KR100422743B1

KR100422743B1 - 분체의주입성형방법및주입성형에사용되는주입성형형및주입성형형에사용되는연속기공다공체의제조방법

Info

Publication number: KR100422743B1
Application number: KR10-1998-0701582A
Authority: KR
Inventors: 아키오 마츠모토; 다케시 사토; 요시후미 미스미; 아키라 히라야마; 카츠히로 하세베; 요시노리 야마시타
Original assignee: 도토기키 가부시키가이샤
Priority date: 1995-08-26
Filing date: 1996-08-26
Publication date: 2004-06-26
Anticipated expiration: 2016-08-26
Also published as: CN1070409C; TW356444B; JP3704714B2; CN1200064A; KR19990044341A; US6866803B1; US6165398A; WO1997007948A1

Abstract

자기흡수성을 지니고, 실질적으로 내수성을 갖는 흡수층을 구비한 주입성형 형에 있어서, 그 흡수층의 포수율을 제어한 그 주입성형 형을 사용하고, 주로 모관 흡인력을 착육 구동력으로 하는 주입성형을 실현하였다. 또한, 그 흡수층에 사용할 수 있는 연속 기공 다공체를, 1분자 중에 1개의 에폭시 고리를 갖는 에폭시 화합물과 그 에폭시 화합물과 반응하여 이것을 경화시키는 경화제와 자기흡수성 및 이형성을 발현시키는 충전제와 물을 포함하는 혼합물을 교반하여, O/W형의 에멀션 슬러리를 얻고, 이것을 함수 상태에서 경화시킴으로써 제조하였다.

Description

분체의 주입성형 방법 및 주입성형에 사용되는 주입성형 형 및 주입성형 형에 사용되는 연속 기공 다공체의 제조 방법

종래, 분체 주입성형 형에는 주로 석고가 사용되었다. 이 이유로서는, 가격이 저렴하다는 것이나 조형(造型)이 간단하다는 것 등의 다양한 이유가 있으나, 주입성형 형으로서 이하의 2가지 우수한 물성을 겸비하고 있다는 것이 최대의 이유이었다.

① 자기(自己)흡수성이 있는 것.(또한, 주입성형에 사용되는 이장(泥裝)에는 물이 아닌 유기 용매를 사용하는 것도 있으므로, 본 발명에서 말하는 물이란, 유기 용매도 포함하는 것으로 한다. 따라서, 흡수성이란 유기 용매를 흡수하는 것을 포함하는 것으로 한다.)

② 이형성(離型性)이 뛰어난 것.

주입성형에서의 착육(着肉) 공정이란, 이장(泥裝) 내의 수분을 다공질의 형(型)에 흡수시키는 것이나, 이 물을 흡수하는 구동력은 성형면과 착육면(着肉面)(이장이 착육한 부분과 착육하지 않은 부분의 경계면)의 압력 차이다. 이 압력 차를 발현시키는 수단으로서는, 형 그 자체에 기인하는 모관(毛管) 흡인력과, 이장의 중력 헤드(head)압, 이장을 직접 가압할 때의 가압력, 형을 진공흡인할 때의 흡인력 등의 형 또는 이장에 대한 외압에 의하는 것의 2가지로 크게 구분할 수 있다. 석고에 의한 주입성형 형의 제1 이점(利點)인 자기흡수성이란, 모관 흡인력에 기인하는 것으로, 외압을 가하지 않아도 착육 공정을 행할 수 있다.

또한, 주입성형에서는, 성형체를 형으로부터 떼어내는 이형(離型) 공정이 중요하고, 원활하게 이형시키지 않으면, 성형체는 유연하기 때문에 변형하게 된다. 석고에 의한 주입성형 형이 우수한 이형성을 가지는 이유는, 석고는 내수성(耐水性)이 뒤떨어져 표면이 조금씩 물에 용해하기 때문이다. 환언하면, 석고에 의한 주입성형 형의 이형성은 그의 성형면 표면을 성형체와 함께 박리시킴으로써 발현하고 있다.

이와 같이 석고에 의한 주입성형 형에는 자기흡수성과 우수한 이형성이라는 2가지 이점이 있으나, 이 이점은 반대로 생각하면 결점과도 연관되어 있다. 즉, 자기흡수성이 모관 흡인력에 기인하는 것이기 때문에, 착육 속도를 빠르게 하는 것이 불가능하여 생산성의 향상에는 한계가 있다. 또한, 이형성에 관해서는, 형의 성형면 표면을 용해시켜 발현하고 있기 때문에, 여러 차례의 성형을 반복하는 사이에 표면의 마모가 심해지고, 형의 수명(하나의 형으로 제작할 수 있는 제품 수)는 80∼150회 정도에 불과하다.

한편, 전술한 바와 같은 석고에 의한 주입성형 형의 약점을 극복하기 위해,내수성이 있는 수지에 의한 주입성형 형을 사용한 것이 있다. 이것은 착육 구동력을 이장(泥裝)에 직접 가압을 행함으로써 발현시키고 있기 때문에, 이장에 가하는 압력을 고압으로 함으로써 착육 속도를 빠르게 할 수 있다. 또한, 이형성은 석고에 비해 상당히 뒤떨어지기 때문에, 이형 시에는 형에 가압 에어(air)를 보내고(이하, 「형에 배압(背壓)을 가한다」라고 한다), 형과 성형체의 경계면에 형 내에 축적되는 물과 에어를 분출시킴으로써 성형체를 탈형(脫型)시키도록 하고 있다. 구체적으로는, 일본 특허공고 평2-15364호 공보와 같이 형 내에 에어(air) 홈을 형성하는 수법이나, 일본 특허공고 평2-15365호 공보와 같이 성형면을 구성하는 형재(型材)의 뒷면에 조다공질(祖多孔質) 층을 형성하는 수법이 있고, 이들 에어 홈이나 조다공질 층을 통하여 형과 성형체의 경계면에 물이나 에어를 공급한다. 그리고, 형 내에 에어 홈을 형성하는 수법으로서는, 일본 특허공고 평1-49803호, 일본특허공고 평2-17328호가 제안되어 있다.

가압 성형에 사용되는 수지형(樹指型)용의 다공체로서는, 에폭시계의 것, 아크릴계의 것, 불포화 폴리에스터계의 것 등 다양한 것이 있으나, 경화 시의 수축이나 발열이 적다는 등의 이유로 인해 에폭시계의 것이 널리 사용되고 있고, 일본 특허공고 소53-2464호, 일본 특허공고 소62-26657호, 일본 특허공고 평5-8936호, 일본 특허공고 평5-39972호, 일본 공개특허공고 평5-43733호, 일본 공개특허공고 평5-345835호 등에 개시된 연속 기공 다공체가 제안되어 있다. 또한, 전술한 가압 성형용의 내수성 형재(型材)로서는, 수지 이외에도 세라믹스, 금속 등의 다공체가 다수 제안되어 있다.

전술한 바와 같이, 가압 성형은 이장(泥裝)을 직접 가압하는 것에 의해, 석고 성형에 비해 비약적으로 빠른 착육 속도가 얻어져 생산성 향상에 기여한 것이나, 그 반면, 이장을 직접 가압하는 것은, 배관 구조, 형 구조, 형(주입성형 형의 주입 공간은 통상 다수의 형을 조합함으로써 형성된다)끼리를 조합하기 위한 프레스(press) 구조 등을 강고한 것으로 할 필요가 있고, 그의 설비에 요하는 비용이 막대하게 된다.

따라서, 석고형에 의한 주입성형과 같이 이장에 외압을 가하지 않는 것이 설비 비용이 들지 않으므로, 이러한 주입성형 형의 수명을 연장하기 위해 석고 대신에 내수성이 있는 형재를 사용하고, 석고형에 의한 주입성형과 마찬가지로 착육 구동력으로서는 주로 형재의 모관 흡인력을 이용하여 성형하는 수법이 경제적으로는 유리하게 된다.

