JP2012021172A - 射出成形用組成物 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】焼結可能な金属粉末と、有機バインダとからなる射出成形用組成物であって、前記有機バインダを構成する成分が、(a)ポリ乳酸、(b)ポリオキシメチレン、(c)ポリプロピレン、(d)150℃における粘度が200mPa・s以下である有機化合物、及び、(e)ビカット軟化点が130℃以下である熱可塑性樹脂から成ることを特徴とする。
【選択図】なし
Description
しかし、これらのものを用いた場合には、加熱脱脂温度が高温でないと脱脂率が低いため、焼結体の残留カーボンが多くなるという欠点を有している。また、軟化点が低いために脱脂時に変形を生じやすいという問題があり、脱脂工程が長時間化する要因となっていた。
また添加した有機バインダを加熱処理する機能を具備する焼結炉を用いると脱脂炉と焼結炉を分けることなく同一炉内で焼結体を得ることが出来る。別途、プッシャー式、ウォーキングビーム式のような成形体が自動で炉内を搬送される脱脂炉、焼結炉を用いることで、連続的に成形体の脱脂、焼成が出来る。
加圧ニーダー中に、まず、ポリ乳酸、ポリオキシメチレンとポリプロピレンを投入し、180℃で溶融させた後、SUS316L粉末(平均粒径:10μm)、パラフィンワックス(融点63℃)、ポリプロピレンワックス及びグリシジルメタクリレートを投入して40分間混練し、取り出した後混練物を粉砕し、成形用組成物を得た。次に、成形温度150℃の条件で射出し、厚さ3mm、幅10mm、長さ60mmの成形体を得た。
成形用組成物
SUS316L粉末 100重量部(58体積%)
全バインダ量 7.8重量部(42体積%)
バインダ組成
(a)ポリ乳酸 15.0vol%
(b)ポリオキシメチレン 10.0vol%
(ビカット軟化点157℃)
(c)ポリプロピレン 15.0vol%
(ビカット軟化点137℃)
(d)パラフィンワックス 40.0vol%
(150℃で粘度100mPa・s以下)
(d)ポリプロピレンワックス 10.0vol%
(150℃で粘度100mPa・s以下)
(e)グリシジルメタクリレート 10.0vol%
(ビカット軟化点100℃以下)
加圧ニーダー中に、まず、ポリ乳酸、ポリオキシメチレンとポリプロピレンを投入し、180℃で溶融させた後、SUS304粉末(平均粒径:12μm)、パラフィンワックス(融点46℃)、カルナバワックス及びポリブチルメタクリレートを投入して40分間混練し、取り出した後混練物を粉砕し、成形用組成物を得た。次に、成形温度170℃の条件で射出し、厚さ3mm、幅10mm、長さ60mmの成形体を得た。
成形用組成物
SUS304粉末 100重量部(60体積%)
全バインダ量 7.8重量部(40体積%)
バインダ組成
(a)ポリ乳酸 15.0vol%
(b)ポリオキシメチレン 15.0vol%
(ビカット軟化点157℃)
(c)ポリプロピレン 10.0vol%
(ビカット軟化点137℃)
(d)パラフィンワックス 40.0vol%
(150℃で粘度100mPa・s以下)
(d)カルナバワックス 10.0vol%
(150℃で粘度100mPa・s以下)
(e)ポリブチルメタクリレート 10.0vol%
(ビカット軟化点80℃以下)
加圧ニーダー中に、まず、ポリ乳酸、ポリオキシメチレンとポリプロピレンを180℃で投入し、溶融させた後、鉄−ニッケル8%粉末(平均粒径:8μm)、グリシジルメタクリレート、パラフィンワックス(融点63℃)、及びカルナバワックスを投入して40分間混練し、取り出した後混練物を粉砕し、成形用組成物を得た。次に、成形温度160℃の条件で射出し、厚さ3mm、幅10mm、長さ60mmの成形体を得た。
