JP2003062639A - シェルモールド用レジンコーテッドサンド - Google Patents

シェルモールド用レジンコーテッドサンド

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JP2003062639A
JP2003062639A JP2001260136A JP2001260136A JP2003062639A JP 2003062639 A JP2003062639 A JP 2003062639A JP 2001260136 A JP2001260136 A JP 2001260136A JP 2001260136 A JP2001260136 A JP 2001260136A JP 2003062639 A JP2003062639 A JP 2003062639A
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Toshiaki Nishimura
敏秋 西村
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Sumitomo Bakelite Co Ltd
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 シェル鋳型の造型時に、フェノール樹脂の硬
化が速く、また得られた鋳型の冷間強度が高く、更に軽
金属の鋳造時には鋳型の崩壊性が優れ、且つ金型を腐食
させないレジンコーテッドサンドを提供する。 【解決手段】 フェノール樹脂組成物により鋳物用砂粒
を被覆したレジンコーテッドサンドであって、前記フェ
ノール樹脂組成物が (A)ノボラック型フェノール樹脂、(B)融点が60
℃以上のレゾール型フェノール樹脂、(C)数平均分子
量が1000以上のポリエチレングリコール、(D)ア
ルカリ金属硝酸塩、を含有し、前記フェノール樹脂
(A)、(B)の重量配合比(A/B)が20/80〜
70/30であり、フェノール樹脂の合計量(A+B)
100重量部に対して、前記ポリエチレングリコール
(C)2〜20重量部および前記アルカリ金属硝酸塩
(D)0.5〜2重量部とを含有することを特徴とする
シェルモールド用レジンコーテッドサンド。

Description

【発明の詳細な説明】 【0001】 【発明の属する技術分野】本発明は、加熱した珪砂等の
骨材をフェノール樹脂組成物で被覆して得られるシェル
モールド用レジンコーテッドサンドに関するものであ
り、特にアルミニウムやマグネシウムのような、鉄に比
較して低融点の金属の鋳造に好適に用いられる。 【0002】 【従来の技術】シェルモールド用レジンコーテッドサン
ドは、加熱した珪砂等の骨材にフェノール樹脂を添加、
被覆後冷却してステアリン酸カルシウム等の滑剤を添加
して得られる。シェル鋳型造型法は250〜300℃の
金型内でレジンコーテッドサンドを焼成することによ
り、極めて短時間に鋳型を造型することの出来る製法で
ある。シェル鋳型は強度や耐熱性が高く寸法安定性が良
い等の鋳型特性から自動車部品鋳造用などに経済的な鋳
型製造法として広く普及している。近年、自動車の鋳造
部品には重量を軽減するために、アルミニウムやマグネ
シウムのような軽金属を使用する機会が増加している。
これらの低融点の金属の鋳造においては、注湯時シェル
鋳型の内部温度が300〜400℃という低温に留まる
ため、シェル鋳型中のフェノール樹脂の熱分解が不十分
となり、鋳造後のシェル鋳型はなお十分な強度を保持し
ているので、複雑な鋳型形状では、シェル中子を効率よ
く取り出すことが著しく困難となる場合がある。このよ
うな場合、鋳ぐるみされているシェル中子を取り出すた
めに、焼成炉を通して長時間加熱した後衝撃を与えて崩
壊させる方法をとらざるを得ない。このことは生産性の
向上と省エネルギー化に対して大きな障害となってい
る。 【0003】このような軽合金用のレジンコーテッドサ
ンドには、鋳造時にシェル鋳型のフェノール樹脂の熱分
解を促進させ、鋳型の崩壊性を促進する化合物(以下、
崩壊性促進剤という)をレジンコーテッドサンドの製造
時に添加混合する方法が種々報告されている。例えば、
特開昭58−84636号公報にはフェノール樹脂に塩