그런데, 이 수법에는 큰 문제가 있다. 즉, 내수성이 있는 형재를 사용하기 때문에, 석고형과 같은 형재 그 자체에 기인하는 이형성은 바랄 수 없다. 따라서, 예를 들어, 일본 특허공고 평5-80324호에서는, 모관 흡인력에 기인하는 자기흡수성을 갖는 불포화 폴리에스터계 형재가 개시되어 있으나, 이형성 향상에 관해서는, 주입 전에 형 표면에 석고 스프레이를 뿌리는 방법이나 이형 시에 열선(熱線)이나 열기를 이용하는 방법이 기술되어 있을 뿐이며, 전자(前者)는 분진 발생이나 성형체 표면에 부착한 석고 가루를 제거하기 위해, 후자는 열선이나 열기를 발생시키기 위해, 각각 설비가 필요하기 때문에, 전술한 가압 성형과 비교하여 큰 차이가 없는 설비 비용이 들게 된다.

또한, 통상의 석고 대신에 수지가 포함된 석고나 비수용성 충전제를 포함하는 석고를 사용한 형재도 제안되어 있으나, 이들 특수 석고를 사용한 형재에서는 내수성을 통상의 석고에 비해 다소 향상시키고 있을 뿐이고, 따라서, 그 형의 수명은 석고보다 조금 긴 200~300회 정도에 불과하다.

전술한 형에 배압(背壓)을 가하여 이형시키는 방식의 큰 이점으로서, 연속 성형이 가능해진다는 것을 들 수 있다. 이것은 종래의 석고형에서는 불가능했던 것이다. 즉, 석고형에서는 형재의 모관 흡인력을 이용하여 이장 내의 수분을 흡인하여 착육을 실행시키기 때문에, 건조한 석고형을 이용하여 1∼3회 정도 연속적으로 성형하면, 모관의 내부가 흡인된 물로 가득 채워져서 모관 흡인력이 발현되지 않게 된다. 따라서, 석고형에는 하루에 1∼3회 성형한 후에는 야간에 건조 공정을 행하여, 형을 완전 건조에 가까운 상태로 한 후에 다음날 아침부터 성형을 행하였다. 따라서, 그의 생산성이 낮고, 건조에 필요한 에너지 비용도 막대하였다.

그래서, 만약 석고형을 대신하는 내수성 재료를 개발할 수 있다면, 이것을 형재로서 사용하고, 내수성이 있는 것에 기인하는 이형성이 좋지 않다는 결점을 형에 배압을 가하는 기구를 채용하여 형과 성형체 사이에 물이나 에어를 분출시켜 이형시키면, 이 방식에 의해 형이 성형 중에 흡입한 물을 방출할 수 있으므로, 모관 흡인력을 회복시킬 수 있어 연속 성형이 가능해질 것이다. 그러나, 그러한 재료를 개발할 수 있다 해도 다음과 같은 문제가 아직 남아 있다.

예를 들어, 모관 흡인력은 그 모관 내에 물이 가득 채워진 때에는 발현될 수 없기 때문에, 형에 배압을 가하여 탈수시키려고 할 때의 통기, 통수 저항이 문제가된다. 즉, 모관 흡인력이 크고 착육 속도가 높은 형은 그의 모관 지름이 작기 때문에 그 모관으로부터 물을 제거하는 것이 용이하지 않다.

또한, 이형(離型)을 행할 때 형에 배압을 가한 경우, 대량의 에어가 방출되면 성형체가 부서져 파손될 염려가 있기 때문에, 원활한 이형을 위해서는 형과 성형체 사이에 수막(水膜)을 형성할 필요가 있다. 가압 성형에서는 이 수막을 형성하는 것이 비교적 간단하다. 즉, 가압 성형의 성형 사이클에서는 형의 모관 흡인력이 필요 없기 때문에 형은 거의 포수(飽水) 상태로 사용되고, 이것은 탈형 시에 분출된 약간의 물보다 훨씬 많은 물을 착육 시에 흡인하는(따라서, 착육 시에는, 상당한 양의 물을 형의 외부로 방출할 필요가 있다) 것을 의미한다. 이것에 대하여 모관 흡인력을 주된 착육 구동력으로 하는 주입성형에 있어서는, 모관 흡인력을 발현시키기 위해 기공으로부터 물을 제거할 필요가 있고, 따라서, 수막이 매우 파괴되기 쉬운 조건으로 성형해야만 한다. 그리고, 이형 시에 배압을 가하는 기구를 설치하는 것은 석고 성형에 비해 많은 비용이 드는 요인이 되고 있다.

본 발명은, 무기, 유기, 금속 등의 각종 분체(粉體)의 주입성형(鐘成形) 방법, 그 주입성형에 사용되는 주입성형 형(型)(mold), 및 그 주입성형 형에 사용되는 연속 기공 다공체의 제조 방법에 관한 것이다.

도 1은 본 발명에 따른 연속 기공 다공체 층에 형성한 에어 홈의 배치도.

도 2는 본 발명에 따른 연속 기공 다공체 층의 뒷면에 에어 배관을 부착한 조다공질 층을 형성한 개략 설명도.

도 3은 본 발명에 따른 주입성형 방법에 있어서 몇 개의 연속하는 공정을 합친 블록도.

도 4는 본 발명에 따른 카세트식 주입성형 형에서 에어 홈을 연속 기공 다공체 층에 형성한 개략 설명도.

도 5는 본 발명에 따른 카세트식 주입성형 형의 에어 홈을 카세트 케이스에 형성한 개략 설명도.

도 6은 본 발명에 따른 주입성형 형의 내부 구조를 나타내는 설명도.

본 발명은 상술한 종래의 문제점을 해소하기 위해 안출된 것으로, 그의 목적은, 가압 성형 공정의 설비 비용을 들이지 않고, 주로 모관 흡인력을 착육 구동력으로 하는 주입성형에 있어서 착육성과 이형성이 뛰어난 성형 방법을 제공하는데 있다. 또한, 종래의 석고에 의한 주입성형 형보다 형의 수명이 길고, 생산성(착육성 및 이형성)이 뛰어난 주입성형 형재(型材) 및 그 주입성형 형재의 제조 방법을 제공하는데 있다.

본 발명의 상기 과제는, 자기흡수성을 가지며, 실질적으로 내수성을 갖는 흡수층을 구비한 주입성형 형을 사용하고, I) 흡수층의 포수율(飽水率)을 제어하는 공정, II) 주입성형 형 내에 이장(泥裝)을 주형(注型)하는 공정, III) a) 이장 헤드(head)압(壓), b) 흡수층에 가하는 진공흡인력, c) 이장에 가하는 0.3 Mpa 이하의 직접 가압 중에서 선택된 적어도 하나의 주입압(鑄壓), 바람직하게는, 상기 a) 또는 상기 a)와 상기 b)의 병용에 의한 주입압 하에 이장을 흡수층에 착육시키는 공정, IV) 착육한 성형체를 탈형(脫型)하는 공정의 각 공정을 이 순서로 행하는 것에 의해 달성될 수 있다.

또한, 상기 IV)의 공정 전에, ① 여분의 이장을 배출하는 공정, ② 착육한 성형체의 배니면(排泥面)의 함수율을 낮추어 경도(硬度)를 증가시키는 공정의 각 공정을 이 순서로 포함할 수도 있다.

또한, 본 발명자들은 상기 과제를 달성하기 위해 주입성형 형의 착육성과 이형성의 제어 방법에 관하여 상세하게 검토한 결과, 자기흡수성 및 이형성을 발현시키는 충전제를 이용하고, 이 충전제와 에폭시 화합물, 경화제, 물을 혼합함으로써 O/W형(연속 상(相)인 수상(水相) 중에 유상(油相)이 분산되어 있다)의 에멀션 슬러리(emulsion slurry)를 만들고, 이것을 불투수성(不透水性)의 형에 주입하고, 함수 상태에서 경화시킴으로써, 자기흡수성 및 이형성을 구비한 분체 주입성형 형에 사용되는 연속 기공 다공체의 제조 방법을 개발했다. 또한, 연속 기공 다공체를 흡수층으로서 사용하는 분체 주입성형 형을 개발했다.

