具流動性與黏性，故可容易地進入與有機纖維或無機粒子等其他成分之間，並且可如將該等相互結合之黏合劑般發揮功能。
就提高製造結構體時之成形性及韌性，提高所得之結構體之操作性並且減少結構體之缺陷之觀點而言，結構體前驅物中有機纖維之含量相對於固形物成分總含量較佳為0.3質量%以上，進而較佳為0.5質量%以上。 就於使用所得之結構體進行澆鑄時，減少澆鑄時之氣體產生而減少鑄物之缺陷之觀點而言，有機纖維之含量較佳為10質量%以下，進而較佳為5質量%以下。 所用之有機纖維之平均纖維長度及平均纖維直徑可分別使用處於上述範圍內者。
就使製造結構體時及澆鑄時之形狀保持性、表面平滑性及脫模性良好之觀點而言，結構體前驅物中相對於固形物成分含量之第1無機粒子含量較佳為40質量%以上，進而較佳為60質量%以上。 又，關於結構體前驅物中相對於固形物成分含量之無機粒子含量，就有效地表現出結構體之韌性，提高所得之結構體之操作性之觀點而言，較佳為90質量%以下，進而較佳為85質量%以下。 所用之第1無機粒子之平均粒徑可使用處於上述範圍內者。
於結構體中包含第2無機粒子之情形時，就使鑄物製造用結構體之成形性良好之觀點而言，結構體前驅物中相對於固形物成分含量之第2無機粒子含量較佳為1質量%以上，更佳為3質量%以上，特佳為5質量%以上。 又，就於使用所得之結構體進行澆鑄時，抑制鑄造時來自結構體之氣體產生量，減少鑄物之氣體缺陷之產生率之觀點而言，結構體前驅物中相對於固形物成分含量之第2無機粒子含量較佳為50質量%以下，更佳為30質量%以下，進而較佳為20質量%以下。 於使用層狀黏土礦物作為第2無機粒子之情形時，可將層狀黏土礦物之含量設為上述範圍。 所用之第2無機粒子之平均粒徑可使用處於上述範圍內者。
結構體中可不含無機纖維，即結構體中無機纖維之含量可為0質量%，結構體中亦可含有無機纖維。於包含無機纖維之情形時，就提高製造結構體時之成形性及澆鑄時之形狀保持性之觀點而言，無機纖維之含量較佳為大於0質量%且為20質量%以下，更佳為16質量%以下，進而較佳為5質量%以下，進而更佳為3質量%以下。 於包含複數種無機纖維之情形時，無機纖維之含量以合計量為基準。 所用之無機纖維之平均纖維長度及平均纖維直徑可分別使用處於上述範圍內者。
於包含碳纖維作為無機纖維之情形時，就提高製造結構體時之成形性及澆鑄時之形狀保持性之觀點而言，碳纖維之含量較佳為1質量%以上，更佳為2質量%以上。 又，碳纖維之含量較佳為20質量%以下，更佳為16質量%以下。
就提高結構體之成形性之觀點而言，可將麵團狀之結構體前驅物供給至外力賦予機構進行延伸，製成片狀(延伸步驟)。 作為外力賦予機構，只要是能夠將結構體前驅物延伸為片狀之構成，則無特別限制，例如可將結構體前驅物供給至一對延伸輥之間、或延伸輥與平板之間進行延伸。 於該步驟之前後，結構體前驅物係維持為藉由外力而容易變形之狀態。
繼而，利用衝壓模具對麵團狀或片狀之結構體前驅物進行加熱按壓，將該結構體前驅物一面乾燥固化，一面成形為具有目標鑄模之形狀之結構體(成形步驟)。藉此，可獲得於結構體表面至少存在有機纖維之結構體。 衝壓模具具有與成形之鑄物製造用結構體之外形對應之形狀。藉由使用該衝壓模具對結構體前驅物進行加熱按壓，將衝壓模具之形狀轉印於結構體前驅物上，並且一面將結構體前驅物中所含之水分脫水，使其乾燥固化，一面成形為具有目標鑄模之形狀之結構體。與此同時，使可作為有機成分而包含之熱硬化性樹脂硬化。 經過該步驟之結構體變得不容易因外力而變形。成形之結構體可以具有朝向外部開口之模腔之方式成形，組合兩個一組之分割式模具成為鑄模，亦可成為一體成形之結構體。