化アンモニウム、塩化亜鉛などを添加する方法が報告さ
れているが、この方法によるとシェル鋳型の冷間強度が
高く、崩壊性は良いものの、造型時または鋳込時に金型
の腐食が発生し易いという欠点を有する。また特開昭5
8-77738号公報にはIa,Ib,IIa,II
b,IIIa,IVa,Va,VIb,VIIa,VI
Ib,VIIIの各属から選ばれた元素のカルボン酸塩
の例がある。この方法によるとシェル鋳型の冷間強度が
高く、崩壊性は良好で且つ鋳込時の金型の腐食が発生し
ないという長所があるものの、フェノール樹脂の硬化速
度が低下するという欠点がある。また特公昭31−72
56号公報に硝酸カリウムや硝酸ナトリウムの例がある
が、十分な崩壊性を得る為には多量に用いることが必要
であり、鋳型強度の低下を招くとの欠点があった。 【0004】 【発明が解決しようとする課題】本発明は、シェル鋳型
の造型時に、フェノール樹脂の硬化が速く、また得られ
た鋳型の冷間強度が高く、更に軽金属の鋳造時には鋳型
の崩壊性が優れ、且つ金型を腐食させないレジンコーテ
ッドサンドを提供するものである。 【0005】 【課題を解決するための手段】本発明は、フェノール樹
脂組成物により鋳物用砂粒を被覆したレジンコーテッド
サンドであって、前記フェノール樹脂組成物が (A)ノボラック型フェノール樹脂、(B)融点が60
℃以上のレゾール型フェノール樹脂、(C)数平均分子
量が1000以上のポリエチレングリコール、(D)ア
ルカリ金属硝酸塩、を含有し、前記フェノール樹脂
(A)、(B)の重量配合比(A/B)が20/80〜
70/30であり、フェノール樹脂の合計量(A+B)
100重量部に対して、前記ポリエチレングリコール
(C)2〜20重量部および前記アルカリ金属硝酸塩
(D)0.5〜2重量部とを含有することを特徴とする
シェルモールド用レジンコーテッドサンド、である。 【0006】以下に、本発明のシェルモールド用レジン
コーテッドサンド(以下、「レジンコーテッドサンド」
という)について説明する。まず、本発明のレジンコー
テッドサンドに使用されるフェノール樹脂組成物(以
下、「組成物」という)に配合される成分について詳し
く述べる。本発明で使用される組成物に配合されるフェ
ノール樹脂は、フェノール類とアルデヒド類とを酸触媒
で反応して得られるノボラック型フェノール樹脂(A)
と、フェノール類とアルデヒド類とを塩基性触媒で反応
して得られるレゾール型フェノール樹脂(B)との混合
物である。かかるフェノール樹脂の製造においては、通
常用いられる原料、触媒等が使用でき、これらの製造条
件については特に限定するものではない。原料として使
用されるフェノール類は、フェノール、クレゾール、ビ
スフェノールAなどがある。アルデヒド類としては、ホ
ルマリン、パラホルムアルデヒドなどである。ノボラッ
ク型フェノール樹脂の製造時に用いられる反応触媒は硫
酸、塩酸、パラトルエンスルフォン酸、蓚酸などの酸性
物質または酢酸亜鉛などの有機金属塩である。また、レ
ゾール型フェノール樹脂の製造時には反応触媒としてア
ンモニア水、トリエチルアミン、水酸化ナトリウム、水
酸化カリウム、水酸化バリウムなどの塩基性物質が使用
される。 【0007】本発明で使用される組成物に配合されるフ
ェノール樹脂のうち、ノボラック型フェノール樹脂
(A)は特に限定せず、常温で液状のもの、固形のもの
などいずれも使用することができ、場合によってはこれ
らを混合して用いても構わない。一方、レゾール型フェ
ノール樹脂(B)は、融点が60℃以上のものを用いる
ことが好ましく、さらに好ましくは65℃以上である。
かかる融点を有する樹脂を用いることにより、ブロッキ
ングすることなく良好な流動性を有したレジンコーテッ
ドサンドを得ることができる。このようなレゾール型フ
ェノール樹脂は、製造時にゲル化を防止しつつ充分に縮
合水を除去することにより得ることが出来る。 【0008】ノボラック型フェノール樹脂はヘキサメチ
レンテトラミン又はレゾール型フェノール樹脂と反応し
硬化する。高い架橋密度で硬化する為高い強度が得られ
うる反面熱分解が困難という性質がある。一方レゾール
型フェノール樹脂はノボラック型フェノール樹脂の硬化
剤としても作用し、ヘキサメチレンテトラミンを必要と
せず硬化する。得られた硬化物の架橋密度は低く容易に
