KR100270238B1

KR100270238B1 - 고압주입이장용 조성물, 고압주입이장 및 이들의 조제방법

Info

Publication number: KR100270238B1
Application number: KR1019930703574A
Authority: KR
Inventors: 사토오리쭈
Original assignee: 시바타 마사하루; 니뽄가이시 가부시키가이샤
Priority date: 1992-03-26
Filing date: 1993-03-24
Publication date: 2000-11-01
Also published as: DE69313057T2; AU3767293A; CA2110171A1; US5593930A; EP0589051A1; EP0589051A4; EP0589051B1; CA2110171C; DE69313057D1; WO1993019017A1; AU654911B2

Abstract

고압주입성형의 작업시간의 단축을 도모하는 것을 목적으로 한다.

주입실형체의 골격을 형성하는 제1분체와, 주입성형 체의 골격을 형성하며 또 가소제로서 기능하는 제2분체를 주체로 하고, 이들 양 분체가 건조상태에서 균일하게 혼합하여 이루어지는 조성물을 이장용 조성물로서 채용하는 동시에 상기 제2분체는 그 평균입자경이 상기 제1분체의 평균입자 경과 동등하거나 이것보다 작고 또 그 제2분체의 일부 또는 전부가 1차 입자가 응집해서 형성된 2차 입자가 되도록 하여, 유동성이 적당히 유지되는 필요최소한의 함수량의 이장의 조제를 용이하게 또 단시간에 행할 수 있도록 하거나, 또는 주입시에 있어서 이장중의 수분의 제거를 단시간에 행할 수 있도록 하는 것에 의해 주입성형의 작업시간의 단축을 도모한다.

Description

[발명의 명칭]

고압주입이장용 조성물, 고압주입이장 및 이들의 조제방법

[산업상의 이용분야]

본 발명은, 고압주입성형용의 이장(泥裝)을 조제하기 위한 고압주입이장용 조성물, 그 조성물에 의해 조제되는 고압주입이장(casting slip), 및 그 조성물과 이장의 조제방법에 관한 것이다.

[종래의 기술]

세라믹제품을 몰딩하는 방법으로서, 예를 들어 일본특개평 4-48604호 공보에 개시되어 있는 바와 같이 다공질의 주입(鑄入)성형틀 내에 가압상태로 유입시킨 이장 중의 수분을 성형틀 내외의 압력 차이를 이용해서 성형 틀의 다공질벽을 통해 제거하고, 이장 중의 고형분(固形分)을 성형틀의 내 벽면에 침착시켜 원하는 형상으로 성형하는 주입성형방법이 있다. 그 성형 방법은 복잡한 형상의 성형체를 성형할 수 있고 성형설비가 저렴하다는 이유 등으로 종래부터 식기류 화병, 가정용 도자기의 성형체를 성형하는 방법으로서 널리 이용되고 있다. 그 주입성형법에 있어서는 장석질 원료, 규산질 원료, 알루미나질원료, 도석, 납석 등으로 이루어지는 군에서 선택되는 하나 또는 복수의 원료의 분체(粉體)로서 성형체의 골격을 형성하는 제1분체와, 와목(蛙目)점토, 카올리인, 목절점토, 소점토(燒粘土) 등으로 이루어지는 군에서 선택되는 1 또는 복수의 원료분체로서 성형체의 골격을 형성하며 또 가소제(可塑劑)로서 기능하는 제2분체를 주체(主體)로 하여 조제된 이장이 사용된다.

또, 상기 제1분체 및 제2분체는 이들 분체의 원료를 보올밀(ball mill)중에 물과 함께 수용해서 습식분쇄하여 성형되며 , 동시에 보올밀 내에서 균일하게 혼합된다. 이 습식분쇄 및 습식혼합을 효율좋게 행하기 위해서는 보올밀 내의 혼합물에 적절한 점성을 부여할 필요가 있는데, 혼합물의 점성이 너무 높으면 분쇄, 혼합이 불가능하게 되고, 또 혼합물의 점성이 너무 낮으면 분쇄효율이 극단적으로 저하된다. 습식분쇄 및 습식혼합하는 경우의 혼합물 중의 바람직한 수분량은, 일반적으로는 45∼55중량%로 되어 있다. 또, 이장에 대해서는, 성형틀에 주입할 때에 유동성을 보존유지하기 위해 함수량이 30∼40중량%의 범위에 있는 것이 바람직하다 일반적으로는 이러한 함수량의 이장을 사용하여 주입성형하고 성형완료 시에는 20중량%정도의 함수량의 성형체로 된다.

[발명이 해결하고자 하는 과제]

그런데, 이와 같은 주입성형을 공업적으로 행하는 경우에는 주입성형의 작업시간의 단축을 도모하는 것이 유리하며, 이것을 달성하기 위해서는 이장의 조제시간의 단축 및 주입시간의 단축을 도모할 필요가 있다. 그러나, 종래와 같이 제1 및 제2분체의 원료를 보올밀로 효율좋게 습식분쇄 및 습식혼합하는 경우에는 얻어지는 이장은 그 함수량이 45∼55중량%라는 높은 값으로 되어서 성형완료 시에 20중량% 정도의 함수량을 갖는 성형체로 만들기 위해 이장 중의 수분 제거에 장시간을 요하여 주입시간이 길어진다는 문제가 있다.

