JP2010285561A

JP2010285561A - 射出成形用組成物

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Publication number: JP2010285561A
Application number: JP2009141444A
Authority: JP
Inventors: Kazuo Iijima; 一央飯島; Akihito Otsuka; 昭仁大塚; Kunihiko Suzuki; 邦彦鈴木
Original assignee: Sumitomo Metal Mining Co Ltd
Current assignee: Sumitomo Metal Mining Co Ltd
Priority date: 2009-06-12
Filing date: 2009-06-12
Publication date: 2010-12-24
Anticipated expiration: 2029-06-12
Also published as: JP5163596B2

Abstract

【課題】従来公知の射出成形用組成物と同等以上の脱脂性を有し、且つ、成形性に優れる射出成形用組成物を提供することを目的とする。
【解決手段】金属粉末またはセラミックス粉末よりなる焼結用粉末とバインダーを含有する射出成形用組成物であって、前記バインダーが３０〜７０質量％のパラフィンワックス、１０〜５０質量％の低密度ポリエチレン、０．１〜１０質量％のポリカルボン酸、０．１〜１０質量％のアルキルアミン、０．１〜１０質量％のポリシロキサン、１〜２０質量％のフタル酸エステルからなり、かつ該バインダーは全体当たり３０〜６０容量％の量で含有されている。
【選択図】なし

Description

本発明は射出成形焼結製品の製造に供される射出成形用組成物、更に詳細には射出成形用組成物のバインダーに関するものである。

射出成形粉末冶金法は、金属粉末などの焼結用粉末とバインダーを混練して得られる射出成形用組成物を、所定形状の金型で射出成形し、得られた成形体を脱バインダー（脱脂）し、次いで焼結を行うことにより焼結製品を製造する方法であり、特に三次元的に複雑な形状を有する製品の製造に適している。

脱脂の方法としては、成形体を真空または不活性雰囲気中で加熱して、バインダーを蒸発あるいは熱分解させる加熱脱脂が最も一般的に用いられている。昇温時にはバインダーの減少と、これに伴う成形体の収縮が生じることから、焼結用粉末間の冶金的結合が開始されるまでの間、バインダーは焼結用粉末間の結合材として成形体の形状を保持する役割（以下、保形性とする）を有する。

一般に、成形体の保形性はバインダーの分子量の増加と共に向上するが、同時に粘性が増加し、射出成形時の流動性（以下、成形性とする）が低下する。
成形性および脱脂性の改善を可能にすべく提案されたものとして、特許第２７５１９６６号公報に、低密度ポリエチレン、パラフィン系ワックス、ホウ酸エステル、ポリオキシエチレンアルキルエステル類またはポリオキシエチレンアルキルエーテル類をバインダーとして用いる射出成形用組成物が記載されている。

しかしながら従来公知の射出成形用組成物は、脱脂性には優れるものの、薄肉形状品や肉厚形状品などの成形難易度の高い製品に対しては成形性が十分ではなく、ウエルド部におけるクラックや、ヒケ、反りなどの成形欠陥の発生、更には成形時に発生した質量ばらつきに起因する焼結体の寸法ばらつきなどに問題があり、成形性の改善が課題となっていた。

特許第２７５１９６６号公報

本発明は上記の問題に鑑みて行われたものであり、従来公知の射出成形用組成物と同等以上の脱脂性を有し、且つ、成形性に優れる射出成形用組成物を提供することを目的とする。

本発明の射出成形用組成物は、金属粉末またはセラミックス粉末よりなる焼結用粉末とバインダーを含有する射出成形用組成物であって、前記バインダーが３０〜７０質量％のパラフィンワックス、１０〜５０質量％の低密度ポリエチレン、０．１〜１０質量％のポリカルボン酸、０．１〜１０質量％のアルキルアミン、０．１〜１０質量％のポリシロキサン、１〜２０質量％のフタル酸エステルからなり、かつ該バインダーは全体当たり３０〜６０容量％の量で含有されている。

