KR102614246B1 - Hybrid binder composition for casting metal component - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 금속부품 주조용 하이브리드 바인더 조성물에 관한 것이다.The present invention relates to a hybrid binder composition for casting metal parts.
대형 제품 혹은 다중 코어를 가진 제품과 같이 복잡한 형상을 갖춘 제품을 생산할 시 생산 설비에 대한 투자 코스트가 굉장히 높아지는 단점을 보안하기 위해 대형 제품이나 복잡한 형상의 제품 생산에는 주조 공법 중 하나인 사형주조(砂型鑄造) 방식을 사용하는 것이 매우 경제적이다.In order to overcome the disadvantage of extremely high investment costs in production facilities when producing products with complex shapes, such as large products or products with multiple cores, sand casting, one of the casting methods, is used to produce large products or products with complex shapes. It is very economical to use the method.
이러한 사형주조 방식은 원하는 모양의 제품을 주물사(鑄物砂)를 사용해 만든 주형에 용융금속을 주입한 후 응고시켜 제품을 얻는 방식으로 다양한 종류의 금속부품 제조에 이용된다.This sand casting method is used to manufacture various types of metal parts by injecting molten metal into a mold made of molding sand to obtain a product of the desired shape and then solidifying it.
이는 다른 주조 공법에 비해 공정이 간소하며 생산 투입 비용 대비 생산량이 우수하고, 모든 형상의 제품에 적용 가능한 장점을 가지고 있기 때문이다.This is because the process is simple compared to other casting methods, the output is excellent compared to the production input cost, and it has the advantage of being applicable to products of all shapes.
더욱 구체적으로, 사형주조의 주형은 주물사(鑄物砂), 바인더 및 경화제로 구성되며, 바인더는 주물사와 주물사를 결합시키는 역할을 하고 경화제는 결합을 촉진시켜 주형 강도를 증가시키는 역할을 수행한다.More specifically, the mold for sand casting is composed of molding sand, a binder, and a hardener. The binder serves to combine the molding sand with the molding sand, and the hardener serves to increase the strength of the mold by promoting the bonding.
여기서, 주물사와 바인더로 만들어진 주형은 용융금속의 주입 시 주물 표면에 녹아 붙지 않도록 충분한 내열성과 압축강도를 갖추어야 하며, 이는 궁극적으로 주조 결과물의 결함과 직접적으로 연관되어 있다.Here, the mold made of molding sand and binder must have sufficient heat resistance and compressive strength to prevent it from melting and sticking to the surface of the casting when molten metal is injected, which is ultimately directly related to defects in the casting result.
이에 따라, 주물사와 바인더를 기반으로 주형의 제조에 있어 이용되는 조성물의 화학적 특성을 변화 혹은 개선시킴으로서 사형 주조 방식의 주조 공법에 더욱 적합한 내열성과 압축강도를 제공하기 위한 다양한 시도들이 이루어지고 있다.Accordingly, various attempts are being made to provide heat resistance and compressive strength more suitable for the sand casting method by changing or improving the chemical properties of the composition used in the production of molds based on molding sand and binder.
이와 관련하여, 주물사에 무기 바인더를 적용하여 사형 주조용 주형을 제조함으로써 주형의 고강도, 치수 안정성, 고효율 등의 특성이 향상되도록 하기 위한 종래기술에 대한 선행문헌으로 대한민국 등록특허공보 제10-1772027호의 "사형 주조용 주형 및 이의 건식 제조방법"(이하, '종래기술'이라고 함)을 이미 제시한 바 있다.In this regard, Republic of Korea Patent Publication No. 10-1772027 is a prior document on the prior art for improving the characteristics of the mold such as high strength, dimensional stability, and high efficiency by applying an inorganic binder to the molding sand to manufacture a mold for sand casting. “Sand mold casting and dry manufacturing method thereof” (hereinafter referred to as ‘prior art’) has already been presented.
하지만, 종래기술을 비롯한 기존의 주형이 충분한 내열성과 압축강도를 갖추도록 하기 위한 마련된 화학적 조성물들의 경우, 아직도 고온의 용융금속에 저항할 수 있을 만큼 충분한 내열성을 발현하지 못하고 용융금속의 침투에 취약하여 주형 표면에 별도의 내화제를 도포하여 금속을 용융시킨 용탕이 주형으로 침투하는 것을 막고 있다.However, in the case of chemical compositions prepared to ensure that existing molds, including the prior art, have sufficient heat resistance and compressive strength, they still do not exhibit sufficient heat resistance to resist high temperature molten metal and are vulnerable to penetration by molten metal. A separate refractory agent is applied to the mold surface to prevent molten metal from penetrating into the mold.
또한, 종래기술을 비롯한 기존의 주형이 충분한 내열성과 압축강도를 갖추도록 하기 위한 마련된 화학적 조성물들의 경우, 부족한 내열성과 압축강도에 관한 물성적 한계로 인해 내화제를 사용하는 과정에 내화제와 주형간의 접합을 위한 착화 또는 건조가 진행됨에 따라 규사와 규사를 연결시켜주는 바인더의 접착력과 내열도 부족에 따른 주형 표면상 균열이 발생되는 문제점이 있었다. In addition, in the case of chemical compositions prepared to ensure that existing molds, including the prior art, have sufficient heat resistance and compressive strength, there is a problem between the fire retardant and the mold during the process of using the fire retardant due to physical limitations regarding insufficient heat resistance and compressive strength. As ignition or drying for bonding progressed, there was a problem of cracks occurring on the surface of the mold due to insufficient adhesion and heat resistance of the binder connecting the silica sand.