이것에 대처하기 위해 보올밀 등으로 습식혼합해서 조제된 이장을 가열 하여 수분을 증발시킴으로써 이장 중의 함수량을 주입시 유동성이 알맞게 유지되는 30∼40중량%의 범위로 조제해서, 성형시 이장 중의 수분 제거시간을 단축하는 것이 고려될 수 있다. 그러나, 이러한 수단을 채용하는 경우에는 이장의 가열처리에 여분의 시간을 필요로 하고, 수분의 증발정도가 이장 전체로는 균일하지 않게 되어 이장 중의 분체미립자의 응집상태가 변화한다. 이와 같은 이장을 사용하여 주입성형했을 경우에는 얻어지는 성형체의 강도가 낮아질 우려가 있다.

주입성형의 시간단축을 도모하는 다른 수단으로서 상기 일본특개평 4-48604호 공보에 나타난 바와 같이 주입압력을 고압력으로 하는 수단이 제안되고 있다. 그러나, 이러한 주입성형수단과 같이 단순히 주입압력만을 높게 하는 것으로는 주입시간을 충분히 단축할 수가 없다.

따라서, 본 발명의 목적은 주입압력을 높게 하는 것은 물론이고, 주입시의 유동성이 알맞게 유지되는 필요 최소한의 함수량으로 이장조제를 용이하게 또한 단시간에 행할 수 있도록 하고, 및/또는 주입시 이장 중의 수분제거를 단시간에 행할 수 있도록 하여 주입성형의 작업시간 단축을 도모하는 것이다.

[과제를 해결하기 위한 수단]

본 발명은 고압주입이장용 조성물, 고압주입이장 및 이들의 조제방법에 관한 것으로 본 발명에 관한 고압주입이장용 조성물은 주입성형체의 골격을 형성하는 제1분체와, 상기 주입성형체의 골격을 형성하며 또 가소제로서 기능하는 제2분체를 주체로 해서, 이들 양 분체가 건조상태로 균일하게 혼합되어 있고 상기 제2분체는 그 평균입자경이 상기 제1분체의 평균입자 경과 동등하거나 이것보다 작고 그 제2분체의 일부 또는 전부가 1차 입자가 응집해서 형성된 2차 입자인 것을 특징으로 한다. 또한 각 분체의 평균 입자경은 1∼57㎛의 범위에 있는 것이 바람직하다.

또, 이장용 조성물에 있어서는 상기 제1분체가 장석질원료, 규산질원료,알루미나질원료, 도석, 납석으로 이루어지는 군에서 선택되는 하나 또는 복수의 원료의 분체이고, 상기 제1분체가 석영, 정장석, 조장석, 회장석, 견운모(sericite), 강옥(corundum)으로 이루어지는 군에서 선택되는 1 또는 복수의 광물조성물의 분체이거나, 또는 A1₂0₃, SiO₂, A1₂0₃와 SiO₂, K₂O와 A1₂0₃와 SiO₂, Na₂O와 A1₂0₃와 SiO₂, C₃O와 A1₂0₃와 SiO₂등으로 이루어지는 군에서 선택되는 1 또는 복수의 화학조성물의 분체인 것이 바람직하다. 또, 상기 제2분체로서는, 와목점토, 카올리인, 목절점토, 소점토로 이루어지는 군에서 선택되는 1 또는 복수의 원료의 분체, 또는 카올리나이트, 메타할로이사이트, 파이로페라이트, 몬모릴로나이트, 할로이사이트, 디카이트로 이루어지는 군에서 선택되는 1 또는 복수의 광물조성물의 분체인 것이 바람직하다. 또, 장석질원료로서는 정장석 , 조장석 또는 회장석을 주체로 하는 암석 화강암이 풍화하여 형성된 사파석(沙婆石)등이 포함되고, 규산질 원료로서는 규석을 주체로 하는 암석 , 규사등이 포함되며 , 또, 알루미나질 원료로서는, 보오크사이트, 코런덤보오사이트 등이 포함된다.

본 발명에 관한 고압주입이장은 상기 이장용 조성물을 물에 분산해서 조제한 고압주입이장으로서, 그 이장 중의 함수량이 25∼40중량%인 것을 특징으로 하는 것이다.

본 발명에 관한 고압주입이장용 조성물의 조제방법은 상기 제2분체의 원료 또는 광물조성물을 건조분쇄해서 제2분체로 하고, 그 제2분체와 상기 제1분체를 건식혼합하고 상기 제2분체의 원료 또는 광물조성 물을 120∼400℃로 건조하면서 분쇄해서 이장용 조성물을 얻는 것을 특징으로 하는 것이다. 또한 상기 제2분체의 원료 또는 광물조성물을 120∼400℃로 건조한 후 분쇄하는 것도 가능하다.

또, 본 발명에 관한 고압주입이장용 조성물의 조제방법에 있어서는 상기 제1분체로서 그 분체의 원료 광물조성 물 또는 화학조성 물을 건식분쇄하는 얻어지는 분체를 사용하고, 상기 제1분체의 원료, 광물조성물 또는 화학조성물과, 상기 제2분체의 원료 도는 광물조성물을 동시에 건식분쇄하거나 또는 상기 제1분체로서 그 분체의 원료, 광물조성물 또는 화학조성물을 습식분쇄하여 얻어지는 분체를 건조해서 사용하는 것이 바람직하다.

본 발명에 관한 이장의 조제방법은 상기 각 방법에 의해 조제된 이장용 조성물에 소정량의 물을 첨가해서 소정 함수량의 이장을 얻는 것, 또는 상기 각 방법에 의해 조제된 이장용 조성물과, 그 이장용 조성물과 동일한 조성의 희박(希薄)이장을 혼합하여 소정 함수량의 이장을 얻는 것을 특징으로 하는 것이다.

