KR20210082059A - 금속분말 사출 성형용 결합제 조성물 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 금속 분말 사출 성형용 결합제 조성물에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 빠른 탈지가 가능하고, 사출 공정에서의 유동 조건 설정이 용이하고, 탈지 공정에서 부풀음이나, 저분자량 바인더의 탄화, 기타 내부결함 등 탈지 불량을 최소화 할 수 있게 한 금속 분말 사출 성형용 결합제 조성물에 관한 것이다.
본 발명의 금속분말 사출 성형용 결합제 조성물은 고점도 폴리옥시메틸렌 중합체 10 내지 50중량% 및 저점도 폴리옥시메틸렌 중합체 50 내지 90중량%를 포함한다.
본 발명에 따른 금속분말 사출 성형용 결합제 조성물은 폴리옥시메틸렌의 중합공정에서 다른 단량체를 투입하지 않고 점도별로 생산된 폴리옥시메틸렌을 단독으로 포함함으로써, 종래에 중합공정에서 점도를 조절하여, 기상상태의 산에 분해되는 속도를 조절하는 기술 대비 제조원가가 저렴하여 더욱 경제적이며, 폴리옥시메틸렌과 더불어 폴리올레핀, 폴리아미드와 같은 다른 고분자 수지를 함께 사용하는 기술과 대비하여, 사출특성 및 탈지/소결 특성이 우수한 장점이 있다.

Description

금속분말 사출 성형용 결합제 조성물 {Binder Composition for Metal Injection Molding}
본 발명은 금속 분말 사출 성형용 결합제 조성물에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 빠른 탈지가 가능하고, 사출 공정에서의 유동 조건 설정이 용이하고, 탈지 공정에서 부풀음이나, 저분자량 바인더의 탄화, 기타 내부결함 등 탈지 불량을 최소화 할 수 있게 한 금속 분말 사출 성형용 결합제 조성물에 관한 것이다.
금속사출 성형(MIM, Metal Injection Molding) 공정은 플라스틱 산업의 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 결합제(binder)를 사용하여 사출 시 금속분말 간의 간격, 분포, 유동성 등을 조절하는 것이 매우 중요하다.
결합제(binder)는 금속사출 성형 공정에서 금속분말과 함께 혼련되어 금속분말 입자들을 바인딩하는 역할을 주로 수행한다. 또한, 혼합물의 유동성을 높여주어 사출을 유리하게 하거나, 금속분말의 간격을 조절하고 고르게 분산시켜 표면특성을 향상시키는 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 결합제(binder)의 개발이 활발히 진행되고 있다.
일반적으로 결합제(binder)는 금속분말과 혼합된 상태로 함께 사출되어, 금속분말을 정형화한다. 이후, 결합제(binder)는 탈지 단계에서 제거되어야 하며, 이때 탈지의 방법으로는 수지를 용매로 녹여내는 용매 탈지법, 가열하여 녹여내는 열 탈지법, 촉매를 이용하는 촉매 탈지법 등이 있다.
금속분말 사출 성형용 결합제 조성은 탈지방법에 따라 달라지는데, 일반적으로 용매 탈지법의 경우 폴리올레핀, 지방족으로 이루어진 왁스, 스테아린산 등으로 구성된다. 용매 탈지법은 헥산, 헵탄 등의 용매를 이용해야 하는데, 이들 용매는 화재위험으로 자유롭지 못하며, 용해된 수지를 재활용하기 어렵고, 폐수가 다량으로 생성되어 환경에 유해하다.
또한, 열 탈지법의 경우, 폴리올레핀 또는 폴리스티렌계 수지, 지방족으로 이루어진 왁스, 스테아린산 등으로 구성된다. 열 탈지법은 단순히 열만을 이용하여 결합제를 제거하므로 공정 시간이 매우 길고 높은 가동 온도가 필요하며, 불활성 가스 분위기가 요구되므로, 에너지 효율이 낮고 비경제적이다.
