KR20150125874A - 금속사출 성형용 바인더 조성물 - Google Patents

금속사출 성형용 바인더 조성물 Download PDF

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KR20150125874A
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Abstract

본 발명은 금속사출 성형용 바인더 조성물에 관한 것이다. 보다 구체적으로 본 발명은 친이산화탄소성 고분자, 열가소성 고분자, 지방산 에스테르 및 계면활성제를 포함함으로써 초임계이산화탄소 추출법으로 탈지하기에 유리하고, 급속 탈지가 가능하며, 사출 후 금속 가공체의 변형이 적은 금속사출 성형용 바인더를 제공한다.

Description

금속사출 성형용 바인더 조성물{BINDER COMPOSITION FOR METAL INJECTION MOLDING}
본 발명은 금속 사출 성형용 바인더 조성물에 관한 것이다.
금속사출 성형(MIM, Metal Injection Molding)공정은 플라스틱산업의 사출성형 기술과 분말야금산업의 금속분말 소결 기술의 이점을 융합시킨 공법이다. 통상적인 금속사출 성형은 금속분말과 수지를 혼합하여 사출 성형한 뒤, 가공체로부터 수지를 제거하고 소결하여 제품을 제조한다. 이러한 금속사출 성형 공정은 복잡하고 정밀하여 구현이 쉽지 않던 입체 형상의 금속 가공체를, 금속소결 제품처럼 강도가 높고 치밀하게 제조하면서도, 플라스틱 제품처럼 비교적 간단한 공정으로 제조할 수 있다.
금속사출 성형 공정으로 제조되는 금속제품들은 금속분말을 고온에서 결합시키는 소결법으로 제조되기 때문에, 주조법으로 제조된 금속벌크 제품에 비하여 상대밀도가 낮거나, 미세한 크랙이 발생할 수 있는 단점이 있다. 또한, 공정 중 가해지는 열에 의해 부피가 변화하여 정밀함이 낮아지는 등의 불량이 발생할 수 있다. 이러한 종류의 물성 변화 또는 불량을 방지하기 위해서는 바인더를 사용하여 사출 시 금속분말들 간의 간격, 분포, 유동성 등을 조절하는 것이 매우 중요하다.
바인더는 금속사출 성형 공정에서 금속분말과 함께 혼련되어 금속분말입자들을 바인딩하는 결합제의 역할 주로 수행한다. 또한, 혼합물의 유동성을 높여주어 사출을 유리하게 하거나, 금속분말의 간격을 조절하고 고르게 분산시켜 표면특성을 향상키는 역할 등을 수행할 수 있다. 이에 따라, 탈지/소결 공정에서 제품의 변형을 억제하고, 소결 후 금속 제품에 고밀도, 고강도, 정밀한 치수 안정성 등을 부여할 수 있는 바인더의 개발이 활발히 진행되고 있다.
일반적으로 바인더는 금속분말과 혼합된 상태로 함께 사출되어, 금속분말을 정형화한다. 이후, 바인더는 탈지단계에서 제거되어야 하며, 이때 탈지의 방법으로는 수지를 용매로 녹여내는 용매 탈지법, 가열하여 녹여내는 열 탈지법 등이 있다. 그러나, 열 탈지법은 공정 시간이 매우 길고 높은 가동 온도가 필요하며, 불활성 가스 분위기가 요구되므로, 에너지 효율이 낮고 비경제적이다. 또한, 용매 탈지법은 용해된 수지를 재활용하기 어렵고, 폐수가 다량으로 생성되어 환경에 유해하다. 이러한 이유로 최근에는 초임계유체를 이용한 탈지법이 많이 사용되고 있다. 초임계유체는 표면장력(capillary force)이 거의 없어서 금속분말 입자의 미세세공 속으로 빠르게 확산될 수 있어 탈지 속도가 빠르다. 그러나, 유체의 종류에 따라 용해할 수 있는 고분자가 따로 특정되어 있지 않고, 유체와 고분자의 종류 및 탈지 조건에 따라 그 용해도가 달라 매공정마다 결과를 일관적으로 조절하기 어렵다.
이에 따라, 전체 금속사출 성형 공정에서 물성의 변화 또는 형상 변형으로 인한 불량 등을 방지하면서도, 탈지 시간이 신속하고, 저온저압의 조건에서 탈지가 가능하며 특히 친환경적이어서 강화된 환경규제에도 적합한 바인더에 대한 수요가 늘어나고 있다.
본 발명의 하나의 목적은 탈지가 신속한 금속사출 성형용 바인더 조성물 및 상기 바인더를 이용한 금속사출 성형방법을 제공하기 위한 것이다.
본 발명의 다른 목적은 초임계 이산화탄소를 이용한 탈지 방법에 유리한 금속사출 성형용 바인더 조성물을 제공하기 위한 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은 사출 성형체에 열린 기공을 형성하여 크랙 및 불량을 줄일 수 있는 금속사출 성형용 바인더 조성물을 제공하기 위한 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은 탈지 및 소결 단계에서 열에 의해 발생하는 형상 및 부피의 변화를 줄여 치수안정성을 높일 수 낮출 수 있는 금속사출 성형용 바인더 조성물을 제공하기 위한 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은 저온, 저압의 조건에서의 유동성이 향상된 금속사출 성형용 바인더 조성물을 제공하기 위한 것이다.
발명의 상기 및 기타의 목적들은 하기 설명되는 본 발명에 의하여 모두 달성될 수 있다.