成形体組成物
鉄−ニッケル8%粉末 100重量部(55体積%)
全バインダ量 7.0重量部(45体積%)
バインダ組成
(a)ポリ乳酸 15.0vol%
(b)ポリオキシメチレン 15.0vol%
(ビカット軟化点157℃)
(c)ポリプロピレン 15.0vol%
(ビカット軟化点137℃)
(d)パラフィンワックス 40.0vol%
(150℃で粘度100mPa・s以下)
(d)カルナバワックス 5.0vol%
(150℃で粘度100mPa・s以下)
(e)グリシジルメタクリレート 10.0vol%
(ビカット軟化点100℃以下)
実施例1〜3と同様に加圧ニーダーを用い、まず、熱可塑性樹脂であるエチレン−酢酸ビニル共重合体、ポリスチレン及びポリブチルメタクリレートをそのニーダー中に投入して180℃で溶融させた後、SUS316L粉末(平均粒径:10μm)、及びパラフィンワックス(融点46℃)を投入し、40分間混練し、取り出した後混練物を粉砕し、成形用組成物を得た。次に、成形温度140℃の条件で射出し、厚さ3mm、幅10mm、長さ60mmの成形体を得た。
成形用組成物
SUS316L粉末 100重量部(58体積%)
全バインダ量 7.8重量部(42体積%)
バインダ組成
エチレン−酢酸ビニル共重合体 20.0vol%
(ビカット軟化点57℃)
ポリスチレン 15.0vol%
(ビカット軟化点120℃)
ポリブチルメタクリレート 15.0vol%
(ビカット軟化点80℃以下)
パラフィンワックス 50.0vol%
(150℃で粘度100mPa・s以下)
加圧ニーダー中に、まず、熱可塑性樹脂であるエチレン−酢酸ビニル共重合体及び高密度ポリエチレンを投入し、180℃で溶融させた後、SUS316L粉末(平均粒径:10μm)、及びパラフィンワックス(融点46℃)を投入し、40分間混練し、取り出した後混練物を粉砕し、成形用組成物を得た。次に、成形温度140℃の条件で射出し、厚さ3mm、幅10mm、長さ60mmの成形体を得た。
成形用組成物
SUS316L粉末 100重量部(58体積%)
全バインダ量 7.8重量部(42体積%)
バインダ組成
エチレン−酢酸ビニル共重合体 25.0vol%
(ビカット軟化点57℃)
高密度ポリエチレン 25.0vol%
パラフィンワックス 50.0vol%
(150℃で粘度100mPa・s以下)
さらに、有機バインダ成分を種々変更して実験を行った。用いた有機バインダの組成を表1に、射出成形用組成物の組成と結果を表2に示す。なお、混練の条件、脱脂の条件並びに焼結の条件は実施例1〜3に準じて行った。成形体の肉厚については3mmで行った。
さらに、有機バインダ成分および成形用組成物中の有機バインダの含有量を変えて実験を行った。用いた有機バインダの組成を表3に、射出成形用組成物の組成と結果を表4に示す。金属粉末としては、SUS316LおよびSUS630を用いた。
なお、混練の条件、脱脂の条件並びに焼結の条件は実施例1〜3に準じて行った。成形体の肉厚については3mm、7mm、10mmに変えて成形体を作成した。幅は10mm、長さは60mmに固定して成形体を作成した。脱脂条件は以下の通りで行った。
肉厚3mm:50℃から260℃までを昇温速度30℃/hr、窒素雰囲気下5torrの圧力で昇温加熱し、260℃から500℃までを昇温速度50℃/hrで昇温加熱し、最高温度500℃で2時間保持し炉冷した(脱脂加熱時間:合計13.8時間)
肉厚7mm:50℃から260℃までを昇温速度25℃/hr、窒素雰囲気下5torrの圧力で昇温加熱し、260℃から500℃までを昇温速度40℃/hrで昇温加熱し、最高温度500℃で2時間保持し炉冷した(脱脂加熱時間:合計16.4時間)