본 발명은 상기 문제점을 해결하기 위해 창작된 것으로써, 본 발명의 목적은 충분한 내열성 및 압축강도를 갖추어 사형 주조 방식을 통한 금속부품 주조에 있어 내화제의 사용이 필요하지 않으며 주형의 균열 혹은 용탕의 침투 문제를 완전히 해소 가능한 하이브리드 바인더 조성물을 제공하는데 있다.The present invention was created to solve the above problems, and the purpose of the present invention is to have sufficient heat resistance and compressive strength, so that the use of a fire retardant is not necessary in the casting of metal parts through the sand casting method, and that there is no need for the use of a fire retardant in the casting of metal parts through the sand casting method. The goal is to provide a hybrid binder composition that can completely solve the penetration problem.
상기 목적을 달성하기 위하여 본 발명의 금속부품 주조용 하이브리드 바인더 조성물은, 모래; 퓨란(Furan)계 유기바인더에 해당하는 바인더(Binder); 촉매; 및 유·무기 하이브리드 화합물에 해당하는 필러(Filler);를 포함하며, 상기 필러는 TEOS(Tetraethylorthosilicate) 기반의 나노 실리카에 실란 커플링제(Silane Coupling agent)를 이용한 표면 개질 반응을 일으켜 표면상에 하이드록시기(Hydroxy group)를 반응기로 갖는 반응성 나노 실리카(Reactive Nano Silica)로 마련된다.In order to achieve the above object, the hybrid binder composition for casting metal parts of the present invention includes sand; Binder corresponding to a furan-based organic binder; catalyst; and a filler corresponding to an organic-inorganic hybrid compound, wherein the filler causes a surface modification reaction using a silane coupling agent in TEOS (Tetraethylorthosilicate)-based nano silica to form a hydroxyl compound on the surface. It is prepared from reactive nano silica that has a hydroxy group as a reactive group.
여기서, 상기 금속부품 주조용 하이브리드 바인더 조성물은, 상기 모래 1000 중량부; 상기 바인더 10 중량부; 상기 촉매 3 중량부; 및 상기 필러 0.5 중량부;를 포함한다.Here, the hybrid binder composition for casting metal parts includes 1000 parts by weight of the sand; 10 parts by weight of the binder; 3 parts by weight of the catalyst; And 0.5 parts by weight of the filler.
또한, 상기 촉매는, 황산계 제1촉매 1.5 중량부; 및 염산계 제2촉매 1.5 중량부;를 포함한다.In addition, the catalyst includes 1.5 parts by weight of a sulfuric acid-based first catalyst; and 1.5 parts by weight of a hydrochloric acid-based second catalyst.
아울러, 상기 금속부품 주조용 하이브리드 바인더 조성물은 상기 모래 1000 중량부와 상기 필러 0.5 중량부를 1차 교반 작업, 1차 교반 결과물에 상기 촉매 3 중량부를 투입하여 2차 교반 작업, 2차 교반 결과물에 상기 바인더 10 중량부 및 경화제 0.3 중량부를 투입하여 3차 교반 작업을 순차적으로 수행하여 금속부품 주조용으로 사용 가능하다.In addition, the hybrid binder composition for casting metal parts is prepared by mixing 1000 parts by weight of the sand and 0.5 parts by weight of the filler in the first stirring operation, adding 3 parts by weight of the catalyst to the first stirring result, and adding the above to the second stirring result. It can be used for casting metal parts by sequentially performing the third stirring operation by adding 10 parts by weight of binder and 0.3 parts by weight of hardener.
아울러, 상기 금속부품 주조용 하이브리드 바인더 조성물은 상기 1차 교반 작업 내지 상기 제3교반 작업에 걸친 순차적 교반 작업의 수행을 통해 금속부품 주조용으로 사용될 시 35 kgf/cm2 이상의 압축강도(KS A 5301기준), 30 kgf/cm2 이상의 열처리 압축강도(KS A 5301기준) 및 85% 이상의 성형열간강도(KS A 5301기준)를 갖춘다.In addition, the hybrid binder composition for casting metal parts has a compressive strength of 35 kgf/cm 2 or more (KS A 5301) when used for casting metal parts through sequential stirring from the first stirring operation to the third stirring operation. standard), a heat treatment compressive strength of 30 kgf/cm 2 or more (KS A 5301 standard), and a forming hot strength of 85% or more (KS A 5301 standard).
본 발명에 의하면 다음과 같은 효과가 있다.According to the present invention, the following effects are achieved.
첫째, 사형 주조 방식을 통한 금속부품 주조에 있어 필요한 주형을 형성함에 있어, 가사시간과 경화시간을 기존에 대비해 단축시키고, 내열성 및 압축강도와 관련한 각종 물성을 고도화된 수준으로 개선시킬 수 있는 금속부품 주조용 하이브리드 바인더 조성물을 제공할 수 있다.First, in forming the mold necessary for casting metal parts through sand casting, the pot life and hardening time can be shortened compared to the existing method, and various physical properties related to heat resistance and compressive strength can be improved to a sophisticated level. A hybrid binder composition for casting can be provided.
둘째, 금속부품 주조용 하이브리드 바인더 조성물을 통해 주형을 완성하여 사형 주조 방식을 통한 금속부품 주조에 이용할 시 고온의 용융금속에 저항할 수 있을 만큼 충분한 내열성을 갖춰 용융금속의 침투 및 주형을 구성하던 규사의 주조 제품 내 혼입 문제를 최소화할 수 있다.Second, when the hybrid binder composition for casting metal parts is used to complete the mold and use it for casting metal parts using the sand casting method, it has sufficient heat resistance to resist high temperature molten metal, allowing penetration of molten metal and silica sand that forms the mold. Mixing problems in cast products can be minimized.
