专利名称：管状铸件制造用部件的制作方法
技术领域：
本发明涉及制造铸件时用作流道管等的管状铸件制造用部件。
背景技术：
关于制造铸件时用作流道管等的管状铸件制造用部件，申请人提出了在下述特开2004-174605号公报中记载的技术。该技术是将含有有机纤维、无机纤维和粘合剂的纸管用原纸成形为管状，该技术与一直以来所使用的耐火材料相比，轻量且易于操作、而且在铸件浇铸后的废弃物处理等方面也优异。
但是，当将上述铸件制造用部件埋在原砂或固化砂等型砂内以构成铸型时，有时型砂的水分或溶剂浸透到该铸件制造用部件中，从而导致强度下降，并损害铸型。另外，由于含有对皮肤有刺激性的刚性无机纤维，在加工或构成铸型时难以操作。因此，水或溶剂难以浸透、且易于操作的铸件制造用部件备受期待。
发明内容
本发明提供了一种管状铸件制造用部件，在该部件的最外层具有防水性纸管层，而且在该防水性纸管层的内侧具有含有无机纤维、有机纤维和热固化性树脂的耐热性纸管层。
图1是示意地表示本发明的一个实施方案的立体图。
具体实施例方式
本发明涉及水或溶剂难以浸透、且易于操作的管状铸件制造用部件。
下面对根据本发明的优选实施方案对本发明进行说明。
如图1中所示，本实施方案的管状铸件制造用部件10在其最外层具有防水性纸管层11，而且在防水性纸管层11的内侧具有由将耐热性纸管用原纸卷绕得到的两个纸管层121、122而构成的耐热性纸管层12。
防水性纸管层11由以有机纤维为主体、并具有防水性的普通纸、或以无机纤维为主体的功能纸构成。其中，所谓以有机纤维或无机纤维为主体是指，相对于所含有的全部固体成分质量，含有50％以上有机纤维或无机纤维。
在防水性纸管层11中，除了含有有机纤维或无机纤维以外，还可以含有后述的用于体现防水性的涂层剂、对原纸本身赋予防水性的施胶剂，此外，还可含有一种或二种以上的PVA(聚乙烯醇)、聚乙烯、聚丙烯、PET(聚对苯二甲酸乙二酯)等化学纤维、粉末粘合剂等。
作为构成防水性纸管层11的优选的上述有机纤维，可以列举出纸浆纤维、合成纤维(例如尼龙、聚酯纤维等)、再生纤维(例如人造丝、纤维等)等。有机纤维可以单独使用或选择二种以上使用。
作为构成防水性纸管层11的优选的上述无机纤维，可以列举出碳纤维、玻璃纤维、石棉等矿物纤维、金线、银线、铜线、钢纤维等金属纤维、炉渣纤维等矿渣纤维等。无机纤维可以单独使用或选择二种以上使用。
防水性纸管层11具有防水性。该防水性是基于上述防水剂(涂层剂、施胶剂等)而体现出来的。对于该防水性，如果考虑防止该铸件用部件的强度下降，则吸水率(吸水质量/铸件用部件的吸水前质量)优选为50％以下，更优选为10％。其中，防水性纸管层11所具有的吸水率按照例如以JIS P 8140所表示的、“纸和纸板的吸水度试验方法(Cobb法)”进行测量。其中，上述的吸水率是试验片和水的接触时间为10秒时的值。
防水性纸管层11的厚度为0.01～2.0mm是合适的，但是如果考虑到成形为盘管时的成形性、强度，则厚度优选为0.03～1.5mm，更优选为0.05～1.0mm。另外，对于较薄、且平坦地将玻璃纤维、碳纤维等展开、并用粘合剂加固的功能纸，存在碳纤维等刚性的纤维从内层通过孔(纤维间的空隙)而直接给人体肌肤带来疼痛感等刺激的情况。因此，希望防水性纸管层是没有贯通孔的纸。这里所谓的没有贯通孔是指，为了防止上述刺激，没有从功能纸的表面到背面贯通的孔，或者即使在有孔的情况下，孔在直线上并不是空着的；或者最大孔径为7μm以下，以使纤维不会露出到外面。这是因为碳纤维的平均直径为7μm。另外，以有机纤维为主体的普通纸也与上述相同，为了防止刺激而希望是没有贯通孔的纸。即，优选的是没有从普通纸的表面到背面贯通的孔，或者即使在有孔的情况下，孔在直线上并不是空着的；或者最大孔径为7μm以下，以便使纤维不会露出到外面。特别是，相对于日本传统纸等纤维间的空隙多的普通纸，更优选设置成如上所述的纸。
