JPS61154731A - 鋳型及び中子の硬化 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は鋳型または中子に関するものである。

長い年月にわたって、鋳型または中子を製造するために
耐熱性物質通常は砂を異るバインダーを使用してくつつ
けることが行われて来て居り、成る場合は一成分の物質
を使用し、他の場合は二成分間の反応による物質、例え
ば樹脂及び結合剤又は触媒と接触させて用いられる。コ
ストを安くしなければならぬと云う矛盾、使用の簡単さ
、毒性の無いこと及びキャスティング後の取り出しの容
易さの間のバランスが調整されなければならない。

多くの場合、他の重要なファクターは経時安定性であり
、即ちその熔けない物質の強度、特に中子を作る時の強
度は使用する前にしばらくの装置いておいても劣化して
はならないことである。

比較的簡単な耐火性中子を作る方法は、ケイ酸ナトリウ
ムで結合されそしてその中子を作り上げるためにその砂
の塊の中を温い空気を通過させて中子加熱ボックス中で
硬化させた砂を使用する。

この方法は低コストである長所及び非常に簡単であシ、
その広く使用されているケイ酸ナトリウム−二酸化炭素
の工程に較べてより高強度を与えるが、しかしこの方法
はそのケイ酸ナトＩＪウムバイングーが温い空気により
脱水された結果達成されるのであるから、もしもその中
子が次にちょっとでも湿気のあるところに保管されると
、その結合は再び水和して、そしてその中子は大部分の
強度を失ってしまう。

本発明の目的は鋳型又は中子用の耐熱性物質の粒子を互
いに結合するための新しいタイプのバインダーを提供す
るものであり、そのバインダーは温中子用ボックスと連
動して温風を通過させるだけで必要な硬化が簡単に出来
る長所を有し、そのようにして得られる中子又は型は長
い期装置いておいても悪い状態におかれてもその強度を
保持し、そして特に鉄や軽合金のキャスティング容易に
振って取り出せる。

本発明は、耐火性物質、即ち砂を、アンモニウム金属ポ
リアクリル酸塩錯体を生成するところのアンモニウムポ
リアクリル酸塩上金属酸化物又は金属塩との組み合わせ
よりなるバインダーと混ぜ、そしてこの混合物を温いボ
ックス中で温風をその中に通すとその型又は中子が作ら
れるところの鋳込み型及び中子の製造方法を提供するも
のである。

その温風はその４１７アクリル酸塩錯体を部分的に分解
してその７　＋７アクリル酸金属塩を生成し及びアンモ
ニアを発生する。

その金属酸化物又はその金属塩は、その金属イオンがそ
のアンモニウムイオンより塩基度が弱い必要がある。酸
化鉄は適当でない、その理由はポリアクリル酸鉄塩は弱
い塩基でありそして水に溶けるからである。

ポリアクリル酸金属塩は水に不溶であるので、次に湿気
の状態に置いても、そのバインダーの強度、従ってその
型又は中子の強度は重大な影響を受けない。

本発明の明細書及び特許請求の範囲の定義では、またポ
リアクリル酸メチルエステル及びポリメチルアクリル酸
の挙動及び反応は密接に同じであることを包含している
。

その金属酸化物は好ましくは、酸化亜鉛であり、そして
酸化亜鉛を用いることによりそのアンモニアを発生する
ことにより生成したその水不溶性の樹脂は、ポリアクリ
ル酸亜塩である。しかしながら、他方、実際的ではない
が、クロム塩はクロム酸ナトリウムの形で都合よく使用
出来る。

一般的に云えば、酸化亜鉛を用いる時にはその使用量は
、高湿度の状態に置かれてもその型及び中子の強度が保
たれるところが臨界点である。我々はその酸化亜鉛はそ
の熔けない物質の重量の約０３重置部を使用すべきであ
り、上限１％迄は期待する結果が得られるであろうと言
いたい。

