KR0163805B1 - 형상유지성이 우수한 분말 사출성형용 결합제 - Google Patents

Abstract

분말 사출성형법에 의해 금속이나 초형분말의 소결체 제조시 사용되는 결합제로서 폴리에틸렌 20-40중량%, 에틸렌-비스-스테아라미드 5-80중량% 및 올리아마이드를 포함한다.

이 결합제는 열분해에 의한 결합제 제거시 우수한 형상유지성을 나타낸다.

Description

형상유지성이 우수한 분말 사출성형용 결합제

본 발명은 분말 사출성형법에 의하여 금속이나 초경분말의 소결체 제조시 사용되는 결합제에 관한 것이며, 보다 상세히는 열분해에 의한 결합제 제거시에도 형상유지성이 우수한 결합제 조성에 관한 것이다.

분말사출성형 기술은 기존의 플라스틱 사출성형법과 같이 3차원의 복잡하고 정밀한 제품을 대량으로 제조하는 공정으로서, 금속분말을 사용하는 경우 분말 야금법의 장점인 균일한 조직을 얻을 수 있어 주조품과 동등 이상의 기계적인 특성을 얻을 수 있을 뿐만 아니라 세라믹, 초경과 같은 난가공성 제품을 후 가공이 거의 필요없이 경제적으로 제조할 수 있는 장점이 있다.

분말사출성형의 일반적인 제조공정은 다음과 같다.

1) 혼합체 제조공정:분말과 결합제를 일정한 비로 혼합하고 사출성형 가능한 펠릿으로 제조

2) 사출성형공정:원하는 형상의 금형내로 펠릿을 사출성형하여 사출성형체를 제조

3) 결합제 제거 공정: 사출성형체로부터 결합제를 제거하여 탈지제를 제조

4) 소결공정:탈지체를 고온소결하여 최종 제품을 제조

분말사출성형에 사용되는 결합제는 분말에 유동성을 부여하여 사출성형시 금형내로 충진되게 하며 냉각후 형상을 유지하는 역할을 한다. 결합제로는 폴리에틸렌, 폴리프로펠렌, 폴리스티렌 등의 열가소성 수지류, 파라핀 왁스, 카나우바왁스, 몬탄왁스, 자판왁스 등의 왁스류, 식용류 등의 오일류를 들수 있으며, 경우에 따라서는 물이나 승화성 물질이 사용되기도 한다. 결합제는 분말의 충전특성에 따라 통상 전체 부피 기준으로 30-50%정도가 첨가되며, 일반적으로 2가지 이상의 물질로 구성된다.

또한 결합제는 후공정인 결합제 제거 공정에 따라서도 그 구성은 달라진다.

결합제 제거공정은 다량 첨가 되어있는 결합제를 사출성형체에 뒤틀림이나 균열 등의 결함을 발생시키지 않으면서도 완전히 제거되어야 하기 때문에 분말사출성형의 전 공정중에서 가장 중요한 단계 중하나이며 장시간을 요하는 공정이다.

결합제 제거공정중 열분해에 의한 제거공정의 예로서는 미국특허 4404166호에 개시되어 있는 바와 같이, 사출성형체를 로내에 기공성을 갖는 기판위에 놓고 결합제의 용융온도이상으로 사출성형체에 기체를 빠르게 흘려주어 사출성형체 표면의 결합제 증발 계면에 와류를 형성시켜 경계층이 생기지 않게 하면서 제거하는 방법을 들 수 있다.

여기서는 불활성 가스나 대기를 사용하며, 대기를 사용하는 경우는 산화성이 강한 금속분말들이 산화되기 때문에 고온에서 환원과정을 거쳐야 하므로 장시간이 소모될 뿐만 아니라 가스를 빠른속도로 공급하기 위한 장치를 구비하고 있다.