이하에 본 발명의 실시형태를 첨부 도면 및 표에 의거하여 설명한다.

먼저, 분체 주입성형 방법에서 흡수층의 포수율(飽水率)(water saturation percentage)을 제어하는 공정에 대하여 설명한다.

표 1은, 에폭시계 수지형 시험편(試驗片)에 위생도기용 이장(泥裝)을 유입시켰을 때의 형(型) 포수율과, 착육(着肉) 속도 정수(deposition rate constant)(k), 성형체 함수율의 관계이다. 또한, 형 포수율이란, 형 기공(氣孔) 전부를 물로 가득 채웠을 때를 100%로 하여 나타내고 있다. 그리고, 착육 속도 정수(k)는 약 8 mm의 두께로 착육할 때까지 요구되는 시간(T)과 두께의 실측값(L)으로부터 k = L2/T의 식에 의해 계산된다. 또한, 성형체 함수율이란, 약 8 mm의 두께로 착육한 직후의건조기준 함수율이다.

표 1로부터 알 수 있는 바와 같이, 형 포수율이 30~80% 정도일 때 착육 속도 정수가 가장 크고, 석고 성형에서는 양호한 조건이 되고 있는 건조 상태에서 반대로 착육 속도 정수가 작은 것을 알 수 있다. 또한, 착육 속도와 마찬가지로 중요한 요소로서 성형체의 함수율을 들 수 있다. 이것은, 함수율이 작은 소지(素地) 일수록 탈형 시에 변형하기 어려우며, 탈형 후의 건조 수축도 작기 때문이다. 그리고, 이 의미에서도 형 포수율을 30∼80%로 제어하는 것이 바람직함을 알 수 있다.

이와 같이, 포수율이 제어된 형에 이장이 유입되고, 이어서, 착육 공정에 들어간다.

본 발명의 분체 주입성형 방법에서는, 형의 모관 흡인력을 주된 착육 구동력으로 하고 있다. 그러나, 주입압으로서 다른 힘을 이용해도 좋고, 예를 들어, 형에대한 유입을 위해서는 통상 이장의 헤드압을 이용하기 때문에, 그 헤드압을 그대로 주입압으로서 편리하게 이용할 수 있다.

또한, 통상의 석고형을 사용한 주입성형에서는, 석고는 강도가 작고, 또한 조금이라도 변형하면 크랙(crack)이 발생하기 때문에, 헤드(head) 높이는 0.4 m 정도가 상한이었다.(여기서 말하는 이장 헤드 높이란, 성형품의 최상부로부터 이장 상면(上面)까지의 거리를 가리키는 것으로 한다.)

이것에 대하여 본 발명에서는, 바람직한 실시형태로서, 보다 강도가 큰 수지형을 사용하기 때문에 헤드를 높일 수 있고, 바람직하게는 0.4 m 이상, 더 바람직하게는 0.6 m 이상으로 할 수 있다.

이 헤드 높이를 높게 하는 효과로서는, 우선 주입압으로서 작용시킴으로써 착육 속도를 크게 하는 것을 들 수 있으나, 실용에 적합한 헤드 높이에서는, 이것을 아무리 높게 하여도 형재의 모관 흡인력에 비하면 이장 헤드압은 작다. 헤드 높이를 높게 하는 최대의 장점은 성형체의 함수율을 작게 할 수 있다는 것이고, 이 효과는 석고 성형의 경우에 비하면 본 발명에서는 현저하게 나타난다.

또한, 후술하는 바와 같이 형재의 포수율 제어 또는 탈형 수단으로서 형에 대한 통기· 통수 기구를 이용하는 경우에는, 그 기구를 이용하여 형을 진공흡인하고, 이 진공흡인력을 주입압으로서 이용할 수도 있다. 그리고, 이 진공흡인에 대해서는, 착육 공정뿐만 아니라 이장 주형(注型) 공정 또는 후술하는 토체(土締)(compacting) 공정에 사용해도 좋고, 주형 공정에서 사용하는 경우 주입 공간의 에어가 빠져나가기 때문에 주형 속도가 빠르고, 성형품에 핀(pin)이 존재하기 어려워지며, 토체 공정에 사용하면 토체 속도가 빨라진다.

단, 착육 공정 중에 형을 진공흡인하는 경우에는, 사용하는 소지(素地)의 종류나 성형 조건에 따라서는 성형체의 표면에 탈형 시에 박리(剝離) 현상이 일어나는 경우가 있고, 특히 미립분(微粒分)이 많은 소지를 사용하는 경우에는 박리 현상이 일어나기 쉽다.

이 박리 현상의 발생을 방지하는 수단의 하나로서, 착육 공정 중의 진공흡인을 착육 시간 전체에 걸쳐 행하는 것이 아니라, 착육 종료에 가까운 시기부터는 진공흡인을 행하지 않는 수법을 들 수 있다. 이 수법을 채용하는 경우에는, 진공흡인을 착육 개시 시로부터 착육 시간의 80%가 경과할 때까지의 시간 중에서 선택된 시간에 가하는 것으로 하는 것이 바람직하다. 예를 들어, 착육 시간을 30분으로 하면, 진공흡인 시간은 착육 개시 시를 0분으로 하여, 0분에서 24분까지, 또는 0분에서 20분까지, 또는 2분에서 20분까지라는 식으로 선택할 수 있다. 또한, 박리 현상의 발생을 방지하는 또 하나의 수단으로서, 착육 공정 중의 진공흡인력을 착육 시간이 경과함에 따라 감소시켜 나가는 수법을 들 수 있다. 예를 들어, 착육 시간을 60분으로 하면, 착육 개시 시를 0분으로 하여, 0분에서 30분까지는 진공흡인력을 0.08 Mpa로, 30분에서 50분까지는 진공흡인력을 0.04 Mpa로, 50분에서 60분까지는 진공흡인력을 0.01 Mpa로 하는 식으로 진공흡인력을 감소시켜 나갈 수 있다.

또한, 상기 2가지의 수법을 조합할 수도 있고, 예를 들어, 착육 시간을 50분으로 하면, 착육 개시 시를 0분으로 하여, 0분에서 30분까지는 진공흡인력을 0.06 Mpa로, 30분에서 40분까지는 진공흡인력을 0.02 Mpa로, 40분에서 50분까지는 진공흡인하지 않는 식으로 진공흡인을 행하는 것도 가능하다.

또한, 본 발명에 있어서의 주입성형의 주입압으로서, 가압 성형과 마찬가지로 이장에 피스톤이나 펌프를 이용하여 직접 가압할 수도 있으나, 이 수법을 이용하는 경우에는, 형이나 성형기를 강고하게 만들어야 하므로 비용이 증가하기 때문에, 이장의 직접 가압은 행하지 않는 편이 바람직하고, 만약 실행할 경우 그 압력은 0.3 Mpa이하로 하는 것이 좋다.

성형체가 소정의 두께로 되기까지 착육한 후에 탈형 공정에 들어간다. 탈형에는, 형재로부터 성형체가 자연스럽게 이탈하는 자연 이형 방식과, 형에 배압을 가하여 형재와 성형체의 계면에 물이나 에어를 분출시키는 수막(水膜) 이형 방식이 있다. 자연 이형 방식에서는, 실질적으로 내수성을 유지하면서 자기(自己)이형성을 발현하는 형재를 사용할 필요가 있고, 이것에 대해서는 후술한다. 수막 이형 방식에 관해서는, 물이나 에어를 형재 표면으로부터 균일하게 분출시킬 필요가 있고, 특히 형재와 성형체의 계면에 수막을 만들지 않으면, 에어에 의해 성형체가 파괴되어 버린다. 전술한 주형(注型) 전의 형 포수율로서 바람직한 30~80%의 값은 이 수막 탈형을 원활하게 행하기 위해서도 적합한 값이다.(수막 탈형을 위해서는 포수율이 80% 이상, 예를 들어, 100%이어도 지장은 없으나, 이 경우는 착육 속도가 작아진다.)