藉由加熱及按壓從結構體前驅物中將水分脫水，藉此該前驅物中所含之層狀黏土礦物失去於其單位結晶層間存在之水等分散介質分子。藉由失去分散介質分子，層狀黏土礦物一面與有機纖維及無機粒子等無機成分一起於結構體之內部形成緊密之結構一面收縮固化。 其結果，有機纖維、層狀黏土礦物及其他無機粒子之間產生剪力，變得不容易因外力而變形，同時可有效地發揮結構體之形狀保持性。 再者，關於有機纖維之纖維長及纖維直徑、各種無機粒子之粒徑及視需要含有之無機纖維之纖維長及纖維直徑，即便經過從結構體前驅物之製作至成形步驟之間所進行之混合、膨潤、乾燥及加熱按壓，該纖維長及纖維直徑以及粒徑亦幾乎沒有變化，故用作原材料之各種纖維之纖維長及纖維直徑以及各種粒子之粒徑與結構體中存在之各種纖維之纖維長及纖維直徑以及各種粒子之粒徑大致相同。
關於成形步驟中之加熱溫度，就容易地去除來自結構體前驅物之水等分散介質之觀點而言，較佳為70℃以上，更佳為100℃以上。 成形步驟中之加熱溫度較佳為250℃以下，更佳為200℃以下。 關於成形步驟中之加熱時間，就製造效率之觀點而言，以上述加熱溫度之範圍為條件，較佳為設為1分鐘以上60分鐘以下。 關於成形步驟中賦予之壓力，就提高結構體之成形性之觀點而言，較佳為0.5 MPa以上，更佳為1 MPa以上。 又，就提高結構體之成形性之觀點而言，較佳為20 MPa以下，更佳為10 MPa以下。
關於鑄物製造用結構體，就減少由於源自水等分散介質之蒸氣所導致之鑄物之氣體缺陷之觀點而言，較佳為將其水分量設為5質量%以下，更佳為設為3質量%以下。 鑄物製造用結構體中之水分量可藉由上述成形步驟進行調節，亦可除加熱按壓步驟以外，進而藉由進行乾燥步驟來調節。 於進行乾燥步驟之情形時，可使用公知之恆溫槽或熱風乾燥裝置等。 又，乾燥步驟中之加熱溫度及加熱時間可與上述相同。
於將包括兩個一組之分割式模具之鑄物製造用結構體組合成鑄模之情形時，依照上述方法以成為一組分割式模具之方式製作結構體後，以使模腔側成為內側之方式進而接合分割式模具，藉此可製造目標鑄模。 作為分割式模具之接合方法，例如可使用螺絲或夾具等接合構件、或通用接著劑、可覆蓋一組分割式模具之砂模等進行接合。
鑄物製造用結構體之厚度可據目標鑄物之形狀適當設定，但就獲得澆鑄時之充分之熱強度及形狀保持性之觀點而言，至少與熔融金屬相接之部分之厚度較佳為0.2 mm以上，更佳為0.5 mm以上，進而較佳為1 mm以上。 又，就提高結構體之操作容易性或減少氣體產生量之觀點而言，較佳為10 mm以下，更佳為5 mm以下。 結構體之厚度可藉由適當變更成形型之形狀或壓力而調整。
由於經過以上步驟而製造之鑄物製造用結構體包含有機纖維，故輕量且韌性較高，可抑制結構體之崩解或龜裂、破裂之產生，結構體之操作性亦優異。又，藉由於鑄物製造用結構體包含無機粒子，會成為輕量且表現出所需之韌性，同時耐熱性得到提高，兼具較高之常溫強度及熱強度、較高之形狀保持性之鑄物製造用結構體。 又，可有效地減少結構體對鑄物表面之金屬滲透、或氣體缺陷等鑄物缺陷。其結果，可製造尺寸精度或表面平滑性優異之鑄物。 可製造尺寸精度或表面平滑性優異之鑄物，意味著可減少用以使製造之鑄物達到所需之形狀或尺寸精度之後處理，其結果，可降低鑄物之製造成本。
使用鑄物製造用結構體之鑄物之製造方法可藉由一般之鑄造方法進行。即，從鑄物製造用結構體中形成之澆注口注入熔融金屬，進行澆鑄。並且，完成澆鑄後，冷卻至特定溫度，除去鑄物製造用結構體，顯露出鑄物。其後，可視需要對鑄物實施修整處理等後處理。
以上，對本發明基於其較佳之實施方式進行了說明，但本發明不受上述實施方式所限制，可適當組合各構成。 [實施例]
以下，藉由實施例來更詳細地說明本發明。然而本發明之範圍並不受該實施例所限制。