한편, 산분위기에서 탈지를 수행하는 촉매 탈지법의 경우, 폴리옥시메틸렌 및 폴리올레핀으로 구성되고, 필요에 따라 왁스를 포함하기도 한다. 촉매 탈지법은 폴리옥시메틸렌이 산분위기에서 잘 분해되어, 탈지 속도가 빠른 장점이 있으므로, 전세계적으로 많은 회사들이 이용하고 있다. 하지만, 탈지를 위해 폴리옥시메틸렌과 폴리올레핀이라는 서로 다른 고분자 수지를 함유함에 따라 사출 조건을 잡기 힘들며, 상용성이 좋다고 하더라도 최종제품 단계에서 부풀음, 내부결함 등 불량이 다수 발생되는 문제점이 있다.
한국공개특허 제2016-0002964호는 폴리옥시메틸렌 공중합체 및 열가소성 POM 조성물에 관한 것으로서, 폴리옥시메틸렌의 공중합체의 점도를 조절하는 방법을 개시하였다. 이는 중합 공정에서 다양한 모노머의 도입을 통해 분말 사출 성형용 결합제를 제조하는 방법을 개시하였으나, 전처리를 필수적으로 수행해야 하고, 공정이 상당히 복잡하기에, 제조 원가가 상승되는 문제점이 있다.
상기 특허에서 제시하고 있는 다른 방법은 유럽공개특허 제0446708호, 제0444475호 및 제0853995호에 기재되어 있는데, 최소 2가지 이상(하나 이상의 고분자 수지와 하나 이상의 왁스계 물질)의 바인더로 이루어진 결합제이며, 이는 혼련 단계에서 각각의 바인더 소재의 특성에 따라 상용성에 문제가 발생할 수 있으며, 사출 공정 최적화에 걸림돌이 될 수 있다. 또한, 이는 녹는점이 적어도 50℃ 이상 차이가 있는 바인더 소재이므로, 사출 공정에서 부분적으로 각각의 바인더가 응집하여, 향후 탈지 및 소결 공정 후 최종 제품에서의 기포 또는 내부결함 등이 나타날 수 있다. 또한, 탈지공정 또는 예비 소결공정에 있어서는 각 바인더의 제거를 위해 특정온도에서 유지시간을 가져야 하므로 탈지 시간 및 소결 시간에 영향을 줄 수 있으며, 각기 다른 온도에서 바인더의 기화로 성형체가 부풀음, 변형 등의 문제가 생길 수 있다.
이에, 본 발명자들은 상기 문제점을 해결하기 위하여 노력한 결과, 서로 다른 점도를 갖는 폴리옥시메틸렌 중합체를 특정 범위로 혼합하여 사용할 경우, 촉매 탈지법의 결합제 조성으로 필수적으로 사용하는 폴리올레핀 없이도 제품의 불량없이 금속사출 성형(MIM, Metal Injection Molding) 공정을 성공적으로 수행할 수 있다는 것을 확인하고, 본 발명을 완성하게 되었다.
본 발명의 목적은 사출특성 및 탈지/소결 특성이 우수한 금속분말 사출 성형용 결합제 조성물, 이를 포함하는 금속분말 사출 성형용 피드스탁 조성물을 제공하는데 있다.
본 발명의 다른 목적은 사출특성 및 탈지/소결 특성이 우수한 금속 사출 성형방법을 제공하는데 있다.
상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 고점도 폴리옥시메틸렌 중합체 10 내지 50중량% 및 저점도 폴리옥시메틸렌 중합체 50 내지 90중량%를 포함하는 금속분말 사출 성형용 결합제 조성물을 제공한다.
본 발명에 있어서, 상기 고점도 폴리옥시메틸렌 중합체는 ASTM D1238 규격에 의거하여 온도 190℃ 2.16kg 하중으로 측정하였을 때 용융흐름지수가 1 내지 10g/10min 이고, 상기 저점도 폴리옥시메틸렌 중합체는 ASTM D1238 규격에 의거하여 온도 190℃ 2.16kg 하중으로 측정하였을 때 용융흐름지수가 40 내지 300g/10min 인 것을 특징으로 한다.
본 발명에 있어서, 상기 고점도 또는 저점도 폴리옥시메틸렌 중합체는 (a) 반복 단위로서 옥시메틸렌 -(OCH2)n- 기를 포함하고, (b) 양 말단이 에스테르 또는 에테르기에 의해 봉쇄된 옥시메틸렌 단독중합체이거나, 옥시메틸렌 모노머 단위로 이루어진 폴리머쇄 중에 탄소수 2~10의 옥시알킬렌 단위가 랜덤하게 삽입되고, (c) 중합체의 양 말단이 에스테르 또는 에테르기에 의해 봉쇄된 옥시메틸렌계 공중합체, 또는 삼원공중합체인 것을 특징으로 한다.