셋째, 금속부품 주조용 하이브리드 바인더 조성물을 통해 주형을 완성하여 사형 주조 방식을 통한 금속부품 주조에 이용할 시 고온의 용융금속에 저항할 수 있을 만큼 충분한 내열성을 갖춰 내화제의 사용이 불필요해짐에 따라 내화제와 주형간의 접합 과정에서 발생될 수 있던 주형 표면상 균열문제가 해소될 수 있다.Third, when a mold is completed using a hybrid binder composition for casting metal parts and used for casting metal parts through sand casting, it has sufficient heat resistance to resist high temperature molten metal, making the use of fire retardants unnecessary. The problem of cracks on the surface of the mold that may have occurred during the bonding process between the chemical agent and the mold can be resolved.
넷째, 금속부품 주조용 하이브리드 바인더 조성물을 통해 주형을 완성하여 사형 주조 방식을 통한 금속부품 주조에 이용할 시 주형의 균열 또는 용융금속의 침투 문제가 최소화됨에 따라, 주물사의 사용 효율 개선 및 주조 결과물에 해당되는 금속부품의 품질 개선과 불량 최소화가 가능해진다. Fourth, when the hybrid binder composition for casting metal parts is used to complete the mold and use it for casting metal parts through the sand casting method, problems with cracks in the mold or penetration of molten metal are minimized, improving the use efficiency of the molding sand and improving the casting results. It is possible to improve the quality of metal parts and minimize defects.
도1은 본 발명에 따른 금속부품 주조용 하이브리드 바인더 조성물 내 필러에 해당하는 반응성 나노 실리카의 합성 방법 및 분자 구조를 도시한 도면이다.
도2는 본 발명에 따른 금속부품 주조용 하이브리드 바인더 조성물 내 바인더와 필러 간의 촉매를 통한 결합 형태를 설명하기 위한 도면이다.Figure 1 is a diagram showing the synthesis method and molecular structure of reactive nano-silica, which is a filler in the hybrid binder composition for casting metal parts according to the present invention.
Figure 2 is a diagram for explaining the form of bonding between a binder and a filler in a hybrid binder composition for casting metal parts according to the present invention through a catalyst.
본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 첨부된 도면을 참조하여 더 구체적으로 설명하되, 이미 주지된 기술적 부분에 대해서는 설명의 간결함을 위해 생략하거나 압축하기로 한다.Preferred embodiments of the present invention will be described in more detail with reference to the attached drawings, but already well-known technical parts will be omitted or compressed for brevity of explanation.
1. 금속부품 주조용 하이브리드 바인더 조성물에 관한 설명1. Description of hybrid binder composition for casting metal parts
본 발명의 금속부품 주조용 하이브리드 바인더 조성물에 관해 아래에서 자세히 설명하고자 한다.The hybrid binder composition for casting metal parts of the present invention will be described in detail below.
우선, 본 발명에 따른 금속부품 주조용 하이브리드 바인더 조성물은 모래; 바인더(Binder); 촉매; 및 필러(Filler);를 조성으로 포함한다.First, the hybrid binder composition for casting metal parts according to the present invention includes sand; Binder; catalyst; And filler; is included in the composition.
모래는 사형 주조 방식을 통한 금속부품 주조에 이용되는 주형을 구성하는 주제로서, 주물사(鑄物砂)에 해당한다.Sand is the main material that makes up the mold used for casting metal parts through sand casting, and corresponds to foundry sand.
이와 같은 모래는 1000중량부를 기준으로 적정 함량을 갖춘다.Such sand has an appropriate content based on 1000 parts by weight.
바인더는 퓨란(Furan)계 유기바인더에 해당하는 충진제로서, 구체적으로 푸르푸릴알콜(Furfuryl alcohol)로 마련되어 도2에 도시된 바와 같이 추후 설명될 필러와의 촉매를 통한 교차결합(Cross-linking)을 형성하며 모래입자들 간의 결합을 일으킨다.The binder is a filler corresponding to a furan-based organic binder, and is specifically prepared with furfuryl alcohol, and as shown in Figure 2, cross-linking through a catalyst with the filler to be explained later. It forms and causes bonds between sand particles.
이와 같은 바인더는 퓨란(Furan)계 유기바인더로 마련되어 주물사 입자 사이에 모세관 링크를 형성하여 입자 간의 응집력을 형성하는 역할을 하며, 더 나아가 필러에 해당하는 반응성 나노 실리카(Reactive Nano Silica)와의 연계를 통해 우수한 접착력과 고도한 내열성 발현에 영향을 준다.This type of binder is prepared as a furan-based organic binder and serves to form a capillary link between molding sand particles to form cohesion between the particles, and furthermore, through linkage with Reactive Nano Silica, which is a filler. It affects the development of excellent adhesion and high heat resistance.
기존의 바인더들 간의 촉매를 통한 결합 시 내열성과 충격강도에 관한 물성에 매우 부족함이 컸고, 이를 보완하기 위해 첨부되는 무기필러가 너무 다량 사용될 것이 요구되어 오히려 이로 인한 분산과 접착 불량의 문제가 야기되곤 한 점을 본 발명의 바인더와 필러의 화학적 특성을 통해 해소하고 있다.When combining existing binders through catalysts, there was a significant lack of physical properties in terms of heat resistance and impact strength, and to make up for this, an excessive amount of inorganic filler was required to be used, which caused problems of dispersion and poor adhesion. One point is resolved through the chemical properties of the binder and filler of the present invention.