あるいは、金属粉末またはセラミックス粉末よりなる焼結用粉末とバインダーを含有する射出成形用組成物であって、前記バインダーが３０〜７０質量％のパラフィンワックス、１０〜５０質量％の低密度ポリエチレン、０．１〜１０質量％のポリカルボン酸、０．１〜１０質量％のアルキルアミン、０．１〜１０質量％のポリシロキサン、１〜２０質量％のフタル酸エステル、５〜３０質量％のポリプロピレンからなり、かつ該バインダーは全体当たり３０〜６０容量％の量で含有されていることが望ましい。

あるいは、金属粉末またはセラミックス粉末よりなる焼結用粉末とバインダーを含有する射出成形用組成物であって、前記バインダーが３０〜７０質量％のパラフィンワックス、１０〜５０質量％の低密度ポリエチレン、０．１〜１０質量％のポリカルボン酸、０．１〜１０質量％のアルキルアミン、０．１〜１０質量％のポリシロキサン、１〜２０質量％のフタル酸エステル、５〜３０質量％のポリプロピレン、５〜３０質量％のエチレン酢酸ビニル共重合体からなり、かつ該バインダーは全体当たり３０〜６０容量％の量で含有されていることが望ましい。

本発明の射出成形用組成物を使用することにより、従来公知の射出成形用組成物と同等以上の脱脂性が得られ、且つ、成形性が向上する。

射出成形試験に用いた箱型形状品用金型の三面図である。射出成形試験に用いたサイコロ型形状品用金型の三面図である。

発明者らは前記課題を解決すべく、バインダー成分、焼結用粉末とバインダーとの配合割合（容量比）、バインダー組成毎の質量比が及ぼす影響について鋭意研究を重ねた結果、本発明を完成するに至った。

本発明の射出成形用組成物のバインダー成分およびバインダーの配合割合について、以下に係る限定理由を説明する。

パラフィンワックスは、射出成形時の流動性並びに脱脂性に優れる成分であり、特に融点が３５〜８０℃のものが好適である。パラフィンワックスの含有量が３０質量％未満になると成形性および脱脂性が低下する。対して７０質量％を越えると成形体の離型性が低下すると共に、成形体が脆くなる。

低密度ポリエチレンは、保形性に優れる成分であり、多くの有機成分に対する相溶性が良いことから、得られる射出成形用組成物は均一な組成となる。低密度ポリエチレンの含有量が１０質量％未満になると、保形性が不足し、脱脂時に変形が生じる。対して５０質量％を越えると、成形性が低下し、成形体にヒケやクラックなどの欠陥が生じる。

ポリカルボン酸とアルキルアミン、ポリシロキサンは、成形性に優れる成分であり、グリコールエーテルやアルコールなどの溶剤に溶解して４０〜８０質量％程度の溶液として配合することにより、焼結用粉末と有機バインダーの混合性が一層向上する。従って、この場合にバインダー組成物は、一定量の溶剤も成分として含有することになる。ポリカルボン酸とアルキルアミン、ポリシロキサンの含有量が各々０．１質量％未満では、十分な成形性が得られず、対して１０質量％を超えると、保形性が低下し、脱脂時に変形が生じる。

ポリカルボン酸としては、飽和循環式ポリカルボン酸、不飽和ポリカルボン酸、芳香族ポリカルボン酸、油脂変性ポリカルボン酸などが好適である。
グリコールエーテルとしては、エチレングリコールモノメチルエーテルアセテート、プロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート、ジエチレングリコールモノブチルエーテルアセテート、ジエチレングリコールモノエチルエーテルアセテートなどが好適である。