在这里，所谓普通纸是按照JIS规定的纸和纸板的定义作如下的定义。所谓普通纸是指，“使有机纤维、植物纤维、其它纤维进行粘着之后制造而成的纸、或以木材纸浆、废纸等为原料制造而成的纸”。
另一方面，所谓功能纸是将玻璃纤维、合成高分子物质、无机材料等混合等制造而成的纸，并且是具有普通纸所不具有的性质(耐热性、高刚性等)的纸。
另外，如果将上述的防水剂添加到造纸原料中，则即使是普通纸也可以表现出耐水性，所以具有防水性的纸并不仅限于功能纸。
作为防水性纸管层11的具体例子，可以考虑将木材纸浆、化学纸浆、碎木纸浆、稻秸纸浆、废纸等混合而成的瓦楞纸板原纸、黄纸板、白纸板等纸板、以人造丝等化学纤维为原料的化学纤维纸、以及普通的优质纸、印刷用纸、牛皮纸等，但是如果考虑原纸的价格、获得的容易性，可以列举出牛皮纸。其中，所谓牛皮纸是指，以包括JIS P 3401牛皮纸、以及JIS P 3412牛皮拉伸纸的牛皮纸浆为原料的纸。另外，从价格、获得方的容易性考虑，最外层优选使用普通纸，但是如果是具有防水性的纸，则可以是任何一种。例如也可以是向在将分散于水中的玻璃棉或碳纤维等进行造纸、脱水而形成的物质中直接吹入粘合剂而制造的功能纸。
如果考虑作为铸件制造用部件的强度以及对熔融金属流动时的动压力的耐受，则耐热性纸管层12的厚度为优选为0.3mm以上，特别优选为0.5mm以上。
构成耐热性纸管层12的纸管层121、122含有无机粉末、无机纤维、有机纤维、热固化性树脂、造纸用粘合剂和防水剂。
本实施方案的耐热性纸管层相对于上述无机粉末、无机纤维、有机纤维、热固化性树脂、造纸用粘合剂和防水剂的总质量，各成分的混合比(质量比率)是无机粉末/无机纤维/有机纤维/热固化性树脂(固体成分)/造纸用粘合剂(固体成分)/防水剂＝0～70％/1～60％/1～40％/1～40％/1～10％/0～5％(质量比率)，优选为40～70％/1～10％/1～25％/1～25％/1～10％/0～5％(质量比率)，更优选为50～70％/1～8％/1～20％/10～25％/3～7％/0～1％(质量比率)。另外，上述各成分的含量比率的总计是100％。如果无机粉末的混合比在上述范围内，则浇铸时的形状保持性、成形品的表面性良好，而且成形后的脱模性也合适。如果无机纤维的混合比在上述范围内，则造纸性、浇铸时的形状保持性良好。如果有机纤维的混合比在上述范围内，则造纸性良好，而且由于可以减少浇铸时的燃烧气体产生量，所以可以抑制回吹(熔融金属的逆流)。如果热固化性树脂的混合比在上述范围内，则铸型的成形性、浇铸后的形状保持性、表面平滑性良好。如果造纸粘合剂在上述范围内，则可以使原料中的粉末成分与纤维相附着，而且纤维之间也可以适当地进行缠绕，并形成最适合于造纸的絮团，合格率也良好。如果防水剂的混合比在上述范围内，则由造纸而制得的原纸制造铸件制造用部件时，所使用的粘接剂不会渗入到原纸中，而且以适量的粘接剂的使用量即可实现。此外，将铸件制造用部件埋入型砂中时，型砂中的水分不会浸透到铸件制造用部件中。另外，有时耐热性纸管层的使用环境是干燥状态，或者热固化性树脂根据上述热固化性树脂的种类和其使用量而表现出防水性，此时也可以不添加防水剂。