[實施例1] 使用有機纖維(機械紙漿)及熱硬化性樹脂(酚樹脂；可溶酚醛樹脂)作為有機成分，使用莫來石(球狀，平均粒徑為30 μm)作為第1無機粒子，且使用層狀黏土礦物粒子(蒙脫石；國峰工業股份有限公司製造，Kunipia F，平均粒徑為145 μm)作為第2無機粒子。 除此以外，使用PAN系碳纖維(Mitsubishi Chemical股份有限公司製造，PYROFILTR03CM A4G)作為無機纖維。 將該等按照以下表1中所示之比率混合各材料，製作結構體前驅物，依照上述方法製造鑄物製造用結構體。所得之鑄物製造用結構體製成如下兩種形狀：厚度2 mm之平板狀；及外徑為50 mm、長度為300 mm、厚度為2 mm之圓筒狀。再者，使用平板狀之鑄物製造用結構體，進行對後述之最大彎曲應力及最大彎曲應力時之彎曲應變、質量減少率、結構體表面之平均纖維長度、平均纖維直徑之各評價。又，使用圓筒狀之鑄物製造用結構體，進行對後述之結構體之操作性、澆鑄、澆鑄後之鑄物表面之表面性之各評價。 將水之添加量設為相對於混合物100質量份為50質量份。將結構體前驅物之加熱溫度及加熱時間設為140℃、10分鐘，成形步驟中之壓力設為5 MPa。 表中之「有機成分合計」表示鑄物製造用結構體中之有機成分之含量。本實施例中，未對結構體進行塗佈等處理，無表面層。
[實施例2] 使用包含芳香族聚醯胺樹脂之纖維(東麗股份有限公司製造，Kevlar(註冊商標)短切纖維，芳香族聚醯胺樹脂100質量%)代替機械紙漿作為有機纖維，未使用無機纖維，除此以外，按照以下表1中所示之比率混合各材料，以與實施例1相同之方式製造鑄物製造用結構體。
[實施例3] 除使用進行水中打漿處理提取紙漿纖維之報紙廢紙紙漿代替機械紙漿作為有機纖維以外，按照以下表1中所示之比率混合各材料，以與實施例1相同之方式製造鑄物製造用結構體。
[實施例4] 使用作為有機纖維之機械紙漿及熱硬化性樹脂(酚樹脂；可溶酚醛樹脂)作為有機成分，使用平均粒徑為27 μm之黑曜石(KINSEI MATEC股份有限公司製造，多面體狀，Nice Catch Flower＃330)作為第1無機粒子。黑曜石中含有氧化鋁、二氧化矽及氧化鐵。 除此之外，使用PAN系碳纖維(Mitsubishi Chemical股份有限公司製造，PYROFIL TR03CM A4G)作為無機纖維。 除此以外，按照以下表1中所示之比率混合各材料，以與實施例1相同之方式製造鑄物製造用結構體。
[實施例5] 使用包含聚酯樹脂之纖維(纖維直徑11 μm，纖維長度5 mm，聚酯樹脂100質量%)代替機械紙漿作為有機纖維，未使用無機纖維，除此以外，按照以下表1中所示之比率混合各材料，以與實施例1相同之方式製造鑄物製造用結構體。
[實施例6] 除使用包含聚酯樹脂之纖維(纖維直徑11 μm，纖維長度5 mm，聚酯樹脂100質量%)代替機械紙漿作為有機纖維以外，按照以下表1中所示之比率混合各材料，以與實施例1相同之方式製造鑄物製造用結構體。
[比較例1] 除未使用有機纖維作為有機成分以外，按照以下表1中所示之比率混合各材料，以與實施例1相同之方式製造鑄物製造用結構體。
[比較例2] 除僅使用報紙廢紙紙漿代替機械紙漿及報紙廢紙紙漿之組合作為有機成分以外，按照以下表1中所示之比率混合各材料，以與實施例1相同之方式製造鑄物製造用結構體。
[最大彎曲應力及最大彎曲應力時之彎曲應變之評價] 對於實施例及比較例之鑄物製造用結構體，藉由上述方法取出板狀之測定樣品，依據JIS K7017之三點彎曲試驗法對該樣品測定最大彎曲應力(MPa)及最大彎曲應力時之彎曲應變(%)。最大彎曲應力及彎曲應變係鑄物製造用結構體之韌性之指標，最大彎曲應力及彎曲應變之值越高，則結構體之韌性越高，結構體之操作性越高。將結果示於表1。