또한, 주입성형에는, 성형체의 양측으로부터 형에 흡수시키는 고형(固形) 주입성형(2중 주입이라고도 하며, 이렇게 하여 형성된 성형체의 부분을 2중부라고 부른다)과, 성형체의 한쪽으로부터 형에 흡수시키고, 소정의 두께만을 착육시킨 후에여분의 이장을 배출하는 배니(排泥) 주입성형(1중 주입이라고도 하며, 이렇게 하여 형성된 성형체의 부분을 1중부라고 부른다)의 2 종류가 있고, 대부분의 위생도기와 같이 성형체 중에 1중부와 2중부 모두를 포함하는 것도 있다.

본 발명의 방법은 모든 성형 방법에 응용할 수 있으나, 배니 주입성형에 응용하기 위해서는 지금까지 설명한 공정에 추가하여, 착육 공정과 탈형 공정 사이에 여분의 이장을 배출하는 배니(排泥) 공정과 배니면(排泥面)의 함수율을 낮추어 경도를 증가시키는 토체(土締) 공정이 필요하게 된다.

배니 공정에서는, 주입 공간과 통하는 배니용 공기 구멍을 형에 형성해 두고, 그 공기 구멍을 통하여 가압 에어를 주입 공간으로 보내어 여분의 이장을 배출한다(이 배출구로서는 통상, 이장을 형 내에 유입시키는 유입구가 그대로 이용된다). 다음의 토체 공정에서는, 단지 방치하는 것만으로도 형재의 모관 흡인력에 의해 배니면의 수분이 성형체를 지나 형재로 이동하지만, 토체 시간을 단축시키기 위해서는 배니 공간 내에 가압 에어를 도입하는 것(이 가압 에어의 도입은 통상적으로는 배니용 공기 구멍을 통하여 행해진다)이 바람직하다.

이 토체 시의 에어압은 높으면 높을수록 배니면의 함수율이 낮아지는 속도가 빠르기 때문에 바람직하기는 하지만, 종래의 석고형을 사용한 경우에는 형이 파손되거나 성형체에 크랙이 발생하기 때문에, 이 토체 시의 에어압은 0.005 Mpa 정도가 가능한 상한이었다. 이것에 대하여 본 발명에서는, 종래의 석고형 성형과 탈형 기구가 다르며, 바람직한 실시형태로서 보다 강도가 큰 수지형을 이용하기 때문에, 토체압을 크게 할 수 있고, 바람직한 토체압은 0.005 Mpa-0.4 Mpa, 더 바람직하게는 0.007 Mpa∼0.1 Mpa이다.

또한, 토체 시의 수분 이동 구동력으로서는, 전술한 바와 같이 배니 공간에 도입한 가압 에어와 병용하여 형을 진공흡인할 수도 있다. 단, 토체 공정 중에 진공흡인하는 경우에는 사용하는 소지(素地)의 종류나 성형 조건에 따라서는 성형체의 표면에 탈형 시에 박리 현상이 일어나는 경우가 있고, 특히 미립분이 많은 소지를 사용하는 경우에는 박리 현상이 일어나기 쉽다.

이 박리 현상의 발생을 방지하는 수단의 하나로서, 토체 공정 중의 진공흡인을 토체 시간 전체에 걸쳐 계속적으로 행하는 것이 아니라, 토체 종료에 가까운 시기부터는 진공흡인을 행하지 않는 수법을 들 수 있다. 이 수법을 채용할 경우에는, 진공흡인을 토체 개시 시로부터 토체 시간의 80%가 경과할 때까지의 시간 중에서 선택된 시간에 가하는 것으로 하는 것이 바람직하다. 예를 들어, 토체 시간을 10분으로 하면, 진공흡인 시간은 토체 개시 시를 0분으로 하여, 0분에서 8분까지, 0분에서 5분까지, 2분에서 7분까지로 하는 식으로 선택할 수 있다.

또한, 박리 현상의 발생을 방지하는 또 하나의 수단으로서, 토체 공정 중의 진공흡인력을 토체 시간이 경과함에 따라 감소시켜 나가는 수법을 들 수 있다. 예를 들어, 토체 시간을 15분으로 하면, 착육 개시 시를 0분으로 하여, 0분에서 10분까지는 진공흡인력을 0.08 Mpa로, 10분에서 13분까지는 진공흡인력을 0.04 Mpa로, 13분에서 15분까지는 진공흡인력을 0.01 Mpa로 하는 식으로 진공흡인력을 감소시켜 나갈 수 있다.

또한, 상기 2가지 수법을 조합할 수도 있고, 예를 들어, 착육 시간을 20분으로 하면, 착육 개시 시를 0분으로 하여, 0분에서 10분까지는 진공흡인력을 0.06 Mpa로, 10분에서 15분까지는 진공흡인력을 0.02 Mpa로, 15분에서 20분까지는 진공 흡인하지 않는 식으로 진공흡인을 행하는 것도 가능하다.

또한, 형에 배압을 가하는 이형(離型) 방식을 채용하는 경우에는, 이형 종료시에는 물이나 에어가 성형면으로부터 배출된다. 그러므로, 이형 종료에 이어서 흡수층의 포수율을 제어하는 공정을 행하면, 공정 사이의 연결이 원활해지고, 반대로 이형 종료 시의 형 포수율이 적절한 유입 시의 형 포수율이 되도록 탈형 조건을 제어할 수도 있다.

이상, 본 발명의 성형 방법에 있어서의 각 공정의 개략에 대해 설명했으나, 다음에 흡수층의 포수율을 제어하는 수단에 대하여 설명한다.

전술한 바와 같이 유입 시의 흡수층의 바람직한 포수율은 30∼80%이기 때문에, 이 범위 내에 흡수층의 포수율이 들어가도록 조절하는 것이 바람직하다.

따라서, 예를 들어, 전회(前回)의 성형 중에 이장으로부터 흡수되는 수량(水量)이 흡수층의 체적에 비해 상당한 크기를 차지하는 경우에는, 이장 주형(注型) 전에 흡수층을 탈수할 필요가 있고, 반대로, 예를 들어, 배압 이형 시에 대량의 물을 형으로부터 방출할 경우에는, 이장 주형 전에 흡수층에 물을 주입할 필요가 있다.

이와 같이 흡수충의 포수율을 제어하는 수법에는, 물을 주입하여 에어를 방출하는 수법과 에어를 주입하여 물을 방출하는 수법이 있으나, 흡수층의 포수율이 목표보다 높을 경우에도 흡수층에 물을 주입하여 더욱 포수율을 높게 하고 나서,다음으로 에어를 주입하여 포수율을 목적 값까지 낮추는 경우도 있다. 이것은, 탈형 시의 흡수층의 함수율이 불균일한 경우, 균일한 착육 및 탈형 시의 수막 형성이 가능하지 않기 때문에 채용되는 수법으로서, 일단 물을 주입하여 함수율을 균일하게 만들고 나서, 다음으로 에어를 주입하여 목표로 하는 포수율까지 낮추는 것이다. 또한, 이 수법을 채용함으로써 성형면이나 후술하는 에어 홈의 세정 효과에 의해 형의 수명을 연장할 수 있는 경우도 있다.

단, 물 속에는 각종 이온 등의 불순물이 포함되어 있는 경우도 많고, 이 경우에 이 수법(흡수층의 포수율이 목적보다 높은 경우에도 흡수층에 물을 주입하여, 포수율을 한층 더 높이고 나서 다음으로 에어를 주입하여 목적하는 값까지 낮추는 수법)을 채용하는 것은, 형의 막힘(clogging)의 요인이 되기 때문에 바람직하지 않다.

이러한 경우에는, 형에 물을 주입하는 공정은 가능한 한 피해야 하고, 에어 홈을 세정하기 위해 정기적(예를 들어, 일주일에 1회 또는 한 달에 1회)으로 물을 주입해야만 할 경우에는, 각종 필터를 사용하여 불순물을 제거한 물을 주입하도록 한다.

다음에, 흡수층에 에어 또는 물을 주입하는 수단에 대해서 설명한다. 흡수층에 에어 또는 물을 주입하는 바람직한 수단은, 흡수층에 대한 통기 및 통수 수단을 마련하고, 그 통기 및 통수 수단을 통하여 형에 배압을 가하여 에어 또는 물을 주입하는 수법이다.