作为上述无机粉末，可以列举出黑曜石、莫来石、板状石墨、土状石墨等石墨等。无机粉末可以单独使用或选择二种以上使用。铸件的碳量为4.2％以下时，产生渗碳现象(碳被铸件吸收、变脆的现象)。
此时，为了防止来自铸件碳化物的渗碳现象，需要使用含有硅石成分的无机粉末。作为该无机粉末，优选使用黑曜石、莫来石等。另外，铸件的碳量为4.2％以上时，也可以不含有无机粉末。
上述无机纤维主要形成上述耐热性纸管层的骨架，例如，即使由于铸造时熔融金属的热也不会燃烧而维持其形状。作为上述无机纤维，可以列举出碳纤维、石棉等人造矿物纤维、陶瓷纤维、天然矿物纤维，这些可以单独使用或选择二种以上使用。其中，从可以有效地抑制由于上述热固化性树脂的碳化而产生的收缩的观点出发，优选使用即使在高温下也具有高强度的沥青类或聚丙烯腈(PAN)类碳纤维，特别优选PAN类碳纤维。
上述无机纤维从造纸为上述耐热性纸管用纸后进行成形时的成形容易性，成形品的厚度为均匀等品质的观点出发，平均纤维长优选为0.1～10mm，特别优选为3.0～6.0mm。平均纤维长超过0.1mm时，由于纤维穿过造纸网的网眼的几率下降，因此可以抑制纤维掺杂在白水中以及合格率的下降。另外，所得到的成形品的强度也变高。另一方面，平均纤维长低于10mm时，成形品整体不膨松，且成形品表面难以形成凸凹，可以保持浇铸时熔融金属的良好的流动性。
作为上述有机纤维，可以列举出纸浆纤维、合成纤维、再生纤维(例如人造丝纤维)等。有机纤维可以单独使用或选择二种以上使用。从成形性、干燥后的强度、成本的观点出发，优选纸浆纤维。
作为上述纸浆纤维，可以列举出木材纸浆、棉浆、棉绒浆、竹子和稻秸等其它的非木材纸浆。作为纸浆纤维，可以单独使用它们的原浆(virgin pulp)或废纸浆，或者选择二种以上使用。从获得的容易性、环境保护、降低制造费用等观点出发，特别优选废纸纸浆。
如果考虑表面平滑性、耐冲击性，前述有机纤维的平均纤维长优选为0.1～20mm，特别优选为3～10mm。
上述热固化性树脂在维持耐热性纸管层12的常温强度和高温强度的同时，可以使耐热性纸管层的表面性达到良好，并可以提高铸件的表面粗糙度，基于这些观点出发，上述热固化性树脂是必要的成分。
其中，特别是从产生的燃烧气体少，具有抑制燃烧效果，热分解(碳化)后的残碳率高达25％以上，用于铸造时通过形成碳化保护膜来获得良好的铸件表面的观点出发，优选使用酚醛树脂。其中，所谓残碳率是指，热固化性树脂的试样在氮气气氛下以50℃/分钟的升温速度从常温加热至1200℃后，将所测量得到的质量除以加热前的质量而得到的值。由于加热中由热固化性树脂释放出燃烧气体，所以加热后的质量比加热前轻。作为酚醛树脂，可以使用需要固化剂的酚醛清漆树脂、不需要固化剂的甲阶型等酚醛树脂。为了尽量抑制白水中溶出游离苯酚，优选使用低游离酚醛树脂。例如，优选用碱性催化剂或酸性催化剂合成的甲阶型酚醛树脂的高分子量型的树脂。使用酚醛清漆树脂时，需要固化剂。由于该固化剂易溶于水，所以优选在原纸脱水后对其表面进行涂敷。作为上述固化剂，优选使用六亚甲基四胺等。上述热固化性树脂可以单独使用或选择二种以上使用。
作为上述造纸粘合剂，可以列举出淀粉、明胶、愈疮胶、CMC(羧甲基纤维素)这类的天然高分子、海绵(聚酰胺型胺环氧氯丙烷树脂)、PVA(聚乙烯醇)、PAM(聚丙烯酰胺)、PEO(聚环氧乙烷)这类的水溶性合成高分子以及苯乙烯-丁二烯类、丙烯腈-丁二烯类、丙烯酸类、醋酸乙烯酯类这类的胶乳、胶体二氧化硅、氧化铝类这类的无机粘合剂。其中，特别优选使用对粉末的固定化性能优异的海绵、CMC、丙烯酸类胶乳等。