[발명의 작용·효과]

고압주입이장을 조제함에 있어서 분체의 원료를 분쇄하는 데에는, 일반적으로 보올밀 등의 분쇄기에 의해 습식분쇄하고 또 습식혼합하는 수단이 효율좋게 또한 균일하게 혼합할 수 있는 것이라고 생각되고 있었다. 그러나 본 발명자는 근래의 분쇄기 및 혼합기의 성능향상에 따라 양 분체의 원료, 광물조성물, 화학조성 물 등을 건식분쇄하는 경우에도 효율좋게 분쇄할 수 있고, 또 건식혼합하는 경우에도 용이하게 균일혼합할 수 있음을 발견하여 본 발명에 도달한 것이다.

따라서, 본 발명에 관한 고압주입이장용 조성물은 양 분체 중 적어도 제2분체의 원료, 광물조성 물을 건식분쇄해서 얻어진 제2분체와 제1분체를 건식혼합하는 것에 의해 용이하게 얻어질 수 있는 것이다. 또, 이 이장용 조성물을 사용해서 고압주입이장을 조제하는 경우에는 첨가하는 수분량을 용이하게, 또 단시간에 임의로 조정할 수 있다. 이 때문에, 주입 시의 적당한 유동성을 유지할 수 있는 최소한의 수분을 함유하는 이장, 즉 수분량이 25∼40중량%의 범위 내에 있는 이장을 용이하게 또한 단시간에 조제할 수 있고, 성형체를 소정의 함수량, 즉 20중량% 정도 함수량의 성형체로 하기 위한 성형 시에 수분제거량을 최소한으로 할 수 있어 주입시간을 단축할 수 있다. 이것에 의해 고압주입성형의 작업시간 단축을 도모할 수 있다.

이와 같은 이장용 조성물을 사용해서 조제되는 이장은 특히 종래의 습식분쇄 및 습식혼합으로 얻어지는 이장 중의 수분을 증발시켜서 주입 시의 적당한 유동성을 유지할 수 있는 최소한의 수분으로 조정되는 이장에 비교해서, 이장의 조제시간을 현저하게 단축할 수 있는 것과 동시에, 이장 중의 성분이 균일하여 성형체의 강도향상을 도모할 수 있다.

또, 본 발명에 관한 고압주입이장용 조성물에 있어서는 제2분체의 평균 입자경이 제1분체의 평균입자경과 동등하거나 이것보다 작으며, 또한 그 제2분체의 일부 또는 전부가 1차입자가 응집해서 형성된 2차입자인 조성물을 포함한다. 상기 이장용 조성물을 사용해서 조제된 이장에 있어서는, 제2분체의 입자경이 1차입자보다 커서 주입시 성형틀의 다공질벽에 있어서 조기의 막힘(blinding)이 억제됨과 아울러, 성형틀의 내벽면에 침착된 고형분의 수분 투과성이 양호하게 유지되므로, 이장 중의 수분제거가 용이하게 또한 단시간에 이루어져 성형체가 소정의 함수량을 갖기까지는 시간을 단축할 수 있다. 이것에 의해서 주입성형의 작업시간을 현저하게 단축할 수 있다.

이러한 이장용 조성물은 제2분체의 원료 또는 광물조성물을 120-400℃로 건조하면서 분쇄하거나, 그 원료 또는 광물조성물 120-400℃로 건조한 후 분쇄함으로써 용이하게 조제할 수가 있다. 제2분체는 1차입자의 상태에서 극히 미세한 입자경을 갖고 또한, 입자의 표면에는 수분부착에 의해 소정 두께의 수막이 형성되어 있다. 따라서, 제2분체의 원료 또는 광물조성물을 가열하면, 입자표면의 수분이 가열온도에 따라 제거되어 수막의 두께가 얇아지고, 1차입자는 서로 응집해서 2차입자를 형성하여 입자경이 커지게 된다. 이 가열처리에 있어서 가열온도가 120℃ 미만인 경우에는 입자표면에 부착하는 수분의 제거량이 적어서, 제2분체를 물에 분산시키면 가열처리 이전의 상태로 되돌아가 이장 중 제2분체의 입자는 가열처리하지 않은 1차입자와 동일한 상태로 된다. 또, 가열처리온도가 400℃를 넘는 경우에는, 입자표면에 부착하는 수분의 제거량이 점차 많아져서 제2분체의 가소성이 손상되어 제2분체로서의 특성이 부족하게 된다.

[실시예]

[이장의 조제순서]

본 발명에 있어서 이장의 조제순서의 한가지 예가 제1도에 표시되어 있다. 제1도에 있어서, 제1분체원료란 본 발명의 제1분체를 생성하기 위한 원료로서, 장석질원료, 규산질원료, 알루미나질원료, 도석, 납석 등의 1 또는 복수의 것을 말한다. 또, 제2분체원료란 본 발명의 제2분체를 생성하기 위한 원료로서 , 와목점토, 카올리인, 목절점토, 소점토 등의 1 또는 복수의 것을 말한다. 그리고, 본 발명에 있어서는, 제1분체원료에 대체해서 석영, 정장석, 조장석, 회장석, 견운모, 강옥으로 이루어지는 군에서 선택되는 1 또는 복수의 광물조성물, 또는 A1₂0₃, SiO₂, A1₂03와 SiO₂, K₂0,와 A1₂0₃와 SiO₂, Na₂O와 A1₂0₃와 SiO₂CaO와 A1₂0₃와 SiO₂등으로 이루어지는 군에서 선택되는 1 또는 복수의 화학조성 물을 채용할 수가 있다. 또, 본 발명에 있어서는 제2분체원료에 대체해서, 카올리나이트, 메타할로이사이트, 파이로페라이트, 몬모릴로나이트, 할로이사이트, 디카이트로 이루어지는 군에서 선택되는 1 또는 복수의 광물조성물을 채용할 수가 있다.

