JPH069726B2 - レジンコーテッドサンド - Google Patents

レジンコーテッドサンド

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JPH069726B2
JPH069726B2 JP62306268A JP30626887A JPH069726B2 JP H069726 B2 JPH069726 B2 JP H069726B2 JP 62306268 A JP62306268 A JP 62306268A JP 30626887 A JP30626887 A JP 30626887A JP H069726 B2 JPH069726 B2 JP H069726B2
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明 大橋
三男 範国
範彦 金本
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【発明の詳細な説明】 [産業上の利用分野] 本発明は、低膨張性および易崩壊性を兼ね備えたシエル
モールドに用いるレジンコーテッドサンドに関するもの
である。
[従来の技術] 鋳物工業において精密鋳型を作る方法の1つとして例え
ばヘキサメチレンテトラミンを添加したノボラック樹脂
などの合成樹脂を以って被覆したレジンコーテッドサン
ド(Regin Coated Sand,以下RCSと略記する)を予
熱した模型上に充填接触させてシェル型を模型上に形成
させ加熱してシェル鋳型または中子を作る方法が一般に
用いられている。この場合樹脂で被覆される骨材である
鋳物砂として最も一般的なものは、シリカ(SiO2)含有
量が90%以上の高純度ケイ砂であり、この高純度ケイ砂
は、すぐれた耐熱性と高強度を有し、粘結剤との濡れ性
も良いので各種鋳物用に広く使用されている。
[発明が解決しようとする問題点] しかし、この高純度ケイ砂を骨材として用いた鋳型(特
に中子)は、注湯によってかなり膨張するため鋳物の寸
法精度の向上に充分対応することができなかった。
本発明者らは、先にMgOとSiO2を含有する塩基性の鉱滓
等特性に粒状ニッケル鉱滓からなる鋳物砂が低膨張特性
に優れていることを見出し、資源的にも乏しい高純度ケ
イ砂に優る極めて好適な鋳物砂として前記鉱滓からなる
鋳物砂を提案した(特願昭60-288237,同60-288238,同60
-282444)。MgO・SiO2を主成分とするニッケル鉱滓より
得られる低膨張鋳物砂(以下NEサンド略記する)を骨
材としたRCSは、その優れた低膨張特性により高度な
寸法精度を要求される製品(たとえば自動車部品など)
を得る際に極めて好適に用いられてきた。
しかし、NEサンドを骨材としたRCSは、たとえば中
子砂として使用した場合、低膨張であるが故に注湯時の
熱膨張に伴う砂の移動が少いことなどに起因して、振動
やノック圧が低い型バラシの現場作業条件下では崩壊性
の点で問題を生じる場合がありなお改善の余地が大き
い。
たとえばエンジンのシリンダヘッド等の内部構造の複雑
な製品を鋳造する場合に使用される中子の場合などは、
注湯時には湯の圧力に充分耐えられるだけの強度を維持
し、かつ鋳込後における崩壊性が特に良好でなければな
らない。このために、たとえばフェノールレジンの低温
域での分解を目的としてレジン製造時において有機臭素
化合物、無機臭素化合物などのハロゲン化合物などを添
加したフェノールレジン組成物(以下易崩壊性レジンと
略記する)をNEサンドに添加して行うか、またはたと