본 발명의 하나의 관점은 금속사출 성형용 바인더 조성물에 관한 것이다.
상기 금속사출 성형용 바인더 조성물은 전체 조성물 100 부피부를 기준으로 친이산화탄소성 고분자 40 내지 90 부피부, 열가소성 고분자 5 내지 25 부피부, 지방산 에스테르 고분자 10 내지 40 부피부 및 계면활성제 3 내지 10 부피부를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 명세서에서 특별히 달리 규정하지 않는 한, 단위 부피부는 각 성분간의 부피의 비율을 의미한다.
상기 친이산화탄소성 고분자는 폴리하이드록시부티레이트(polyhydroxybutyrate, PHB), 폴리1,1-디하이드로퍼플루오로옥틸 아크릴레이트(poly(1,1-dihydroperfluorooctyl) acrylate), PFOA), 폴리하이드로퍼플루오로옥틸 에틸 메타크릴레이트 (poly(hydroperfluorooctyl)ethyl methacrylate, FOEMA), 폴리글리시딜 메타크릴레이트(PGMA), 폴리메틸메타크릴레이트(PMMA), 폴리프로필렌글리콜 메타크릴레이트(PPGMA), 비스페놀 A형 에폭시, 폴리옥시알킬렌 알킬페닐 에테르(poly(oxyalkylene) alkylphenyl ether), 폴리비닐피발레이트(PVPi), 폴리에틸렌글리콜(PEG), 폴리비닐프로필렌글리콜(PPG), 폴리비닐아세테이트(PVAc), 헥사플루오로프로필렌(HFP)으로 이루어지는 군으로부터 선택되는 1종 이상을 포함할 수 있다.
친이산화탄소성 고분자는 폴리하이드록시부티레이트(polyhydroxybutyrate, PHB), 폴리1,1-디하이드로퍼플루오로옥틸 아크릴레이트(poly(1,1-dihydroperfluorooctyl) acrylate), PFOA), 폴리하이드로퍼플루오로옥틸 에틸 메타크릴레이트 (poly(hydroperfluorooctyl)ethyl methacrylate, FOEMA), 폴리글리시딜 메타크릴레이트(PGMA), 폴리메틸메타크릴레이트(PMMA), 폴리프로필렌글리콜 메타크릴레이트(PPGMA), 비스페놀 A형 에폭시, 폴리옥시알킬렌 알킬페닐 에테르(poly(oxyalkylene) alkylphenyl ether), 폴리비닐피발레이트(PVPi), 폴리에틸렌글리콜(PEG), 폴리비닐프로필렌글리콜(PPG), 폴리비닐아세테이트(PVAc), 헥사플루오로프로필렌(HFP)으로 이루어지는 군으로부터 선택되는 1종 이상의 단위; 및 폴리에틸렌(PE), 폴리스티렌(PS), 폴리프로필렌(PP), 폴리옥시메틸렌(POM), 에틸렌비닐아세테이트(EVA), 폴리카보네이트(PC)로부터 선택되는 1종 이상의 단위;를 공중합 단위로 포함하는 블록 공중합체일 수 있다.
상기 열가소성 고분자는 폴리에틸렌, 폴리스티렌, 폴리프로필렌, 폴리옥시메틸렌, 에틸렌비닐아세테이트, 폴리카보네이트 중 선택되는 1종 이상일 수 있다.
상기 열가소성 고분자는 용융온도가 90℃ 내지 180℃일 수 있다.
상기 열가소성 고분자는 밀도가 0.90 g/㎤이상일 수 있다.
상기 지방산 에스테르는 파라핀 왁스, 카나우바왁스(canauba wax), 미소결정왁스(microcrystalline wax), 밀랍(bee's wax), 몬탄왁스(montan wax), 저팬왁스(japan wax), 라놀린왁스(lanoline wax), 차이니즈왁스(Chinese wax), 라이스왁스(rice wax), 칸델릴라왁스(candelilla wax), 오우리큐리왁스(ouricury wax), 실리콘왁스(silicon wax), 플루오로왁스(fluoro wax) 중 1 종 이상 일 수 있다.
상기 계면활성제는 스테아르산(stearic acid), 에틸렌옥사이드, 디에탄올아민, 글리세린, 소르비톨(Sorbitol), 베헨산(Behenic Acid) 중 1종 이상 일 수 있다.
상기 금속사출 성형용 바인더 조성물은 실란(Silane), 데칸산(decanoic acid), 라우르산(lauric acid), 미리스트산(myristic acid), 팔미트산(palmitic acid), 올레산(oleic acid), 미네랄오일(mineral oil), 옥시스테아린(oxystearine), 디메틸폴리실록산(dimethyl polysiloxane), 이산화규소(silicon dioxide), 실리콘 수지(silicon resin) 중 1종 이상의 소포제를 추가로 포함할 수 있다.
본 발명의 다른 하나의 관점은 상기 본 발명의 바인더 조성물을 이용하여, 금속사출 성형하는 방법에 관한 것이다.
상기 금속사출 성형 방법은 바인더 조성물 및 금속 분말을 혼련하여 혼합물을 제조하는 단계; 상기 혼합물을 사출 성형하여 금속 가공체를 형성하는 단계; 및 상기 사출된 금속 가공체를 초임계 이산화탄소 추출법으로 탈지하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명은 친이산화탄소성 고분자, 열가소성 고분자, 지방산 에스테르 및 계면활성제를 포함함으로써 초임계 이산화탄소 추출법으로 탈지하기에 유리하고, 급속 탈지가 가능하며, 사출 후 금속 가공체의 변형이 적은 금속사출 성형용 바인더 및 이러한 바인더를 이용한 금속사출 성형방법을 제공하는 발명의 효과를 갖는다.