そのポリアクリル酸アンモニウム塩用の出発物質はポリ
アクリル酸であり、ポリアクリル酸は水に溶け、種々の
異なる分子量のいろいろなグレードのものが市販品とし
て容易に入手出来る。後で出てくるように、我々は数平
均分子量が少くとも１００．０００以下であって最低限
の範囲が７６．０００であり、固型分含有率が２５％の
４　＋）アクリル酸を好んで用いるが、数平均分子量が
上限１．０００．０００迄のポリアクリル酸を用いるこ
とは可能である。

本発明により作られたバインダーの例をこれから述べる
が、−緒に種々のテストの結果は異なるパラメーターを
変化させた時の効果を示し、そしてこれらの幾つかの結
果を説明するために図面を用いて説明し、それらは次の
ようになるニー第１図はその中子の中に送り込まれる温
風の量が増えるにつれてその取り出した直後圧縮強度の
変化のグラフを示しだものである： 第２図は温風の量を増やしながら硬化させて３０分後に
示すその圧縮強度の変化を示したグラフである； 第３図は温風の量が増えるにつれてのその取り出し直後
の引張り強度の変化のグラフを示したものである； 第４図は温風の量を増やしながら硬化させて関分後に示
すその引張り強度の変化を示したグラフである。

第５図はその温風の温度及びその中子の加熱用ボックス
の温度を異なる状態にしだ時のその変化の説明として、
温風の量を増やすにつれてのその中子の重量減の遠度を
示しだものである。

第６図はその混合物中のバインダーの含有率チを変化さ
せた時のその中子の圧縮強度の変化を示したグラフであ
る； 第７図はその混合物中のバインダーの含有率を変化させ
た時の他の種々のファクターの変化を示しだものであり
： 第８図は温風の量を変化させた時の圧縮強度が異なる状
態に置かれた時の変化を示すグラフであり、 第９図は温風の量を変化させた時の引張り強度が異なる
状態に置かれた時の変化を示すグラフである。

実施例１ 本実施例のそのバインダーのその樹脂の部分は、数平均
分子量７ｆｉＯＯＯの４　リアクリル酸の２５チ水溶液
を密度０．８８０！Ｊｄｍ□３のアンモニア水溶液でも
って中和し、即ちそのｐＨが７０となる迄中和して製造
された。この得られたポリアクリル酸アンモニウム塩を
１５重量％〜３０重量％の間で（砂のその重量に関して
）の量と０．１３重量％〜０６重量％の間の量の酸化亜
鉛とを共に平均粒径５ｏＯミクロン〜１００ミクロンの
範囲の熔けないケイ砂を有するバッチミキサーに加えた
。この工程のその過程に於いて、その酸化亜鉛及びポリ
アクリル酸アンモニウム塩が反応してホＩＪアクリル酸
亜鉛アンモニウム錯体を生成する。

この得られた混合物を１００℃〜１５０℃の加熱された
中子加熱用ボックス中に置いて中子の形を作り、そして
次に１００℃〜１５０℃の温度の温風をその中子加熱用
ボックスの中を通過させた。このことによりそのアクリ
ル酸亜鉛アンモニウム醋体バインダーを部分的に分解し
、アンモニアを発生して砂の粒子を互いに結合させてい
る水不溶性のポリアクリル酸亜鉛を残す。

出発原料のその＋’　ｌＪアクリル酸塩の数平均分子量
が低いものと及びその数平均分子量が高いものとを使用
した時のその得られた中子のその圧縮強度の変化を決め
るための試験をしたその結果を次の表１に示す。２種数
のホＩＪアクリル酸を使用し、その一方の種類は数平均
分子量７４１４０００であり、他方の種類は数平均分子
量２３３，０００　のものである。各々１５０℃の温度
の１４０１Ｊツトルの空気及び１７５リツトルの空気で
硬化された中子の実例物を取り出してから３０分後に試
験したものと、再び２４時間後に乾燥状態に置いたもの
と、湿気の状態に置いたものと試験した。