본 발명은 또한, 금속분말 사출 성형용 결합제 조성물을 포함하는 금속분말 사출 성형용 피드스탁 조성물을 제공한다.
본 발명에 있어서, 상기 금속분말 사출 성형용 피드스탁 조성물은 상기 금속분말 사출 성형용 결합제 조성물; 및 (b) 금속, 금속 합금, 금속 카보닐, 금속 옥사이드, 금속 카바이드, 금속 나이트라이드 및 이들의 혼합물로 구성된 군으로부터 선택된 소결 가능한 분말형 무기 물질을 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 있어서, 상기 분말형 무기 물질의 평균입도는 1 내지 20㎛인 것을 특징으로 한다.
본 발명에 있어서, 상기 금속분말 사출 성형용 결합제 조성물은 20 내지 80부피%, 상기 분말형 무기 물질은 20 내지 80부피% 포함되는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 있어서, 상기 금속분말 사출 성형용 피드스탁 조성물은 윤활제 및 분산제로 구성된 군에서 선택되는 첨가제를 추가로 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명은 또한, 상기 금속분말 사출 성형용 피드스탁 조성물을 사출 성형하여 그린 파트를 얻는 단계; 상기 그린 파트로부터 금속분말 사출 성형용 결합제를 제거하여 브라운 파트를 얻는 단계; 및 상기 브라운 파트를 소결시켜 금속제품을 제조하는 단계를 포함하는 금속 사출 성형방법을 제공한다.
본 발명에 있어서, 상기 금속분말 사출 성형용 결합제의 제거는 산 분위기의 50 내지 140℃에서 0.1 내지 30시간 동안 수행되는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 금속분말 사출 성형용 결합제 조성물은 폴리옥시메틸렌의 중합공정에서 다른 단량체를 투입하지 않고 점도별로 생산된 폴리옥시메틸렌을 단독으로 포함함으로써, 종래에 중합공정에서 점도를 조절하여, 기상상태의 산에 분해되는 속도를 조절하는 기술 대비 제조원가가 저렴하여 더욱 경제적이며, 폴리옥시메틸렌과 더불어 폴리올레핀, 폴리아미드와 같은 다른 고분자 수지를 함께 사용하는 기술과 대비하여, 사출특성 및 탈지/소결 특성이 우수한 장점이 있다.
도 1은 통상적인 금속 사출 성형 공정 설명도이다.
본 발명에서는 서로 다른 점도를 갖는 폴리옥시메틸렌 중합체를 특정 범위로 혼합하여 사용할 경우, 촉매 탈지법의 결합제 조성으로 필수적으로 사용하는 폴리올레핀 없이도 제품의 불량없이 금속사출 성형(MIM, Metal Injection Molding) 공정을 성공적으로 수행할 수 있다는 것을 확인하고자 하였다.
본 발명에서는 폴리옥시메틸렌의 중합공정에서 다른 단량체를 투입하지 않고 점도별로 생산된 폴리옥시메틸렌을 활용하여 고점도와 저점도 폴리옥시메틸렌을 적용하여 금속분말 사출 성형용 결합제 조성물을 제조하였다. 다음으로 제조된 금속분말 사출 성형용 결합제 조성물에 분말형 무기물질을 넣고, 혼련하여 금속분말 사출 성형용 피드스탁 조성물을 제조하고, 이를 사출 성형하고 그린 파트를 얻고, 이를 탈지시켜 브라운 파트를 얻고 이를 소결시켜 최종적으로 금속제품을 제조하였다. 각 제조 단계에서 생성된 중간물 및 최종 제품의 물성을 평가한 결과, 피드스탁의 혼련특성, 금속 가공체(브라운 파트)의 사출특성, 탈지 후 금속 가공체(브라운 파트)의 탈지특성, 소결 후 금속 제품의 소결특성 및 품질이 모두 우수하다는 것을 확인할 수 있었다.