본 발명의 하나의 관점은 금속사출 성형용 바인더 조성물에 관한 것이다.
보다 구체적으로, 본 발명의 금속사출 성형용 바인더 조성물은 전체 바인더 조성물 100 부피부를 기준으로 친이산화탄소성 고분자 40 내지 90 부피부, 열가소성 고분자 5 내지 25 부피부, 지방산 에스테르 고분자 10 내지 40 부피부 및 계면활성제 3 내지 10 부피부를 포함하는 것을 특징으로 한다. 본 발명의 금속사출 성형용 바인더 조성물은 초임계 이산화탄소 추출법으로 탈지하기에 유리하고, 급속 탈지가 가능하다. 또한, 사출 및 탈지 단계에서 금속 가공체의 파손이 적어 취급성이 우수하고, 소결 후 금속 제품의 치수안정성을 향상시킬 수 있다.
본 발명의 금속사출 성형용 바인더 조성물은 전체 조성물 100 부피부 대비 상기 친이산화탄소성 고분자를 40 부피부 이상으로 포함하고 있어, 초임계 이산화탄소 탈지를 수행하는 경우에서 특히 유용하다.
본 명세서에서 사용되는 용어 『친이산화탄소성 고분자』는 초임계 상태의 이산화탄소(31℃, 300bar, 30min)에 대한 용해도가 0.1g/kg 내지 500g/kg 인 고분자를 의미한다. 상기 용해도는 예를 들면, 1g/kg 내지 500g/kg, 10g/kg 내지 500g/kg, 100g/kg 내지 500g/kg, 250g/kg 내지 500g/kg 또는 350g/kg 내지 500g/kg일 수 있다.
하나의 예시에서, 상기 친이산화탄소성 고분자는 폴리하이드록시부티레이트(polyhydroxybutyrate, PHB), 폴리1,1-디하이드로퍼플루오로옥틸 아크릴레이트(poly(1,1-dihydroperfluorooctyl) acrylate, PFOA), 폴리하이드로퍼플루오로옥틸 에틸 메타크릴레이트 (poly(hydroperfluorooctyl)ethyl methacrylate, FOEMA), 폴리글리시딜 메타크릴레이트(PGMA), 폴리메틸메타크릴레이트(PMMA), 폴리프로필렌글리콜 메타크릴레이트(PPGMA), 비스페놀 A형 에폭시, 폴리옥시알킬렌 알킬페닐 에테르(poly(oxyalkylene) alkylphenyl ether), 폴리비닐피발레이트(PVPi), 폴리에틸렌글리콜(PEG), 폴리비닐프로필렌글리콜(PPG), 폴리비닐아세테이트(PVAc), 헥사플루오로프로필렌(HFP)으로 이루어지는 군으로부터 선택되는 1종 이상을 포함할 수 있다.
이러한 친이산화탄소성 고분자를 사용하는 경우, 초임계 이산화탄소 추출법을 사용하는 탈지 단계에서 특히 용해도가 우수하여 탈지 속도를 더욱 향상 시킬 수 있다. 또한, 상기 친이산화탄소성 고분자는 저온저압의 조건으로 사출하기에 적합한 유동성을 바인더에 부여할 수 있고, 사출 후에는 금속 가공체에 적절한 성형성을 부여할 수 있다.
일 구체예에서, 상기 친이산화탄소성 고분자로는 폴리비닐피발레이트를 사용할 수 있다. 이러한 경우, 사출된 가공체의 경도가 우수하여 취급성이 향상 될 수 있고, 급속 탈지 과정에서 가공체가 파손되는 문제를 줄일 수 있다.
일 구체예에서, 상기 친이산화탄소성 고분자로는 폴리에틸렌글리콜을 사용할 수 있다. 이러한 경우, 초임계 이산화탄소에 대한 용해도가 우수하여 탈지 시간을 더욱 단축할 수 있다.
일 구체예에서, 상기 친이산화탄소성 고분자로는 폴리비닐프로필렌글리콜을 사용할 수 있다. 이러한 경우, 초임계 이산화탄소에 대한 용해도를 우수하게 유지하면서 동시에 사출체의 성형성을 향상시킬 수 있다.
일 구체예에서, 상기 친이산화탄소성 고분자로는 폴리비닐아세테이트를 사용할 수 있다. 이러한 경우, 초임계 이산화탄소에 대한 용해도를 우수하게 유지하면서 혼입되는 금속분말과의 접착력을 향상시킬 수 있다.
다른 예시에서, 상기 친이산화탄소성 고분자는 상기 친이산화탄소성 고분자는 폴리하이드록시부티레이트(polyhydroxybutyrate, PHB), 폴리1,1-디하이드로퍼플루오로옥틸 아크릴레이트(poly(1,1-dihydroperfluorooctyl) acrylate, PFOA), 폴리하이드로퍼플루오로옥틸 에틸 메타크릴레이트 (poly(hydroperfluorooctyl)ethyl methacrylate, FOEMA), 폴리글리시딜 메타크릴레이트(PGMA), 폴리메틸메타크릴레이트(PMMA), 폴리프로필렌글리콜 메타크릴레이트(PPGMA), 비스페놀 A형 에폭시, 폴리옥시알킬렌 알킬페닐 에테르(poly(oxyalkylene) alkylphenyl ether), 폴리비닐피발레이트(PVPi), 폴리에틸렌글리콜(PEG), 폴리비닐프로필렌글리콜(PPG), 폴리비닐아세테이트(PVAc), 헥사플루오로프로필렌(HFP)으로 이루어지는 군으로부터 선택되는 1종 또는 2종 이상을 공중합단위로 포함하는 공중합체일 수 있다.