えばフェノール、ホルムアルデヒドおよびビスフェノー
ルA精製残渣(ビスフェノールAをフェノールとジメチ
ルケトンとの縮合によって合成し、これを精製する際に
生ずる残渣)を配合し、酸性触媒の存在下で反応させて
得られる樹脂、ビスフェノールAを生ずる際に得られる
ビスフェノールAを含む副生成物をアルカリ性触媒の存
在下高温で処理し、低沸点成物を系外に除去したあとに
残る高分子量のフェノール性水酸基を有する開裂残渣ま
たは該開裂残渣とフェノール類を酸性触媒下にホルムア
ルデヒドと縮合させて得られるノボラック型フェノール
樹脂と、芳香族カルボン酸および/または、その無水物
を配合してなる樹脂組成物など(以下低膨張レジンと略
記する)を前記高純度ケイ砂に添加して行う等の方法が
採用されているのが現状である。
然しながら、RCSの構成は通常骨材である鋳物砂約97
重量部に対し添加レジン量は約3重量部であり、かかる
僅少のレジンのみで鋳物砂の特性を改善し実質的に問題
点のないRCSを得ることは困難であり、根本的な解決
策には至っていない。
かかる実情に鑑み、本発明は前記ニッケル鉱滓より得ら
れる低膨張鋳物砂と鋳物用ケイ砂との混合物を骨材とし
て用いることにより前記諸問題点を解決し、低膨張性お
よび易崩壊性を兼ね備えたRCS提供することを目的と
するものである。
[問題点を解決するための手段] 本発明に係るRCSは、MgO・SiO2を主成分とする鉱滓等
特にニッケル鉱滓より得られる粒形係数1.4以下の低
膨張鋳物砂と鋳物用ケイ砂との混合物からなる骨材を低
膨張レジンおよび/または易崩壊性レジンからなる被覆
用レジンを以て被覆したことを特徴としている。すなわ
ち本発明は、MgO・SiO2を主成分とするニッケル鉱滓より
得られる極めて低膨張性に優れた鋳鉱砂の該優れた特性
の故に発現する崩壊性の不充分さを改善すべく種々研究
を行った結果、鋳物用ケイ砂を前記低膨張鋳物砂と併用
することにより、実用上低膨張性を害することなく、崩
壊性を向上せしめ得ることを見出して完成されたもので
ある。
ニッケルスラグは、例えばニッケル鉱石に無煙炭および
石灰石を配合し、ロータリーキルンで製錬したのち、粉
砕と選鉱(比重選鉱、磁力選鉱等)を行った後に排出さ
れるものでニッケル1tを得るのに約50tのスラグが発
生すると言われている。このニッケルスラグは、MgO・Si
O2の鉱物組成を有する塩基性の粒状物であり、従来はコ
ンクリートおよびアスファルトの骨材として少量が使用
されていたものである。
このようなニッケルスラグは、比重差によって偏析した
不純物が表面に残存しており、しかも粉砕工程によって
粒形を悪化しているのでそのまま骨材としての鋳物砂と
して使用した場合は、強度および耐熱性上の問題を生ず
る場合があるので、前記ニッケルスラグの磨鉱処理を施
し粒形係数1.4以下の粒状物として用いることがより
好ましい。
この種の磨鉱処理としては、通常ニューマチックリクレ
ーマ、またはインパクトスクライバー等を用いる乾式磨
鉱処理が採用される。上記ニッケルスラグもこのような
乾式処理方法によって好ましい粒形係数1.4以下とす
ることも不可能でないが、この方法は一般的に処理能力
が低いため、実生産ラインでは、設備的に大規模となり
設備費が高価となる。したがって湿式スクラビング磨鉱
機を用いて磨鉱処理を行うのがより好ましい。湿式磨鉱
処理としては、数種のものがあるが、なかでもトラフ式
の磨鉱機を用いてパルブ濃度、すなわちニッケルスラグ
と水の比率が、重量比でニッケルスラグ:水=1:0.
