JPS62241863A - 射出成形用材料 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ［発明の目的］ （産業上の利用分野） この発明は、射出成形用材料に関するもので、さらに詳
細には金属粉末および／またはセラミックス粉末を所望
の製品形状に成形するのに適用される射出成形用材料に
関するものである。

（従来の技術） 従来、金属粉末やセラミックス粉末を焼結する場合、こ
れらの粉末にバインダを加えて所定形状に成形したのち
焼結するが、その成形を射出成形によって行うことが考
えられている。この場合、金属粉末やセラミックス粉末
と、樹脂、ろうを主成分とする有機物とを混合し、前記
有機物の熱流動性を利用することによって所望の形状に
射出成形することが行われてきた。ここで得られた射出
成形体は、その形状を保持したまま比較的低温で加熱さ
れることによって有機物が分解・除去され、金属あるい
はセラミックスよりなる成形体に変えられる（これを脱
脂工程と称する。）、この脱脂工程を終えた成形体は、
本焼成により強度の高い最終製品となる。

上記の射出成形法は、本来はプラスチックス製品の成形
に使用されてきた方法であるが、複雑形状および高精度
の成形が可能であり、自動機による大量生産が可能であ
るとともに、成形後の後加工を必要としないなどのすぐ
れた特徴を持っているため、工業用セラミックス製の構
造部材や電子部品等の成形への採用が検討されるように
なってきている。

従来、セラミックス製品の射出成形用材料に用いられる
有機物としていくつかの熱硬化性樹脂および熱可塑性樹
脂が検討されているが、熱硬化性樹脂では流動性、成形
性の面で良い結果が得られていない。一方、熱可塑性樹
脂としては、ポリスチレン、ポリエチレン、エチレン酢
酸ビニル共重合体などがセラミックス材料の射出成形用
バインダとして良く知られており、この他に例えば特公
昭５１−２９１７０号公報には、セラミックス粉末と、
アタクチックポリプロピレンを主成分とした有機物との
混合物を射出成形することによって、肉厚５ｍｍ程度の
成形体を得ることが開示されている。

しかしながら金属粉末やセラミックス粉末の射出成形は
、できるだけ少量の有機物バインダの添加によって、複
雑形状２ｇ肉肉厚厚肉成形体を。

残留応力、ウェルドマーク、内部欠陥を生じることなく
成形することを必要としているから、有機物バインダは
極めて高い流動性を有していなければならない、ここに
おいて、有機物バインダとして熱可塑性樹脂のみを用い
るのでは流動性が不足であり、流動性を確保するために
は、ろう、脂肪族アミド、脂肪酸もしくはそのエステル
、脂肪族アルコール、フタル酸エステル、脂肪族ポリエ
ーテルの中から選ばれた１種または２種以上の加工助剤
を有機物バインダ中に２０〜８０重量％添加するのが適
当である。

さらにセラミックス粉末に対して熱可塑性樹脂のみを有
機物バインダとして用いた射出成形用材料を用いて肉厚
の大きな成形体を射出成形した場合には、単に成形でき
るだけでは不モ分で成形後の脱脂工程において成形体に
膨れや亀裂が発生しないようにすることが必要であり、
このような有機物バインダでは肉厚の大きな成形体の脱
脂が困難であるという問題を有している。すなわち、脱
脂工程において成形体に含まれる有機物バインダが熱分
解してガス化するのであるが、肉厚が小さいときには分
解ガスが成形体内部から容易に移動して除去されるが、
肉厚が大きいときには成形体内部で発生した分割ガスは
表面に移動することが難しくなり、成形体内に分解ガス
がたまることとなって成形体表面に膨れや亀裂が発生す
る。また、このような膨れや亀裂の発生する温度範囲は
２００℃ないし３００℃であることが多い、これは熱可
塑性樹脂が熱分解を開始する２００℃ないし２５０℃の
温度範囲においても溶融した熱可塑性樹脂によって成形
体の表面が軟化しており、分解ガスの放散が妨げられる
ためと推定される。

これを防ぐために、２５０℃以下、好ましくは２００℃
以下の温度で分解し、成形体内に気孔を形成せしめるよ
うな比較的低分子の化合物を添加するのが良い方法であ
る。このような気孔形成剤としては、前記加工助剤と同
様に、ろう、脂肪族アミド、脂肪酸もしくはそのエステ
ル、脂肪族アルコール、フタル酸エステル、脂肪族ボリ
エーテＩＩ／（１１ｄｉｆｒｚｇ１五１１４１÷９猛１
＝Ｉｌ−ｎ）Ｌｔｒｓａ＜：９！ｌ→−）する、すなわ
ち、この加工助剤兼気孔形成剤は。