또한, 상기 공중합체는 예시적으로 전술한 종류의 공중합단위와 폴리에틸렌(PE), 폴리스티렌(PS), 폴리프로필렌(PP), 폴리옥시메틸렌(POM), 에틸렌비닐아세테이트(EVA), 폴리카보네이트(PC)부터 선택되는 1종 이상의 단위를 함께 공중합단위로 포함하는 공중합체일 수 있다.
일 구체예에서, 상기 공중합체는 폴리메틸메타크릴레이트-폴리비닐아세테이트 (PMMA-b-PVAc) 블록공중합체 일 수 있다.
일 구체예에서, 상기 공중합체는 하이드로퍼플루오로옥틸에틸메타크릴레이트-폴리프로필렌글리콜메타크릴레이트 (FOEMA-co-PPGMA) 랜덤공중합체 일 수 있다.
일 구체예에서, 상기 공중합체는 테트라플루오로테틸렌-비닐아세테이트 블록공중합체 일 수 있다.
일 구체예에서, 상기 공중합체는 폴리비닐피발레이트-폴리비닐아세테이트 (PVPi-b-PVAc) 블록공중합체 일 수 있다.
일 구체예에서, 상기 친이산화탄소성 고분자로는 테트라플루오로에틸렌-헥사플루오로프로필렌 랜덤공중합체 또는 비닐리덴플루오라이드-헥사플루오로프로필렌 랜덤공중합체를 사용할 수 있다. 이러한 경우, 저온 및 저압조건에서 금속분말을 포함하는 바인더 혼합물의 유동성을 더욱 향상 시킬 수 있다.
일 구체예에서, 상기 공중합체는 PS-b-(PMMA-co-PGMA) 블록공중합체 일 수 있다.
상기 범위 내의 블록 공중합체를 친이산화탄소성 고분자로 사용하는 경우, 적절한 용해도를 유지하면서도, 후술하는 열가소성 고분자와의 상용성을 높일 수 있다. 또한, 바인더에 포함된 성분들의 균일성을 높일 수 있어 공정 전체의 작업성이 향상되고, 사출체의 유동성을 적절한 수준으로 유지할 수 있다.
상기 친이산화탄소성 고분자는 전체 바인더 조성물 100 부피부를 기준으로 40 부피부 내지 90 부피부로 포함될 수 있다. 상기 함량은 특별히 제한되지 않으나, 예를 들면, 45 부피부 내지 90 부피부, 50 부피부 내지 90 부피부 또는 60 부피부 내지 90 부피부 일 수 있다. 친이산화탄소성 고분자의 함량을 상기 범위 내로 조절하는 경우, 탈지 단계 이후 탈지된 금속 가공체에 열린 기공(open pore)이 형성되어 소결 단계에서 발생하는 가스로 인한 균열(crack)의 생성을 억제할 수 있다.
본 발명의 금속사출 성형용 바인더 조성물은 열가소성 고분자를 전체 바인더 조성물 100 부피부 대비 5 부피부 이상으로 포함하고 있어, 탈지 단계 이후 금속 가공체가 변형되거나 파손되는 것을 방지할 수 있다.
상기 열가소성 고분자는 바인더에 사용될 수 있는 고분자라면 크게 제한되지 않는다. 하나의 예시에서, 열가소성 고분자는 폴리에틸렌, 폴리스티렌, 폴리프로필렌, 폴리옥시메틸렌, 에틸렌비닐아세테이트, 폴리카보네이트 중 선택되는 1종 이상일 수 있다. 다른 하나의 예시에서, 열가소성 고분자는 폴리에틸렌, 폴리스티렌, 폴리프로필렌, 폴리옥시메틸렌, 에틸렌비닐아세테이트, 폴리카보네이트 중 선택되는 2종 이상의 공중합체일 수 있다.
이러한 열가소성 고분자를 포함하는 경우, 금속사출 성형 공정에서 고온이 가해지는 경우에도, 쉽게 열분해되지 않아 열안정성, 유동성 등이 우수할 수 있다. 또한, 상기의 열가소성 고분자들은 성형수축성이 작아 소결 단계에서 금속 제품의 치수안정성 향상 시킬 수 있다.
상기 열가소성 고분자는 전체 바인더 조성물 100 부피부 대비 5 부피부 내지 25 부피부로 포함될 수 있다. 상기 함량은 특별히 제한되지 않으나, 예를 들면, 10 부피부 내지 25 부피부, 10 부피부 내지 20 부피부 또는 15 부피부 내지 20 부피부 일 수 있다. 열가소성 고분자의 함량을 상기 범위 내로 조절하는 경우, 탈지 단계에서 사출체가 변형되는 것을 방지하면서도, 점도가 과도하게 상승하여 유동성이 떨어지는 것을 방지할 수 있다. 이러한 점은 특히 저온저압에서의 유동성 조절에 유리하다. 또한, 열가소성 고분자의 함량을 상기와 같이 조절하는 경우, 탈지 후 금속 가공체에서 금속입자들 간의 결합이 약해지는 것을 방지하여 형상 유지성을 향상시킬 수 있다.