1〜0.25の条件で行なうのが好ましい。水の量をこれよ
りも多くすると流動性が向上するため共擦り効果が減少
する。逆に水の量をこれよりも少なくするとニッケルス
ラグの送りが困難になる。なお、場合によってはトラフ
式の磨鉱機で水を使わず乾式の磨鉱処理を施してもよ
い。
スラグの磨鉱は最終粒形係数が1.4以下となるまで行
なうことが前記の如く好ましく、さらに1.3以下とな
るまで行なうことがより好適である。粒形係数は完全な
球形を1とし、これに近いほど球に近い形状であること
をあらわすもので、粒形係数を1.4以下とすることに
より鋳型強度等の改善がもたらされるのは、骨材粒子表
面の清浄化と比表面積の減少による粘結層(被覆層)の
増加と充填密度の増加による熱伝導率の向上等が促進さ
れることによるものと考えられる。
本発明に用いられる鋳物用ケイ砂は、従来鋳物砂として
用いられているケイ砂であれば差し支えなく、特に限定
されないが最も一般的なものはシリカ(SiO2)含有量90
%以上の高純度ケイ砂であり、このようなケイ砂がより
好適に用いられる。
骨材として用いるNEサンドと鋳物用ケイ砂の混合割合
により本発明の効果の程度が異なる一面があり、本発明
の効果をより確実に、より効果的に享受するためには、
NEサンドと鋳物用ケイ砂との混合割合をNEサンド10
〜75重量部に対し、鋳物用ケイ砂25〜90重量部とするこ
とがより好ましい。
本発明に用いる被覆用レジンとしては、ノボラック樹
脂、レゾール樹脂、アンモニアレゾール樹脂、ベンジル
エーテル樹脂などのフェノール系樹脂、さらに該樹脂と
臭素含有有機化合物または臭素含有無機化合物との組成
物、並びに前記の低膨張性レジン、易崩壊性レジン等が
ある。特に前記の低膨張性レジンおよび易崩壊性レジン
がより好ましい。被覆用レジンの添加量は、鋳造品の形
状等からのRCSへの要求性能により適宜選定される
が、骨材100重量部当り0.5〜10重量部、より好まし
くは1.0〜4.0重量部の被覆用レジンが添加された
とき、より優れた低膨張性と易崩壊性を兼ね備えたRC
Sとなり得る。この場合、前記低膨張性レジンまたは易
崩壊性レジンは、前記被覆用レジン添加量の10〜100重
量%を前記レジンのいづれかが占める如く、単独もしく
は、併用添加して用いるのが好ましい。
なお、前記低膨張鋳物砂、鋳物用ケイ砂および被覆用レ
ジンが前記より好適な範囲外にある場合には、より好適
な条件下にある場合に比しRCSの膨張率が若干増加し
たり残留強度の上昇に伴う多少の崩壊性の悪化を来たし
たりするので、たとえばエンジのシリンダヘッド等の内
部構造の複雑な製品を鋳造するときに使用される中子に
本発明のRCSが適用される場合の如く、特に易崩壊性
が要求される場合には各構成要素が前記好適な領域にあ
るRCSを用いることがより好ましい。
[発明の作用および効果] 以上説明したように本発明に係るRCSは、NEサンド
に混合添加された鋳物用ケイ砂がNEサンドの低膨張性
機能を損うことなく崩解性を高める作用を果し、優れた
低膨張性と易崩解性を兼ねそなえたものとなっている。
通常の鋳物用ケイ砂に低膨張鋳物砂(NEサンド)を加
えると、熱膨張が少なくなり崩壊性が悪化する傾向があ
るが、易崩壊性樹脂の添加により崩壊性の悪化をカバー
することができる。この場合、樹脂の量が多い方が熱膨
張が少ない反面、崩壊性は悪くなるが、低膨張鋳物砂の
添加により、熱膨張が抑制されるので、樹脂の量が少な
くてすみ、経済的であると共に、崩壊性も良好である。
この点、低膨張樹脂の場合も同様であり、低膨張鋳物砂
の添加により当該樹脂の使用量を節約し、経済性を高め
ると共に、崩壊性を向上させることができる。すなわ
ち、本発明は、通常の鋳物砂に対する低膨張鋳物砂の混
合と、樹脂の選択の組合せにより、従来得られなかった
特有の効果が得られるのである。したがって本発明にか
かるRCSを造形した場合、鋳型としての具備条件を充
分満足すると同時に、自動車部品を代表とする寸法精度
の高い製品をつくるために不可欠な特性、すなわち低膨
張性および易崩壊性を備えたすぐれた鋳型を得ることが
可能となった。
[実施例] 以下実施例を挙げて本発明の詳細を説明するが本発明は
これら実施例に限定されるものではない。