제1분체원료는 롤러 전동밀, 제트밀, 매체교반밀 등을 사용하여 건식분쇄되어 평균입자경이 1∼8㎛의 미분체(微紛體)인 제1분체가 생성된다. 제2분체원료는 수분을 함유하므로 열풍건조하면서 미분쇄할 수 있는 분쇄기를 사용하여 건식분쇄되어 평균입자경이 1-57의 미분체인 제2분체가 생성된다. 단, 제2분체의 입자경은 제1분체와 동등하거나 이것보다 작다. 또, 제2분체원료의 가열건조온도는 120∼400℃의 범위인 것이 바람직하다. 그리고 제2분체원료를 분쇄하기에 적합한 분쇄기의 한가지 예가 제2도에 표시되어 있다.

제2분체원료의 가열건조에 있어서 가열온도가 120℃미만인 경우에는 입자 표면에 부착하는 수분 제거량이 적어서, 제2분체를 물에 분산시키면 가열처리 이전의 상태로 되돌아가서 이장 중 제2분체의 입자경은 가열처리를 하지 않은 1차입자와 동일한 상태로 된다. 또, 가열은도가 400℃를 넘는 경우에는, 입자의 표면에 부착하는 수분의 제거량이 점차 많아져 제2분체의 가소성이 손상되게 되어 제2분체로서의 특성이 부족하게 된다.

이와 같이 분쇄하여 얻어진 제1분체와 제2분체는 소정의 비율로 건식혼합기에 수용되어 균일하게 건식혼합되어서, 본 발명에 관한 이장용 조성물이 조제된다. 사용하는 건식혼합기로서는 임펠러 등을 구비하여 임펠러의 고속회전에 의해 강력한 전단력을 발휘하는 혼합기를 채용하는 것이 바람직하다. 이 이장용 조성물에 있어서는, 예를 들어 제1분체가 95∼60중량%, 제2분체 가 5~40중량%이다.

제1분체와 제2분체를 균일하게 혼합하여 이루어지는 이장용 조성물에는 물 또는 주입성형에 사용하는 이장보다 함수량이 많은 희박이장을 첨가함으로써 본 발명에 관한 이장이 조제된다. 이장을 조제함에 있어서는, 소정량의 물 또는 희박이장 이외에 필요에 따라 해교제(解膠制), 응집제 등이 첨가되어서 균일하게 교반혼합된다. 첨가하는 수분량은 점토질인 제2분체의 양에 따라 다르지만, 고압주입이장으로서 바람직한 유동성을 유지할 수 있는 범위 내에서 가능한 적게 설정하는 것이 바람직하다. 이장의 함수량으로서는 25∼40중량%가 바람직하다. 이러한 이장은 고압주입성형용의 원료로서 사용되며, 예를들어 제3도에 개략적으로 나타내는 고압주입성형장치를 사용해서 세라믹질의 성형체가 형성된다.

[분쇄기]

분쇄기는 점토인 제2분체원료를 가열건조하면서 분쇄하기 위해 바람직하게 사용되는 롤러전동밀(10a)이다. 롤러전동밀(10a)은 공지의 것으로, 밀본체(11) 내에 형성된 분쇄실(11a) 내의 바닥부에 환상(環狀)의 회전테이블(12)을 구비해서, 회전테이블(12)의 상면을 롤러(13)가 전동하도록 구성되어 있다. 이 밀(10a)에 있어서는, 밀본체(11)의 상부에 설치한 원료투입구(11b)로부터 밀본체(11) 내의 회전테이블(12) 위로 제2분체원료가 투입되고, 투입된 제2분체원료는 밀본체(11)의 하부에 설치한 열풍공급구(11c)로부터 공급되는 열풍에 의해 건조되면서 롤러(13)로 분쇄된다. 분쇄된 분체는 밀본체(11) 내의 상승기류에 의해 위쪽으로 뿜어올려져 상부에 설치한 분급실(11d)에 도달하고, 분급실(11d)에서 소정 입자경 이하의 입자경의 미분체만이 분체유출구(11e)로부터 유출한다. 소정 입자경 이상의 입자경의 조분체(組紛體)는 분쇄실(11a)의 회전테이블(12) 위로 되돌려진다.

또, 상기 롤러전동밀(10a)에 있어서는, 밀본체(11)의 상부에 원료공급장치( 1Ob)를 배치해서, 원료공급장치(lOb)로부터 제2분체원료를 밀본체(11)내로 투입하는 것이 바람직하다. 원료공급장치(lOb)는 원료호피(14), 스크루피더(screw feeder)(15), 가열히터(16) 및 컨베이어벨트(17)를 구비하고 있다. 가열히터(16) 및 컨베이어벨트(17)는 도면에 표시하지 않은 터널형상의 건조로 내에 배치되어 있다. 상기 원료공급장치(lOb)에 있어서는, 원료호피(14)에 수용된 제2분체원료가 스크루피더(15)에 의해 컨베이어벨트(17)위로 소정량씩 공급되고, 컨베이어벨트(17) 위의 제2분체원료는 건조로 내를 주행하는 사이에 가열히터(16)에 의해 바람직하게는 120∼400℃로 건조된다. 소정상태로 건조된 제2분체원료는 밀본체(11) 내로 투입된다.