하나의 예시에서, 열가소성 고분자는 용융온도가 90℃ 내지 180℃일 수 있다. 상기 열가소성 고분자는 용융온도에 의해 제한되지 않고 원하는 물성 및 가공성에 따라 적절한 것을 사용할 수 있으나, 예를 들면, 110℃ 내지 180℃, 120℃ 내지 170℃ 또는 130℃ 내지 170℃ 일 수 있다. 예시적인 금속사출 성형 공정은 바인더에 포함된 성분(예를 들면, 왁스)이 열에 의해 증발되지 않는 저온 범위에서 일부 단계가 수행되는 경우가 있다. 용융온도가 상기 범위 내인 열가소성 고분자는, 이와 같은 단계에서 열가소성 수지가 용융되지 않아 사출된 금속 가공체에 불량이 생기는 것을 방지할 수 있다.
하나의 예시에서, 열가소성 고분자는 밀도가 0.90g/㎤ 이상인 것이 사용될 수 있다. 상한에 특별히 제한은 없으나 바인더의 유동성을 고려하여 예를 들면, 2 g/㎤ 이하, 1.5 g/㎤ 이하, 1.3 g/㎤ 이하 또는 1.1 g/㎤이하일 수 있다. 상기 밀도 범위 내의 열가소성 고분자가 사용되는 경우, 혼합되는 금속 입자가 한 부분에 모여 균일성을 떨어뜨리거나, 금속 입자가 바인더와 균일하게 혼합되지 않는 것을 방지할 수 있다.
일 구체예에서는, 밀도가 0.941g/㎤ 인 HDPE(high density polyethylene)을 열가소성 고분자로 사용함으로써, 금속분말과 바인더 혼합물의 고상율을 45% 내지 70%의 범위 내로 조절할 수 있다. 이러한 예시적인 경우에서, 열가소성 고분자는 균일하지 않게 뭉쳐진 부분이 생겨 탈지 이후에 금속 가공체에 폐기공이 과도하게 형성되는 것을 방지할 수 있다. 본 발명의 바인더 조성물은 혼합물의 고상율에 의해 제한되지 않는다. 다만, 금속 입자의 크기 및 성형성을 고려하여 혼합물의 고상율이 높아 질 수 있도록 바인더의 물성을 조절할 경우, 소결 후 금속제품의 밀도를 향상시키고 결함을 줄일 수 있다. 또한, 적절한 고상율의 범위는 분말의 형상 및 크기에 따라 변화할 수 있다.
본 발명의 금속사출 성형용 바인더 조성물은 전체 바인더 조성물 100 부피부를 기준으로 지방산 에스테르를 10 부피부 내지 40 부피부 이상으로 포함하고 있어, 조성물의 점도 조절이 유리하고, 사출 된 금속 가공체를 금형과 분리하기에 유리하다.
본 발명에서 지방산 에스테르는 파라핀 왁스, 카나우바왁스(canauba wax), 미소결정왁스(microcrystalline wax), 밀랍(bee? wax), 몬탄왁스(montan wax), 저팬왁스(japan wax), 라놀린왁스(lanoline wax), 차이니즈왁스(Chinese wax), 라이스왁스(rice wax), 칸델릴라왁스(candelilla wax), 오우리큐리왁스(ouricury wax), 실리콘왁스(silicon wax), 플루오로왁스(fluoro wax) 중 1 종 이상일 수 있다.
상기 지방산 에스테르 고분자는 전체 바인더 조성물 중 10 내지 40 부피부로 포함될 수 있다. 상기 함량은 특별히 제한되지 않으나, 예를 들면, 5 부피부 내지 35 부피부, 10 부피부 내지 30 부피부 또는 10 부피부 내지 20 부피부 일 수 있다. 지방산 에스테르의 함량을 상기 범위 내로 조절하는 경우, 바인더의 점도가 과도하게 상승하여 유동성이 떨어지는 것을 방지할 수 있다. 또한, 금속 가공체와 금형 간의 접착력을 적절하게 조절하여 금형과 쉽게 분리되도록 할 수 있다.
본 발명의 금속사출 성형용 바인더 조성물은 계면활성제를 포함하여, 금속분말이 바인더 내에서 고르게 분산되도록 하고 금속 가공체의 균일성을 높일 수 있다.
상기 계면활성제는 예를 들면, 스테아르산(stearic acid), 에틸렌옥사이드, 디에탄올아민, 글리세린, 소르비톨(Sorbitol), 베헨산(Behenic Acid) 중 1종 이상일 수 있다.
상기 계면활성제는 전체 바인더 조성물 중 3 부피부 내지 10 부피부로 포함될 수 있다. 상기 함량은 특별히 제한되지 않으나, 예를 들면, 3 부피부 내지 5 부피부, 3 부피부 내지 7 부피부 또는 5 부피부 내지 10 부피부 일 수 있다.
상기 범위 내로 계면활성제의 종류 및 함량을 조절하는 경우, 바인더 내에 금속분말들이 균일하면서도 적절한 간격을 가지도록 분포되어, 소결 이후 치수 안정성을 향상시킬 수 있다. 또한, 상기 간격을 적절하게 조절하여 고밀도 및 고강도를 갖는 금속 제품의 제조가 가능하다.
본 발명의 금속사출 성형용 바인더 조성물은 소포제를 추가로 포함할 수 있다.