作为表现出上述防水性的施胶剂，可以列举出松香等天然类、AKD(烷基乙烯酮二聚物)、ASA(链烯基琥珀酸酐)等合成类、以及蜡等。其中，特别优选以较少的量在中性区域中保持优异的防水性、且与松香等相比耐酸性、耐碱性更优异的AKD。
在构成耐热性纸管层12的纸管层121、122中，除了上述各成分以外，还可以按照适当的比例加入凝集剂、着色剂等其它成分。
管状铸件制造用部件10的总厚度可以根据其使用的场所适当设定，但考虑到确保作为铸件制造用部件的强度、确保通气性、抑制制造费用等，总厚度优选为0.5～6.0mm，更优选为1.0～3.0mm。
管状铸件制造用部件10在确保强度方面，在用于铸造前的状态下的压缩强度优选为20N以上，更优选为40N以上。其中，管状铸件制造用部件的压缩强度是指，将管状的成形品切割为长60mm，在以切割面为横向放置的状态下，通过テンシロン万能试验机(株式会社エ一アンドデイ制造的RTA500)等的压缩强度测量器，以10mm/分钟的压缩速度进行按压，由此而测得的管侧面的压缩强度。
管状铸件制造用部件10与熔融金属接触时，从尽量抑制水蒸气的产生的观点出发，用于铸造前的状态的含水率(重量含水率)优选为20％以下，更优选为10％以下。这是因为水蒸气的产生是由于从熔融金属的流入口回吹(逆流)而产生的。
下面，对管状铸件制造用部件10的制作方法进行说明。
首先，分别制作成为防水性纸管层11和耐热性纸管层12的原纸的普通纸和耐热性纸管用原纸。
这些原纸通过下述方法制作分别调制使构成上述防水性纸管层和上述耐热性纸管层的上述各成分分散到分散剂中而形成的原料浆料，由这些原料浆料通过湿式造纸法进行造纸、脱水、干燥，从而制作上述原纸。
作为上述分散剂，除了水、白水以外，还可以列举出乙醇、甲醇等溶剂等。而且，其中从造纸和脱水成形的稳定性、品质的稳定性、降低费用、操作简单等观点出发，优选为水。
在前述原料浆料中，可以添加凝集剂、防腐剂等添加剂。
使用如上所述调制的原料浆料，造纸成各纸管层用原纸。
作为原纸的造纸的方法，可以采用例如使用作为连续造纸方式的圆网造纸机、长网造纸机、短网造纸机、双网造纸机等造纸方法、作为分批式造纸方法的手工造纸法等公知的造纸方法。
接着，在干燥工序对经过脱水的上述各原纸进行干燥。作为在干燥工序的干燥，可以使用一直以来在纸的干燥中使用的普通的方法。另外，为了通过使纤维间的氢键变得牢固而提高各原纸的机械强度，优选使该各原纸进行干燥，直到含水率为30％以下，优选为10％以下。
接着，将所得到的各原纸剪切为规定宽度，进行盘管加工。盘管加工可使用一直以来使用的方法。首先，将耐热性纸管用原纸沿盘管加工用轴的外围重叠卷绕为螺旋状，从而成形为筒状，在其外侧再将耐热性纸管用原纸重叠卷绕为螺旋状，从而形成为耐热性纸管层。然后，在其外侧重叠卷绕成为最外层的防水性纸管层的上述普通纸。构成相邻层的原纸的卷绕方向可以向相同方向重叠卷绕，也可以向不同方向重叠卷绕。在相同方向的情况下，优选按照对在成为先前进行了重叠卷绕的原纸的接缝部分进行覆盖的方式进行重叠卷绕。重叠卷绕时使用适当的粘接剂而成形为筒状。各原纸的宽度、重叠宽度、纸管的内径等根据铸件的质量(通过管内的熔融金属的量)、造型强度(耐受制作砂型时的压力的强度)进行设定。
所有的层的重叠卷绕完成后，在规定温度下进行加热干燥，并切割加工为规定的尺寸，从而完成管状铸件制造用部件的制造。
如以上说明所示，本实施方案的铸件制造用部件由于在最外层具有防水性纸管层，所以即使在使其埋在型砂中构成铸型时，也可以防止型砂的水分或溶剂的浸透。由此，可以防止由于铸件制造用部件的强度下降而引起的铸型的损坏。另外，由于最外层由上述防水性纸管层形成，因此对肌肤的刺激也少，在切割加工或组装铸型时也易于操作。