더욱 구체적으로, 푸르푸릴알콜(Furfuryl alcohol)로 마련된 본 발명의 퓨란(Furan)계 유기바인더는 10 중량부의 적정 함량 수치를 갖추어 가사 시간과 경화시간의 기존 대비 상승을 막고 오히려 단축시킴과 동시에 압축강도의 고도화를 제공할 수 있다.More specifically, the furan-based organic binder of the present invention prepared with furfuryl alcohol has an appropriate content value of 10 parts by weight, preventing and actually shortening the pot life and curing time compared to the existing ones, and at the same time improving compressive strength. can provide advancement.
또한, 푸르푸릴알콜(Furfuryl alcohol)로 마련된 본 발명의 퓨란(Furan)계 유기바인더가 적정 함량 수준을 넘어 과도하게 많이 첨가될 경우 경화성능에 저하를 일으켜 주형의 제조 자체에 큰 영향을 끼치게 된다. In addition, if the furan-based organic binder of the present invention, which is made of furfuryl alcohol, is added in excessive amounts beyond the appropriate content level, curing performance is reduced and the manufacturing of the mold itself is greatly affected.
촉매는 염산, 황산, 질산 등의 강산이나 아세트산, 인산 등의 약산 등이 사용될 수 있으나, 황산계 촉매 1.5 중량부와 염산계 촉매 1.5 중량부가 병용 처리되는 것이 가장 바람직하다.The catalyst may be a strong acid such as hydrochloric acid, sulfuric acid, or nitric acid, or a weak acid such as acetic acid or phosphoric acid, but it is most preferable to use 1.5 parts by weight of a sulfuric acid-based catalyst and 1.5 parts by weight of a hydrochloric acid-based catalyst in combination.
이는 특정 촉매의 단독 사용에 대비해 황산계 촉매 1.5 중량부와 염산계 촉매 1.5 중량부가 병용 처리될 시 압축강도의 및 성형열간강도의 우수한 개선을 보이며, 특히 염산계 촉매와 같은 특정 촉매의 단독 사용 시 성형열간강도의 개선과 달리 압축강도의 물성 저하가 나타나기 때문이다.This shows excellent improvement in compressive strength and hot forming strength when 1.5 parts by weight of a sulfuric acid-based catalyst and 1.5 parts by weight of a hydrochloric acid-based catalyst are combined compared to the use of a specific catalyst alone, especially when a specific catalyst such as a hydrochloric acid-based catalyst is used alone. This is because, unlike the improvement in hot forming strength, there is a decrease in compressive strength properties.
필러(Filler)는 유·무기 하이브리드 화합물에 해당하는 충진제로서, 구체적으로는 TEOS(Tetraethylorthosilicate) 기반의 나노 실리카에 실란 커플링제(Silane Coupling agent)를 이용한 표면 개질 반응을 일으켜 표면상에 하이드록시기(Hydroxy group)를 반응기로 갖는 반응성 나노 실리카(Reactive Nano Silica)로 마련된다.Filler is a filler that corresponds to an organic-inorganic hybrid compound. Specifically, it causes a surface modification reaction using a silane coupling agent on TEOS (Tetraethylorthosilicate)-based nano silica to form hydroxy groups ( It is prepared from reactive nano silica (Hydroxy group) as a reactive group.
즉, 필러(Filler)는 기존의 실리카(Silica) 혹은 콜로이달실리카(Colloidal silicate)와 같이 무기 필러가 아닌 유·무기 하이브리드 화합물로서 도1에 도시된바와 같은 일련의 과정을 통해 반응성 나노 실리카(Reactive Nano Silica)형태로 마련된다. In other words, the filler is an organic-inorganic hybrid compound rather than an inorganic filler like existing silica or colloidal silica, and is made into reactive nano silica (Reactive) through a series of processes as shown in Figure 1. It is prepared in the form of Nano Silica.
기존의 무기 필러의 경우 단순 혼합으로 물성을 향상시키는 방식에 적용되어 수지 대비 20% 내지 40%의 함량에 달하는 과량이 사용되어야 했으며, 그럼에도 강도의 향상을 보이는 반면 접착력에 관한 물성 저하를 보이는 문제가 해결되지 않았다.In the case of existing inorganic fillers, they were applied in a way to improve physical properties by simple mixing, so an excessive amount of 20% to 40% of the resin had to be used. However, while improving strength, there was a problem of deteriorating physical properties related to adhesion. It wasn't resolved.
일 예로, 본 출원인의 기 등록 특허 중 하나인 대한민국 등록특허공보 제10-0945300호의"폴리우레탄 화합물의 내가수분해 개선용 첨가제, 이의제조방법 및 이를 이용한 폴리우레탄 조성물"내에서 제시된 바와 같은 실시예의 제조 방식과 같이 실시될 수 있다.As an example, the embodiments as presented in "Additives for improving hydrolysis resistance of polyurethane compounds, method of manufacturing same, and polyurethane compositions using the same" in Republic of Korea Patent Publication No. 10-0945300, one of the applicant's previously registered patents. It can be carried out in the same manner as the manufacturing method.