상기 원료공급장치(lOb)를 사용한 경우에는, 밀본체(11) 내로의 공급구(l1c)로부터의 열풍의 공급은 반드시 필요하지는 않고, 상온의 공기공급이어도 좋다.

[고압주입 성형장치]

제3도에는 고압주입성형장치가 개략적으로 표시되어 있다. 이 주입성형장치( 20)는, 본 발명에 관한 이장을 사용해서 새라믹제의 성형체를 형성하는 것으로, 기본적으로는 주입성형틀(21), 저류탱크(22), 감압펌프(23) 및 압축기(24)로 구성되어 있다. 성형틀(21)은 다공질재료로 이루어지는 상하 1쌍의 틀(21a)(21b)의 외주면에 시일제를 도포하여 이루어지는 것으로서, 기대(基坮)(25)위에 배치되어 있는 것과 동시에 상하 양 틀(21a)(21b)이 틀체결기(27)에 의해 틀체결, 틀개방되도록 되어 있다. 이 성형틀(21)에는 감압펌프(23) 및 압축기(24)가 접속되어 있어서, 감압펌프(23) 또는 압축기(24)의 구동에 의해 성형틀(21) 내를 부압(負壓) 또는 정압(正壓) 상태로 한다.

저류탱크(22)는 탱크본체(22a) 내에 위치하는 교반기(22b)를 구비하여, 탱크본체(22a) 내에 저류하는 이장(27)을 교반하여 그 조성의 균일화를 도모한다. 저류탱크(22)의 탱크본체(22a)는 그 바닥부에서 성형틀(21) 내로 접속되고, 또 그 상부에는 감압펌프(23) 및 압축기(24)가 접속되어 있다. 저류탱크(22)에 있어서는, 압축기(24)의 구동에 의해 탱크본체(22a)내에 저류하는 이장(27)의 상면에 고압을 부여한다. 또, 감압펌프(23)의 구동에 의해 탱크본체(22a) 내를 감압해서, 이장(27)의 균일혼합 시에 혼재하는 기포를 제거한다. 그리고, 감압펌프(23)와 압축기(24)의 성형틀(21) 및 저류탱크(22)로의 접속관로에는 전환밸브(28a)(28b)가 배치되어 있어 감압펌프(23)의 성형틀(21) 및 저류탱크(22)에 대한 접속, 압축기(24)의 성형틀(21) 및 저류탱크(22)에 대한 접속이 서로 전환가능하도록 되어 있다.

상기 주입성형장치(20)에 있어서는, 저류탱크(22) 내의 이장(27)은 가압상태(10∼40kg/㎠)로 성형틀(21) 내로 공급되는 한편, 성형틀(21) 내부가 감압상태로 된다. 이것에 의해서, 성형들(21) 내에는 부압이 부여되고, 이 부압과 저류탱크(22)측으로부터 부여되는 고압과의 차압에 의해 성형틀(21) 내 이장 중의 수분이 흡인되고, 이장 중의 각 성분이 성형틀(21)의 내벽면에 점차 침착되어 함수량이 약 20중량%인 성형체가 성형된다. 그 후, 성형틀(21) 내부가 정압으로 되고, 성형틀(21)이 틀개방되어 성형체가 취출된다. 취출된 성형체는 필요에 따라 건조, 마무리가공, 시유(施釉)공정을 거쳐 소성시켜 세라믹제품으로 된다.

[실험 1]

본 발명에 관한 주입이장용 조성물을 사용해서 조제한 이장(실시예 1∼16) 및 종래 방법에 의해 조제한 이장(비교예 1∼9)을 사용해서, 제3도에 나타내는 주입성형장치에 의해 여러 가지 조건으로 주입실험을 행하였다.

각 실시예에서 사용한 이장은, 장석, 규석 및 알루미나를 건식분쇄한 제1분체와 점토를 건식분쇄한 제2분체를 건식혼합해서 이루어지는 조성물로 조제한 것으로, 양 분체의 평균입자경은 1.5∼4.0㎛의 범위 제2분체는 조성물 전체에 대해서 5∼40wt%의 범위, 이장의 함수량은 25∼40wt%의 범위로 하고 있다. 각 비교예에서 사용한 이장은 땅 원료를 습식분쇄 및 습식 혼합해서 조제한 것으로, 양 분체의 평균입자경, 이장의 성분, 함수량은 등은 실시예에서 사용한 이장과 동일하다. 단, 비교예에서 사용한 이장의 함수량은 이장을 가열해서 수분을 증발시킴으로써 조정하고 있다.

본 실험에서는 주입압력 30kg/㎠로 주입성형해서, 직경 100mm, 두께 20mm, 함수량 20wt%인 원판형상의 성형체를 형성하였다. 얻어진 각 성형체에 대해 3점 굽힙강도시험을 행하여 소지강도를 측정함과 아울러, 각각 주입시간을 측정하였다. 얻어진 결과를 표 1에 나타낸다. 단 표 1 중의 평균입자경(d₅₀)은 이장을 침강법으로 측정한 누적중량%의 입도분포에 있어서 50중량% 시점에서의 입자경을 의미한다.

[표 1]

위의 표 1로부터 본 실시예에 있어서는 주입시간의 단축이 도모된다는 것을 알 수 있다. 이것은 본 실시예에서는 이장을 조제할 때 건조상태의 이장용 조성물을 채용하고 있기 때문에 이장의 조제시 이장을 주입할 때에 필요한 유동성을 유지할 수 있는 최소의 함수량으로 조정하는 것이 용이하여 이장 중의 함수량의 적정화에 의해서 주입시간의 단축이 도모되기 때문이라고 생각된다.