実施例に用いたRCSの特性の測定法は下記の通りであ
る。
(1)シェル熱膨張率 a)試験機 熱機械分析装置 (サーモフレックスTMA標準型) (理学電機(株)製) b)テストピース焼成 200℃×120sec c)テストビース寸法 7¢×20mm d)昇温速度 20℃/min e)試験雰囲気 還元性雰囲気 (N2ガス導通、約300ml/min) f)測定温度範囲 室温〜1000℃ 2)常温抗圧力、熱間抗圧力、残留強度 (抗圧力) a)試験機 鋳物砂高温試験機 ((株)東京衡機製造所製) b)ステトピース焼成 250℃×90sec c)テストピース寸法 30¢×50mm d)テストピーツ曝熱 600℃×23min e)曝熱雰囲気 非酸化性雰囲気 (テストピースをアルミ箔で包んだ) f)テストタイミング 常温抗圧力: テストピースを焼成後デシケーター内で放置、24時間後
測定 熱間抗圧力: テストピースを焼成後デシケーター内で放置、24時間後
曝熱し測定 残留強度: テストピースを焼成後デシケーター内で放置、24時間後
曝熱しデシケーター内で放置、24時間後測定 粉砕機、濾過機等を通した粒状のニッケル鉱石をロータ
リーキルンで加熱処理し、水砕したのち粉砕機で粉砕
し、比重選鉱機と磁力選鉱機でニッケルを選別した後の
スラグを原料として使用した。このようなロータリーキ
ルン法によって得られるスラグは、電気炉、溶鉱炉等を
用いたものと異なり、半溶融状態で完全にガラス化しな
いので、水砕によって鋳物砂に相当する粒度分布を有す
る砂状スラグとすることができる。
このスラグを第1図に示す工程(A〜I)で処理してN
Eサンドを得た。得られたNEサンドの粒度分布と化学
成分を第1表および第2表に示す。また、実施例に用い
た鋳物用ケイ砂の粒度分布を第1表に示した。
このNEサンド及び鋳用物ケイ砂を骨材とし第3表及び
第4表に示す配合(重量基準)でRCSを製造し、膨張
性ならびに強度を測定した。その結果を第5表並びに第
2図および第3図に示した。なお第4表に示す樹脂Aは
一般RCS用樹脂でありノボラック樹脂である。樹脂B
は臭化亜鉛を添加した樹脂Aである。樹脂Cはフェノー
ルホルムアルデヒドおよびビスフェノールA精製残渣を
配合し酸性触媒の存在下に反応させて得られる樹脂であ
る。
第1表〜第4表に示す配合で得たRCSを用い250℃・9
0秒で焼成した第4図に示すような円筒型(50φ×50)
シエル中子型1を、下記配合で造型した主型2および押
湯型3にセットし普通鋳鉄(FC25相当)の溶湯を約14
30℃で注湯し、第5図に示すコアノックマシン4を用い
エアハンマー(エア圧1.0kg/cm2)で、ノックアウト時
間毎に砂落ち量を測定した。
(主型配合) フセン5号砂(AFS指数40前後)…100重量部 フラン樹脂 …1.2重量部/砂 硬化剤(有機スルフォン酸)…50重量部/樹脂 この崩壊性試験(砂落ち率)の結果は、第6表に示す通
りであった。
これらの実施例および比較例から明らかな如く本発明の
RCSは崩壊性にすぐれた性能、すなわちNCサンドの
低膨張性を損なうことなく崩壊性に優れた特性を有する
ことが明らかである。
【図面の簡単な説明】 第1図は、MgO・SiO2を主成分とする低膨張鋳物砂の製造
プロセスを示すフローチャート、第2図、第3図は、実
施例および比較例のRCSの熱膨張率の測定結果を示
す。 第4図(a),(b)は、崩壊性の確認に用いた鋳型の
概略図であり、第5図な崩壊性測定に用いたコアノック
マシンの斜視図である。

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】MgO・SiOを主成分とするニッケル
    鉱滓および/またはその他の鉱滓より得られた粒形係数
    1.4以下の低膨張鋳物砂と鋳物用ケイ砂との混合物か
    らなる骨材を、低膨張レジンおよび/または易崩壊性レ
    ジンからなる被覆用レジンで被覆したことを特徴とする
    レジンコーテッドサンド。
  2. 【請求項2】被覆用レジンの添加量が骨材100重量部
    当り0.5〜10重量部である特許請求の範囲第1項に
    記載のレジンコーテッドサンド。
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