상기 소포제는 예를 들면, 실란(Silane), 데칸산(decanoic acid), 라우르산(lauric acid), 미리스트산(myristic acid), 팔미트산(palmitic acid), 올레산(oleic acid), 미네랄오일(mineral oil), 옥시스테아린(oxystearine), 디메틸폴리실록산(dimethyl polysiloxane), 이산화규소(silicon dioxide), 실리콘 수지(silicon resin) 중 1종 이상일 수 있다.
바인더 조성물에 소포제가 추가로 포함되는 경우, 소포제의 함량은 전체 바인더 조성물 100 부피부를 기준으로 0.5 부피부 내지 3 부피부일 수 있다. 이러한 함량 범위 내에서 금속 가공체에 폐기공이 생성되는 것을 억제하고, 기포에 의해 크랙이 생기거나 균일성이 저하되는 문제를 방지할 수 있다.
본 발명의 분말사출성형용 바인더 조성물은 본 발명의 목적으로 하는 기능을 저하시키지 않은 범위에서, 통상의 첨가제를 더 포함할 수 있다. 상기 첨가제는 예를 들면, 무기 충전제, 산화방지제, 점착 부여 수지, 레벨링제, 열안정제 중 1종 이상일 수 있으며, 반드시 이에 제한되는 것은 아니다. 하나의 예시에서, 바인더 조성물에 상기의 첨가제가 추가로 포함되는 경우, 첨가제의 함량은 전체 바인더 조성물 100 부피부를 기준으로 0.5 부피부 내지 3 부피부 또는 0.5 부피부 내지 1 부피부일 수 있다.
본 발명의 금속사출 성형용 바인더 조성물을 이용한 바인더의 제조방법은 크게 제한되지 않고, 원하는 물성을 달성하기 위해 적절한 방법을 채용할 수 있다.
일 구체예에서, 상기 바인더의 제조 방법은 본 발명의 금속사출 성형용 바인더 조성물을 단축압출기, 이축압출기, 롤밀(roll-mills), 니더(kneader) 또는 밤바리 믹서(banbury mixer) 등과 같은 배합 가공기기를 이용하여 125℃ 내지 190℃에서 0.5 시간 내지 8 시간 용융 혼련하여 제조하는 것일 수 있다.
일 구체예에서, 혼합이 끝난 바인더는 상온에서 냉각 및 건조할 수 있다. 이러한 경우, 건조 후 바인더의 밀도는 0.8 g/㎤ 내지 1.2 g/㎤일 수 있다. 상기 바인더는 케이크의 형태로 냉각하여, 이를 분쇄기에 넣고 분쇄하여 제품화할 수 있다. 분쇄 크기는 특별한 제한이 없으며, 예를 들면, 1 내지 325 Mesh일 수 있다.
본 발명의 다른 하나의 관점은 금속사출 성형방법에 관한 것이다.
상기 금속사출 성형 방법은 전술한 본원 발명에 따른 바인더 조성물 및 금속 분말을 혼련하여 혼합물을 제조하는 단계; 상기 혼합물을 사출 성형하여 금속 가공체를 형성하는 단계; 및 상기 사출된 금속 가공체를 초임계 이산화탄소 추출법으로 탈지하는 단계;를 포함한다.
본 발명의 금속사출 성형용 바인더 조성물 및 금속사출 성형방법은 내열성, 고강도 및 고밀도를 가지는 금속 제품을 금속사출 성형 방법으로 제조하는데 특히 유리할 수 있다.
일 구체예에서, 상기 내열성, 고강도 및 고밀도를 가지는 금속제품은 자동차 터보 차져의 핵심부품인 웨이스트 게이트 밸브(WGV, Waste Gate Valve)의 소재로 사용되는 금속제품일 수 있다. 웨이스트 게이트 밸브는 자동차 배기 측의 압력에 따라 과급압을 컨트롤하는 장치로, 고온에서 요구하는 인장강도, 항복강도, 연신율 및 경도 등의 물성조건이 까다롭다. 상기 금속 제품은 예를 들면, 상대밀도가 금속벌크 제품에 가깝게 최소 98%이상이 되어야 하며, 미세한 크랙 등의 내부결함 없어야 하는데, 본원 발명의 바인더를 사용하는 경우, 상기와 같은 물성을 만족하기에 유리할 수 있다.
이하에서는 실시예들을 들어 본 발명에 관하여 더욱 상세하게 설명할 것이나. 이들 실시예는 단지 설명의 목적을 위한 것으로 본 발명의 보호 범위를 제한하고자 하는 것은 아니다.
실시예 1
폴리비닐아세테이트 55 부피부와 파라핀 왁스 10 부피부를 믹서에 투입하여 온도를 140℃로 승온하였다. 이후, 스테아린산 10 부피부를 넣고 온도를 160℃로 승온하였다. 투입된 성분들이 완전히 용해된 다음 폴리에틸렌 25 부피부를 넣고 온도를 170℃까지 승온하였다. 이후 냉각시켜 바인더를 제조하였다.
실시예 2
폴리에틸렌클리콜 40 부피부를 믹서에 투입하여 온도를 140℃로 승온하였다. 이후, 밀랍(bee's wax) 25 부피부를 투입하고 스테아린산 10 부피부를 넣고 온도를 160℃로 승온하였다. 투입된 성분들이 완전히 용해된 다음 폴리프로필렌(PP) 25부피부를 넣고 온도를 170℃까지 승온하였다. 이후 160℃로 냉각시켜 바인더를 제조하였다.