熱分解する性質がある。本発明で使用される組成物にお
いては、ノボラック型フェノール樹脂(A)とレゾール
型フェノール樹脂(B)との重量配合比(A/B)を2
0/80〜70/30とすることが好ましく、さらに好
ましくは25/75〜65/35である。かかる配合比
とすることにより、シェル鋳型の強度と熱分解性とのバ
ランスを両立させることができる。ノボラック型フェノ
ール樹脂(A)の割合が前記上限値より多くなると崩壊
性が低下するようになり、レゾール型フェノール樹脂
(B)の割合が前記上限値より多いと鋳型の強度が低下
することがある。これらのフェノール樹脂は予め混合し
て用いても良く、又はコーテッドサンド製造時に別々に
添加しても良い。また、必要とする鋳型特性に応じて、
ヘキサメチレンテトラミンを併用することもできる。 【0009】本発明においては、組成物に熱分解性を付
与するためポリエチレングリコール(C)を配合する。
本発明で用いられるポリエチレングリコールは、フェノ
ール樹脂の硬化物に比べて分解温度が低いため熱分解性
がよく、またフェノール樹脂との相溶性がよいため鋳型
の強度低下も起こさない。ポリエチレングリコールは数
平均分子量が1000以上のものであることが好まし
く、さらに好ましくは2000以上である。かかる分子
量のものを用いることにより、レジンコーテッドサンド
に良好な流動性を付与することができる。分子量が前記
下限値の場合、得られたコーテッドサンドの融点が低下
し、固結の発生、流動性の低下が生じ保存性と金型への
充填密度が低下して使用に支障をきたすことがある。 【0010】また、ポリエチレングリコールの配合量
は、フェノール樹脂の合計量(A+B)100重量部に
対して2〜20重量部であり、さらに好ましくは2〜1
5重量部である。かかる量のポリエチレングリコールを
配合することにより、組成物の熱分解性とレジンコーテ
ッドサンドの流動性とを付与することができる。配合量
が前記下限値未満では熱分解性をよくする効果に乏し
く、また前記上限値を越えると得られたコーテッドサン
ドの融点が低下し、固結の発生、流動性の低下が生じ保
存性と金型への充填密度が低下して使用に支障をきたす
ことがある。なお、ポリエチレングリコールの配合は、
フェノール樹脂の合成時に配合又はレジンコーテッドサ
ンドの製造時に添加してもよい。 【0011】本発明においてはさらに、崩壊性促進剤と
してアルカリ金属硝酸塩を配合する。ここでいうアルカ
リ金属硝酸塩としては、硝酸ナトリウム、硝酸カリウ
ム、硝酸リチウムであり、これらを単独又は混合して使
用しても良い。アルカリ金属硝酸塩の配合量は、フェノ
ール樹脂の合計量(A+B)100重量部に対して0.
5〜2.0重量部であり、さらに好ましくは0.6〜
1.8重量部である。かかる量のアルカリ金属硝酸塩を
配合することにより、レジンコーテッドサンドに良好な
崩壊性を付与することができる。アルカリ金属硝酸塩の
配合量が前記下限値未満では崩壊促進効果に乏しく、前
記上限値を超えて配合しても鋳型の強度が低下するよう
になるため実用的ではない。アルカリ金属硝酸塩の配合
は組成物の配合時に水溶液として添加するのが均一性の
点で好ましい。なお、本発明の主旨に合致するものであ
ればカルボン酸塩、炭酸塩などの他の崩壊性促進剤を併
用してもよい。 【0012】本発明のレジンコーテッドサンドに用いる
組成物には、前記材料のほか、必要に応じてエチレンビ
スステアリルアミドなどの滑剤、アミノシランカップリ
ング剤などの改質剤を配合して用いることもできる。ま
た、シェルモールド用レジンコーテッドサンドに用いる
骨材としては珪砂が一般的であるが、ジルコンサンド、
人工ムライトサンド等の特殊砂などを混合または単独で
使用してもよい。 【0013】本発明のシェルモールド用レジンコーテッ
ドサンドの製造は、通常の方法を適用することができ
る。すなわち、130〜150℃程度に加熱した珪砂等
の骨材に前記ノボラック型フェノール樹脂、レゾール型
フェノール樹脂、およびポリエチレングリコールを混合
して混練し、さらにアルカリ金属硝酸塩を水溶液にして
添加した後、空冷しながら混合を続け砂に十分な流動性
が生じた時点で必要に応じて滑剤を配合し、レジンコー
テッドサンドを得ることができる。なお、骨材に対する
組成物の添加量は業界で知られている範囲で任意に選択