구체적으로, 도1에 도시된 바와 같이 1L 용량의 2구 플라스크에 테트라메톡시실란(Tetramethoxysilane) 80g과 비스(트리메톡시실릴프로필)아민 20g을 혼합 및 0.1N 트리에 탄올아민을 5g을 첨가한 후, 상온에서 100 ~ 200rpm의 속도로 24시간 동안 반응하여 말단에 아미노기를 포함하고 Si-O-Si 결합의 망상구조를 갖는 금속 산화물을 제조하고, 해당 금속 산화물 105g에 메틸렌디페닐디이소시아네이트 14.6g을 혼합한 다음 반응촉매로 디부틸틴디라우레이트를 0.1g 투입 및 질소분위기 하에서 80℃의 오일조에서 2시간 교반하여 이소시아네이트 말단의 유·무기 하이브 리드 복합체를 제조할 수 있다.Specifically, as shown in Figure 1, 80 g of tetramethoxysilane and 20 g of bis(trimethoxysilylpropyl)amine were mixed in a 1L two-necked flask and 5 g of 0.1N triethanolamine was added. Then, the reaction was carried out at room temperature for 24 hours at a speed of 100 to 200 rpm to prepare a metal oxide containing an amino group at the terminal and having a network structure of Si-O-Si bonds, and 14.6 g of methylenediphenyl diisocyanate was added to 105 g of the metal oxide. After mixing, 0.1 g of dibutyltin dilaurate was added as a reaction catalyst and stirred for 2 hours in an oil bath at 80°C under a nitrogen atmosphere to produce an isocyanate-terminated organic-inorganic hybrid complex.
또 다른 예로, TEOS(Tetraethylorthosilicate) 100 중량부에 0.1N HCl 또는 0.1N triethylamine(TEA)의 촉매 18 중량부와 함께 에탄올(Ethanol) 120 중량부를 배합 후 상호에서 24시간 합성시킨 뒤 65℃의 온도에서 solvent를 제거하고, 이에 이어 메틸에틸케톤(MEK, Methyl Ethyl Ketone)을 과량 투입 후 교반하고 하고 5회 이상의 Washing을 통한 필터링 작업을 거쳐 120℃의 온도에서 2시간 가량 건조하여 50nm 이하의 입자 크기를 갖춘 나노 입자상태의 나노 실리카를 우선적으로 획득한다.As another example, 100 parts by weight of TEOS (Tetraethylorthosilicate) was mixed with 120 parts by weight of Ethanol along with 18 parts by weight of a catalyst of 0.1N HCl or 0.1N triethylamine (TEA), then synthesized for 24 hours at a temperature of 65°C. The solvent is removed, and then an excessive amount of methyl ethyl ketone (MEK) is added, stirred, washed more than 5 times, filtered, and dried at a temperature of 120°C for about 2 hours to reduce the particle size to 50 nm or less. First obtain nano silica in the form of nanoparticles.
다음으로, 이와 같이 얻은 나노 실리카에 amino-silane과 같은 실란 커플링제(Silane Coupling agent)와 아이소사이안산화물(Isocyanate)을 먼저 반응시켜서 이소시아네이트기(Isocyanate Group)를 갖는 실란(Silane)을 합성한 뒤 다이올(diol)과 반응시키고 금속 알콕사이드(Metal alkoxide)와의 공가수분해에 의해서 반응기를 갖는 유무기 하이브리드 복합체로서 반응성 나노 실리카(Reactive Nano Silica)를 합성한다.Next, the nano-silica obtained in this way is first reacted with a silane coupling agent such as amino-silane and isocyanate to synthesize silane with an isocyanate group. Reactive nano silica is synthesized as an organic-inorganic hybrid composite with a reactive group by reacting with diol and co-hydrolyzing with metal alkoxide.
이러한 필러로서 사용된 반응성 나노 실리카(Reactive Nano Silica) 0.5 중량부의 적정 함량수치를 갖추는 것이 바람직하다. It is desirable to have an appropriate content of 0.5 parts by weight of reactive nano silica used as such filler.
이는 앞서 설명한 바인더 10 중량부의 수치와 연계되어 반응성 나노 실리카가 0.5 중량부를 갖춤으로서 단순한 무기필러의 도입이 아닌 하이드록시기(Hydroxy group)를 포함한 반응성 나노 실리카를 퓨란(Furan)계 유기바인더 수지와 결합시켜 분산 불량을 감소시키고 주형의 강도 및 내열성 향상을 제공함은 물론이고, 기존 바인더 사용량보다 낮은 사용량으로 더욱 고도화된 물성 개선을 보일 수 있다.This is in conjunction with the value of 10 parts by weight of the binder described above, and contains 0.5 parts by weight of reactive nano silica. This does not simply introduce an inorganic filler, but combines reactive nano silica containing a hydroxy group with a furan-based organic binder resin. This not only reduces dispersion defects and improves the strength and heat resistance of the mold, but also shows more advanced improvement in physical properties by using a lower amount than the existing binder.
실제 실험을 수행하면, 바인더 10 중량부와 반응성 나노 실리카가 0.5 중량부의 적정 함량 수치간 비율에 어긋남이 발생할 경우 압축강도 및 성형열간강도의 물성 정도가 기존과 대비해 큰 차이가 없거나 오히려 낮아지고, 실시에 따라서는 가사시간과 경화시간이 크게 늘어나는 문제가 발생하였다.In an actual experiment, if there is a discrepancy in the ratio between the appropriate content of 10 parts by weight of binder and 0.5 parts by weight of reactive nano silica, the physical properties of compressive strength and hot forming strength do not differ significantly or are lowered compared to the existing ones. Depending on this, a problem occurred where the pot life and curing time increased significantly.