따라서, 본 발명은 일 관점에서, 고점도 폴리옥시메틸렌 중합체 10 내지 50중량% 및 저점도 폴리옥시메틸렌 중합체 50 내지 90중량%를 포함하는 금속분말 사출 성형용 결합제 조성물에 관한 것이다.
본 발명에 있어서, 상기 고점도 폴리옥시메틸렌 중합체의 함량이 10중량% 미만일 경우, 기상상태의 산에서 분해되는 속도를 조절하지 못하여 탈지 불량이 날 수 있으며, 50중량%를 초과할 경우, 점도가 높아져 사출성형 공정이 어려운 문제점이 있다.
상기 고점도 폴리옥시메틸렌 중합체는 ASTM D1238 규격에 의거하여 온도 190℃ 2.16kg 하중으로 측정하였을 때 용융흐름지수가 1 내지 10g/10min 이고, 상기 저점도 폴리옥시메틸렌 중합체는 ASTM D1238 규격에 의거하여 온도 190℃ 2.16kg 하중으로 측정하였을 때 용융흐름지수가 40 내지 300g/10min 인 것을 특징으로 한다.
본 발명에 있어서, 상기 고점도 폴리옥시메틸렌 중합체의 용융흐름지수가 1g/10min 미만이면, 작고 복잡한 형상을 사출할 때 기본적으로 사출속도를 올려야 하는데 고분자량의 중합체이므로 사출압력을 높이더라도 원하는 만큼의 사출속도 및 제품을 사출하기 어려울 수 있다. 따라서, 사출 불량이 발생할 수 있고, 분말과의 혼련이 균일하게 되지 않아, 탈지 및 소결공정에서 제품이 무너질 수 있다.
또한, 고점도 폴리옥시메틸렌 중합체의 용융흐름지수가 10g/10min 초과이면, 탈지시 원하는 만큼의 지지대 역할을 할 수 있는 중합체가 분해될 수 있어 탈지 및 소결공정에서 제품이 무너질 수 있다.
상기 저점도 폴리옥시메틸렌 중합체의 용융흐름지수가 40g/10min 미만이면 고점도와 저점도 폴리옥시메틸렌을 혼련한 조성물의 전체 점도가 낮아져 높은 사출압력이 필요하며, 결과적으로 작고 복잡한 형상의 제품을 사출하는데 어려움이 있다. 또, 용융흐름지수가 300g/10min 초과할 경우, 저분자량의 중합체이므로 사출 공정 조건 확립은 용이할 수 있으나, 탈지 시 빠른 분해로 인해 제품이 무너질 수 있다.
본 발명에 있어서, 상기 고점도 또는 저점도 폴리옥시메틸렌 중합체는 (a) 반복 단위로서 옥시메틸렌 -(OCH2)n- 기를 포함하고, (b) 양 말단이 에스테르 또는 에테르기에 의해 봉쇄된 옥시메틸렌 단독중합체이거나, 옥시메틸렌 모노머 단위로 이루어진 폴리머쇄 중에 탄소수 2~10의 옥시알킬렌 단위가 랜덤하게 삽입되고, (c) 중합체의 양 말단이 에스테르 또는 에테르기에 의해 봉쇄된 옥시메틸렌계 공중합체, 또는 삼원공중합체인 것을 특징으로 한다.
본 발명은 다른 관점에서 상기 금속분말 사출 성형용 결합제 조성물을 포함하는 금속분말 사출 성형용 피드스탁 조성물에 관한 것이다.
상기 금속분말 사출 성형용 피드스탁 조성물은 (a) 상기 금속분말 사출 성형용 결합제 조성물; 및 (b) 금속, 금속 합금, 금속 카보닐, 금속 옥사이드, 금속 카바이드, 금속 나이트라이드 및 이들의 혼합물로 구성된 군으로부터 선택된 소결 가능한 분말형 무기 물질을 포함할 수 있다.