또한 본 실시예에 있어서는 비교예에 비하여 성형체의 강도가 향상된다는 것을 알 수 있다. 이것은 비교예에서는 사용한 이장의 함수량 조정에 가열에 의해 수분을 증발하는 수단을 채용하고 있기 때문이다. 이 때문에, 이장 중의 수분의 증발정도가 표면부와 내부에서 불균일하게 되어서 분체의 미립자의 응집상태에 변화가 생기는 것으로 생각된다. 이러한 미립자의 변화는 주입시간에도 영향을 미치고 있는 것으로 생각되며, 표 1에 나타내는 바와 같이 주입시간의 큰 차로서 나타난다. 또, 비교예에 있어서는 상기한 바와 같이 이장의 함수량조정에 수분증발수단을 채용하고 있기 때문에, 이장의 조제에 장시간을 필요로 하여 이 점에서도 주입성형의 작업시간 단축을 도모할 수 없다.

또, 본 실시예에 있어서는 이장을 조제하는 경우 건조상태의 이장용 조성물에 물을 첨가하는 수단을 채용하고 있지만, 물 대신에 함수량이 많은 희박한 이장을 채용해서 그 이장을 상기 이장용 조성물에 첨가해서 원하는 함수량의 이장을 조제하도록 하여도 좋다.

[실험 2]

본 발명에 관한 주입이장용 조성물을 사용해서 제조한 이장(실시예 1-9), 종래 방법에 의해 조제한 이장(비교예 3,5) 및 본 발명에 관한 조성물과는 다른 이장용 조성물을 사용하여 제조한 이장(비교예 1,2,4,6)을 사용해서, 제3도에 표시하는 주입성형장치에 의해 주입실험을 행하였다. 각 실시예에서 사용한 이장은 장석, 규석 및 알루미나로 이루어지는 제1분체원료를 건식분쇄한 제1분체와, 점토로 이루어지는 제2분체원료를 건식분쇄한 제2분체를 건식혼합하여 이루어지는 이장용 조성물로 조제한 것으로, 제2분체원료는 미리 120∼300℃의 범위에서 가열건조한 것을 사용하였다. 또 각 비교예 1,2,4,6에 있어서는, 제2분체원료를 120∼300℃로부터 벗어난 온도로 가열건조하고 있다. 각 이장에 있어서 분체의 평균입자경은 1.5∼4.0㎛의 범위, 제2분체는 전체에 대해 5∼40wt%의 범위, 이장의 함수량은 25∼40wt%의 범위로 하고 있다. 각 비교예 3,5에서 사용한 이장은 양 원료 를 습식분쇄 및 습식혼합해서 조제한 것으로서, 양 분체의 평균입자경, 이장의 성분, 함수량 등은 실시 예에서 사용한 이장과 동일하다. 단, 이들 비교예에서 사용한 이장의 함수량은 이장을 가열해서 수분을 증발시킴으로써 조정하고 있다.

본 실험에서는 주입압력 20kg/㎠로 성형해서, 직경 130mm, 두께 30mm, 함수량 20wt%인 원판형상의 성형체를 형성하였다. 이들 각 주입성형에 있어서 주입시간을 측정하여 그 결과를 표 2에 나타낸다. 또, 본 실험에 앞서 건식제조된 이장용 조성물(제2분체원료의 가열건조온도 120℃)을 사용해서 조제한 이장과, 습식조제된 조성물을 사용해서 조제한 이장을 사용해서 주입성형한 경우의, 이장중의 함수량과 주입시간과의 관계를 측정해서 그 결과를 제4도의 그래프로 나타낸다. 그리고, 이 경우의 이장의 조제조건, 이장의 특성 및 주입조건은 아래와 같다.

이장조성물 : 장석 30wt%, 규사 l0wt%, 알루미나 20wt%, 와목점토 40wt%

이장중의 입자경 : 37㎛

주입압력 : 40kg/㎠

[표 2]

본 발명에 관한 이장용 조성물을 사용해서 조제한 이장을 이용한 본 실시예 1∼9에 있어서는 그 이장의 함수량을 주입할 때에 필요한 유동성을 유지할 수 있는 최소의 함수량으로 용이하게 조정할 수 있기 때문에 주입시간의 단축이 도모될 수 있다. 또, 본 실시예에 있어서는, 이장용 조성물의 조제시에 모든 분체원료를 적정한 온도로 가열건조하고 있기 때문에, 이 가열건조가 다음과 같은 이유로 이장의 주입 특성에 큰 영향을 미쳐 각 비교예에 비하여 주입시간의 대폭적인 단축이 도모되는 것으로 생각된다.

즉, 제2분체원료를 120∼300℃ 범위의 온도로 가열건조한 경우에는 제5도에 모식적으로 나타내는 바와 같이 , 제2분체의 미립자는 응집하여 제5(a)도에 나타내는 1차입자(A)가 제5(b)도에 표시하듯이 적절한 크기의 2차입자(B)로 되고, 이 2차입자(B)가 이장속에서 제1분체의 미립자(C)와 균일하게 혼합되는 것과 동시에 적당한 입자경을 유지하고 있다. 이 때문에, 제2분체가 1차입자로 존재하고 있는 이장에 비교해서 주입성형틀(D)에 대한 막힘이 억제됨과 아울러 침착된 고형분의 수분투과성을 향상시켜 주입시간의 단축이 도모되는 것으로 이해된다.