表１　その数は砂の重量に対して３％のホＩＪアクリル
酸アンモニウム塩及び０．３％の酸化亜鉛を含有する混
合物の圧縮強度をキロパスカルで表示したものである。

平均分子量：　’　　　　　　７６．０００　２３０，
０００淵風の量（リットル）　　１４０１７５　１４０
１７５放置状態°− 相対湿度３０％２０℃の温度で３０分後相対湿度３０　
％　２０℃の温度で２４時間後２６７０　　２７８０’
　　　１４１５　１１７０相対湿度９７％２０℃の温度
で２４時間後上記の表は、少くとも２４時間後のその得
られた中子のその圧縮強度は、その出発原料が高分子量
のポリアクリル酸より作られた中子よりもその出発原料
が低分子量のポリアクリル酸よシ作られた中子の方が概
略２倍の強度であることを示してハる。従って以下の実
験の全てはその低分子量のポリアクリル酸を使用して行
う。

表２は加える酸化亜鉛の最適量を決めるだめの実験の結
果を説明するものである。酸化亜鉛を４つの異なる重置
部で加えて、そしてその得られた中子を（ａｌ室内放置
で２４時間後（ｂｌ相対湿度８２チ２０℃の状態で２４
時間放置後のその圧縮強度をキロパスカルの単位で測定
した。

表２３．５重量％のポリアクリル酸アンモニウム塩を含
有する混合により作られた中子の圧縮強度０、１３　　
　　　　　　６０２０　　　　１４０．２６　　　　　
　　　６４１０　　２６９００．３９　　　　　　　　
６１２０　　３８２００．６０　　　　　　　　５８６
０　　４１８０この表から、酸化亜鉛の適量は約０．３
％であると決定され、そして以下の実験からこの量を用
いる。

酸化亜鉛を粉末クロム酸ナトリウムに置き換えて更に実
験を行った。そしてその結果を表３に示し、この中で硬
化させるために１５０℃の温度の異なる量の温風を用い
てｆａｌ硬化直後そして（ｂｌ相対湿度３０％、２０℃
の温度に３０分分間−た後のその圧縮強度を測定した。

表３ （ａｌ　　　　（ｂｌ その砂−バインダー組成物を、異なる温度及び温風の量
を増やすことによるその圧縮強度が増加する速度を決め
るために実施された試験の結果の数字を図に描くと最も
良くわかる。その圧縮強度は、５０ｍｍＸ５０ｍの円筒
形の標準試験体を１００℃又は１５０℃に加熱された検
体用管の中で標準の６．０ｋｇの胴突を３方からの打撃
で締めつけて測定された。その管の一方の端にリズデリ
ーのガス導入カップを取り付けて１００℃又は１５０℃
の温風を吹き込んでその検体を硬化させた。高速の空気
の流れを使用した時の力の作用によってその検体が大き
く動かないようにその管の両端に穴をうがった円盤を取
り付けだ。

これらの検体を作るに於いて、全ての検体は３重量％の
ポリアクリル酸アンモニウム塩及び最適量の０．３重量
％の酸化亜鉛（クロム酸ナトリウムを含有するかわりに
）を含有し、砂の混合物の出発時の重量を正確に測定し
、その検体を硬化抜水及び揮発性物質が除かれることに
よる重量減を測定するためにその管よシ取り出して再び
重量を測定した。

同じ方法を用いて、その引張り強度を測定するだめの犬
の骨を形をした検体を作った。

硬化のために使用するその温風の体積を増やすことによ
りその検体の強度が犬きくなる速度を硬化時間を用いて
測定した、即ちその温風が流れる継続時間、１分〜１０
分、及び流速は５０リットル／分〜９０リットル／分、
温風の総量で表わすと５０リツトル〜９００リツトルで
ある。