セラミックスの射出成形用材料、特に肉厚の大きな成形
体を得るための射出成形用材料における有機物バインダ
の構成成分として極めて重要なものである。

本発明者らは、先に特願昭５７−１０６６７６号におい
て、このような加工助剤兼気孔形成剤として、ろうが極
めて有効であることを提案した。

しかしながら、加工助剤兼気孔形成剤は一般に分子量が
４，０００以下の比較的低分子量であり、加えて分子量
分布が小さいので、それのみをもって有機物バインダと
した場合には成形が困難であり、また、成形体の強度が
弱いだけでなく。脱脂工程においても変形拳曲がりを生
じやすい、そこで、本発明者らはさらにこの問題を解決
するために、有機物バインダの構成成分として分子量５
．０００以上の熱可塑性樹脂を添加することによって解
決しようと試みた。

しかしながら、熱可塑性樹脂として従来用いられている
ポリスチレン、ポリエチレン、エチレン酢酸ビニル共重
合体を使用した場合には、それぞれいくつかの問題点を
有している。すなわち、ポリスチレンは流動性が不十分
である場合が多く。

これに対してろうを加工助剤として用いようとする場合
は相溶性が悪いため添加量が極めて制限される。また、
ポリエチレンは結晶性であるため成形収縮が大きく、特
に肉厚の大きな成形体を成形する場合は内部収縮により
亀裂や残留応力が発生するだけでなく、有用な加工助剤
兼気孔形成剤であるフタル酸エステルとの相溶性が悪い
という欠点を有している。さらに、エチレン酢酸ビニル
共重合体は流動性も良く、多くの加工助剤兼気孔形成剤
との相溶性も良好であり、更に結晶性も低いという長所
を有するが、耐熱性が悪いという欠点を有している。す
なわち、加工助剤兼気孔形成剤は１００℃〜２２０℃で
成形体からの溶出１分解、蒸発等を起しながら気孔を形
成していくのであるから、成形体とくにその表面部には
大きな変化がともない、変形や亀裂が発生しやすい、熱
可塑性樹脂はこのような変化に対して成形体の形状を保
持し、亀裂を発生させないような耐熱性を有しなければ
ならない、ところが、エチレン−酢酸ビニル共重合体は
１００°Ｃ以上での成形体保持力が弱いばかりでなく、
２００℃近くになるとそれ自身熱分解して酢酸ガスを発
生する場合が多いため、変形や亀裂を発生しやすいとい
う問題点かあ゛った。

そこで１本発明者らは、このような熱可塑性樹脂として
エチレン−エチルアクリレートが極めて有効であること
を提案した（特開昭５９−１２１１５１号）。

（発明が解決しようとする問題点） しかしながら、８可塑性樹脂は一般に分子量がｓ　、ｏ
ｏｏ以上と比較的高分子量であり、溶融粘度が高いため
、有機物バインダとして添加量を多くした場合には脱脂
工程において膨れや亀裂を生じることがある。そして、
この傾向は成形体の肉厚に比例して顕著となり、特にガ
スタービンロータ等の厚肉、複雑形状の製品を脱脂する
際には膨れや亀裂を発生させることがありうるという問
題点があった。

（発明の目的） この発明は、このような問題点を解決するためになされ
たもので、有機物バインダの構成成分中の熱可塑性樹脂
添加量を低減することにより脱脂時に発生する膨れや亀
裂を防止すると同時に、加工助剤兼気孔形成剤の組−を
検討することにより成形体強度が確保できかつ脱脂工程
での変形や曲がりの発生を防止することができる射出成
形用材料を提供することを目的としている。

［発明の構成］ （問題点を解決するための手段） この発明による射出成形用材料は、金属粉末およびセラ
ミックス粉末の１種または２種以上よりなる焼結用粉末
４５〜６２体績％と、有機物バインダ３５〜５５体積％
とを含み、前記有機物バインダが、２〜３０重量％のエ
チレン−エチルアクリレート共重合体および／またはエ
チレン−酢酸ビニル共重合体からなる熱可塑性樹脂成分
と。

すＡ＋０Ａｆｒト、乞！、０１／Ｆ％＋ｅＱＭ＋−ｔ１
７−、＃９しＣ−５０重量％の酸化ワックスを含み、残
部が２０重量％以下の有機物であることを特徴としてい
る。

以下、この発明をさらに詳細に説明する。

この発明において使用される金属粉末としては、金属け
い素粉末、高速度鋼等の鉄または鉄合金粉末、チタン系
、タングステン系、ポロン系等の超合金粉末、磁性材料
粉末などの各種金属粉末などがあり、また、セラミック
ス粉末としては。