アルコールとしては、プロピルアルコール、ブチルアルコール、ブタンジオールなどが好適である。

フタル酸エステルは、他のバインダー成分との相溶性、焼結粉末との親和性に優れる為、分散性の改善効果がある。また射出成形用組成物全体の粘性の低下、および離型性の向上にも寄与する為、成形性が向上する。フタル酸エステルの含有量が１質量％未満になると十分な分散性と成形性が得られず、対して２０質量％を越えると、成形体が脆くなり、クラックが生じやすくなる。

フタル酸エステルとしてはジブチルフタレート、ジオクチルフタレートなどが好適である。

ポリプロピレンは、保形性に優れる成分であり、成形体の強度の更なる向上を目的として、ポリプロピレンを添加することが可能である。ポリプロピレンの含有量が５質量％未満になると、保形性が不足し、脱脂時に変形が生じる。対して３０質量％を越えると、成形性が低下し、成形体にヒケやクラックなどの欠陥が生じる。
エチレン酢酸ビニル共重合体は、保形性に優れる成分であり、成形体の強度の更なる向上を目的として、エチレン酢酸ビニル共重合体を添加することが可能である。エチレン酢酸ビニル共重合体の含有量が５質量％未満になると、保形性が不足し、脱脂時に変形が生じる。対して３０質量％を越えると、成形性が低下し、成形体にヒケやクラックなどの欠陥が生じる。

射出成形用組成物におけるバインダーの含有量が３０容量％未満では、焼結用粉末に対する添加量が少なく、十分な成形性が得られない。対して６０容量％を越えると成形体に面ヒケやクラックなどの欠陥が生じやすくなると共に、脱脂に要する時間が長くなる。

焼結用粉末には、鉄、ステンレス鋼、銅−ニッケル合金などの金属粉末や、アルミナ、ジルコニアなどのセラミックス粉末が焼結製品の用途などに応じて選択使用される。また、成形性および焼結性を高める為に１０μｍ前後の球状な粉末が好適であり、各々単体または合金粉末単体での使用はもとより、２種類以上の粉末の混合によって焼結合金とすることも可能である。

本発明の射出成形用組成物は、焼結用粉末とバインダーを上記の割合で均一に混練することによって容易に調整され、次いで射出成形、脱脂および焼結の各工程を経ることによって最終製品である焼結体となる。射出成形はプラスチックの射出成形に使用されている通常の射出成形機を用いて行うことができる。脱脂は成形体を加熱処理することによって行われるが、焼結用粉末として酸化が生じやすい金属が使用される場合には、加熱処理を不活性ガス雰囲気下で行うことが好適である。焼結は使用する焼結用粉末の種類によっても異なるが、一般に真空、不活性ガス雰囲気、還元性雰囲気で行われる。

［実施例１］
パラフィンワックス：３０質量％、低密度ポリエチレン：４５質量％、ポリカルボン酸：５質量％、アルキルアミン：５質量％、ポリシロキサン：５質量％、ジブチルフタレート：１０質量％からなるバインダーを、平均粒径５μｍのカルボニル鉄粉に対して４２容量％の割合で混合、混練して実施例１の射出成形用組成物を得た。得られた射出成形用組成物のメルトフローレート（ＭＦＲ）を測定し、成形性の指標とした。尚、ＭＦＲについては、フローテスターを使用し、ダイス穴：φ１ｍｍ×１ｍｍ、加熱温度：９０℃、荷重：１０ｋｇｆ／ｃｍ^２の条件で測定した。ＭＦＲの測定結果を表２に示す。

当該射出成形用組成物を、図１に示す箱型形状品および図２に示すサイコロ型形状品の金型を用いて、連続で各々５０個ずつ射出成形して成形体を得た。得られた成形体の欠陥の有無についての評価結果を表２に示す。尚、当該金型の寸法はＡ＝Ｂ＝３０ｍｍ、Ｃ＝２５ｍｍ、Ｄ＝Ｅ＝Ｆ＝Ｇ＝２ｍｍ、Ｈ＝３ｍｍ、Ｉ＝Ｊ＝Ｋ＝３０ｍｍであり、成形体の欠陥の有無については、ヒケやクラック、充填不良部分などの有無について目視で確認した。