図面１に関して、中子加熱用のボックス自身を１００℃
に保ち１００℃の温風で硬化させた中子をその管から取
り出した直後のその圧縮強度は、使用された温風の合計
量が２００リツトル〜３００リツトルの近辺が最大とな
り約５ＭＰａとなる。同じ検体の強度を３０分後に再び
測定しそしてその結果を図面２に示す、これらの検体は
、室温に冷却されるにつれて７Ｍｐａ以上に達し得るこ
とを示している。

図面３は、（犬の骨の形の検体を用いて）取り出した直
後に測定した時のその引張り強度は同じ結果になること
を示している。温風の使用量（再び１００℃、中子加熱
用ボックスもまだ１００℃）が２００リツトル及び３０
０リツトルの時に、この引張り強度は微かにＱ、５Ｍｐ
ａを越えることがわかる。

図面４は取り出してから３０分後にその同じ試験をした
その結果を示したものであり、最大引張り強度は約Ｑ、
７５ＭＰａに起きることを示している。

更にこの後の試験のその結果は一つ一つに分けないで示
し、その温風のその温度及びその管若しくは中子加熱用
ボックスのその温度が１５０℃迄高められた時には、そ
の圧縮強度及びその引張り強度は上記のその結果に非常
に良く同じになる。

これらの実験に於いて、その中子を硬化させるために使
用される温風の量は、温風の流れのその速度を変化させ
たり及びその温風の流れの継続時間を変化させたりして
変化させられている。実際的な状態のもとでは、中子を
鋳込みで作るときに、その中子の寸法を頭に置きながら
、その必要とする生産速度の許容時間内にその温風の継
続時間及びその温風の流速を変化させてその必要とする
温風の総量を中子に送り込む。

その４１Ｊアクリル酸亜鉛アンモニウム錯体バインダー
は水を含んで居り、その温風の効果は大部分のその水を
取り去ることである。図面５に描かれたグラフによれば
、その重量減のチはこのことを物言って居り、大部分の
水は急速に蒸発している、即ち最初の１００リツトル又
は２００リツトルの空気の流れの範囲内でその１００℃
の加熱ボックス及びその１５０℃の加熱ボックスで同じ
速度で行われて居シ、１５０℃の方がその重量減が大き
いことは驚くに当らない。

その混合物の総量中のそのバインダーの異なる量による
効果を調べるために、実験は１５重量％〜３重量置部間
の種々の重量％で実施された。その結果を図面６に示し
、その圧縮強度はバインダーの含有量が２５チのところ
で顕著なピーク−を示すことがわかるであろう、しかし
２チル３％の間は許容範囲である。その３つの曲線はそ
れぞれｆａｔ取り出した直後、（ｂ）取り出してから１
０分後、（Ｃ）取シ出してから３０分後のその圧縮強度
を示す。

図面７は再び１５％〜３０チの範囲での、異なるバイン
ダーの含有量に関連した他のファクターの測定値の結果
を示す。これらのファクターはｆａ）結合度、ｆｂｌ抜
き型子の後の密度、（Ｃ）透過数である。

このグラフはバインダーの含有率が２５ｑ６又はその近
くが最適であることを明らかにしている。

いかなる中子用バインダーにとっても、良好な貯蔵安定
性及び冷い湿気の状態でも強度を保持出来る能力は重要
必要条件である。本発明の中子のその圧縮強度を、相対
湿度８０％１０℃に保持しだ環境試験箱にさらして試験
し及び相対湿度６０チ２０℃の温乾燥環境に同じ中子を
貯蔵してそれらの圧縮強度を比較した。この比較のし方
を、１００℃に保持した中子加熱用ボックス中で１００
℃の温風の体積を変化させて硬化させた中子の数種に応
用し、そして次に述べたその状態に保持した環境試験箱
に２４時間保持して圧縮強度を比較した。図面８に示さ
れたその結果は、その低い方の曲線は１０℃で湿気の多
い状態に貯蔵したもの及び上の方の曲線は２０℃で乾燥
した状態に貯蔵したものである。その中子を湿気の多い
状態に２４時間貯蔵しても圧縮強度は４〜６ＭＰａの範
囲にしかないのに、その中子を乾燥した雰囲気中に２４
時間貯蔵した圧縮強度は高く８〜９ＭＰａの値にある。