[質量減少率之評價] 實施例及比較例之鑄物製造用結構體之質量減少率之評價係使用熱重量測定裝置(Seiko Instruments股份有限公司製造，STA7200RV TG/DTA)，將各實施例及各比較例之鑄物製造用結構體於氮氣氛圍下以升溫速度20℃/分鐘從30℃加熱至1000℃，測定其質量之變化作為溫度之函數，算出以30℃之時刻之質量為基準之質量減少率(%)。將結果示於表1。
[結構體表面之平均纖維長度、平均纖維直徑之評價] 實施例及比較例之存在於鑄物製造用結構體表面之有機纖維之平均纖維長度、平均纖維直徑之評價藉由上述方法進行。將結果示於表1。
[結構體表面之纖維根數之評價] 實施例及比較例之存在於鑄物製造用結構體表面之有機纖維之纖維根數之評價藉由上述方法進行。將結果示於表1。
[結構體之操作性之評價] 實施例及比較例之鑄物製造用結構體之操作性之評價藉由以下方法進行。具體而言，使用刀刃厚度為1 mm、縱鋸刀刃之手持鋸，於距離結構體之端面50 mm之位置進行切割，從切割端面測定於進行切割時產生之皸裂或缺漏之影響範圍長度(mm)。影響範圍長度越短，意味著結構體之操作性越良好。將結果示於以下表1。
[澆鑄之評價(逆吹高度)] 將實施例及各比較例之鑄物製造用結構體作為鑄模，於20秒內向該鑄模中流入包含鑄鐵之1350℃之熔融金屬25 kg，製造鑄物。此時，測定來自熔融金屬流入口端面之熔融金屬之逆吹高度(mm)。逆吹高度越低，表示越能抑制流入熔融金屬時從鑄物製造用結構體中產生之氣體，越能減少鑄物之氣體缺陷，並且意味著澆鑄作業之安全性越高。將結果示於以下表1。
[鑄物表面之表面性評價] 將實施例及各比較例之鑄物製造用結構體作為鑄模，向該鑄模中流入包含鑄鐵之1350℃之熔融金屬，製造鑄物。算出此時形成之金屬滲透部分之面積比率，對鑄物表面之表面性進行評價。 具體而言，於鑄物製造用結構體與所得之鑄物之接觸部分之鑄物表面上，將流入之熔融金屬破壞鑄物製造用結構體並固著之部分，或者夾帶源自鑄砂之附著物並固著之部分視為金屬滲透部分，以目視判定其存在之有無及範圍。 其次，關於藉由上述方法而判定之金屬滲透部分之範圍，根據各金屬滲透部分之形狀切割基重固定之片材，將切割之片材之質量之總和除以片材之基重，藉此算出金屬滲透部分之面積。 又，關於鑄物之表面積，使用基重固定之片材，以該片材互不重疊之方式被覆鑄物表面，將用於被覆之片材之質量除以片材之基重，藉此算出鑄物之表面積。 然後，以金屬滲透部分之面積相對於鑄物之表面積之百分率(%)算出金屬滲透部分之面積比率。 金屬滲透部分之面積比率越低，意味著結構體對鑄物表面之金屬滲透越少，鑄物之尺寸精度或表面平滑性越優異。將結果示於以下表1。
[表1]
   實施例1 實施例2 實施例3 實施例4 實施例5 實施例6 比較例1 比較例2
有 機 成 分 有機纖維 紙漿纖維[質量%] 0.5 - 5.0 0.5 - - - 26.0
包含芳香族聚醯胺樹脂之纖維[質量%] - 3.0 - - - - - -
包含聚酯樹脂之纖維[質量%] - - - - 3.0 2.0 - -
平均纖維長度L1[mm] 1.6 1.5 2.0 1.8 1.1 1.2 - 2.0
平均纖維直徑D1[μm] 30 13 30 30 11 11 - 30
1000×L1[mm]/D1[μm]比 53.3 115.4 66.7 60.0 100.0 109.1 - 66.7
熱硬化性樹脂 酚樹脂[質量%] 9.0 9.0 9.0 9.0 9.0 5.0 9.0 18.0
有機成分合計[質量%] 9.5 12.0 14.0 9.5 12.0 7.0 9.0 44.0
無 機 成 分 第1無機粒子 莫來石[質量%] 72.5 73.0 68.0 - 73.0 75.0 73.0 -