이와 같이, 흡수층에 대한 통기 및 통수 수단을 마련해 두는 것은, 포수율을제어할 때뿐만 아니라, 착육 시에 진공흡인하여 착육 속도를 크게 하거나, 탈형 시에 배압을 가하여 수막 탈형시키는 것에도 효과적이다.

흡수층에 대한 통기 및 통수 수단으로서는, 먼저 흡수층의 내부 또는 뒷면에 에어 홈을 형성하고, 그 에어 홈을 통하여 통기 또는 통수하는 수법을 들 수 있다. 도 1에 도시한 바와 같이, 에어 홈(10)은, 성형면(21)에 대하여 대략 평행하게 일정한 간격을 두어 배치하거나 성형면에 대하여 대략 수직으로 거의 일정한 간격을 두어 배치하는 등의 다양한 방법으로 흡수층 내에 배치함으로써, 배압을 가했을 때에 성형면으로부터 대략 균등하게 에어 또는 물이 분출하도록 할 필요가 있다. 또한, 각각의 에어 홈을 연결하여 1개 내지 여러 개의 간선(幹線) 에어 홈에 합친 후, 형의 외부로 연장하는 배관에 연결하여, 이 배관을 통하여 통기 또는 통수시킨다.

흡수층에 대한 통기 및 통수 수단으로서는, 도 2에 도시한 바와 같이, 흡수층의 뒷면에, 형의 외부로 연장하여 물 및 에어를 통과시키기 위한 배관(11)을 부착한 조다공질 층(22)을 형성하는 수법을 들 수 있다. 이 수법에 의하면, 에어 배관을 가압하면, 조다공질 층 내의 압력은 기공 지름이 크기 때문에 비교적 균일해지기 쉽고, 따라서, 성형면으로부터 비교적 균일하게 물 또는 에어를 분출시킬 수 있다. 또한, 에어 배관은 하나의 형에 1개이어도 좋고, 1개로 조다공질 층 내의 압력을 균일하게 만들기 어려울 경우에는 하나의 형에 여러 개를 설치할 수도 있으며, 이들 에어 배관은 형의 외부로 연장하여 통기 또는 통수시킨다.

다음에, 본 발명에서 사용되는 실질적으로 내수성을 갖는 흡수층에 대하여설명한다. 여기서 말하는 "내수성을 갖는"이란 석고형과 같이 표면의 용해에 의해 이형성을 발현시키는 기구의 형재를 사용하지 않는 것을 의미하며, 내수성이 있는 형재로서는 수지형, 금속형, 세라믹형 등을 들 수 있다. 예를 들어, 위생도기와 같은 복잡한 형상의 제품을 만들기 위한 형(型)으로서는, 형 소재(素材)의 유입에 의해 조형(造型)할 수 있는 것이 바람직하기 때문에, 수지형이 바람직하다. 수지형에는 에폭시제, 아크릴제, 불포화 폴리에스터제의 것 등을 생각할 수 있으나, 수지의 점성(粘性)이나 포트 라이프(pot life)의 길이 등을 고려하면 에폭시제의 것이 비교적 사용하기 쉽다.

흡수층의 자기흡수성은, 연속 기공 다공체인 형재의 모관 흡인력에 의해 발현시키는 것이고, 연속 기공 다공체를 얻기 위한 수법으로서는, 금속형, 세라믹형에서는 금속 분말, 세라믹 분말을 소결하여 소결된 입자의 틈 부분을 기공으로서 이용하는 수법 등이 있고, 수지형의 경우에는, 전술한 에폭시형을 예로 들면, 에폭시 수지(경화제 등도 포함한다)와 물과 충전제에 의해 O/W형(연속 상(相)인 수상 중에 유상이 분산되어 있다)의 에멀션 슬러리를 만들고, 경화 후에, 연속 상인 수상의 부분에서 기공을 형성시키는 등의 수법이 있다.

또한, 본 발명에 따른 성형 방법을 공업적인 생산 라인에 응용함에 있어서는, 각각의 공정에 특징적인 조작이 있고, 예를 들어, 흡수층의 포수율을 제어하는 공정이나 수막 탈형 공정에는 대량의 물이 형으로부터 방출될 가능성이 있고, 이장 주입이나 형의 진공흡인 등에는 전용(專用) 기기 등이 필요하다. 그래서, 공정 별로 전용 스테이션(station)을 마련하고, 물이 대량으로 방출되는 공정에서는 방출되는 물을 처리하는 설비를 마련하거나, 모든 형에 전용 기기를 설치하는 것이 아니고 그 공정의 스테이션에만 설치하는 수단을 채용함으로써, 설비비를 저렴하게 억제할 수 있는 경우가 있다. 단, 이 경우에는 형을 각각의 스테이션 사이를 이동시키는 반송(搬送) 장치가 필요하기 때문에, 이러한 형을 이동시키는 타입이 좋은지, 형을 고정시킨 타입이 좋은지는 경우에 따라 다르다.

또한, 형을 이동시키는 타입의 경우, 모든 공정을 상이한 스테이션에서 행할 필요는 없고, 도 3에 도시한 바와 같이 몇 개의 연속하는 공정을 합친 블록마다 스테이션을 설치할 수도 있다.

또한, 블록마다 스테이션을 설치하는 경우에는, 하나의 스테이션에서 다수의 형을 취급하는 방식을 채용하면 스테이션의 수를 적게 설정할 수 있는 장점이 있으나, 형 반송 장치가 복잡해지는 단점도 있다.

이 단점이 큰 경우에는, 하나의 스테이션에서는 1개의 형만을 취급하는 방식이 바람직하고, 이 방식에서는 주형(注型)· 착육(着肉)· (배니(排泥)· 토체(土締))를 하나의 스테이션으로 하고, 탈형을 다른 하나의 스테이션으로 하는 2 스테이션 방식이 바람직하며, 이 경우, 포수율 제어는 어느 한쪽의 스테이션(통상적으로는 탈형 스테이션)에서 행하게 된다.

본 발명의 분체 주입성형 방법의 응용 분야에는 특별한 제한은 없으나, 유력한 응용 분야로서는, 예를 들어, 위생도기 등의 도자기나, 화인 세라믹 제품, 분말 야금 제품을 들 수 있다.

다음에, 본 발명의 주입성형 형 및 그 주입성형 형에 사용되는 연속 기공 다공체의 제조 방법에 대하여 설명한다.

본 발명에 사용되는 에폭시 화합물이란, 1분자 중에 1개 이상의 에폭시 고리를 갖는 것으로, 상온에서는 액체이고, 점도가 낮은 것을 사용하는 것이 에멀션 슬러리를 만드는데 편리하다. 바람직한 것으로서는, 글리시딜(glycidyl)형 에폭시 수지를 들 수 있고, 더 바람직한 것으로서는, 비스페놀 A형, 비스페놀 F형, 비스페놀 AD형 등의 피스페놀형 에폭시 수지를 들 수 있다.

에폭시 화합물의 경화제로서는, 폴리아미드계의 것, 폴리아민계의 것, 변성 폴리아민계의 것, 또는 이들의 혼합물이 점도가 낮은 에멀션 슬러리를 만드는데 바람직하고(에멀션 슬러리의 점도가 낮은 것이 바람직한 이유는, 복잡한 형상의 대형 성형체를 만들기 위해서는, 그 형의 주입 공간도 대형의 복잡한 형상이 되고, 그의 구석구석까지 에멀션 슬러리를 유입시키기 위해서는, 점도가 낮은 쪽이 유리하기 때문에), 그 중에서도 특히 바람직한 것으로서는 폴리아미드계 경화제를 들 수 있다.

다음에, 본 발명의 가장 중요한 부분인 충전제에 의한 자기흡수성과 이형성의 발현에 대하여 설명한다.