窒化けい素粉末、炭化けい素粉末、アルミナ粉末、ジル
コニア粉末、サイアロン粉末（窒化けい素−アルミナ系
）などの各種セラミックス粉末がある。また、金属粉末
とセラミックス粉末とを混合したサーメット粉末として
使用することもでき、必要に応じてこれらの各種金属お
よびセラミックス粉末の１種または２挿具りを適宜混合
して用いることもできる。また、金属繊維、セラミック
ス繊維のうち短繊維であって、有機物バインダと混合す
ることによって射出成形可能なものも未発明の範囲に含
まれる。これらの粉末には素材である粉末のほか、焼結
助剤、成形助剤、物性向上のための他の助剤等を適宜あ
らかじめ添加しておくこともできる。

この発明に用いられるエチレン−エチルアクリレート共
重合体およびエチレン−酢酸ビニル共重合体は、エチル
アクリレートおよび酢酸ビニルの共重合比率および分子
量によってその性質が変化する。この発明においてはエ
チルアクリレートおよび酢酸ビニルの共重合比率が３〜
５０％のものを用いるのがより好ましい、すなわち、共
重合比率が小さく、例えば３％未満のものは共重合体と
しての特性が弱くなり、ポリエチレンに近くなるので、
この発明における有用な加工助剤兼気孔形成剤であるフ
タル酸エステルとの相溶性が悪くなるほか流動性も低下
する傾向がある。従って、共重合比率が３％以上、より
好ましくは５％以上のものを用いるのがよい、また反対
に共重合比率が大きく、例えば５０％超過では、成形体
の引張強度および剛性が小さくなるほか、成形体の硬度
が高く、脱脂が困難になる傾向があるので、共重合比率
は５０％以下、より好ましくは４０％以下のものを用い
るのが良い、さらに、この発明で用いるエチレン−エチ
ルアクリレート共重合体およびエチレン−酢酸ビニル共
重合体の数平均分子量は５．０００以上１００，０００
以下のものがより好ましい、これは、５，０００未満で
あれば成形体強度が十分に得られないほか、脱脂工程中
に加工助剤兼気孔形成剤の溶融９分解、蒸発が激しくな
る温度すなわち１００℃〜２２０℃の温度範囲において
、成形体の強度を十分に保てず変形しやすくなるからで
ある。また反対に数平均分子量が１００．０００を超え
ると流動性が悪くなるばかりか、脱脂が困難になるとい
う問題点を生ずるからである。したがって、この発明で
用いるエチレン−エチルアクリレート共重合体およびエ
チレン−酢酸ビニル共重合体は、エチルアクリレートお
よび酢酸ビニルの共重合比率が３〜５０％、更に好まし
くは５〜４０％であり、数平均分子μが５．０００以上
１００．０００以下のものを用いるのがより望ましい。

この発明において用いられるパラフィンワックスは、融
点が４７℃〜６９℃のものがあげられ。

これらの融点のものの１種または２種以上を適宜選択し
て使用することができる。

また、この発明において用いられる酸化ワックスとして
は、酸化パラフィンワックス、酸化ワックスエステル、
酸化ペトロラタム、酸化マイクロクリスタリンワックス
などがあげられる。これらの酸化ワックスの分子量は、
厚肉形状の成形体内部から表面に移動して気孔を形成す
る効果を保持させるため、数平均分子量で２，０００以
下、より好ましくはｉ、ｏｏｏ以下が良い。

また、パラフィンワックスおよび酸化ワックスとともに
用いられる加工助剤兼気孔形成剤としては、脂肪族アミ
ド、脂肪酸もしくはそのエステル、脂肪族アルコール、
脂肪族ポリエーテル、フタル酸エステルがあげられる。

これらのうち、脂肪族アミドとしては、ステアリン酸ア
ミド、オレイン酸アミド等炭素数４〜３０の飽和もしく
は不飽和脂肪族アミドを用いるのが適当である。また、
脂肪酸としては、ステアリン酸、オレイン酸等の炭素数
４〜３０の合成脂肪酸のほか、椰子油脂肪酸、イワシ酸
、菜種脂肪酸等の天然脂肪酸も用いることができる。ま
た、脂肪族アルコールとしては、ステアリンアルコール
、オレインアルコール等の合成高級アルコールのほか、
セチルアルコール、カルナラビルアルコール等の天然の
高級アルコールも用いることができる。また、脂肪酸エ
ステルとしては、ステアリン酸ブチル、オレイルオレー
ト、ステアリン酸モノグリセリド、椰子油脂肪酸メチル
、ソルビタンエステルを用いるのが良い、また、脂肪族
ポリエーテルとしては、ポリオキシエチレンオレイルエ
ーテル、ポリオキシエチレンステアリルエーテル等が好
ましく用いられる。また、フタル酸エステルとし−ては
、ジエチルフタレート、ジブチルフタレート、ジオクチ
ルフタレートが好ましく用いられる。