することができる。 【0014】本発明のレジンコーテッドサンドは、通常
用いられるノボラック型フェノール樹脂とともに、硬化
時の架橋密度が低く熱分解性の良いレゾール型フェノー
ル樹脂と、鋳型強度の低下を起こさず熱分解性の良い固
形のポリエチレングリコールを所定量含有し、更に崩壊
性促進剤としてアルカリ金属硝酸塩を配合することによ
り、相乗効果として極めて優れた熱分解促進作用が付与
されると考えられる。この結果として鋳込後のフェノー
ル樹脂の強度保持がなくなり容易に鋳物より排出するこ
とができる。また、配合したポリエチレングリコール、
アルカリ金属硝酸塩はいずれも金型への腐食性が極めて
低い為、錆等の発生がないものと考えられる。 【0015】 【実施例】以下、本発明を実施例を用いて具体的に説明
する。しかし、本発明は実施例に限定されるものではな
い。また本文中に記載されている「%」はすべて「重量
%」を示す。 【0016】フェノール樹脂の製造例1(ノボラック型
フェノール樹脂) 冷却器、攪拌機付きの反応容器にフェノール1000
g、蓚酸10g、37%ホルマリン561gを仕込ん
だ。徐々に昇温して温度が95℃になった時点から3時
間95〜100℃にて反応を行った後、加熱を続けて内
温が130℃になるまで常圧脱水を行った。更に加熱を
続け、徐々に6.7kPaまで減圧した。反応系内温度
が180℃到達後、エチレンビスステアリルアマイド1
0gを添加混合し反応容器より冷却容器に排出して、ノ
ボラック型フェノール樹脂960gを得た。 【0017】フェノール樹脂の製造例2(ノボラック型
フェノール樹脂) 冷却器、攪拌機付きの反応容器にフェノール1000
g、蓚酸10g、37%ホルマリン561gを仕込ん
だ。徐々に昇温して温度が95℃になった時点から3時
間95〜100℃にて反応を行った後、加熱を続けて内
温が130℃になるまで常圧脱水を行った。更に加熱を
続け、徐々に6.7kPaまで減圧した。反応系内温度
が180℃到達後エチレンビスステアリルアマイド10
gと分子量21000のポリエチレングリコール220
gを添加混合し反応容器より冷却容器に排出してノボラ
ック型フェノール樹脂1160gを得た。樹脂中のポリ
エチレングリコールの含有率は19%であった。 【0018】フェノール樹脂の製造例3(レゾール型フ
ェノール樹脂) 製造例1の反応容器を用いてフェノール1000g、3
7%ホルマリン1840g、続いて28%のアンモニア
水120g、50%水酸化ナトリウム水溶液50gを添
加した。徐々に昇温し温度が96℃に達してから25分
間還流反応した後、エチレンビスステアリルアマイド5
0gを添加して、徐々に6.7kPaまで減圧した。1
05℃到達後反応容器より排出して急冷して融点70℃
のレゾール型フェノール樹脂1150gを得た。 【0019】実施例1 130℃に加熱したフラタリーサンド8kgをミキサー
に投入後、製造例1のノボラック型フェノール樹脂80
g、製造例3のレゾール型フェノール樹脂80gおよび
分子量12000のポリエチレングリコール16gを配
合し、45秒間混練後、硝酸カリウム1gを100gの
水に溶解した水溶液を添加し、空冷しながら混合を続け
砂に十分な流動性が生じた時点で8gのステアリン酸カ
ルシウムを添加混合してレジンコーテッドサンドを作製
した。 【0020】実施例2〜3 実施例1のレジンコーテッドサンドの作製手順に準じ
て、フェノール樹脂とポリエチレングリコールとアルカ
リ金属硝酸塩の配合を表1に示すように変更してレジン
コーテッドサンドを作製した。 【0021】比較例1〜2 実施例1のレジンコーテッドサンドの作製手順に準じ
て、フェノール樹脂とポリエチレングリコールとアルカ
リ金属硝酸塩の配合を表1に示すように変更してレジン
コーテッドサンドを作製した。 【0022】得られたレジンコーテッドサンドについて
曲げ強度、融着点、ベンド(撓み量)、崩壊性、および
金型腐食性試験を実施した。組成物の配合とレジンコー
テッドサンドの特性測定結果を表1に示す。 【0023】 【表1】【0024】(測定方法) (1)曲げ強度:JIS−K6910に準じた。焼成は
250℃で30秒行った。 (2)融着点:温度勾配を有した銅棒上にレジンコーテ
ッドサンドを置き、60秒後に0.5kg/cm2 のエ