즉, 필러로서 사용된 반응성 나노 실리카는 도2에 도시된 바와 같이 바인더와의 적정 함량수치에 따라 반응하여 촉매를 통한 교차결합(Cross-linking)을 일으키게 되어 바인더에 의한 접착 특성 및 물리적 강도는 더욱 강화시키며, 바인더 간을 연결하여 내열성 및 내구성의 고도화를 이루게 된다.In other words, the reactive nano silica used as a filler reacts with the binder according to the appropriate content value as shown in Figure 2, causing cross-linking through a catalyst, so the adhesive properties and physical strength caused by the binder are further improved. It strengthens and connects the binders to improve heat resistance and durability.
결과적으로, Furan/Silica hybrid binder형 복합체를 완성하게 되어 주물사에 해당하는 모래 입자들과의 결합 및 경화를 더욱 단단하고 체계적으로 형성하게 된다.As a result, a Furan/Silica hybrid binder type composite is completed, forming a stronger and more systematic bond and hardening with the sand particles corresponding to the molding sand.
이와 같은 조성의 금속부품 주조용 하이브리드 바인더 조성물은 조성간의 배합에 있어서, 3차에 걸친 교반을 수행하는 순서를 지키는 것 또한 중요한데 구체적으로 모래 1000 중량부와 필러 0.5 중량부를 1차 교반 작업, 1차 교반 결과물에 촉매 3 중량부(황산계 제1촉매 1.5 중량부, 염산계 제2촉매 1.5 중량부)를 투입하여 2차 교반 작업, 2차 교반 결과물에 바인더 10 중량부 및 경화제 0.3 중량부를 투입하여 3차 교반 작업을 순차적으로 수행하여 금속부품 주조용으로 사용함이 바람직하다.In the hybrid binder composition for casting metal parts of this composition, it is also important to follow the order of performing three rounds of stirring when mixing the compositions. Specifically, 1000 parts by weight of sand and 0.5 parts by weight of filler are mixed in the first stirring operation and the first stirring operation. 3 parts by weight of catalyst (1.5 parts by weight of sulfuric acid-based first catalyst, 1.5 parts by weight of hydrochloric acid-based second catalyst) were added to the stirring result for secondary stirring, and 10 parts by weight of binder and 0.3 parts by weight of hardener were added to the secondary stirring result. It is preferable to sequentially perform the third stirring operation and use it for casting metal parts.
이는 해당 교반 순서의 1차 내지 3차의 순서를 변경하거나 교반 대상을 변경할 경우 촉매 반응의 결과가 급격히 저하되거나, 반응을 통해 마련되는 결과물의 내열성 및 압출강도와 관련한 물성의 저하가 발생하기 때문이다.This is because if you change the order of the first to third stages of the stirring sequence or change the object of stirring, the results of the catalytic reaction will rapidly deteriorate, or the physical properties related to heat resistance and extrusion strength of the resultant product prepared through the reaction will deteriorate. .
2. 금속부품 주조용 하이브리드 바인더 조성물의 물성시험 결과에 관한 설명2. Description of physical property test results of hybrid binder composition for casting metal parts
본 발명에 따른 금속부품 주조용 하이브리드 바인더 조성물에 대해 아래와 같은 다양한 실험 방법들을 통해 각종 물성등의 수준을 측정하였으며, 당업계의 기술자들에게 자명한 수단에 의한 성질 등을 정의하기 위한 목적으로 하기 실험 방법들을 이용하였다. The level of various physical properties of the hybrid binder composition for casting metal parts according to the present invention was measured through various experimental methods as follows, and the following experiments were conducted for the purpose of defining the properties by means that are obvious to those skilled in the art. methods were used.
(1) 물성시험 방법(1) Physical property test method
우선, 아래 설명되는 모든 실시예들에 대해 가사시간과 경화시간의 측정과 함께, 압축강도, 열처리 후 압축강도 및 성형열간강도 비율에 관한 시험을 수행하였으며, 특히 압축강도에 대한 측정은 2회차에 걸쳐 반복 실험을 수행하였다.First, for all examples described below, tests were conducted on compressive strength, compressive strength after heat treatment, and hot forming strength ratio along with measurement of pot life and curing time. In particular, the compressive strength was measured in two rounds. Repeated experiments were performed.
- 압축강도 및 열처리 압축강도- Compressive strength and heat treatment compressive strength
KS A 5301 시험규격에 따라 시험편을 제작하여 압축강도 시험을 실시하였으며, 시편 규격은 '50×50(Ø×m, AFS. 20-40)'과 같다.A test specimen was produced according to the KS A 5301 test standard and a compressive strength test was conducted, and the specimen standard was '50×50 (Ø×m, AFS. 20-40).'
- 성형열간강도- Forming hot strength
KS A 5301 시험규격에 따라 시험편을 제작하여 열처리(250℃, 10분) 후 압축강도를 평가하여 상온 측정값 대비 압축강도 유지율을 계산하였으며, 시편 규격은 '50×50(Ø×m, AFS. 20-40)'과 같다.A test piece was manufactured according to the KS A 5301 test standard, and the compressive strength was evaluated after heat treatment (250℃, 10 minutes) to calculate the compressive strength retention rate compared to the room temperature measurement value. The specimen size was '50×50(Ø×m, AFS. 20-40)'.
(2) 금속부품 주조용 하이브리드 바인더 조성물의 조성 및 함량 수준 변화에 따른 물성평가(2) Evaluation of physical properties according to changes in composition and content level of hybrid binder composition for casting metal parts
실시예1의 경우 모래, 바인더(푸르푸릴알콜(Furfuryl alcohol)), 황산계 촉매만의 조성으로 구성하였다.In Example 1, the composition consisted of only sand, binder (furfuryl alcohol), and a sulfuric acid-based catalyst.