これらの結果は述べたように、中子を１００℃で硬化さ
せるのに応用される。同様の結果が１５０℃で硬化させ
た中子からも得られる。

図面９は、図面８の中子と同じ範囲の実験を行い、その
圧縮強度のかわりにその引張り強度を測定した結果を示
す。再び、その上方の曲線は高温乾燥状態にその中子を
置いたもの及び下方の曲線は１０℃で相対湿度８０係に
置いた中子のものである。この２つの曲線にほとんど差
がないことがわかるであろう。

また、本発明に従って作られたその中子と他の方法によ
って作られた中子の間の比較をしてそれらの振り出しに
よる取り出し易さをみてみた。その他の方法による中子
は、それぞれケイ酸ナトリウム−二酸化炭素法、そのケ
イ醒ナトリウムー温風法、尿素ホルムアルデヒドフラン
樹脂をリン酸を触媒として製法である。以下のバインダ
ーによって作られた６個の資料を共に比較した。

１３３％のポリアクリル酸亜鉛アンモニウム錯体。

２．３．（ｌのケイ酸ナトリウム（２：１の比率、１５
６比重）二酸化炭素で硬化。

３３５チのケイ酸ナトリウム、仙は上記と同じ。

４３５チのケイ酸ナトリウム（２：１の比率、比重１．
５６＞１０５℃の温風で硬化。

５．３．５’％のケイ酸ナトリウム、１５０℃の温風で
硬化以外は上記と同じ。

６１．５％のＵＦ’／Ｆ’Ａ　　（尿素ホルムアルデヒ
ドフラン樹脂）樹脂の重量に対して５０チのリン酸を触
媒として使用 ２５　ｋｇの灰色鉄を１４００℃で流し込んで、小さな
円筒形の５０ｍｍＸ５０ｗｎｖ中子の０．１６　ｋｇを
６個作った。

その鋳込んだ中子は室温迄冷却して、その中子の強度を
測定するためにＢＣＩＲＡ−レズディール探針を使用し
た。次の表４はその中子の深さ５０ｍ＋ｎ２）ところか
ら１０問針が入るのに必要な平均衝撃数を数す。

表４ ５　　　　　　　　３３、３ ６０．３ 本発明になるその中子（検体番号１の中子）の非常に容
易に取り出せる性質は、灰色鉄を流し込んで試験用ピラ
ミッドゝ形を作って確認した。このピラミッド形検体を
冷却してから、その中子が完全に取り出せる迄ハンマー
で繰シ返したたいた。

本発明によるバインダーで作られた中子はハンマーで２
回たたいただけで完全に取シ出せたのに、そのケイ酸ナ
トリウム−二酸化炭素法で作られた中子は４０回たたい
てもほんの１３チ抜は出しただけであった。以下の表１
５はその結果を示す（中子番号は前述の表の組成の番号
と一致する）表５ 中子番号　　　　　ただいた回数 １　　　２回 ２　　　　　　　４０回以上 ６　　　　　１１回 本発明によって作られたその中子にはパリが見られなか
った。大きな１．８　ｋｇのピラミッド形の中子をコー
ティングをしないで使用してみたら、そのため微かな砂
焼は及び砂の形がこの鋳込んだ中子の表面に見られた。