이와같이 열분해에 의한 결합제 제거는 고온하에 수행되기 때문에 결합제가 제거되는 동안 사출성형체가 뒤틀리거나 균열이 발생할 염려가 있어 사용되는 결합제는 우수한 형상유지성을 필요로 하게 된다.

종래의 결합제는 5~50%의 고융점(융점 170℃)폴리프로필렌, 10%의 저융점 카나우바왁스 및 나머지 퍼어센트의 파라핀왁스로 구성하였다.

이같은 결합제는 결합제 제거공정에서 열에 의해 저융점물질이 제거되는 동안 고융점인 폴리프로필렌이 사출성형체의 형상을 유지한다.

그러나 폴리프로필렌과 파라핀은 상용성이 결여되어 있어 폴리프로필렌이 첨가되어 있다 하더라도 폴리프로필렌의 용점이하에서 형상이 허물어지기 때문에 형상유지를 위해서는 결합제 제거에 장시간에 소요되는 문제점이 있는 것이다.

더구나 초경과 같이 일반 철계보다 비중이 높은 성형체인 경우에는 더욱 그 형상유지가 곤란한데, 이같은 초경용 분말사출 성형결합제로 융점 50-100℃의 탄화수소계 왁스를 사용하는 것이 개시된 바 있으나(유럽 특허 공고 455913A1)이같이 왁스로만 구성되는 결합제는 결합제 제거 온도는 낮출수 있으나 형상유지 및 사출성형성은 좋지 못한 것이다.

이에 본 발명은 결합제 제거 방법이 용이할 뿐만아니라 열분해에 의한 결합제 제거시에도 형상유지성이 양호한 보다 개선된 결합제를 제공하는데 있다.

본 발명에 의한 결합제는,

고분자 물질로서 20-40중량%의 폴리에틸렌, 저분자 물질로서 10-80중량%의 에틸렌-비스-스테아라미드를 포함하여 구성된다.

이하 본 발명에 대하여 상세히 설명한다.

본 발명의 결합제에 사용되는 폴리에틸렌은 필요에 따라 융점이 105-135℃범위의 것을 선택 사용할 수 있으며, 사출 성형성의 확보와 결합제제거시 소결전까지 소결체의 형상을 유지하는 역할을 한다. 폴리에틸렌의 함유량은 결합제 전체의 중량기준으로 20-40중량%가 좋으며, 함유량이 20중량% 이하인 경우 혼합시 균일한 분포를 얻기 어려우며, 반면 40중량% 이상 함유된 경우는 결합제 혼합물의 점도가 상승되어 사출성형이 불리하고 결합제 제거시간도 길어지게 된다.

상기 에틸렌-비스-스테아라미드는 융점 140℃정도의 것을 사용하며, 저분자량으로서 결합제 혼합물의 점도감소와 열분해에 의한 결합제 제거시 사출성형체의 형상유지를 위해 첨가된다. 에틸렌-비스-스테아라미드는 결합제 전체 중량기준으로 10-80중량% 범위로 함유되는 것이 좋으며, 10중량%미만 함유시는 그 효과가 떨어지며, 80%이상 함유시는 고분자량 폴리에틸렌 함량이 지나치게 적어지게 된다.

한편, 본 발명에 의한 결합제는 초경합금분말과 같이 미세분말의 사출성형에 적용되는 경우 결합제의 점도를 낮추어 유동성을 개선하기 위해 올리아마이드와 같은 저분자량의 활제를 첨가할 수 있다. 따라서, 본 발명에 의한 결합제에 올리아마이드가 첨가되는 경우 상대적으로 상기 에틸렌-비스-스테아라미드의 첨가량은 감소하게 된다.

즉, 본 발명의 결합제가 폴리에틸렌과 에틸렌-비스-스테아라미드로만 구성될 때는 상기 에틸렌-비스-스테아라미드는 60-80중량%가 첨가된다.