（実施例） 以下、この発明の実施例について比較例と共に説明する
。

この実施例におけるエチレン−エチルアクリレート共重
合体（以下、表ではｒＥＥＡＪとする。）としては１日
本ユニカー（株）製のものを用いた。第１表にその物性
値を示す。

また、この実施例におけるエチレン−酢Ｍビニル共重合
体（以下、表ではｒＥＶＡＪとする。）としては、東洋
曹達（株）製のものを用いた。第２表にその物性値を示
す。

さらに、この実施例におけるパラフィンワックス（以下
、表ではｒＰｗａｘＪとする。）としては日木精＠（株
）製のものを用いた。第３表にその物性値を示す。

さらにまた、この実施例における酸化ワックス（以下、
表ではｒ　Ｏｘ　Ｗ　ａ　Ｘ　Ｊとする。）としては口
木精蝋（株）！！ＩＪのものを用いた。第４表にその物
性値を示す。

また、そのほかの添加バインダとしてはジブチルフタレ
ート（以下１表ではｒＤＢＰＪとする。）、ジオクチル
フタレート（以下１表ではｒＤＯＰＪ　とする。）、ジ
エチルフタレート（以下、表ではｒＤＥＰＪ　とする、
）、ソルビタンモノラウレート（以下、表では「ｓＭＬ
」とする、）、ソルビタントリオレート（以下、表では
ｒｓＴＯＪとする。）の中から２種以北を選んだ。

／゛ 〈実施例１〉 この実施例１において、焼結用粉末としては、Ｓｉ３Ｎ
４：９０重量％、Ｙ２０３　：　６重量％。

Ａ交２０３　：４重量％の混合粉末（以下１表では「粉
末Ａ」とする、）を選んだ。

そこで、エチレン−エチルアクリレート共重合体（Ｅ　
Ｅ　Ａ）としては、第１表からＥＥＡ−Ａを選び、パラ
フィンワックス（Ｐｗａｘ）としては第３表からＰｗａ
ｘ−Ａを選び、酸化ワックス（ＯｘＷａｘ）としては第
４表よりＯｘ　Ｗ　ａ　ｘ　−Ａを選び、そのほかジブ
チルフタレート（ＤＢＰ）およびソルビタンモノラウレ
ート（ＳＭＬ）を選んだ。

そして、重量比で、焼結用粉末Ａ：８２．エチレンーエ
チルアクリレート共重合体（Ｅ　Ｅ　Ａ　−Ａ）：１．
パラフィンワックス（Ｐｗａｘ−Ａ）ニア、酸化ワック
ス（ＯｘＷａｘ−Ａ）：　７　、ジブチルフタレート（
ＤＢＰ）：　２　、ソルビタンモノラウレート（ＳＭＬ
）：　ｌの割合にしてこれらをニーダを使用して１２０
°Ｃで３０分間混合し、冷却後直径３ｍｍ程度の射出、
成形用材料とした。

次いで、上記射出成形用材料の成形に際しては、プラン
ジャー型の射出成形機を使用し、１６０℃の加熱筒温度
にしかつ金型を４０℃に保持し、８００ｋｇｆ／ｃｍ２
ｃ７）圧力で第１図に示す寸法ｄｎが３種の成形体１を
それぞれ１０個ずつ成形した。なお、第１図に示す成形
体１におけるｄｎ（Ｆ）寸法は、　ｄ　１　＝　ｌ　Ｏ
ｍｍ　、　ｄ２＝２０ｍｍ、ｄ３　＝４０ｍｍ、ｈ＝５
０ｍｍである。

この射出成形後において、各成形体１の表面を調べたと
ころ、すべてにウェルドマークや亀裂等の欠陥は認めら
れなかった。

次に、上記各射出成形体１に対し、５℃／　ｈ　ｒの昇
温速度で４５０℃迄加熱して脱脂処理を行い、脱脂後の
成形体１の表面を調べたところ、膨れや亀裂の発生は全
く見られず、脱脂歩留りは第５表の実施例１の欄に示す
とおり８０〜１００％であった。ここで脱脂歩留りとは
、脱脂工程において欠陥の発生しなかった場合を示す。