충전제에 의한 자기흡수성과 이형성의 발현에는, 각각 다양한 수단이 있고, 그것을 조합하여 이용할 수 있다. 먼저, 자기흡수성에 관해서는, 형이 갖는 이장을 착육시키는 작용은 주로 형재의 모관 흡인력에 기인하는 것이다. 따라서, 충전제에 의해 어떤 방식으로 형재의 모관 흡인력을 발현시키는가 하는 것이 문제가 되나, 여기서 중요한 것은, 소지(素地)의 착육 특성은 형재의 모관 흡인력뿐만 아니라 물투과저항에도 영향을 미치는 것이다. 주입성형에 있어서는, 물 투과저항은, 착육체 부분과 형재 부분(엄밀히 말하면 형재의 성형면 부분으로부터 포수(飽水)부분의 앞 끝까지)으로 크게 나누어질 수 있다. 여기서, 모관 흡인력이 큰 형은 기공 지름이 작은 형이라고도 할 수 있으나, 기공 지름이 작은 형은 물 투과저항도 크기 때문에, 반드시 모관 흡인력이 큰 형일수록 자기흡수성이 뛰어나다고 할 수는 없고, 모관 흡인력과 형재에서의 물 투과저항을 균형시킬 필요가 있다. 그런데, 형재에서의 물 투과저항은 착육체(着肉體)의 투과저항과의 상대적인 비교를 통하여 착육 속도에 대한 영향이 결정되기 때문에 형재 단독으로는 최적의 물성을 결정할 수 없고, 각종의 착육체와 조합했을 때의 물성이 중요하다.

또한, 완전 건조 시의 형을 이용하여 주입성형을 행하는 경우에는, 착육체의 평균 함수율이 일정하고, 형이 균일하게 흡수한다고 가정하면, 착육체의 투과저항과 형재의 투과저항의 비는 항상 일정하다. 그런데, 전술한 바와 같이 본 발명의 주입성형에서는, 포수율이 상당히 높은 형을 이용하여 주입성형을 행하는 것이 바람직한 경우도 있고, 이 경우에는, 착육체의 투과저항과 형재의 투과저항의 비율은 착육 과정에서 변화하게 되므로, 착육 개시 시의 형 포수율이나 착육 시간(착육량)도 고려할 필요가 있다.

본 발명자들은, 이들 상황을 감안하여, 주입성형에 사용되는 위생도기용 소지 등의 각종 소지를 사용하고, 또한, 각종 성형 조건을 다양하게 변경하여 실험한 결과, 공업적으로 유효한 착육 속도를 발현하는 주입성형 형을 제조하기 위해서는 이하에 설명하는 바와 같은 조건을 충족시키는 것이 바람직하다는 것이 판명되었다.

먼저, 경화제로서 폴리아미드 경화제를 주체(主體)로 한 것을 사용하는 경우에는, 충전제의 평균 입경(粒徑)으로서는 0.3 ㎛~8 ㎛가 바람직하다. 충전제의 재질로서는, 특별한 제한은 없고, 에폭시 수지에 의해 접착할 수 있고 입도(粒度)를 제어할 수 있는 것이면 좋고, 예를 들어, 규석분(珪石紛), 규사분(珪砂粉)을 들 수 있다. 그리고, 평균 입경이란, 체적 기준으로 50% 누계 체적을 나타내는 입경을 의미한다. 평균 입경이 0.3 ㎛ 이하 또는 8 ㎛ 이상이 되어도 공업적인 성형 조건에서는 충분한 모관 흡인력을 발현할 수 없게 된다.

다음에, 경화제로서 폴리아미드 경화제를 주체로 한 것에 추가하여, 쇄상 지방족 제1 폴리아민과 1분자 중에 2개 이상의 글리시딜기를 갖는 글리시딜 에테르와의 반응생성물을 사용하는 경우에는, 충전제의 평균 입경으로서는 1 ㎛∼20 ㎛가 바람직하다. 평균 입경이 1 ㎛ 이하 또는 20 ㎛ 이상이 되어도, 공업적인 성형 조건에서는 충분한 모관 흡인력을 발현할 수 없게 된다. 충전제의 재질로서는, 특별한 제한은 없고, 에폭시 수지에 의해 접착할 수 있고 또한 입도를 제어할 수 있는 것이면 좋고, 예를 들어, 규석분, 규사분을 들 수 있다. 여기서 말하는 쇄상 지방족 제1 폴리아민으로서 바람직한 것으로서는, 분자의 양끝에 아민기를 가지는 H₂N[(CH₂)₂NH]_n(CH₂)₂NH₂로 표시되는 것을 들 수 있고, 그 중에서도 특히 바람직한 것으로는, 디에틸렌 트리아민, 트리에틸렌 테트라민, 테트라에틸렌 펜타민, 펜타에틸렌 헥사민을 들 수 있다. 또한, 1분자 중에 2개 이상의 글리시딜기를 갖는 글리시딜 에테르로서 바람직한 것으로는, 1분자 중에 2개의 글리시딜기를 갖는 네오펜틸글리콜 디글리시딜 에테르, 1, 6-헥산디올 디글리시딜 에테르, 에틸렌 글리콜 디글리시딜 에테르, 비스페놀 A 디글리시딜 에테르, 또는 1분자 중에 3개의 글리시딜기를 갖는 트리메티롤 프로판트리 글리시딜 에테르를 들 수 있다. 또한, 쇄상 지방족 제1 폴리아민과, 1분자 중에 2개 이상의 글리시딜기를 갖는 글리시딜 에테르를 반응시킴에 있어서, 바람직한 반응 진행량은 쇄상 지방족 제1 폴리아민 1분자당 m개의 아미노기를 이미노기로 변화시킨다고 하면(이미노기를 다시 글리시딜기와 반응시키는 경우에는 반응한 이미노기의 수도 m으로서 카운트하는 것으로 한다), 0.1 ≤ m ≤ 1.5이다. m이 0.1보다 작아지면 공업적인 성형 조건에서는 충분한 모관 흡인력을 발현할 수 없게 되고, m이 1.5보다 커지면 쇄상 지방족 제1 폴리아민과 1분자 중에 2개 이상의 글리시딜기를 갖는 글리시딜 에테르와의 반응생성물의 점성이 지나치게 높아져 취급이 번잡해진다.

다음에, 경화제로서 모노머 지방산과 쇄상 지방족 제1 폴리아민과의 반응생성물 1∼5 wt%와 중합 지방산과 쇄상 지방족 제1 폴리아민과의 반응생성물 99∼95 wt%를 주성분으로 한 것을 사용하는 경우에는, 충전제의 평균 입경으로서는 1 ㎛~20 ㎛가 바람직하다. 평균 입경이 1 ㎛ 이하 또는 20 ㎛ 이상으로 되어도, 공업적인 성형 조건에서는 충분한 모관 흡인력을 발현할 수 없게 된다. 충전제의 재질로서는, 특별한 제한은 없고, 에폭시 수지에 의해 접착할 수 있고 또한 입도를 제어할 수 있는 것이면 좋고, 예를 들어, 규석분, 규사분을 들 수 있다. 여기서 말하는 모노머 지방산으로서 바람직한 것으로는, 올레인산, 리놀산, 에르카산을 주성분으로 한 것을 들 수 있다. 또한, 쇄상 지방족 제1 폴리아민으로서 바람직한 것으로는, 분자의 양끝에 아미노기를 갖는 H₂N[(CH₂)₂NH]_n(CH₂)₂NH₂로 표시되는 것을 들 수 있고, 그 중에서도 특히 바람직한 것으로서는, 디에틸렌 트리아민, 트리에틸렌 테트라민, 테트라에틸렌 펜타민, 펜타에틸렌 헥사민을 들 수 있다. 그리고, 중합 지방산으로서 바람직한 것으로는, 다이머산을 주성분으로 한 것을 들 수 있다. 모노머 지방산과 쇄상 지방족 제1 폴리아민과의 반응생성물의 비율이 1% 이하 또는 5% 이상으로 되면 공업적인 성형 조건에서는 충분한 모관 흡인력을 발현할 수 없게 된다. 또한, 중합 지방산과 쇄상 지방족 제1 폴리아민과의 반응생성물의 비율이 99% 이상 또는 95% 이하로 되면 공업적인 성형 조건에서는 충분한 모관 흡인력을 발현할 수 없게 된다.