黑曜石[質量%] - - - 72.5 - - - 48.0
形狀 球狀 球狀 球狀 多面體狀 球狀 球狀 球狀 多面體狀
熔點[℃] 1850 1850 1850 1340 1850 1850 1850 1340
第2無機粒子 蒙脫石[質量%] 15.0 15.0 15.0 15.0 15.0 15.0 15.0 -
形狀 層狀 層狀 層狀 層狀 層狀 層狀 層狀 -
無機纖維 碳纖維[質量%] 3.0 - 3.0 3.0 - 3.0 3.0 8.0
平均纖維長度[mm] 1.5 - 2.0 1.3 - 1.3 1.3 2.0
平均纖維直徑[μm] 7 - 7 7 - 7 7 7
無機成分合計[質量%] 90.5 88.0 86.0 90.5 88 93.0 91.0 56.0
成分合計[質量%] 100 100 100 100 100 100.0 100 100
質量減少量[%] 5.78 8.01 9.69 6.53 8.87 5.12 5.54 29.37
結構體之表面每100 mm 2內存在之有機纖維根數[根] 92 100以上 100以上 100以上 100以上 100以上 - 100以上
JIS K7017三點彎曲試驗 最大彎曲應力[MPa] 16.11 11.79 9.23 14.45 12.83 18.20 21.30 11.92
最大彎曲應力時之彎曲應變[%] 1.15 1.69 1.24 1.03 1.75 0.68 0.55 1.11
結構體之操作性之評價(影響範圍長度[mm]) 0.3 0.2 0.5 0.4 0.2 0.0 50 0.2
澆鑄之評價(逆吹高度[mm]) 100 90 120 110 100 70 110 730
鑄物表面之表面性評價(金屬滲透部分之面積比率[%]) 1 1 2 2 1 1 1 5
如表1所示，實施例之鑄物製造用結構體由於含有特定量之包含有機纖維之有機成分，故與比較例之鑄物製造用結構體相比，最大彎曲應力及彎曲應變為特定值以上，結構體之韌性提高，因此可知結構體之操作性提高。又，實施例之鑄物製造用結構體由於含有特定量之包含有機纖維之有機成分，故結構體之質量減少率為特定值以下，因此亦可知能夠有效地減少所得之鑄物之氣體缺陷。又，關於實施例之鑄物製造用結構體，金屬滲透部分之面積比率與比較例相比亦為同等以下，因此可知能有效地減少結構體對鑄物表面之金屬滲透，獲得尺寸精度及表面平滑性優異之鑄物。
因此，本發明之鑄物製造用結構體操作性優異，並且可減少所得之鑄物之氣體缺陷及鑄物表面產生之金屬滲透。 尤其是，實施例1、3及4之鑄物製造用結構體藉由將無機纖維與少量有機纖維調配在一起，而能夠抑制氣體產生量，並且提高彎曲應力。 又，實施例5之鑄物製造用結構體僅使用有機纖維便能充分地滿足彎曲特性，同時大幅度降低了該結構體之製造成本。 [產業上之可利用性]
根據本發明，可提供一種操作性優異，並且可減少鑄物之氣體缺陷及於鑄物表面產生之金屬滲透之鑄物製造用結構體。

Claims (24)

  1. 一種鑄物製造用結構體，其含有有機成分， 上述有機成分之至少一部分為有機纖維， 該鑄物製造用結構體於氮氣氛圍下以1000℃加熱30分鐘後之質量減少率為1質量%以上且未達20質量%，且 該鑄物製造用結構體滿足以下(1)、(2)及(3)中之至少一個： (1)包含無機粒子，該無機粒子包含非層狀粒子之第1無機粒子、及作為層狀粒子之第2無機粒子； (2)包含無機粒子，該無機粒子包含熔點為1200℃以上之第1無機粒子、及熔點未達1200℃之第2無機粒子； (3)依據JIS K7017測定之最大彎曲應力為9 MPa以上且最大彎曲應力時之彎曲應變為0.6%以上。
