JP7247804B2 - 鋳型造型用組成物及び鋳型造型方法 - Google Patents
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Description
鋳型造型用組成物は、耐火性無機粒子、水ガラス系結合剤、界面活性剤、シリコン含有化合物、活性炭粉粒体、及び水を含む。
耐火性無機粒子としては、ケイ素酸化物、アルミニウム酸化物等の無機酸化物を主成分とする天然砂、あるいはそれらを主成分とする人工砂が挙げられる。耐火性無機粒子の粒度は、AFS粒度指数において30~120であることが好ましく、50~100であることがより好ましい。鋳肌を重視する鋳物においては、耐火性無機粒子はある程度の細かさを有していることが好ましい。一方、鋳物のガス欠陥等の防止においては、一般的に鋳型の通気性確保のため、耐火性無機粒子はある程度の粗さを有していることが好ましい。
水ガラス系結合剤としては、Na2SiO3、Na4SiO4、Na2Si2O5、Na2Si4O9等が挙げられる。水ガラス系結合剤、すなわちケイ酸ナトリウム(ケイ酸ソーダ)は、SiO2/Na2Oのモル比により以下のとおり、1号~5号の種類に分類される。ただし、以下の1号~5号のケイ酸ナトリウム以外に、SiO2/Na2Oのモル比が1.0のメタケイ酸ナトリウムを用いることもできる。そのようなメタケイ酸ナトリウムは市販されており、容易に入手が可能である。
1号:SiO2/Na2Oのモル比が2.0~2.3である。
2号:SiO2/Na2Oのモル比が2.4~2.5である。
3号:SiO2/Na2Oのモル比が3.1~3.3である。
4号:SiO2/Na2Oのモル比が3.3~3.5である。
5号:SiO2/Na2Oのモル比が3.6~3.8である。
界面活性剤としては、アニオン性界面活性剤、ノニオン性界面活性剤、両性界面活性剤、及びこれらの混合物が挙げられる。
シリコン含有化合物は、金属シリコン及びフェロシリコンの少なくとも一種を含む。シリコン含有化合物の粒度は特に限定されないが、例えばシリコン化合物の全量に対し、粒径45μm以下である粒子の割合が50質量%以上であることが好ましい。これにより、シリコン含有化合物とアルカリ水酸化物とが反応し易くなり、効率的に発熱する。
鋳型造型用組成物が活性炭粉粒体を含むことで、界面活性剤により流動性が向上した組成物においても、充分な発熱を生じさせることができる。また、発熱反応により生じる組成物の膨張を抑制することができる。
鋳型造型用組成物は、鋳型の硬化速度を調整するためにさらに発熱促進剤を含んでいてもよい。発熱促進剤としては、アルカリ金属の水酸化物、アルカリ土類金属の水酸化物等が挙げられ、特に水酸化ナトリウム、水酸化カリウム等を好適に用いることができる。
鋳型造型用組成物は、鋳型造型用組成物に含まれる微細気泡を消泡させるため、及び水ガラス系結合剤をゲル化させて発熱反応が進むことで発生する水素ガスによる鋳型の膨張を抑制するため、さらにゲル化剤を含んでいてもよい。ゲル化剤としては、アルカリ存在下で酸を生成し、中和反応により水ガラスをゲル化させられるものであれば特に限定されないが、グリオキサール、プロピレンカーボネートに代表されるゲル化剤を選択することができる。
水としては、水道水、蒸留水、脱イオン水等を使用すればよい。
鋳型は、上記の鋳型造型用組成物を、鋳枠によって囲われた模型内に充填する工程を備える、鋳型造型方法により製造することができる。模型内への充填に際し、鋳型造型用組成物はホイップ状になるまで充分に撹拌されることが好ましい。模型内への充填は、撹拌後の組成物が高い流動性を有している場合は流し込みにより、また組成物がある程度の粘度を有している場合には加圧あるいは振動により、実施することができる。
混錬砂1-1
愛工舎製作所製卓上ミキサー内に、耐火性無機粒子としてフラタリーサンド(三菱商事建材販売、AFS粒度指数60)1000g、フェロシリコン紛(関東金属製、シリコン含有率75質量%)40g、粉末活性炭(フタムラ化学製)9gを投入し、15秒間混合・撹拌を行った。その後、1号水ガラス(富士化学製:SiO2/Na2Oのモル比が2.0~2.3)60g、水酸化ナトリウム10質量%水溶液40gを添加し、30秒間撹拌した。その後さらに、アニオン性界面活性剤3質量%溶液(アデカ製)16gを添加し、30秒間の撹拌を行い、ホイップ状の混錬砂1-1(鋳型造型用組成物)を作製した。