단, 제2분체원료를 상기 범위를 벗어난 온도에서 가열건조하는 경우에는, 이와 같은 결과는 얻어지지 않는다. 가열건조온도가 120℃ 미만인 경우에는 가열건조에 의해 형성된 2차입자가 이장의 조제시 수분에 분산시키면 1차입자로 변화해서 주입시간의 단축효과를 감소시킨다. 또, 가열건조온도가 300℃를 크게 넘는 경우에는, 점토 그 자체의 특성이 점차 손상되어 가소성을 손상해서 성형체의 강도를 크게 저하시키게 된다.

[실험 3]

상기 내용에 기초하여 제2분체원료인 점토원료의 가열건조온도와 주입시간의 관계를 명확하게 하는 실형을 행하였다. 본 실험에 있어서는, 가열건조온도 및 주입조건을 제외하고 상기 실험2와 동일한 조건을 채용하였다.

얻어진 결과를 제6도 및 제7도의 그래프로 나타낸다. 제6도의 그래프에는 주입압력 10kg/㎠, 40kg/㎠를 채용한 경우의 가열건조온도와 주입시간의 관계를 나타내고, 제7도의 그래프에는 여러 가지 가열건조온도를 채용한 경우의 주입압력과 주입시간의 관계를 나타낸다. 또, 제6도의 그래프에서 가열건조온도가 0인 것은 제2분체원료를 가열건조하지 않고 종래의 습식제조법으로 이장을 조제한 것이다.

이들 각 그래프를 참조하면, 제2분체원료를 120∼400℃ 범위의 온도로 가열건조하는 경우에는 종래의 습식조제법에 의해 이장을 조제하는 경우에 대해서는 물론이고, 상기 범위를 벗어나는 온도로 가열건조하는 경우에 비교해서도 주입시간이 대폭적으로 단축된다. 이 경우, 제2분체원료의 가열 건조온도가 200℃ 전후인 것이 주입시간의 단축에 가장 효과적이라는 것이 명백하다. 그리고, 가열건조온도가 상기 범위를 벗어나는 경우에는 가열건조수단의 주입시간 단축효과는 그다지 인정되지 않는다.

[실험 4]

상기 내용에 기초해서 제2분체완료인 점토원료의 가열건조온도, 제2분체의 이장중에서의 평균입자경, 이장의 함수량, 주입시간 및 성형성의 관계를 검토하는 실험을 행하였다. 본 실험에 있어서는 주입압력을 20kg/㎠로 하여, 직경 130mm, 두께 30mm, 함수량 20wt%인 성형체를 형성하였다. 얻어진 결과를 표 3 ∼표 5에 나타낸다.

[표 3]

① 제2분체량(wt)/제1분체량(wt)은 5/95이다.

② 성형성은 전체성형품 20개중의 양호품의 수를 의미한다.

③ 각 분체의 입자경은 d₅₀:㎛이다.

[표 4]

① 제2분체량(wt)/제1분체량(wt)은 10/90이다.

② 성형성은 전체성형품 20개중의 양호품의 수를 의미한다.

③ 각 분체의 입자경은 d₅₀: ㎛이다.

[표 5]

① 제2분체량(wt)/제1분체량(wt)은 40/60이다.

② 성형성은 전체성형품 20개중의 양호품의 수를 의미한다.

③ 각 분체의 입자경은 d₅₀: ㎛이다.

표 3 내지 표 5로부터 알 수 있듯이, 제2분체의 2차입자의 평균입자경이 1.0~5.0㎛ 범위에 있고, 함수량이 20~40wt%인 이장을 사용한 경우에는 주입시간의 단축을 도모할 수 있고, 또 성형성이 양호하다. 제2분체의 평균입자경이 1.0㎛ 미만인 경우에는 이장의 점성이 높아서 주입시 적당한 유동성을 유지하기 위해서는 이장의 함수량을 크게 할 필요가 있으며, 이와 같은 이장을 사용한 경우에는 이장의 제거수분량과의 관계로부터 주입시간이 길어진다. 또, 이와 같은 이장을 사용한 경우에는 성형틀의 막힘이 빠르고, 또 침착한 고형분 중의 수분투과성이 나쁘기 때문에, 주입시간이 한층 길어져서, 주입시간의 단축을 도모할 수가 없다. 이것과는 반대로, 제2분체의 입자의 평균입자경이 5.0㎛를 넘는 경우에는, 주입시간의 단축을 도모할 수는 있지만, 입자가 커서 성형체 내에서의 혼합상태에 치우치게 되고, 성형성이 훼손되며 또, 소성 시에 손상되는 비율이 높게 된다.

이와 같은 제2분체는 제2분체원료를 120~400℃의 범위에서 가열건조하면서 분쇄하거나, 가열건조한 후에 분쇄함으로써 조제할 수 있고, 또 이와 같은 이장은 상기 제2분체를 사용함으로써 용이하게 제조할 수 있다. 가열건조온도가 120℃ 미만인 경우에는 제2분체의 입자 외주에 부착하눈 수막이 두꺼워서 2차입자를 형성할 수 없으므로, 1.0㎛ 이상의 평균입자경의 제2분체를 형성하는 것이 곤란하다. 또, 제2분체원료의 가열건조온도를 상기 범위보다 높게 하면, 제2분체의 입자가 변성해서 가소성을 점차 소실하여 본래의 기능을 할 수 없게 되어 성형성이 크게 손상된다.

[도면의 간단한 설명]

제1도는 본 발명에 있어서 이장의 조제순서의 한가지 예를 나타내는 순서도이다.