이상, 충전제의 작용에 의해 연속 기공 다공체에 자기흡수성을 발현시키는 바람직한 수단에 대하여, 작용하는 경화제의 종류에 따라 분류하여 설명했으나, 다음에는 충전제에 의한 이형성의 발현에 대하여 설명한다. 충전제에 의한 이형성의 발현에 대해서는, 2가지 카테고리로 크게 구분할 수 있다. 제1 카테고리는 충전제의 작용에 의해 형재(型材) 그 자체에 이형성을 부여하는 것이다.

이 카테고리에 속하는 바람직한 예로서, 충전제의 주성분으로서 수산화 알루미늄을 포함하는 것을 이용하는 수법을 들 수 있다. 이 경우, 충전제 전부를 수산화 알루미늄으로 해도 좋고, 또는 다른 충전제와 병용하여 사용해도 좋으나, 다른 충전제와 병용하는 경우에는, 수산화 알루미늄이 충전제 전체 중에서 차지하는 비율은 30 vol% 이상인 것이 바람직하다.

또한, 제1 카테고리에 속하는 다른 하나의 바람직한 예로서, 충전제의 주성분으로서 수경성(水硬性) 재료를 포함하는 것을 이용하는 수법을 들 수 있다. 이 경우, 형재의 원료로서 O/W형의 에멀션 슬러리가 이용되나, 충전제로서의 수경성 재료는 이 연속 상(相)의 물에 의해 경화되기 때문에, 용이하게 연속 기공 다공체를 만들 수 있다. 또한, 충전제 전부를 수경성 재료로 해도 좋고, 또는 다른 충전제와 병용해도 좋으나, 다른 충전제를 병용하는 경우는, 수경성 재료가 충전제 전체 중에서 차지하는 비율이 30 vol% 이상인 것이 바람직하다. 바람직한 수경성 재료로서는, 알루미나 시멘트, 포틀랜드 시멘트, 포틀랜드 시멘트를 주성분으로 포함하는 혼합 시멘트, α 반수(半水) 석고, β 반수 석고를 들 수 있다.

또한, 충전제의 주성분으로서 수경성 재료를 이용하는 또 하나의 이점은, 수화(水和)반응에 의해 생성된 미립(微粒)의 결정에 의해 충전제의 입도 분포를 제어할 수 있는 것이다. 따라서, 연속 기공 다공체의 모관 흡인력을 발현시키기 위한 수법의 하나로서도, 충전제의 주성분을 수경성 재료로 하는 것을 들 수 있다. 그리고, 수경성 재료를 원료로 사용하는 경우에는 각각의 수경성 재료와 조합하여 이용되는 경화촉진제, 경화지연제, 팽창제, AE제 등의 첨가제를 가할 수도 있다.

수경성 재료를 충전제로 사용하는 경우에는, 에멀션 슬러리의 경화반응은 수지의 경화반응과 수경성 재료의 수화반응 모두의 요소가 있고, 이 2가지를 균형시킬 필요가 있다. 수지의 경화반응에 관해서 말하면, 바람직한 경화온도(경화실의 분위기 온도를 의미한다. 이하, 동일한 의미로 사용한다)는 에폭시 수지의 통상적인 경화온도인 20∼50℃이지만, 수경성 재료를 충전제로서 사용하는 경우에는, 경화온도가 낮은 쪽이 착육 속도가 큰 경우도 있어, 바람직한 경화온도는 -20℃~50℃가 된다. 이 경우, 경화온도를 20℃ 이하로 설정할 때는, 수지의 후경화(post-curing)를 위해 20℃ 이하에서 1차 경화시킨 후에 20~50℃에서 2차 경화시키는 것이 바람직하다. 또한, 경화온도를 낮게 설정하는 경우에는, 경화실의 온도 제어뿐만 아니라, 사용 원료의 냉각도 필요하게 되나, 수경성 재료를 조합 전에 냉각해 두는 것은 특히 착육 속도 향상에 효과적인 경우가 많다.

충전제에 의한 이형성의 발현에 관한 제2 카테고리는 연속 기공 다공체의 유체 투과성을 이용하는 것이다. 여기서 말하는 유체 투과성이란, 형(型)에 배압을 가함으로써 물이나 에어를 형과 성형체의 경계면에 분출시켜 이형시킴에 있어서, 물이나 에어를 연속 기공 다공체의 형재 속을 투과시키는 것을 의미한다. 여기서 문제가 되는 것은, 착육 구동력으로서 형재의 모관 흡인력을 이용하는 경우, 모관 흡인력을 크게 하기 위한 형재의 기공 지름을 작게 하면, 형재의 유체 투과성도 작아지는 것이다. 이 문제를 해결하기 위해서는, 충전제의 입도 분포를 가능한 한 샤프(sharp)한 것으로, 환언하면, 균일한 입경의 충전제를 사용하도록 하면 좋다. 단, 모든 입자의 입경을 균일하게 하는 것은 공업적으로 매우 어렵기 때문에, 공업적으로 제어하기 쉬운 바람직한 입도 분포는 다음과 같다.

일반적으로, 분체의 입도 분포는 로진 라믈러(Rosin-Rammler) 입도 분포로 표현된다. 이것에 따르면, 적산(積算) 체상(integrated sieved) 체적%로 36.8%에 대응하는 입자 지름(실제로 체로 치는 것은 아니고, 그 입자 지름보다 큰 입경의입자 체적%가 36.8%라는 의미이며, 이하 동일한 의미로 사용한다)을 입도 특성수(absolute size constant)라 부르고, 중심적인 입경으로 파악하고 있다. 착육 속도에 그다지 영향을 미치지 않고 유체 투과성을 크게 하기 위해서는, 특히 미립 부분의 입경 분포를 샤프하게 하는 것이 바람직하고, 입도 특성수의 1/4의 입경의 적산 체하(integrated sieve) 체적%가 30%를 초과하지 않도록 하는 것이 좋다. 또한, 조분(粗粉) 부분의 입도 분포에 대해서는, 소량의 조립(粗粒) 입자를 첨가함으로써(입도 분포는 중심이 되는 미립 부분과 소량의 조립 입자 2개 또는 그 이상의 피크가 발생한다) 유체 투과성을 향상시킬 수 있고, 이것은 후술하는 다일레이턴시(dilatancy) 현상의 발생을 다소 억제하는 효과도 겸비하고 있다. 또한, 충전제의 재질로서는, 특별한 제한은 없고, 에폭시 수지로 접착할 수 있고 또한 입도를 제어할 수 있는 것이면 좋고, 예를 들어, 규석분, 규사분 등이 있다.

또한, 충전제의 입도 분포는 샤프할수록 유체 투과성이 크므로, 뛰어난 이형성을 갖는 형을 만들 수 있는 것이나, 여기서 문제가 되는 것은 충전제의 입도 분포가 샤프해질수록 에멀션 슬러리의 다일레이턴시성(性)이 강해지는 것이다. 다일레이턴시성이란 전단(剪斷) 속도와 전단 응력의 관계로 나타내는 점성(粘性) 곡선이 전단 속도가 커질수록 점성(전단 응력/전단 속도)이 커지는 현상이다. 균일한 에멀션 슬러리를 단시간에 만들기 위해서는, 원료를 혼합한 후에 강한 전단 응력을 가하여 교반할 필요가 있기 때문에, 다일레이턴시성이 강한 것은 교반이 곤란하다.

이 에멀션 슬러리가 다일레이턴시성을 나타내는 것을 방지하는 제1의 방법은 에멀션 슬러리의 원료로서 다일레이턴시 저하제를 첨가하는 것이다. 바람직한 다일레이턴시 저하제로서는, 각종의 비(非)이온계, 양이온계, 음이온계, 양성 계면활성제 또는 메탄올, 에탄올, 이소부틸 알코올, 아세톤 등의 유기 용매 또는 카르복실 메틸 셀룰로즈 나트륨염, 메틸 셀룰로즈 나트륨염 등의 고분자 전해질 또는 폴리(에틸렌 옥사이드) 등의 물 속에 분산되어 틱소트로피(thixotropy)성을 부여하는 고분자 재료 등을 들 수 있다.