肉厚10mm:50℃から260℃までを昇温速度20℃/hr、窒素雰囲気下5torrの圧力で昇温加熱し、260℃から500℃までを昇温速度35℃/hrで昇温加熱し、最高温度500℃で2時間保持し炉冷した(脱脂加熱時間:合計19.4時間)
さらに、有機バインダにおける(a)〜(e)の好適な割合を検討した。成形用組成物における金属粉末としてはSUS316L(平均粒径10μm)を用い、成形用組成物中の金属粉末と有機バインダの割合はそれぞれ58体積%、42体積%とし、実施例1に準じて焼結体を作成した(ただし、脱脂工程時の条件は適宜変更した)。用いた有機バインダの組成および結果を表5に示す。本実施例の結果から、肉厚の厚い成形体を製造する場合は、有機バインダの各成分(a)〜(e)の体積比率を、a:5〜30vol%、b:5〜30vol%、c:5〜30vol%、d:30〜70vol%、及びe:5〜30vol%の範囲とすることが好ましいことが分かった。
さらに、ポリ乳酸樹脂の配合率を種々変化させた有機バインダを作製し、ポリ乳酸(a)の好ましい添加量を検討した。成形用組成物における金属粉末としてはSUS316L(平均粒径10μm)を用い、成形用組成物中の金属粉末と有機バインダの割合はそれぞれ58体積%、42体積%とし、実施例1に準じて焼結体を作成した。ポリ乳酸樹脂以外の有機バインダ成分(b)〜(e)としては、特開平11−343503号(特許文献1)の実施例1に記載された有機バインダ[ポリオキシメチレン 10vol%、ポリプロピレン 20vol%、パラフィンワックス 40vol%、ポリプロピレンワックス 10vol%、ポリビニルブチラール 20vol%の割合で配合したもの]を用いた。肉厚3mm,5mm,7mm,10mm,15mmの成形体を作製し、健全な脱脂体が得られるかを調べた。脱脂条件は以下の通りで行った。
肉厚3mmおよび5mm:50℃から260℃までを昇温速度30℃/hr、窒素雰囲気下5torrの圧力で昇温加熱し、260℃から500℃までを昇温速度50℃/hrで昇温加熱し、最高温度500℃で2時間保持し炉冷した(脱脂加熱時間:合計13.8時間)
肉厚7mm:50℃から260℃までを昇温速度25℃/hr、窒素雰囲気下5torrの圧力で昇温加熱し、260℃から500℃までを昇温速度40℃/hrで昇温加熱し、最高温度500℃で2時間保持し炉冷した(脱脂加熱時間:合計16.4時間)
肉厚10mm:50℃から260℃までを昇温速度20℃/hr、窒素雰囲気下5torrの圧力で昇温加熱し、260℃から500℃までを昇温速度35℃/hrで昇温加熱し、最高温度500℃で2時間保持し炉冷した(脱脂加熱時間:合計19.4時間)
肉厚15mm:50℃から260℃までを昇温速度15℃/hr、窒素雰囲気下5torrの圧力で昇温加熱し、260℃から500℃までを昇温速度30℃/hrで昇温加熱し、最高温度500℃で2時間保持し炉冷した(脱脂加熱時間:合計24.0時間)
実施例7と同様にしてポリ乳酸樹脂の配合率を種々変化させた有機バインダを作製し、肉厚7mm、10mmの成形体を内部欠陥無く脱脂するための昇温速度・脱脂時間を検討した。昇温速度・脱脂時間以外の条件は、実施例7に準じて行った。結果を表7に示す。
ポリ乳酸の代わりに他の物質を用いて有機バインダを調製し、実施例7と同じ条件で実験を行った。結果を表8に示す。表8に示すとおり、健全な脱脂体を得ることを目的として、ポリ乳酸以外に様々な物質を試したが、ポリ乳酸以外では、肉厚5mm以上の成形体について、健全な脱脂体を得ることはできなかった。
特開平7−90314号および特開2004−232055号に、金属粉末射出成形用のバインダ材料としてポリ乳酸を用いたものが開示されているため、これらについても試作を行った。