실시예 3
PMMA-b-PVAc 블록공중합체 75 부피부를 믹서에 투입하여 온도를 150℃로 승온하였다. 이후, 파라핀 왁스 15 부피부를 투입하고 온도를 160℃로 승온하였다. 스테아린산 10 부피부를 넣고 투입된 성분들이 완전히 용해된 다음 온도를 170℃까지 승온하였다. 이후 냉각시켜 바인더를 제조하였다.
비교예 1
폴리에틸렌 25 부피부를 믹서에 투입하여 온도를 150℃로 승온하였다. 이후, 밀랍(bee's wax) 55 부피부를 투입하여 온도를 160℃로 승온하였다. 스테아린산 5 부피부를 넣고 투입된 성분들이 완전히 용해된 다음 폴리프로필렌 15 부피부를 넣고 온도를 190℃까지 승온하였다. 이후 냉각시켜 바인더를 제조하였다.
비교예 2
폴리프로필렌 35 부피부를 믹서에 투입하여 온도를 190℃로 승온하였다. 이후, 크리스탈 왁스 55 부피부를 투입하고 온도를 160℃로 냉각하였다. 스테아린산 10 부피부를 넣고 투입된 성분들이 완전히 용해된 다음 이후 냉각시켜 바인더를 제조하였다.
비교예 3
에틸렌비닐아세테이트코폴리머 45 부피부를 믹서에 투입하여 온도를 160℃로 승온하였다. 이후, 밀랍(bee's wax) 25 부피부를 투입하고 스테아린산 15 부피부를 투입하였다. 투입된 성분들이 완전히 용해된 다음 폴리스티렌 15 부피부를 넣고 온도를 180℃까지 승온하였다. 이후 냉각시켜 바인더를 제조하였다.
금속 제품의 제조
1) 피드스톡의 제조
상기 실시예 1 - 3 및 비교예 1 - 3에서 제조된 바인더를 사용하여 피드스톡을 제조하였다. 이때, Stainless Steel(규격 HK-30) Powder(Size 5~15㎛) 65부피%에 상기에서 제조된 바인더 35부피%를 투입하여 혼련 단계를 수행하였다.
2) 사출체의 제조
상기 혼련 단계를 거친 혼합물을 사출압력은 2MPa로 고정하고 금형은 160℃로 고정하여 사출체를 제조하였다.
3) 사출체의 탈지
상기에서 사출체를 유량 20ml/min, 75도 300bar의 조건에서 6시간 동안 탈지하여 금속 가공체를 제조하였다. 이때 유체는 이산화탄소를 사용하였다.
4) 금속 가공체의 소결
상기에서 제조된 금속 가공체를 분당 2℃/min의 승온속도로 1250℃, H2 및 N2 혼합가스 분위기에서 소결하여 직경 16mm, 중량 120g의 금속 제품을 제조하였다.
물성평가
상기 실시예 1 내지 3 및 비교예 1 내지 3의 바인더를 사용한 금속 제품의 제조 방법에서, 각 제조 단계에서 제조된 사출체, 탈지 후 사출체(금속 가공체), 소결 후 금속 가공체(금속 제품)의 사출성, 용해도, 탈지 또는 사출 후의 열변형 및 크랙 발생여부를 평가하였다. 열변형 및 크랙 발생의 평가는 각각의 사출체, 탈지 후 사출체, 소결 후의 금속 가공체를 X-ray CT 장비(IMT-160)로 140kV, 360uA의 조건에서 매크로 크랙 검사를 수행하였다. 평가 결과는 하기 표1에 기재하였다.
실시예 1 실시예2 실시예3 비교예1 비교예2 비교예3
용해도 양호 우수 양호 미흡 미흡 미흡
사출성 우수 우수 우수 양호 불량 양호
사출 후 열변형 및
크랙 유무		 없음 없음 없음 없음 없음 없음
탈지 후 열변형 및 크랙 유무 없음 없음 없음 없음 없음 없음
소결 후 열변형 및 크랙 유무 없음 없음 없음 있음 있음 있음
본 발명은 실시예를 참고로 하여 설명되었으나, 이는 예시적인 것에 불과하며, 당해 기술이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호범위는 아래의 특허청구범위에 의해서 정하여져야 할 것이다.

Claims (10)

  1. 전체 바인더 조성물 100 부피부를 기준으로, 친이산화탄소성 고분자 40 내지 90 부피부, 열가소성 고분자 5 내지 25 부피부, 지방산 에스테르 고분자 10 내지 40 부피부 및 계면활성제 3 내지 10 부피부를 포함하는 금속사출 성형용 바인더 조성물.
  2. 제 1 항에 있어서,
    친이산화탄소성 고분자는 폴리하이드록시부티레이트(polyhydroxybutyrate, PHB), 폴리1,1-디하이드로퍼플루오로옥틸 아크릴레이트(poly(1,1-dihydroperfluorooctyl) acrylate, PFOA), 폴리하이드로퍼플루오로옥틸 에틸 메타크릴레이트 (poly(hydroperfluorooctyl)ethyl methacrylate, FOEMA), 폴리글리시딜 메타크릴레이트(PGMA), 폴리메틸메타크릴레이트(PMMA), 폴리프로필렌글리콜 메타크릴레이트(PPGMA), 비스페놀 A형 에폭시, 폴리옥시알킬렌 알킬페닐 에테르(poly(oxyalkylene) alkylphenyl ether), 폴리비닐피발레이트(PVPi), 폴리에틸렌글리콜(PEG), 폴리비닐프로필렌글리콜(PPG), 폴리비닐아세테이트(PVAc), 헥사플루오로프로필렌(HFP)으로 이루어지는 군으로부터 선택되는 1종 이상을 포함하는 금속사출 성형용 바인더 조성물.