得られた成形体を窒素気流中で５０℃／時間の速度で昇温し、１０時間の脱脂を行った。得られた脱脂後の成形体の欠陥の有無についての評価結果を表２に示す。尚、脱脂後の成形体の欠陥の有無については、クラックや変形などの有無について目視で確認した。
次いで、脱脂後の成形体を真空雰囲気、１２５０℃で２時間の焼結処理を行うことにより焼結体を得た。得られた焼結体の欠陥の有無、およびサイコロ型形状品焼結体のＩ、Ｊ、Ｋ部分の寸法の標準偏差を表２に示す（Ｋ：脱脂・焼結時の高さ方向）。尚、焼結体の欠陥の有無については、クラックや変形などの有無について目視およびＸ線撮影により確認し、サイコロ型形状品焼結体の寸法は、最小目盛り：０．０１ｍｍのデジタルノギスで測定した。
［実施例２〜１２、比較例１〜１２］
表１に示すように、バインダー成分の配合割合を変えた以外は実施例１と同様にして実施例２〜１２および比較例１〜１２の射出成形用組成物を作製した。次いで、実施例１と同様にして当該射出成形用組成物の諸特性についての評価を行った。評価結果を表２に示す。

以上の結果によれば、本発明による射出成形用組成物は、従来公知の射出成形用組成物と同等以上の脱脂性を有し、且つ、射出成形性および得られる焼結体の寸法安定性については従来公知の射出成形用組成物によりも優れていることが明らかである。

本発明は射出成形焼結製品の製造に供される射出成形用組成物、更に詳細には射出成形用組成物のバインダーに関するものであり、薄肉形状品や肉厚形状品などの成形難易度の高い製品に対しても優れた成形性と脱脂性を有し、ウエルド部におけるクラックや、ヒケ、反りなどの成形欠陥の発生、更には成形時に発生した質量ばらつきに起因する焼結体の寸法ばらつきなどの改善に利用することができる。

Claims

金属粉末またはセラミックス粉末よりなる焼結用粉末とバインダーを含有する射出成形用組成物であって、前記バインダーが３０〜７０質量％のパラフィンワックス、１０〜５０質量％の低密度ポリエチレン、０．１〜１０質量％のポリカルボン酸、０．１〜１０質量％のアルキルアミン、０．１〜１０質量％のポリシロキサン、１〜２０質量％のフタル酸エステルからなり、かつ該バインダーは全体当たり３０〜６０容量％の量で含有されていることを特徴とする射出成形用組成物。
金属粉末またはセラミックス粉末よりなる焼結用粉末とバインダーを含有する射出成形用組成物であって、前記バインダーが３０〜７０質量％のパラフィンワックス、１０〜５０質量％の低密度ポリエチレン、０．１〜１０質量％のポリカルボン酸、０．１〜１０質量％のアルキルアミン、０．１〜１０質量％のポリシロキサン、１〜２０質量％のフタル酸エステル、５〜３０質量％のポリプロピレンからなり、かつ該バインダーは全体当たり３０〜６０容量％の量で含有されていることを特徴とする射出成形用組成物。
金属粉末またはセラミックス粉末よりなる焼結用粉末とバインダーを含有する射出成形用組成物であって、前記バインダーが３０〜７０質量％のパラフィンワックス、１０〜５０質量％の低密度ポリエチレン、０．１〜１０質量％のポリカルボン酸、０．１〜１０質量％のアルキルアミン、０．１〜１０質量％のポリシロキサン、１〜２０質量％のフタル酸エステル、５〜３０質量％のポリプロピレン、５〜３０質量％のエチレン酢酸ビニル共重合体からなり、かつ該バインダーは全体当たり３０〜６０容量％の量で含有されていることを特徴とする射出成形用組成物。