本発明により作られた中子は微かな砂やけ及び微かな砂
形の良好な表面が得られたのに、他の２つのバインダー
で作られた中子の表面は悪かった。

【図面の簡単な説明】

第１図はその中子の中に送り込まれる温風の量が増える
につれてその取り出した直後圧縮強度の変化のグラフを
示したものである；第２図は温風の量を増やしながら硬
化させて３０分後に示すその圧縮強度の変化を示したグ
ラフである； 第３図は温風の量が増えるにつれてのその取り出し直後
の引張り強度の変化のグラフを示したものである； 第４図は温風の量を増やしながら硬化させて３０分後に
示すその引張り強度の変化を示しだグラフである。 第５図はその温風の温度及びその中子の加熱用ボックス
の温度を異なる状態にした時のその変化の説明として、
温風の量を増やすにつれてのその中子の重邦減の速度を
示したものである。 第６図はその混合物中のパイングーの含有率チを変化さ
せた時のその中子の圧縮強度の変化を示したグラフであ
る； 第７図はその混合物中のバイングーの含有率を変化させ
た時の他の種々のファクターの変化を示しだものであシ
； 第８図は温風の骨を変化させた時の圧縮強度が異なる状
態に置かれた時の変化を示すグラフであり、 第９図は温風の計を変化させた時の引張り強度ｉ異なる
状態に置かれた時の変化を示すグラフである。 （外５名）

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、（ａ）粒状の耐熱性物質と（ｂ）ポリアクリル酸金
   属アンモニウムを生成するポリアクリル酸アンモニウム
   及び金属酸化物若しくは金属塩からなるバインダーとを
   混ぜ、温ボックス中でこの混合物を型又は中子の形にし
   てそして温風をこの温ボックス中に吹き込んでそのポリ
   アクリル酸金属アンモニウムをアンモニアを発生させて
   水不溶性のポリアクリル酸金属に変換することよりなる
   鋳型又は中子を製造する方法。 ２、金属酸化物は酸化亜鉛を使用し、生成する水不溶性
   のポリアクリル酸金属はポリアクリル酸亜鉛である特許
   請求の範囲第１項記載の製造方法。 ３、金属塩はクロム酸ナトリウムである特許請求の範囲
   第１項記載の製造方法。 ４、温風及び温ボックスは２００℃を越えない温度であ
   る特許請求の範囲第１項から第３項迄記載の製造方法。 ５、温風及び温ボックスは１００℃〜１５０℃の温度で
   ある特許請求の範囲第４項記載の製造方法。 ６、耐熱性物質の重量に対して５重量％迄の範囲でバイ
   ンダーが存在する特許請求の範囲第１項から第５項いず
   れかに記載の製造方法。 ７、耐熱性物質の重量に対して１．５重量％〜３重量％
   の間の範囲でバインダーが存在する特許請求の範囲第６
   項記載の製造方法。 ８、耐熱性物質の重量に対して実質的に２．５重量％の
   範囲迄バインダーが存在する特許請求の範囲第７項記載
   の製造方法。 ９、耐熱性物質の重量に対して１重量％を越えない範囲
   で金属酸化物又は金属塩が存在する特許請求の範囲第１
   項から第８項迄のいずれの項にも記載の製造方法。 １０、耐熱性物質の重量に対して０．２重量％〜０．６
   重量％の範囲で金属酸化物又は金属塩が存在する特許請
   求の範囲第９項記載の製造方法。 １１、耐熱性物質の重量に対して実質的に０．３重量％
   の範囲迄金属酸化物又は金属塩が存在する特許請求の範
   囲第１０項記載の製造方法。 １２、数平均分子量が１０００，０００を越えないポリ
   アクリル酸を中和してポリアクリル酸アンモニウムを生
   成させる特許請求の範囲第１項から第１１項迄記載の製
   造方法。 １３、ポリアクリル酸の平均分子量は１００，０００を
   越えない特許請求の範囲第１２項記載の製造方法。 １４、温風の存在で共反応して水不溶性のポリアクリル
   酸金属となることができるポリアクリル酸アンモニウム
   及び金属酸化物又は金属塩の混合物からなる鋳型又は中
   子製造には使用されるバインダー。