  2. 如請求項1之鑄物製造用結構體，其包含無機粒子，該無機粒子包含熔點為1200℃以上、較佳為1500℃以上者。
  3. 如請求項1之鑄物製造用結構體，其包含無機粒子，該無機粒子包含熔點為2500℃以下者。
  4. 如請求項1之鑄物製造用結構體，其中上述質量減少率未達20質量%，較佳為未達15質量%，更佳為未達9質量%。
  5. 如請求項1之鑄物製造用結構體，其中上述質量減少率為1質量%以上，較佳為3質量%以上，更佳為大於5質量%。
  6. 如請求項1之鑄物製造用結構體，其中上述最大彎曲應力為9 MPa以上，較佳為12 MPa以上。
  7. 如請求項1之鑄物製造用結構體，其中上述最大彎曲應力為50 MPa以下，較佳為40 MPa以下，更佳為30 MPa以下。
  8. 如請求項1之鑄物製造用結構體，其於最大彎曲應力時之上述彎曲應變為0.6%以上，較佳為0.65%以上。
  9. 如請求項1之鑄物製造用結構體，其於最大彎曲應力時之上述彎曲應變較佳為8%以下，更佳為6%以下，進而較佳為4%以下。
  10. 如請求項1之鑄物製造用結構體，其包含無機粒子，該無機粒子包含選自氧化鋁、二氧化矽及氧化鐵中之1種或2種以上。
  11. 如請求項1之鑄物製造用結構體，其包含無機粒子，該無機粒子包含選自球狀粒子及層狀粒子中之一種以上。
  12. 如請求項1之鑄物製造用結構體，其中上述有機纖維於上述鑄物製造用結構體之表面每100 mm 2內存在50根以上，較佳為存在70根以上，更佳為存在100根以上。
  13. 如請求項1之鑄物製造用結構體，其中上述有機纖維於結構體之表面每100 mm 2內存在300根以下。
  14. 如請求項12之鑄物製造用結構體，其中存在於上述表面之上述有機纖維之平均纖維長度L1為0.5 mm以上，更佳為1 mm以上。
  15. 如請求項12之鑄物製造用結構體，其中存在於上述表面之上述有機纖維之平均纖維長度L1為7 mm以下，較佳為5 mm以下，更佳為4 mm以下。
  16. 如請求項12之鑄物製造用結構體，其中存在於上述表面之上述有機纖維之平均纖維直徑D1未達40 μm，較佳為未達35 μm，更佳為30 μm以下。
  17. 如請求項12之鑄物製造用結構體，其中存在於上述表面之有機纖維之平均纖維直徑D1為8 μm以上，較佳為10 μm以上。
  18. 如請求項12之鑄物製造用結構體，其中存在於上述表面之上述有機纖維之平均纖維長度相對於上述有機纖維之平均纖維直徑之比(1000×L1/D1)為10以上，較佳為30以上，更佳為50以上，進而較佳為100以上。
  19. 如請求項12之鑄物製造用結構體，其中上述比(1000×L1/D1)為260以下，較佳為230以下。
  20. 如請求項1之鑄物製造用結構體，其進而包含上述有機纖維以外之其他有機成分。
  21. 如請求項1之鑄物製造用結構體，其中上述有機纖維包含選自紙漿纖維以及含有聚酯樹脂之纖維及含有芳香族聚醯胺樹脂之纖維中之一種或複數種。
  22. 如請求項1之鑄物製造用結構體，其中上述鑄物製造用結構體中所包含之無機纖維之含量為0質量%以上20質量%以下，較佳為16質量%以下，更佳為5質量%以下，進而較佳為3質量%以下。
  23. 如請求項1之鑄物製造用結構體，其中上述鑄物製造用結構體中有機成分之含量大於5質量%，較佳為5.5質量%以上，更佳為6質量%以上。
  24. 如請求項1之鑄物製造用結構體，其中上述鑄物製造用結構體中有機成分之含量未達20質量%，較佳為未達15質量%，更佳為未達13質量%。
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