분말 형태에 존재할 수 있는 금속의 예로는 스테인레스, 알루미늄, 철, 특히 철 카보닐 분말, 크롬, 코발트, 구리, 니켈, 실리콘, 티타늄 및 텅스텐이 포함된다. 분말상 금속 합금의 예로는 알루미늄, 철, 티타늄, 구리, 니켈, 텅스텐 또는 코발트를 기재로 하는 고- 또는 저-합금강 및 금속 합금이 포함된다. 이들은 이미 완성된 합금, 예를 들면, IN713C, GMR 235 및 IN 100과 같은 초합금, 및 주 구성성분 Nd-Fe-B 및 Sm-Co를 사용하여 자석 기술로부터 알려진 합금의 분말, 및 개개 합금 구성성분의 분말 혼합물 둘 다를 포함한다. 금속 분말, 금속 합금 분말 및 금속 카보닐 분말, 금속 옥사이드, 금속 카바이드, 금속 나이트라이드도 또한 혼합물에 사용될 수 있다.
적합한 무기 분말은 또한 Al2O3, ZrO2, Y2O3과 같은 산화물 세라믹 분말, 뿐 아니라 SiC, Si3N4와 같은 비산화물 세라믹 분말, 및 NiZnFe2O4와 같은 추가 복합 산화물 분말, 및 또한 CoAl2O4와 같은 무기 컬러 안료이다.
상기 분말형 무기 물질의 평균입도는 1 내지 20㎛인 것이 바람직하다.
상기 금속분말 사출 성형용 결합제 조성물은 20 내지 80부피%, 상기 분말형 무기 물질은 20 내지 80부피% 포함되는 것이 바람직하다.
상기 사출 성형용 결합제 조성물이 20 부피% 미만인 경우에는 혼련과 사출에서의 혼합특성에 문제가 있고, 80 부피%를 초과할 경우에는 금속분말 사출 성형공정으로서의 공정특성의 가치가 없는 문제가 있다.
본 발명에 있어서, 상기 금속분말 사출 성형용 피드스탁 조성물은 윤활제 및 분산제로 구성된 군에서 선택되는 첨가제를 추가로 포함할 수 있다.
상기 윤활제는 금속분말 사출 성형용 결합제 내에 분말형 무기 물질이 균일하면서도 적절한 간격을 가지도록 분포되어, 소결 이후 치수 안정성을 향상시키기 위한 것으로서, 스테아르산(stearic acid), 에틸렌옥사이드, 디에탄올아민, 글리세린, 소르비톨(Sorbitol), 베헨산(Behenic Acid) 등을 예시할 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니다.
상기 분산제는 통상적으로 사용되는 분산제를 사용할 수 있는데, 스테아린산, Zinc-Stearate, Calcium-Stearate 등을 예시할 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니다.
상기 윤활제 및 분산제는 전체 금속분말 사출 성형용 피드스탁 조성물 100부피%에 대하여 상기 윤활제 및 분산제는 각각 3 부피% 이내로 포함되는 것이 바람직하다.
본 발명은 또 다른 관점에서, 상기 금속분말 사출 성형용 피드스탁 조성물을 사출 성형하여 그린 파트를 얻는 단계; 상기 그린 파트로부터 금속분말 사출 성형용 결합제를 제거하여 브라운 파트를 얻는 단계; 및 상기 브라운 파트를 소결시켜 금속제품을 제조하는 단계를 포함하는 금속 사출 성형방법에 관한 것이다.
도 1은 통상적인 금속 사출 성형 공정 설명도이다. 본 발명의 금속 사출 성형방법은 도 1의 통상적인 금속 사출 성형 공정과 유사하지만, 상기 금속분말 사출 성형용 피드스탁 조성물을 이용한다는 특징이 있다.
사출 성형은 통상적인 스크류(screw) 및 램(ram) 사출 성형 기계를 사용하여 수행될 수 있는데, 일반적으로 160 내지 250℃의 온도와 300 내지 2,000 bar의 압력에서 30 내지 250℃의 온도를 갖는 주형에서 수행할 수 있다.
사출 성형하여 얻은 그린 파트는 금속분말 사출 성형용 결합제를 제거하기 위한 탈지 반응을 수행해야 하는데, 본 발명에서는 산 분위기의 50 내지 150℃에서 0.1 내지 30시간 동안 수행하는 것을 특징으로 한다. 상기 산 분위기를 조성하기 위한 산은 실온에서 이미 가스 형태이거나, 처리 온도에서 적어도 증발 가능한 무기 산을 이용하는 것이 바람직하다. 상기 산으로는 하이드로할산, 질산 등을 예시할 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
탈지 반응 후 생성된 브라운 파트는 소결과정을 거쳐 최종적으로 금속제품화 되는데, 상기 소결은 통상적인 조건인 600 내지 2000 ℃의 온도에서 수행하는 것이 바람직하다.