〈実施例２〉 この実施例２においては、焼結用粉末として、ＳｉＣ：
９７重量％、８４Ｃ：３重量％の混合粉末（以下、表で
は「粉末Ｂ」とする、）を選び。

パラフィンワックス（Ｐｗａｘ）としては第３表からＰ
ｗａｘ−Ｃを選んだほかは、実施例１と全く同様な材料
組成でかつ同様な製造工程とし、この工程を経て得られ
た脱脂体の脱脂歩留りは第５表の実施例２の欄に示すと
おり８０〜１００％で〈実施例３〜１１．比較例１〜５
〉 この実施例３〜１１および比較例１〜５では、射出成形
用材料の成分組み合わせおよび構成部数を第５表に示す
ように変化させて、実施例１と同様に、混練、成形、脱
脂を行った。その結果を同じく第５表に示す。

第５表の中で実施例３〜１１はこの発明の範囲内であり
、比較例１〜５はこの発明の範囲外である。また、第５
表中の実施例１Ｏにおける熱可塑性樹脂成分はエチレン
−エチルアクリレート共重合体（ＥＥＡ）以外のもので
あり、比較例３におけるＬＤＰＥは低密度ポリエチレン
である。

第５表に示すように、この発明の範囲外のものはそれぞ
れ問題点を有している。すなわち比較例１は焼結用粉末
の含有量が４３体績％であるため脱脂中に変形を生じて
いる０反対に比較例２は焼結用粉末の含有量が６４体績
％であるために焼結用粉末と有機物バインダとの均一な
混合が困難となり、流動性が低下し、成形性が悪い、ま
た、比較例３は熱可塑性樹脂として低密度ポリエチレン
（ＬＤＰＥ）を用いているが、ジブチルフタレート（Ｄ
ＢＰ）との相溶性が悪く、成形体にウェルドマークが見
られ、脱脂歩留りも悪い。

また、比較例４は酸化ワックス（ＯｘＷａｘ）を添加し
ない場合であるが、パラフィンワックス（Ｐｗａｘ）の
融点具りで粘度が大きく変化するため成形性が悪く、脱
脂中に一部変形して脱脂歩留りが悪い、さらに、比較例
５はパラフィンワックス（Ｐｗａｘ）を添加しない場合
であるが、成形体にウェルドマークが見られ、脱脂歩留
りも悪い。

−これに対してこの発明の範囲内にある実施例３〜１１
は、前記実施例１．２と共に、成形性。

脱脂中の変形、脱脂歩留り共に良好な結果を示している
。

なお、上記実施例ではセラミックス粉末について実施し
た結果を示したが、金属粉末および金１ヱ粉末とセラミ
ックス粉末とを混合したサーメット粉末についても実施
した結果、従来の場合よりも脱脂後の成形体の歩留りを
かなり向上できることがわかった。

［発明の効果］ 以上説明してきたように、この発明の射出成形用材料に
よれば、金属粉末およびセラミックス粉末の１種または
２種以上よりなる焼結用粉末４５〜６２体積％と、有機
物バインダ３５〜５５体積％とを含み、前記有機物バイ
ンダが、２〜３０重量％のエチレン−エチルアクリレー
ト共重合体および／またはエチレン−酢酸ビニル共重合
体からなる熱可塑性樹脂成分と、３０〜８０重量％のパ
ラフィンワックスと、５〜５０ｉ量％の酸化ワックスを
含み、残部が２０重量％以下の有機物であ。

るようにしたから、射出成形体がたとえ厚肉複雑形状の
ものであっても、脱脂処理後の成形体に膨れや亀裂等の
欠陥が発生するのを防止することができ、脱脂歩留りの
向上をはかることが可能であって、射出成形による粉末
成形の利点を金属粉末やセラミックス粉末の成形にも七
分適用することができるようになるという著大なる効果
を奏する。

【図面の簡単な説明】

第１図（ａ）（ｂ）はこの発明の実施例および比較例に
おいて射出成形した成形体の形状を示す各々平面説明図
および正面図説明図である。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）金属粉末およびセラミックス粉末の１種または２
   種以上よりなる焼結用粉末４５〜６２体積％と、有機物
   バインダ３５〜５５体積％とを含み、前記有機物バイン
   ダが、２〜３０重量％のエチレン−エチルアクリレート
   共重合体および／またはエチレン−酢酸ビニル共重合体
   からなる熱可塑性樹脂成分と、３０〜８０重量％のパラ
   フィンワックスと、５〜５０重量％の酸化ワックスを含
   み、残部が２０重量％以下の有機物であることを特徴と
   する射出成形用材料。