제2도는 본 발명에 있어서 제2분체원료를 분쇄하기에 적합한 분쇄기의 한가지 예를 나타내는 종단면도이다.

제3도는 본 발명에 있어서 이장을 사용하여 주입성형하는 데에 적합한 고압주입성형장치를 개략적으로 나타내는 종단면도이다.

제4도는 고압주입성형에 있어서 이장 중의 함수량과 주입시간과의 관계를 나타내는 그래프이다.

제5도는 제2분체원료의 가열건조온도의 유무에 따른 이장의 주입특성의 변화요인을 나타내는 모식도이다.

제6도는 고압주입성형에 있어서 제2분체원료의 가열건조온도와 주입시간의 관계를 나타내는 그래프이다.

제7도는 고압주입성형에 있어서 제2분체원료의 가열건조온도에 대한 주입압력과 주입시간의 관계를 나타내는 그래프이다.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

10a : 롤러전동밀 lOb : 원료공급장치

20 : 고압주입성형장치 21 : 성형틀

22 : 저류탱크 23 : 감압펌프

24 : 압축기

Claims

주입성형체의 골격을 형성하고 또 가소제로서 기능하는 제2분체를 주체로 해서, 이들 양 분체가 건조상태로 균일하게 혼합되어 있으며, 상기 제 1분체는, 장석질원료, 규산질원료, 알루미나질 원료, 도석, 납석으로 이루어지는 군에서 선택되는 하나 이상의 제1분체의 원료, 석영, 정장석, 조장석, 회장석, 견운모, 강옥으로 이루어지는 군에서 선택되는 하나 이상의 제1분체의 광물조성 물 및, A1₂0₃, SiO₂, A1₂0₃와 SiO₂, K₂O와 A1₂0₃와 SiO₂, Na₂O와 A1₂0₃와 SiO₂, CaO와 A1₂0₃와 SiO₂등으로 이루어지는 군에서 선택되는 하나 이상의 제1분체의 화학조성물 중 어느 하나의 분체이고, 상기 제2분체는, 와목점토, 카올리인, 목절점토, 소점토로 이루어지는 군에서 선택되는 하나 이상의 제2분체의 원료 또는 카올리나이트, 메타할로이사이트, 파이로페라이트, 몬모릴로나이트, 할로이사이트, 디카이트로 이루어지는 군에서 선택되나 하나 이상의 제2분체의 광물조성물 중 어느 하나의 분체이며, 상기 제2분체는 그 평균입자경이 상기 제1분체의 평균입자경과 동등하거나 이것보다 작고, 또 그 제2분체의 일부 또는 전부가 1차입자가 응집해서 형성된 2차입자인 것을 특징으로 하는 고압주입이장용 조성물.
제1항에 있어서, 상기 제2분체의 평균입자경이 1∼5㎛의 범위에 있는 것을 특징으로 하는 고압주입이장용 조성물.
제1항에 기재한 이장용 조성물을 물에 분산해서 조제한 고압주입이장으로서, 그 이장 중의 함수량이 25∼40중량%인 것을 특징으로 하는 고압주입 이장.
제1항에 기재한 이장용 조성물의 조제방법으로서, 상기 제2분체의 원료 또는 상기 제2분체의 광물조성물을 건조분쇄해서 제2분체로 하는 제1단계와, 상기 제2분체와 상기 제1분체를 건식혼합해서 이장용 조성물을 얻는 제2단계를 포함하고, 상기 제1단계는 제2분체의 원료 또는 제2분체의 광물조성물을 120∼400℃로 건조하면서 분쇄하는 것을 특징으로 하는 고압주입이장용 조성물의 조제방법.
제4항에 있어서, 상기 제1단계는 제2분체의 원료 또는 제2분체의 광물조성 물을 120∼400℃로 건조한 후 분쇄하는 것을 특징으로 하는 고압주입이장용 조성물의 조제방법.
제4항에 있어서, 상기 제1분체로서 상기 제1분체의 원료, 제1분체의 광물조성물 또는 제1분체의 화학조성 물을 건식분쇄해서 얻어지는 분체를 사용하는 것을 특징으로 하는 고압주입이장용 조성물의 조제방법.
제4항에 있어서, 상기 제1분체의 원료, 제1분체의 광물조성 물 또는 제1분체의 화학조성물과, 상기 제2분체의 원료 또는 제2분체의 광물조성 물을 동시에 건식분쇄하는 것을 특징으로 하는 고압주입이장용 조성물의 조제방법.
제4항에 있어서, 상기 재1분체로서 제1분체의 원료, 제1분체의 광물조성 물 또는 제1분체의 화학조성물을 습식분쇄하여 얻어지는 분체를 건조해서 사용하는 것을 특징으로 하는 고압주입이장용 조성물의 조제방법.
상기 제3항에 기재한 이장의 조제방법으로서, 제4항 또는 제5항 내지 제8항 중의 어느 한 항에 기재한 방법에 의해 조제된 이장용 조성물에 소정량의 물을 첨가해서 소정 함수량의 이장을 얻는 것을 특징으로 하는 고압주입이장의 조제방법.
상기 제3항에 기재한 이장의 조제방법으로서, 제4항 또는 제5항 내지 제8항 중의 어느 한 항에 기재한 방법에 의해 조제된 이장용 조성물과, 그 이장용 조성물과 동일한 조성의 희박이장을 혼합해서 소정함 수량의 이장을 얻는 것을 특징으로 하는 고압주입이장의 조제방법.