[실시예]
이하, 실시예를 통하여 본 발명을 더욱 상세히 설명하고자 한다. 이들 실시예는 오로지 본 발명을 예시하기 위한 것으로, 본 발명의 범위가 이들 실시예에 의해 제한되는 것으로 해석되지 않는 것은 당업계에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어서 자명할 것이다.
실시예 1~24 및 비교예 1~12: 금속분말 사출 성형용 피드스탁 조성물 제조
하기 표 1~4의 조성을 믹서에 넣고 혼련시켜 피드스톡을 제조하였다.
구분(vol%) 실시예1 실시예2 실시예3 실시예4 실시예5 실시예6 비교예1 비교예2 비교예3
분말형
무기 물질		 55 55 55 55 20 80 55 55 55
폴리옥시메틸렌 중합체(MFI:1) 20 15 10 4 40 10 30 0 7.5
폴리옥시메틸렌 중합체(MFI:40) 20 25 30 36 40 10 0 30 7.5
첨가제 5 5 5 5 0 0 5 5 30
폴리올레핀 0 0 0 0 0 0 10 10 0
구분(vol%) 실시예7 실시예8 실시예9 실시예10 실시예11 실시예12 비교예4 비교예5 비교예6
분말형
무기 물질		 55 55 55 55 20 80 55 55 55
폴리옥시메틸렌 중합체(MFI:1) 20 15 10 4 40 10 30 0 7.5
폴리옥시메틸렌 중합체(MFI:300) 20 25 30 36 40 10 0 30 7.5
첨가제 5 5 5 5 0 0 5 5 30
폴리올레핀 0 0 0 0 0 0 10 10 0
구분(vol%) 실시예13 실시예14 실시예15 실시예16 실시예17 실시예18 비교예7 비교예8 비교예9
분말형
무기 물질		 55 55 55 55 20 80 55 55 55
폴리옥시메틸렌 중합체(MFI:10) 20 15 10 4 40 10 30 0 7.5
폴리옥시메틸렌 중합체(MFI:40) 20 25 30 36 40 10 0 30 7.5
첨가제 5 5 5 5 0 0 5 5 30
폴리올레핀 0 0 0 0 0 0 10 10 0
구분(vol%) 실시예19 실시예20 실시예21 실시예22 실시예23 실시예24 비교예10 비교예11 비교예12
분말형
무기 물질		 55 55 55 55 20 80 55 55 55
폴리옥시메틸렌 중합체(MFI:10) 20 15 10 4 40 10 30 0 7.5
폴리옥시메틸렌 중합체(MFI:300) 20 25 30 36 40 10 0 30 7.5
첨가제 5 5 5 5 0 0 5 5 30
폴리올레핀 0 0 0 0 0 0 10 10 0
* 분말형 무기 물질: Atmix 社, STS-316L D50 8㎛
* 폴리옥시메틸렌 중합체(고점도): 코오롱플라스틱 개발소재(용융흐름지수 1)
* 폴리옥시메틸렌 중합체(고점도): 코오롱플라스틱 K300(용융흐름지수 10)
* 폴리옥시메틸렌 중합체(저점도): 코오롱플라스틱 K900(용융흐름지수 40)
* 폴리옥시메틸렌 중합체(저점도): 코오롱플라스틱 개발소재(용융흐름지수 300)
* 첨가제: 카나우바 왁스 및 스테아린산 (혼합비= 1:1 부피비)
* 폴리올레핀: 롯데케미칼_UL814
실험예 1: 금속제품 제조
(1) 사출체의 제조
실시예 및 비교예에서 제조된 피드스탁을 사출압력은 1,500bar로 고정하고 금형은 120℃로 고정하여 사출체(그린 파트)를 제조하였다.
(2) 사출체의 탈지
사출체(그린 파트)에 질산을 첨가하고, 120℃의 산 분위기하에서 6시간 동안 탈지하여 금속 탈지체(브라운 파트)를 제조하였다.
(3) 금속 가공체의 소결
금속 탈지체(브라운 파트)를 분당 2℃/min의 승온속도로 1250℃, H2 및 N2 혼합가스 분위기에서 소결하여 직경 약 10×20㎜, 중량 20~30g의 금속 제품을 제조하였다.