粉末活性炭を用いなかったこと以外は、混錬砂1-1と同様にして混錬砂1-2を作製した。
アニオン性界面活性剤溶液の量を10gに変更したこと以外は、混錬砂1-2と同様にして混錬砂1-3を作製した。
混錬砂2-1
愛工舎製作所製卓上ミキサー内に、耐火性無機粒子としてエスパール(人工砂、山川産業製60番、AFS粒度指数60)1000g、金属シリコン紛(関東金属製、含有率98.8質量%)15g、粉末活性炭(フタムラ化学製)6gを投入し、15秒間混合・撹拌を行った。その後、1号水ガラス(富士化学製)30g、水酸化ナトリウム15質量%水溶液26gを添加し、30秒間撹拌した。その後さらに、ノニオン性界面活性剤8質量%溶液(花王製)14gを添加し、30秒間の撹拌を行い、ホイップ状の混錬砂2-1を作製した。
粉末活性炭の量を9gに変更したこと以外は、混錬砂2-1と同様にして混錬砂2-2を作製した。
水酸化ナトリウム15質量%水溶液の量を13gに変更したこと以外は、混錬砂2-1と同様にして混錬砂2-3を作製した。
水酸化ナトリウム15質量%水溶液を用いなかったこと以外は、混錬砂2-1と同様にして混錬砂2-4を作製した。
混錬砂3-1及び3-2
愛工舎製作所製卓上ミキサー内に、耐火性無機粒子としてエスパール(人工砂、山川産業製60番、AFS粒度指数60)1000g、金属シリコン紛(関東金属製、含有率98.8質量%)、粉末活性炭(フタムラ化学製)を投入し、15秒間混合・撹拌を行った。その後、1号水ガラス(富士化学製)、水酸化ナトリウム15質量%水溶液を添加し、30秒間撹拌した。その後さらに、ノニオン性界面活性剤8質量%溶液(花王製)を添加し、30秒間の撹拌を行い、ホイップ状の混錬砂3-1及び3-2を作製した。各成分の添加量は表1のとおりとした。
混錬砂4-1
愛工舎製作所製卓上ミキサー内に、耐火性無機粒子としてエスパール(人工砂、山川産業製60番、AFS粒度指数60)1000g、金属シリコン紛(関東金属製、含有率98.8質量%)を投入し、15秒間混合・撹拌を行った。その後、1号水ガラス(富士化学製)、水酸化ナトリウム15質量%水溶液を添加し、30秒撹拌した。その後さらに、ノニオン性界面活性剤8質量%溶液(花王製)を添加し、30秒間の撹拌を行い、ホイップ状の混錬砂4-1を作製した。各成分の添加量は表2のとおりとした。
耐火性無機粒子に対しさらに粉末活性炭(フタムラ化学製)を投入したこと以外は、混錬砂4-1と同様にして混錬砂4-2を作製した。
Claims (8)
- 耐火性無機粒子、水ガラス系結合剤、界面活性剤、シリコン含有化合物、活性炭粉粒体、及び水を含み、
前記シリコン含有化合物が、金属シリコン及びフェロシリコンの少なくとも一種を含む、鋳型造型用組成物。 - 前記耐火性無機粒子100質量部に対し、前記シリコン含有化合物に含まれるシリコン含有量が0.5~5.0質量部である、請求項1に記載の鋳型造型用組成物。
- 前記耐火性無機粒子100質量部に対し、前記活性炭粉粒体の含有量が0.5~3.0質量部である、請求項1又は2に記載の鋳型造型用組成物。
- 前記耐火性無機粒子が天然砂及び人工砂の少なくとも一種を含む、請求項1~3のいずれか一項に記載の鋳型造型用組成物。
- 前記水ガラス系結合剤の、SiO2/Na2Oで表されるモル比が4.0以下である、請求項1~4のいずれか一項に記載の鋳型造型用組成物。
- 前記耐火性無機粒子100質量部に対し、前記水ガラス系結合剤の含有量が0.1~10質量部である、請求項1~5のいずれか一項に記載の鋳型造型用組成物。
- 前記耐火性無機粒子100質量部に対し、前記界面活性剤の含有量が0.01~0.3質量部である、請求項1~6のいずれか一項に記載の鋳型造型用組成物。
- 請求項1~7のいずれか一項に記載の鋳型造型用組成物を模型内に充填する工程を備える、鋳型造型方法。
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