  3. 제 1 항에 있어서,
    친이산화탄소성 고분자는 폴리하이드록시부티레이트(polyhydroxybutyrate), PHB), 폴리1,1-디하이드로퍼플루오로옥틸 아크릴레이트(poly(1,1-dihydroperfluorooctyl) acrylate), PFOA), 폴리하이드로퍼플루오로옥틸 에틸 메타크릴레이트 (poly(hydroperfluorooctyl)ethyl methacrylate, FOEMA), 폴리글리시딜 메타크릴레이트(PGMA), 폴리메틸메타크릴레이트(PMMA), 폴리프로필렌글리콜 메타크릴레이트(PPGMA), 비스페놀 A형 에폭시, 폴리옥시알킬렌 알킬페닐 에테르(poly(oxyalkylene) alkylphenyl ether), 폴리비닐피발레이트(PVPi), 폴리에틸렌글리콜(PEG), 폴리비닐프로필렌글리콜(PPG), 폴리비닐아세테이트(PVAc), 헥사플루오로프로필렌(HFP)으로 이루어지는 군으로부터 선택되는 1종 이상의 단위; 및
    폴리에틸렌(PE), 폴리스티렌(PS), 폴리프로필렌(PP), 폴리옥시메틸렌(POM), 에틸렌비닐아세테이트(EVA), 폴리카보네이트(PC)로부터 선택되는 1종 이상의 단위;
    를 공중합단위로 포함하는 블록 공중합체인 금속사출 성형용 바인더 조성물.
  4. 제 1 항에 있어서,
    열가소성 고분자는 폴리에틸렌, 폴리스티렌, 폴리프로필렌, 폴리옥시메틸렌, 폴리메틸메타크릴레이트, 에틸렌비닐아세테이트, 폴리카보네이트 중 선택되는 1종 이상인 금속사출 성형용 바인더 조성물.
  5. 제 1 항에 있어서,
    열가소성 고분자는 용융온도가 90℃ 내지 180℃인 금속사출 성형용 바인더 조성물.
  6. 제 1 항에 있어서,
    열가소성 고분자는 밀도가 0.90g/㎤ 이상인 금속사출 성형용 바인더 조성물.
  7. 제 1 항에 있어서,
    지방산 에스테르는 파라핀 왁스, 카나우바왁스(canauba wax), 미소결정왁스(microcrystalline wax), 밀랍(bee's wax), 몬탄왁스(montan wax), 저팬왁스(japan wax), 라놀린왁스(lanoline wax), 차이니즈왁스(Chinese wax), 라이스왁스(rice wax), 칸델릴라왁스(candelilla wax), 오우리큐리왁스(ouricury wax), 실리콘왁스(silicon wax), 플루오로왁스(fluoro wax) 중 1 종 이상인 금속사출 성형용 바인더 조성물.
  8. 제 1 항에 있어서,
    계면활성제는 스테아르산(stearic acid), 에틸렌옥사이드, 디에탄올아민, 글리세린, 소르비톨(Sorbitol), 베헨산(Behenic Acid) 중 1종 이상인 금속사출 성형용 바인더 조성물.
  9. 제 1 항에 있어서,
    실란(Silane), 데칸산(decanoic acid), 라우르산(lauric acid), 미리스트산(myristic acid), 팔미트산(palmitic acid), 올레산(oleic acid), 미네랄오일(mineral oil), 옥시스테아린(oxystearine), 디메틸폴리실록산(dimethyl polysiloxane), 이산화규소(silicon dioxide), 실리콘 수지(silicon resin) 중 1종 이상의 소포제를 추가로 포함하는 금속사출 성형용 바인더 조성물.
  10. 제 1 항 내지 제 9 항 중 어느 한 항의 바인더 조성물 및 금속 분말을 혼련하여 혼합물을 제조하는 단계;
    상기 혼합물을 사출 성형하여 금속 가공체를 형성하는 단계; 및
    상기 사출된 금속 가공체를 초임계 이산화탄소 추출법으로 탈지하는 단계;를
    포함하는 금속사출 성형방법.
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Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH0741368A (ja) * 1993-07-30 1995-02-10 Asahi Glass Co Ltd 粉末の成形用混練物とその混練方法
JP2010037568A (ja) * 2008-07-31 2010-02-18 Nippon Piston Ring Co Ltd 粉末射出成形体用バインダーおよび粉末射出成形体の脱脂方法
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Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH0741368A (ja) * 1993-07-30 1995-02-10 Asahi Glass Co Ltd 粉末の成形用混練物とその混練方法
JP2010037568A (ja) * 2008-07-31 2010-02-18 Nippon Piston Ring Co Ltd 粉末射出成形体用バインダーおよび粉末射出成形体の脱脂方法
KR20140010105A (ko) * 2011-04-13 2014-01-23 꼼미사리아 아 레네르지 아또미끄 에 오 에네르지 알떼르나띠브스 무기 섬유 또는 나노섬유의 사용을 기본으로 하는, 분말 사출 성형에 의한 세라믹 또는 금속 부품의 제조방법

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2017091046A1 (ko) * 2015-11-27 2017-06-01 한국생산기술연구원 분말야금용 바인더 조성물

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