본 발명의 결합제중에 점도개선을 위해 올리아마이드를 첨가할 때는 상기 에틸렌-비스-스테아라미드의 양은 10-30중량%가 적당하다.

이때, 본 발명에 의한 결합제 성분중 올리아미이드는 융점 70℃정도의 것으로써 그 첨가량은 폴리에틸렌과 에틸렌-비스-스테아라미드의 총량의 나머지로 한다.

이같이 조성된 본 발명의 결합제는 열분해에 의한 결합제 제거시 종래의 결합제보다 형상 유지성이 우수하여 사출성형체의 변형을 최소화 시킬수 있다.

이하 본 발명을 실시예를 통해 상세히 설명한다.

[실시예]

분말사출성형용 분말은 고압수 분무법으로 제조되어 불규칙한 형상인 평균입경 8㎛인 316L스테인레스 분말 또는 텅스텐 카바이드에 6%코발트가 혼합된 분말을 사용하였다.

결합제는 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 카나우바 왁스, 파라핀왁스, 에틸렌비스스테아라미드, 올리아마이드를 2가지 또는 3가지 조합하여 사용하였으며 그 구성성분및 조성비는 하기표 1에 나타난 바와같다.

사출 성형용 혼합체는 스텐레스의 경우 분말과 결합제가 부피비로 54대 46으로 하였으며, 텅스텐카바이드 6%코발트 분말은 분말과 결합제가 부피비로 50대 50으로 하였다. 혼합은 시그마형 혼합기에서 1시간 혼합하였으며 냉각후 파쇄하여 사출성형기에서 길이 40㎜, 폭 8㎜, 두께 4㎜의 판상 형태로 성형하였다. 각각의 혼합체는 열 분해시 변형을 측정하기 위하여 사출성형첼를 알루미나 기판위에 놓고 2㎝의 간격을 갖게 한 후 비 산화성 분위기하에 가열하여 가열에 따른 변형 정도를 측정하였으며 그 결과를 표 1에 나타내었다.

주) PE:폴리에틸렌, PP:폴리프로필렌, CW:카나우바왁스, PW:파라핀 왁스, EBS:에틸렌 비스 스테아라마이드, OA:올리아마이드

상기표 1에 의하면, 종래의 결합제를 사용한 비교예 1과 2의 경우는 가열시 90℃와 114℃에서 각각 붕괴되어 형상이 유지되지 못하였으며 폴리에틸렌과 올리아마이드로 구성된 비교예 3의 경우에도 95℃에서 붕괴되어 두 종류의 결합제로는 형상유지가 곤란하였다. 발명예 1과 2에서와 같이 에틸렌 비스 스테아라마이드가 포함된 혼합체에서는 스텐레스와 텅스텐 카바이드의 모든 혼합체에 있어서 500℃까지 변형이 없었으며 발명예 1의 경우 결합제 제거는 95%이상이며 폴리에틸렌에 에틸렌 비스 스테아라마이드가 80%로 가장 많이 혼합된 발명예 5의 경우에도 85%정도 결합제가 제거되어 결합제 제거가 양호하게 진행되었다.

상기한 바와같이 본 발명의 결합제를 이용하여 분말사출 성형을 하는 경우, 열분해에 의해 결합제 제거시 종래의 결합제보다 형상유지성이 우수하여 성형체의 변형을 최소화 할 수 있는 것이다.

Claims (2)

1. 고분자물질로서 20∼40중량%의 폴리에틸렌; 저분자물질로서 10∼30중량%의 에틸렌-비스-스테아라미드; 및 나머지 퍼어센트의 올리아마이드; 를 포함하여 구성되는 형상 유지성이 우수한 분말사출 성형용 결합제.
2. 고분자물질로서 20∼40중량%의 폴리에틸렌; 및 저분자물질로서 80∼60중량%의 에틸렌-비스-스테아라미드; 를 포함하여 구성되는 형상 유지성이 우수한 분말사출 성형용 결합제.