실험예 2: 각 공정별 평가
실시예 1~24, 비교예 1~12 및 실험예 1의 각 제조 단계에서 제조된 피드스탁의 혼련특성, 금속 가공체(브라운 파트)의 사출특성, 탈지 후 금속 가공체(브라운 파트)의 탈지특성, 소결 후 금속 제품의 소결특성 및 품질을 평가하고, 그 결과를 표 5~8에 나타내었다.
공정별
검사결과		 실시예1 실시예2 실시예3 실시예4 실시예5 실시예6 비교예1 비교예2 비교예3
혼련특성 ○ ○ ◎ ◎ ◎ △ Ⅹ ◎ Ⅹ
사출특성 △ ○ ◎ ◎ ◎ △ △ △ Ⅹ
탈지특성 ◎ ◎ ◎ ◎ ◎ ◎ △ Ⅹ Ⅹ
소결특성 ○ ◎ ◎ ○ ○ ◎ ○ △ △
품질검사 ○ ◎ ◎ ○ ○ ○ ○ ○ Ⅹ
공정별
검사결과		 실시예7 실시예8 실시예9 실시예10 실시예11 실시예12 비교예4 비교예5 비교예6
혼련특성 ○ ○ ◎ ◎ ◎ △ Ⅹ ◎ Ⅹ
사출특성 ○ ○ ◎ ◎ ◎ ○ △ △ Ⅹ
탈지특성 ◎ ◎ ◎ ◎ ◎ ◎ ○ Ⅹ Ⅹ
소결특성 ○ ◎ ◎ ○ ○ ◎ ○ △ △
품질검사 ○ ◎ ◎ ○ ○ ○ ○ ○ Ⅹ
공정별
검사결과		 실시예13 실시예14 실시예15 실시예16 실시예17 실시예18 비교예7 비교예8 비교예9
혼련특성 ○ ○ ◎ ◎ ◎ △ Ⅹ ◎ Ⅹ
사출특성 ○ ○ ◎ ◎ ◎ ○ Ⅹ ○ Ⅹ
탈지특성 ◎ ◎ ◎ ◎ ◎ ◎ ○ Ⅹ Ⅹ
소결특성 ◎ ◎ ◎ ○ ○ ◎ ○ Ⅹ △
품질검사 ○ ◎ ◎ ○ ○ ○ ○ ○ Ⅹ
공정별
검사결과		 실시예19 실시예20 실시예21 실시예22 실시예23 실시예24 비교예10 비교예11 비교예12
혼련특성 ○ ○ ◎ ◎ ◎ ○ Ⅹ ◎ Ⅹ
사출특성 ○ ○ ◎ ◎ ◎ ○ △ △ Ⅹ
탈지특성 ◎ ◎ ◎ ◎ ◎ ◎ ○ Ⅹ Ⅹ
소결특성 ○ ◎ ◎ ○ ○ ◎ ○ △ △
품질검사 ○ ◎ ◎ ○ ○ ○ ○ ○ Ⅹ
※ 특성평가방법
1) 혼련특성: 유동특성확인 (Rheological behavior, Viscosity)
2) 사출특성: 사출체 외관검사, X-ray 내부비파괴검사
3) 탈지특성: 탈지체 외관검사, X-ray 내부비파괴검사
4) 소결특성: 밀도측정
5) 품질검사: 소결체 경도, X-ray 내부비파괴검사
※ 표시방법 : 아주좋음 - ◎, 좋음 - ○, 보통 - △, 불량 - Ⅹ
표 5~8로부터 실시예 1~24는 혼련특성, 사출특성, 탈지특성, 소결특성 및 품질이 보통~아주 우수하였으나, 고점도 폴리옥시메틸렌 중합체만 사용한 비교예 1, 4, 7, 10은 혼련특성이 불량이었고, 저점도 폴리옥시메틸렌 중합체만 사용한 비교예 2, 5, 8, 11은 탈지특성이 불량이었으며, 분말형 무기물질 및 폴리옥시메틸렌 중합체의 함량이 낮은 비교예 3, 6, 9, 12는 혼련, 사출 및 탈지특성이 불량이고, 이로 인하여 품질도 불량인 것을 알 수 있었다.