此外，由于本发明的铸件制造用部件与以往同样轻量、且可以通过简单的装置容易地进行切割加工等，因此在这点上操作性也优异。
本发明并不限于上述的实施方案，在不脱离本发明主旨的范围内可以进行适当改变。
上述实施方案中，用两个纸管层构成耐热性纸管层12，用一个纸管层构成防水性纸管层，但也可以用一个或三个以上的纸管层构成耐热性纸管层，也可以用两个以上的纸管层构成防水性纸管层。从可以耐受浇铸熔融金属时的动压力、可以防止来自卷绕部分的熔融金属的泄漏、耐受该管状铸件制造用部件被埋入砂中时的压力等观点出发，各纸管层均优选为多层。但是，对于这些层结构，可以考虑浇铸时熔融金属的动压力、该管状铸件制造用部件被埋入砂中时的压力、该管状铸件制造用部件的制造成本、燃烧气体的产生量，并根据需要而适当设定，各纸管层并不限于由多层构成，各纸管层也可以是1层。
实施例下面，根据实施例进一步对本发明进行更具体的说明。另外，本发明丝毫不受本实施例的限制。
实施例1通过下述耐热性纸管层用原纸和普通纸制作如图1所示的三层结构的管状铸件制造用部件。然后，对所得到的管状铸件制造用部件，评价其表面的防水性、强度、对肌肤的刺激性。将这些结果示于表1中。
管状铸件制造用部件的构成材料耐热性纸管层用原纸无机粉末黑曜石(KINSEIMATEC公司制造的ナイスキャッチフラワ一#330) 57.3质量％无机纤维碳纤维(三菱化学公司制造的パイロフイルTR03CM)7.2质量％有机纤维纸浆纤维(再生废纸) 11.5质量％热固化性树脂酚醛树脂(甲阶型)(エアウオ一タ一公司制造的ベルパ一ルS890) 17.5质量％造纸用粘合剂海绵3.0质量％造纸用粘合剂CMC 3.0质量％防水剂烷基乙烯酮二聚物 0.3质量％凝集剂(三洋化成公司制造的サンフロツク)0.2质量％(以上原料总计为100质量％)普通纸市售牛皮纸(纸厚度为0.2mm，纸的单位重量为64g/m2，防水性通过Cobb试验法重量增加10％以下)粘接剂酚醛树脂乳液(住友ベ一クライト公司制造的PR-51464)管状铸件制造用部件的形态分别将耐热性纸管层用原纸剪切为宽是101mm、102.5mm，将普通纸剪切为宽是104mm，按照覆盖各自的下层的接缝的方式，沿外径φ70的轴重叠卷绕长为101mm的耐热性纸管层用原纸作为第一层，重叠卷绕长为102.5mm的耐热性纸管层用原纸作为第二层，重叠卷绕长为104mm的普通纸作为第三层，同时在第二层、第三层上涂布粘接剂，从而制作下述形态的管状铸件制造用部件。(最外层是普通纸)总厚度为1.9mm(耐热性纸管层厚度为1.7mm，普通纸管层的厚度为0.2mm)内径φ70长度1000mm比较例1通过卷绕厚度为0.2mm的没有防水性的普通纸来代替实施例1中的第三层具有防水性的普通纸，制作下述形态的管状铸件制造用部件。然后，对所得到的管状铸件制造用部件，按照与实施例1相同的方法，评价其表面的防水性、强度、对肌肤的刺激性。将这些结果示于表1中。
总厚度为1.9mm(耐热性纸管层厚度为1.7mm，具有吸水性的普通纸管层的厚度为0.2mm)内径φ70长度1000mm比较例2通过卷绕厚度约为0.2mm、且具有防水性的多孔质玻璃纤维纸(オリベスト株式会社制造的グラバストSB-030)来代替实施例1中的第三层的普通纸，制作下述形态的管状铸件制造用部件。然后，对所得到的管状铸件制造用部件，按照与实施例1相同的方法，评价其表面的防水性、强度、对肌肤的刺激性。将这些结果示于表1中。