실시예2와 실시예3의 경우 모래, 바인더(푸르푸릴알콜(Furfuryl alcohol)), 황산계 촉매, 염산계 촉매의 조성에 무기필러인 실리카(Silica, 제품예 : Zeosil 175mp (고형분: 100%))를 추가하되 각각의 함량을 달리 하였다.In Examples 2 and 3, sand, binder (furfuryl alcohol), sulfuric acid catalyst, and hydrochloric acid catalyst were added to the composition, and an inorganic filler, silica (product example: Zeosil 175mp (solid content: 100%)) ) was added, but each content was different.
실시예4와 실시예5의 경우 모래, 바인더(푸르푸릴알콜(Furfuryl alcohol)), 황산계 촉매, 염산계 촉매의 조성에 무기필러인 콜로이달실리카(Colloidal silicate, 제품예 : F-4562 (고형분: 40%))를 추가하되 각각의 함량을 달리 하였다.In Examples 4 and 5, in the composition of sand, binder (Furfuryl alcohol), sulfuric acid catalyst, and hydrochloric acid catalyst, an inorganic filler, colloidal silicate, product example: F-4562 (solid content) : 40%)) was added, but each content was different.
실시예 6과 실시예7의 경우 모래, 바인더(푸르푸릴알콜(Furfuryl alcohol)), 황산계 촉매, 염산계 촉매의 조성에 유·무기 하이브리드 화합물인 필러로서 반응성 나노 실리카(Reactive Nano Silica)를 추가하되 각각의 함량을 달리 하였다.In Examples 6 and 7, Reactive Nano Silica, an organic-inorganic hybrid compound, was added to the composition of sand, binder (furfuryl alcohol), sulfuric acid catalyst, and hydrochloric acid catalyst as a filler. However, the contents of each were different.
이와 같은 실시예1 내지 실시예7의 구체적인 조성과 함량값을 하기 표1에 정리된 바와 같다.The specific composition and content values of Examples 1 to 7 are summarized in Table 1 below.
(황산계)catalyst
(sulfuric acid)
(염산계)catalyst
(hydrochloric acid)
실리카colloidal
silica
실리카Responsive
silica
이와 같이 마련된 실시예1 내지 실시예7에 대해 가사시간과 경화시간의 측정과 함께, 압축강도, 열처리 후 압축강도 및 성형열간강도 비율에 관한 시험을 수행하였으며, 특히 압축강도에 대한 측정은 2회차에 걸치 반복 실험을 수행하였으며, 그 결과는 하기 표2와 같다.For Examples 1 to 7 prepared in this way, tests were performed on compressive strength, compressive strength after heat treatment, and hot forming strength ratio along with measurement of pot life and curing time. In particular, the compressive strength was measured twice. Repeated experiments were performed, and the results are shown in Table 2 below.
(kgf/cm2)compressive strength
(kgf/ cm2 )
압축강도
(kgf/cm2)heat treatment
compressive strength
(kgf/ cm2 )
강도(%)hot plastic surgery
robbery(%)
표2에 나타난 바와 같이,실시예1과 같은 기존방식에 대비하여 실시예2 및 실시예3과 같이 무기필러로서 실리카(Silica)를 이용한 경우 압축강도 및 성형열간 강도에 관한 물성의 개선 수준이 미미한 정도에 그치고 가사시간은 같거나 오히려 증가시키고 경화시간 역시 함량이 증가함에 따라 오히려 늘리게 됨을 알 수 있다.As shown in Table 2, compared to the existing method such as Example 1, when silica was used as an inorganic filler in Examples 2 and 3, the level of improvement in physical properties in terms of compressive strength and hot forming strength was minimal. It can be seen that the pot life remains the same or rather increases, and the curing time also increases as the content increases.
또한, 실시예1과 비교해 실시예4 및 실시예5와 같이 무기필러로 콜로이달실리카(Colloidal silicate)를 이용한 경우 압축강도 및 성형열간 강도에 관한 물성의 개선 수준이 미미한 정도에 그치고 가사시간 및 경화시간은 함량이 증가함에 따라 오히려 늘리게 됨을 알 수 있다.In addition, compared to Example 1, when colloidal silicate was used as an inorganic filler in Examples 4 and 5, the improvement in compressive strength and hot forming strength was only minimal, and the pot life and hardening were limited. It can be seen that the time actually increases as the content increases.
이와 달리 실시예1과 대비해 실시예6 및 실시예7과 같이 유·무기 하이브리드 화합물인 필러로서 반응성 나노 실리카(Reactive Nano Silica)를 이용한 경우 압축강도 및 성형열간 강도에 관한 물성의 개선 수준이 크게 나타나며 35 kgf/cm2 이상의 압축강도(KS A 5301기준), 30 kgf/cm2 이상의 열처리 압축강도(KS A 5301기준) 및 85% 이상의 성형열간강도(KS A 5301기준)를 갖추는 것을 알 수 있다.On the other hand, compared to Example 1, when reactive nano silica, an organic-inorganic hybrid compound, was used as a filler in Examples 6 and 7, the level of improvement in physical properties in terms of compressive strength and hot forming strength was significantly improved. It can be seen that it has a compressive strength of over 35 kgf/cm 2 (based on KS A 5301), a heat-treated compressive strength of over 30 kgf/cm 2 (based on KS A 5301), and a hot forming strength of over 85% (based on KS A 5301).