アを当てレジンコーテッドサンドを吹き飛ばし、レジン
コーテッドサンドが銅棒に融着している部分の最低温度
を融着点とした。 (3)ベンド(撓み量):日本鋳造技術協会試験法、S
M−3に準じた。厚さ×幅×長さが5×40×180の
板状試験片を250℃で30秒焼成し、10秒後に荷重
をかけて撓み量を読み取る。値の大きいものほど造型後
の変形が大きく硬化が遅いことを示す。 (4)崩壊性:レジンコーテッドサンドを内径25m
m、長さ150mmの鉄パイプ内に充填し、250℃で
30分間予備焼成後、アルミ箔で被覆し、370℃で3
時間還元雰囲気下で熱処理する。放冷後、アルミ箔から
鉄パイプを取り出して図1に示す方法で鉄パイプに50
0gのハンマーで衝撃を与え、鉄パイプ内の残砂が無く
なるまでの衝撃回数を測定する。図1において、Aはサ
ンプル、Bはハンマーを示す。ハンマーは支点Cを中心
に回転する。この支点Cの高さはサンプルAに対して3
0cmである。ハンマーは水平位置まで持ち上げられて
から自然落下させ、サンプルに衝突させ衝撃を与えた。
鉄パイプ内の残砂が無くなるまでの衝撃回数が少ないも
の程崩壊性が良いことを示す。(5)金型腐食性試験:
崩壊性のテストに使用した鉄パイプをそのまま室内(2
0℃ 65%)に放置し、2週間後に鉄パイプの内面を
観察して錆の有無を観察した。 【0025】表1の結果より、実施例1〜3は、ノボラ
ック型フェノール樹脂、レゾール型フェノール樹脂、ポ
リエチレングリコール、およびアルカリ金属硝酸塩をそ
れぞれ適量配合した組成物を用いたレジンコーテッドサ
ンドであり、鋳型強度などの特性を損なうことなく、崩
壊性が向上している。一方、比較例1はフェノール樹脂
成分としてレゾール型フェノール樹脂を用いず、また熱
分解性を付与するためのポリエチレングリコールも配合
しなかったため、鋳型の崩壊性が低下した。また、比較
例2は本発明の崩壊性促進剤であるアルカリ金属硝酸塩
の代わりに塩化亜鉛を用いたが、崩壊性、曲げ強度が低
下し、また、鉄パイプに錆の発生が見られた。 【0026】 【発明の効果】本発明は、ノボラック型フェノール樹
脂、融点60℃以上のレゾール型フェノール樹脂、数平
均分子量1000以上のポリエチレングリコール、およ
びアルカリ金属硝酸塩を適量配合した組成物を使用した
シェルモールド用レジンコーテッドサンドであり、鋳型
の強度や融着点、硬化速度などの実質的低下を招くこと
なく、崩壊性に優れた鋳型を製造することができる。こ
のような崩壊性に優れた鋳型を用いることにより、鋳込
後の砂焼き工程が省略できるので、省エネルギーと工程
短縮が図られる。また金型における錆の発生もないた
め、アルミ等の軽金属類の経済的な鋳造に好適に用いる
ことができる。
【図面の簡単な説明】 【図1】 崩壊性を測定するための衝撃試験機の概略側
面図 【符号の説明】 A サンプル B ハンマー C ハンマーの支点
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 FI テーマコート゛(参考) B22C 1/26 B22C 1/26 C08K 3/24 C08K 3/24 C08L 61/06 C08L 61/06 71/02 71/02

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 【請求項1】フェノール樹脂組成物により鋳物用砂粒を
    被覆したレジンコーテッドサンドであって、前記フェノ
    ール樹脂組成物が (A)ノボラック型フェノール樹脂、(B)融点が60
    ℃以上のレゾール型フェノール樹脂、(C)数平均分子
    量が1000以上のポリエチレングリコール、(D)ア
    ルカリ金属硝酸塩、を含有し、前記フェノール樹脂
    (A)、(B)の重量配合比(A/B)が20/80〜
    70/30であり、フェノール樹脂の合計量(A+B)
    100重量部に対して、前記ポリエチレングリコール
    (C)2〜20重量部および前記アルカリ金属硝酸塩
    (D)0.5〜2重量部とを含有することを特徴とする
    シェルモールド用レジンコーテッドサンド。
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