总厚度为1.9mm(耐热性纸管层厚度为1.7mm，具有吸水性的耐热性纸管层的厚度为0.5mm)内径φ70长度1000mm压缩强度的评价用上述的测量方法测量实施例1和比较例1、2的压缩强度，其结果是，各个例子的压缩强度都约为40N，且大致相同。
防水性的评价将试样管切割为宽为300mm、并以100mm的深度埋入到下述组成的呋喃树脂固化砂中，放置5分钟再挖出后，对表面润湿的试样按照○(良好)、×(不好)这两个级别对它们的状况进行评价。
<呋喃树脂固化砂的组成>
型砂呋喃树脂再生砂呋喃树脂花王ライトナ一340B(花王株式会社制)，添加量0.7质量％(相对于砂)固化剂花王ライトナ一固化剂C14(花王株式会社制)，添加量50质量％(相对于树脂)强度的评价对于在与防水性的评价相同条件下所埋入的试样管，再现铸造现场造型操作，并以体重为68kg的操作员用脚踩踏，进行填砂，然后挖出，对外观和破损情况按照○(良好)、×(不好)这两个级别进行评价。
对肌肤的刺激性的评价用空手进行试样管造型操作(将在上述呋喃树脂固化砂中烧结的试验木制模具、和该试样垂直管(长500mm)、该试样水平管(长300mm)按照底注方案造型)然后，对肌肤出现的症状按照○(没有刺激)、×(有刺激)这两个级别进行评价。
表1
如表1中所示，如果比较实施例1和比较例1，即使造型前强度相同，但是由于在比较例1的试样管的最外层没有防水性而吸湿，从接缝开始产生破损。另外，如果比较实施例1和比较例2，即使在最外层使用具有相同防水性的纸，由于纸是多孔质的，来自内层的刚性的碳纤维也刺激肌肤，并确认有痛感。由此可知，实施例1的卷绕了具有防水性的普通纸的部件比其它比较例1、比较例2更优异。
根据本发明的管状铸件制造用部件，由于水分或溶剂难于浸透，即使在埋在型砂中而构成铸型时，也可以防止由强度下降而产生的破损。另外，由于对肌肤没有刺激性，易于操作。
本发明的管状铸件制造用部件可以适用于构成铸型的管状部件。
权利要求
1.一种管状铸件制造用部件，在该部件的最外层具有防水性纸管层，而且在该防水性纸管层的内侧具有含有无机纤维、有机纤维和热固化性树脂的耐热性纸管层。
2.根据权利要求1记载的管状铸件制造用部件，其中在所述耐热性纸管层中含有无机粉末。
3.根据权利要求1或2记载的管状铸件制造用部件，其中所述防水性纸管层由以有机纤维为主体的普通纸、或以无机纤维为主体的功能纸构成。
4.根据权利要求1～3中任一项记载的管状铸件制造用部件，其中所述耐热性纸管层由至少两层的耐热性纸管用原纸构成。
5.根据权利要求1～4中任一项记载的管状铸件制造用部件，其中所述防水性纸管层由牛皮纸构成。
6.根据权利要求2～5中任一项记载的管状铸件制造用部件，其中构成所述耐热性纸管用原纸的所述无机粉末、所述无机纤维、所述有机纤维和所述热固化性树脂分别是黑曜石、碳纤维、纸浆纤维和酚醛树脂。
全文摘要
本发明的管状铸件制造用部件(10)在最外层具有防水性纸管层(11)，并且在防水性纸管层(11)的内侧具有含有无机纤维、有机纤维、无机粉末和热固化性树脂的耐热性纸管层(12)。防水性纸管层(11)优选由以有机纤维为主体的普通纸、或以无机纤维为主体的功能纸构成。另外，耐热性纸管层(12)优选由通过搭接部重合而成的至少两层耐热性纸构成。防水性纸管层(11)优选由牛皮纸构成。
文档编号B22C9/00GK1974058SQ20061014394
公开日2007年6月6日 申请日期2006年11月7日 优先权日2005年11月30日
发明者高城荣政 申请人:花王株式会社