특히 실시예6과 같이 조성별 적정 함량 수치를 지킬 경우 가사 시간 및 경화시간의 단축 역시 큰 폭으로 나타난다.In particular, when the appropriate content values for each composition are maintained as in Example 6, the pot life and curing time are also significantly reduced.
본 발명에 개시된 실시예는 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시예에 의해서 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 보호범위는 아래 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다. The embodiments disclosed in the present invention are not intended to limit but illustrate the technical idea of the present invention, and the scope of the technical idea of the present invention is not limited by these examples. The scope of protection should be interpreted in accordance with the claims below, and all technical ideas within the equivalent scope should be interpreted as being included in the scope of rights of the present invention.
Claims (5)
퓨란(Furan)계 유기바인더에 해당하는 바인더(Binder);
촉매; 및
유·무기 하이브리드 화합물에 해당하는 필러(Filler);를 포함하며,
상기 필러는 TEOS(Tetraethylorthosilicate) 기반의 나노 실리카에 실란 커플링제(Silane Coupling agent)를 이용한 표면 개질 반응을 일으켜 표면상에 하이드록시기(Hydroxy group)를 반응기로 갖는 반응성 나노 실리카(Reactive Nano Silica)로 마련되는 것을 특징으로 하는
금속부품 주조용 하이브리드 바인더 조성물.
sand;
Binder corresponding to a furan-based organic binder;
catalyst; and
Includes a filler corresponding to an organic-inorganic hybrid compound,
The filler undergoes a surface modification reaction using a silane coupling agent on TEOS (Tetraethylorthosilicate)-based nano silica to form reactive nano silica with a hydroxy group on the surface. Characterized by being provided
Hybrid binder composition for casting metal parts.
상기 금속부품 주조용 하이브리드 바인더 조성물은,
상기 모래 1000 중량부;
상기 바인더 10 중량부;
상기 촉매 3 중량부; 및
상기 필러 0.5 중량부;를 포함하는 것을 특징으로 하는
금속부품 주조용 하이브리드 바인더 조성물.
According to paragraph 1,
The hybrid binder composition for casting metal parts,
1000 parts by weight of the sand;
10 parts by weight of the binder;
3 parts by weight of the catalyst; and
Characterized in that it contains 0.5 parts by weight of the filler.
Hybrid binder composition for casting metal parts.
상기 촉매는,
황산계 제1촉매 1.5 중량부; 및
염산계 제2촉매 1.5 중량부;를 포함하는 것을 특징으로 하는
금속부품 주조용 하이브리드 바인더 조성물.
According to paragraph 2,
The catalyst is,
1.5 parts by weight of a sulfuric acid-based first catalyst; and
Characterized by comprising 1.5 parts by weight of a hydrochloric acid-based second catalyst;
Hybrid binder composition for casting metal parts.
상기 금속부품 주조용 하이브리드 바인더 조성물은 상기 모래 1000 중량부와 상기 필러 0.5 중량부를 1차 교반 작업, 1차 교반 결과물에 상기 촉매 3 중량부를 투입하여 2차 교반 작업, 2차 교반 결과물에 상기 바인더 10 중량부 및 경화제 0.3 중량부를 투입하여 3차 교반 작업을 순차적으로 수행하여 금속부품 주조용으로 사용하는 것을 특징으로 하는
금속부품 주조용 하이브리드 바인더 조성물.
According to paragraph 2,
The hybrid binder composition for casting metal parts is prepared by first stirring 1000 parts by weight of the sand and 0.5 parts by weight of the filler, adding 3 parts by weight of the catalyst to the result of the first stirring, and adding 10 parts by weight of the binder to the result of the second stirring. Characterized in that it is used for casting metal parts by sequentially performing a 3rd stirring operation by adding 0.3 parts by weight and hardener.
Hybrid binder composition for casting metal parts.
상기 금속부품 주조용 하이브리드 바인더 조성물은 상기 1차 교반 작업 내지 상기 제3교반 작업에 걸친 순차적 교반 작업의 수행을 통해 금속부품 주조용으로 사용될 시 35 kgf/cm2 이상의 압축강도(KS A 5301기준), 30 kgf/cm2 이상의 열처리 압축강도(KS A 5301기준) 및 85% 이상의 성형열간강도(KS A 5301기준)를 갖추는 것을 특징으로 하는
금속부품 주조용 하이브리드 바인더 조성물.According to paragraph 4,
The hybrid binder composition for casting metal parts has a compressive strength of 35 kgf/cm 2 or more (based on KS A 5301) when used for casting metal parts through sequential stirring from the first stirring operation to the third stirring operation. , Characterized by having a heat treatment compressive strength of more than 30 kgf/cm 2 (based on KS A 5301) and a hot forming strength of more than 85% (based on KS A 5301).
Hybrid binder composition for casting metal parts.
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---|---|---|---|---|
JP2001508361A (en) * | 1996-11-15 | 2001-06-26 | インスティトゥート・フュア・ノイエ・マテリアリエン・ゲーエーエム・ゲゼルシャフト・ミット・ベシュレンクテル・ハフツング | Casting binder |
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JP2020528829A (en) * | 2017-07-31 | 2020-10-01 | ヒュッテネス−アルベルトゥス ヒェーミッシェ ヴェルケ ゲゼルシャフト ミット ベシュレンクテル ハフツング | Compositions containing furfuryl silicate and furfuryl alcohol |
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2022
- 2022-10-17 KR KR1020220132990A patent/KR102614246B1/en active Active
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