이상으로 본 발명 내용의 특정한 부분을 상세히 기술하였는 바, 당업계의 통상의 지식을 가진 자에게 있어서 이러한 구체적 기술은 단지 바람직한 실시 양태일 뿐이며, 이에 의해 본 발명의 범위가 제한되는 것이 아닌 점은 명백할 것이다. 따라서, 본 발명의 실질적인 범위는 첨부된 청구항들과 그것들의 등가물에 의하여 정의된다고 할 것이다.

Claims (10)

  1. 고점도 폴리옥시메틸렌 중합체 10 내지 50중량% 및 저점도 폴리옥시메틸렌 중합체 50 내지 90중량%를 포함하는 금속분말 사출 성형용 결합제 조성물.
  2. 제1항에 있어서, 상기 고점도 폴리옥시메틸렌 중합체는 ASTM D1238 규격에 의거하여 온도 190℃ 2.16kg 하중으로 측정하였을 때 용융흐름지수가 1 내지 10g/10min 이고, 상기 저점도 폴리옥시메틸렌 중합체는 ASTM D1238 규격에 의거하여 온도 190℃ 2.16kg 하중으로 측정하였을 때 용융흐름지수가 40 내지 300g/10min 인 것을 특징으로 하는 금속분말 사출 성형용 결합제 조성물.
  3. 제1항에 있어서, 상기 고점도 또는 저점도 폴리옥시메틸렌 중합체는 (a) 반복 단위로서 옥시메틸렌 -(OCH2)n- 기를 포함하고, (b) 양 말단이 에스테르 또는 에테르기에 의해 봉쇄된 옥시메틸렌 단독중합체이거나, 옥시메틸렌 모노머 단위로 이루어진 폴리머쇄 중에 탄소수 2~10의 옥시알킬렌 단위가 랜덤하게 삽입되고, (c) 중합체의 양 말단이 에스테르 또는 에테르기에 의해 봉쇄된 옥시메틸렌계 공중합체, 또는 삼원공중합체 인 것을 특징으로 하는 금속분말 사출 성형용 결합제 조성물.
  4. 제1항 내지 제3항중 어느 한 항의 금속분말 사출 성형용 결합제 조성물을 포함하는 금속분말 사출 성형용 피드스탁 조성물.
  5. 제4항에 있어서, 상기 금속분말 사출 성형용 피드스탁 조성물은
    (a) 제1항 내지 제3항중 어느 한 항의 금속분말 사출 성형용 결합제 조성물; 및
    (b) 금속, 금속 합금, 금속 카보닐, 금속 옥사이드, 금속 카바이드, 금속 나이트라이드 및 이들의 혼합물로 구성된 군으로부터 선택된 소결 가능한 분말형 무기 물질을 포함하는 것을 특징으로 하는 금속분말 사출 성형용 피드스탁 조성물.
  6. 제5항에 있어서, 상기 분말형 무기 물질의 평균입도는 1 내지 20㎛인 것을 특징으로 금속분말 사출 성형용 피드스탁 조성물.
  7. 제5항에 있어서, 상기 금속분말 사출 성형용 결합제 조성물은 20 내지 80부피%, 상기 분말형 무기 물질은 20 내지 80부피% 포함되는 것을 특징으로 하는 금속분말 사출 성형용 피드스탁 조성물.
  8. 제5항에 있어서, 상기 금속분말 사출 성형용 피드스탁 조성물은 윤활제 및 분산제로 구성된 군에서 선택되는 첨가제를 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 금속분말 사출 성형용 피드스탁 조성물.
  9. 제4항의 금속분말 사출 성형용 피드스탁 조성물을 사출 성형하여 그린 파트를 얻는 단계; 상기 그린 파트로부터 금속분말 사출 성형용 결합제를 제거하여 브라운 파트를 얻는 단계; 및 상기 브라운 파트를 소결시켜 금속제품을 제조하는 단계를 포함하는 금속 사출 성형방법.
  10. 제9항에 있어서, 상기 금속분말 사출 성형용 결합제의 제거는 산 분위기의 50 내지 140℃에서 0.1 내지 30시간 동안 수행되는 것을 특징으로 하는 금속 사출 성형방법.
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