特開平7−90314号にはポリ乳酸に対して他に使用される樹脂、ワックス等の明示は無く、実施例からポリエチレン、パラフィンワックスが併せて使用されており、この文献に記載のバインダ系で試験片(35×35×3mm)を作成したところ、脱脂時間が毎時20℃以上の昇温速度では変形及び膨れを生じた。
また、特開2004−232055号ではポリ乳酸にポリオキシメチレンを添加したバインダ系を使用しているが、この場合には成形体は非常に硬くなるものの、ワックス等の低分子化合物を添加していないためにバインダ添加量が55vol%以上となり、上記と同様試験片(35×35×3mm)を作成したところ、脱脂時間を毎時20℃以上の昇温速度で行ったところ、成形体にクラックを生じた。このため、昇温速度を速くするといずれの系においても、脱脂工程において変形や膨れが生じやすいと言う問題があった。
一方、ポリオキシメチレンをバインダとして用いたものが特開平4−247802号および特開平5−98306号に開示されているため、これらについても試作を行った。上記文献に記載された有機バインダは、ポリオキシメチレンが持つ、靱性の高さと軟化点の高さ及び、解重合型ポリマーである事により、加熱による脱脂後に残渣が残らず、加熱脱脂を短時間で終えることが出来るとされている。これらの文献では使用するポリオキシメチレンの量が50vol%以上と非常に多いために、金属粉末とこれら有機バインダを混合した成形材料の粘度は非常に高くなるため、金型温度を100℃以上にする必要があり、成形体の冷却までに時間がかかる。また、脱脂の際には硝酸、蟻酸といった強酸性ガス雰囲気下で脱脂処理をおこなうため、分解時に発生するガスも低濃度で爆発する危険があり、成形体を大量にこれら酸性ガス雰囲気下で脱脂処理するには安全面、環境面での問題があった。
Claims (4)
- 焼結可能な金属粉末と、有機バインダとからなり、前記有機バインダを構成する成分が、(a)ポリ乳酸、(b)ポリオキシメチレン、(c)ポリプロピレン、(d)150℃における粘度が200mPa・s以下である有機化合物、及び、(e)ビカット軟化点が130℃以下である熱可塑性樹脂から成ることを特徴とする金属粉末の射出成形用組成物。
- 前記成分(a)、(b)、(c)、(d)及び(e)からなる有機バインダを30〜60vol%含むとともに、この有機バインダの組成比がa:5〜30vol%、b:5〜30vol%、c:5〜30vol%、d:30〜70vol%、及びe:5〜30vol%であることを特徴とする請求項1記載の射出成形用組成物。
- 前記成分(d)の有機化合物が、脂肪酸エステル、脂肪酸アミド、フタル酸エステル、マイクロクリスタリンワックス、パラフィンワックス、ポリエチレンワックス、ポリプロピレンワックス、カルナバワックス、モンタン系ワックス、ウレタン化ワックス、無水マレイン酸変性ワックス、ステアリン酸及びポリグリコール系化合物からなる群から選ばれる一種以上の物質からなることを特徴とする請求項1または2記載の射出成形用組成物。
- 前記成分(e)の熱可塑性樹脂が、ポリエチレン、アモルファスポリオレフィン、エチレン酢酸ビニル共重合体、ポリビニルブチラール樹脂、グリシジルメタクリレート樹脂、メチルメタクリレート樹脂、エチルメタクリレート樹脂、ブチルメタクリレート樹脂、エチレングリシジルメタクリレート共重合体、エチレン・アクリル酸・無水マレイン酸共重合体、無水マレイン酸グラフトポリオレフィン樹脂、エチレン・ビニルアセテート・無水マレイン酸共重合体及びエチレン・エチルアクリレート共重合体からなる群から選ばれる一種以上の物質からなることを特徴とする請求項1〜3のいずれか1項に記載の射出成形用組成物。
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