鋳造は人類が習得した金属熱処理プロセスの中でも最も古いものの一つであり、約6000年の歴史を誇ります。中国では紀元前1700年から1000年頃に青銅鋳造の黄金時代を迎え、非常に高度な職人技が確立されました。鋳造とは、固体金属を溶かして液体にし、特定の形状の鋳型に流し込み、凝固させるプロセスを指します。鋳造される金属には、銅、鉄、アルミニウム、錫、鉛などがあります。鋳型の材料としては、生砂、粘土、水ガラス、樹脂、その他の補助材料が一般的に使用され、一般的に砂型鋳造と呼ばれています。

砂型鋳造とは、砂の型を用いて鋳物を製造する鋳造方法を指します。鋼、鉄、そしてほとんどの非鉄合金鋳物は、砂型鋳造によって得られます。砂型鋳造で使用する鋳型材料は安価で入手しやすく、鋳型の製作も容易であるため、鋳物の単品生産、バッチ生産、大量生産に適しており、古くから鋳造生産における基本的なプロセスとなっています。

砂型を製造するための基本的な原料は、鋳物砂と鋳物砂結合剤です。最も一般的に使用される鋳物砂は珪砂です。珪砂の高温性能が要求を満たさない場合は、ジルコン砂、クロマイト砂、コランダム砂などの特殊な砂が使用されます。砂型と中子が十分な強度を持ち、取り扱い、組み立て、溶湯の注入中に変形したり破損したりしないようにするために、鋳造時に鋳物砂結合剤が一般的に添加され、遊離した砂粒子を結合します。最も広く使用されている鋳物砂結合剤は粘土ですが、各種の乾性油または半乾性油、水溶性ケイ酸塩またはリン酸塩、および各種合成樹脂も使用できます。砂型鋳造で使用される外砂型は、使用する結合剤と強度確立方法によって、粘土湿式砂型、粘土乾式砂型、および化学的に硬化した砂型の3種類に分類されます。

粘土湿式砂型は、粘土と適量の水を主成分として鋳型砂を固め、砂型を作製後、湿潤状態のまま直接組み立て、鋳込みを行う。一方、化学硬化型砂型は、各種合成樹脂や水ガラスを固め、硬化剤の作用下で分子重合反応を起こして三次元構造を形成する。

フラン樹脂は、フラン環を含むフルフリルアルコールとフルフラールから生成される樹脂の総称です。強酸の作用で不溶性かつ不融性の固体に固化します。種類としては、フルフリルアルコール樹脂、フルフラール樹脂、フルフリルケトン樹脂、フルフリルケトンホルムアルデヒド樹脂などがあります。フラン樹脂は鋳造に用いられる重要な合成樹脂です。砂型鋳造においてフラン樹脂をバインダーとして使用すると、鋳物全体の品質が大幅に向上します。フラン樹脂を添加することで、寸法精度の向上、表面仕上げの滑らかさ、外形輪郭の鮮明化などの利点が得られます。

フラン樹脂は高い工業的価値を有し、現在、冶金鋳造業界で広く利用されています。自動車部品、配管・衛生器具、タイヤ金型などの成形に利用されており、フラン樹脂砂型成形法は優れた経済的成果を上げています。フラン樹脂は優れた耐食性と耐熱性を備え、原料の入手性も高く、製造プロセスも簡便であることから、広く注目を集めています。フルフラールはフラン樹脂製造の最も基本的な原料であり、綿実殻、米ぬか、トウモロコシの芯、トウモロコシの茎などの農業副産物から得られます。

フラン樹脂の技術仕様が鋳造品に与える影響

フラン樹脂が鋳物に最も影響を与えるパラメータは、窒素含有量、粘度、および水分です。窒素含有量は、特に鋼鋳物において鋳物砂中のガス発生量を増加させ、窒素は表面下気孔などの欠陥の原因となる可能性が高くなります。粘度は主に砂と樹脂の混合均一性に影響を与え、特に砂の温度が低い冬季には流動性の低下が砂の混合を不均一にし、鋳物に局所的な欠陥を引き起こします。水分が多すぎると、鋳物砂の凝固が遅くなり、硬度と浸透性が低下し、強度が低下し、外層は硬く内層は軟らかくなり、鋳型の崩壊を引き起こします。さらに、高温では鋳物砂に水分が残留しやすく、硬度の低下とガス発生量の増加につながります。

シンダ 社はフラン樹脂の生産を専門とし、砂型鋳造に適した安定した製品技術仕様を備え、企業が高品質の鋳物を生産できるよう支援しています。