또한, 에멀션 슬러리가 다일레이턴시성을 나타내는 것을 방지하는 제2의 방법은 에멀션 슬러리의 조합(調合) 순서를 에폭시 화합물, 물을 먼저 혼합 교반하고, 이 혼합물에 충전제를 첨가하여 혼합 교반한 후에 경화제를 첨가하여 혼합 교반하도록 하는 것이다.

이상, 본 발명에서 에멀션 슬러리의 주원료로서 사용되는 에폭시 화합물, 경화제, 자기흡수성 및 이형성을 발현시키는 충전제에 대해 설명했으나, 이들에 덧붙여, 부틸 글리시딜 에테르, 아릴 글리시딜 에테르, 스틸렌 옥사이드, 페닐 글리시딜 에테르, 크레질 글리시딜 에테르, 에틸렌 글리콜 디글리시딜 에테르, 네오펜틸 글리콜 디글리시딜 에테르, 1, 6-헥산디올 디글리시딜 에테르, 트리메티롤 프로판트리 글리시딜 에테르 등의 반응성 희석제, 또는 벤질 디메틸 아민, 2, 4, 6-트리스(디메틸 아미노 메틸)페놀, 2, 4, 6-트리스(디메틸 아미노 메틸)페놀 트리-2-에틸헥실산염 등의 경화촉진제, 또는 염화칼륨, 염화나트륨, 염화아연, 염화칼슘, 염화바륨, 염화티탄, 염화철, 염화니켈, 염화마그네슘, 황산알루미늄, 황산아연, 황산알루미늄암모늄, 황산알루미늄칼륨, 황산칼륨, 황산코발트, 황산철, 황산구리, 황산나트륨, 황산니켈, 황산마그네슘, 황산망간, 수산화나트륨, 수산화칼륨, 수산화칼슘 등의 가용성 염류, 또는 소포제(消泡劑), 착색제, 계면활성제 등을 원료로서 첨가할 수도 있다.

이상, 분체 주입성형 형에 사용되는 연속 기공 다공체에 대해 설명했으나, 다음에는 그 연속 기공 다공체를 구비한 주입성형 형의 구조에 대해서 설명한다. 연속 기공 다공체는 주입성형 형의 성형면을 구성하지만, 본 발명의 형이 사용되는 주입성형은 저압 하에서 실시되기 때문에 형재에는 거의 강도가 필요하지 않다. 따라서, 형 그 자체의 주요 부분을 연속 기공 다공체(다공체이기 때문에 당연히 강도는 다공질이 아닌 것에 비해 낮다)만으로 구성해도 좋고, 가장 단순한 구조의 형으로서 제조 비용도 낮다.

그러나, 뒷면(성형면과 반대측의 면)에 백(back) 층(도 1의 백 층(12) 참조)을 형성할 수도 있고, 이 백 층을 형성하는 장점으로서는 이하의 것을 들 수 있다. ① 저압 하에서 성형된다고는 해도, 역시 형재에 강도가 있는 것이 파손되기 어렵다. ② 연속 가공 다공체 층을 가능한 한 얇고 균일하게 함으로써, 편차가 없는 물성의 연속 기공 다공체를 형성할 수 있고, 또한, 내부에 에어 홈을 형성할 경우, 이 에어 홈으로부터 뒷면까지의 거리가 짧아지기 때문에, 이형(離型)에 관계하지 않는 부분에 공급되는 물이나 에어의 양이 감소하여 이형성이 향상된다.

백 층의 재질로서는, 특별한 제한은 없으나, 유동성이 있는 원료를 고화(固化)시켜 만드는 것이 제조가 용이하고, 예를 들어, 플라스틱(모든 성분이 유기물이어도 좋고, 무기 충전제가 상당히 포함되어 있어도 좋다)이나 콘크리트, 모르타르 등의 수경성 재료를 들 수 있다. 또한, 백 층의 외측에 철 틀 등의 보강층을 형성할 수도 있다.

백 층과 연속 기공 다공체 충은 각각 별도로 만들어 접착할 수도 있다. 또한, 어느 한쪽을 먼저 만들고, 그 후, 접합면에 접착제를 도포한 후에 다른 한쪽을 그 위로부터 유입시켜 만들어도 좋다. 그때, 나중에 유입시켜 만드는 부분의 재질이 먼저 만든 부분에 대한 접착력을 가지고 있으면, 접착제를 도포하지 않아도 된다.

또한, 전술한 바와 같이 본 발명에서 연속 기공 다공체를 사용한 형재는 이형성이 뛰어나다는 것에 특징이 있으나, 그 이형성의 발현에는, 형재 그 자체에 이형성을 부여한 제1 카테고리와, 형에 배압을 가했을 때에 연속 기공 다공체가 뛰어난 유체 투과성을 나타내는 것을 이용한 제2 카테고리가 있다.

따라서, 제2 카테고리의 형재를 사용하는 경우에는, 연속 기공 다공체에 통기 및 통수 수단을 마련하는 것은 필요조건이 되나, 제1 카테고리의 형재를 사용하는 경우에는 통기 및 통수 수단이 반드시 필요하지는 않다. 그러나, 제1 카테고리의 형재를 사용하는 경우에도 이형성을 더욱 향상시키는 경우나, 착육 중에 연속 기공 다공체를 진공흡인하여 착육 속도를 크게 만드는 수법을 사용하는 경우에는, 통기 및 통수 수단을 마련할 수 있다.

연속 기공 다공체에 대한 통기 및 통수 수단으로서는, 우선, 연속 기공 다공체의 내부 또는 뒷면에 에어 홈을 형성하고, 그 에어 홈을 통하여 통기 및 통수 또는 진공흡인하는 수법을 들 수 있다. 도 1에 도시한 바와 같이, 에어 홈(10)은 성형면(21)에 대하여 대략 평행하게 일정한 간격을 두어 배치하거나 성형면에 대하여대략 수직으로 일정한 간격을 두어 배치하는 등의 다양한 방법으로 연속 기공 다공체 층(9)내에 배치함으로써, 가압 에어를 보낼 때 성형면으로부터 거의 균등하게 물 또는 에어가 분출하도록 할 필요가 있다. 또한, 각각의 에어 홈은 연결하여 1개 내지 여러 개의 간선(幹線) 에어 홈에 합친 후에, 형의 외부로 연장하는 배관에 연결하고, 이 배관을 통하여 가압 또는 진공흡인한다.

또한, 연속 기공 다공체에 대한 통기 및 통수 수단으로서는, 도 2에 도시한 바와 같이, 연속 기공 다공체 층(9)의 뒷면에, 형의 외부로 연장하고 물 또는 에어를 통과시키는 배관(11)을 부착한 조다공질(粗多孔質) 층(22)을 형성하는 수법을 들 수 있다. 이 수법에 의하면, 에어 배관을 가압하면, 조다공질 층 내의 압력은 기공 지름이 크기 때문에 비교적 균일해지기 쉽다. 따라서, 이형(離型) 시에는 성형면으로부터 비교적 균일하게 물 또는 에어를 분츨시킬 수 있다. 이 경우, 조다공질 층의 평균 기공 지름은 100 ㎛ 이상으로 하는 것이 조다공질 층 내의 압력을 균일하게 하는데 바람직하다. 또한, 배관은 하나의 형에 1개이어도 좋고, 또는 1개로 조다공질 층 내의 압력을 균일하게 만들기 어려울 경우에는 여러 개를 설치할 수도 있으며, 그들은 형의 외부로 연장하여 가압 또는 진공흡인한다.

조다공질 재료로서는, 특별한 제한은 없으나, 가압했을 때 파손되지 않을 만큼의 강도가 필요하고, 예를 들어, 액상(液狀) 수지와 평균 입경 0.1~5.0 mm의 분체를 체적비 15~50 : 100의 비율로 혼합, 경화시킨 재료를 들 수 있다.

연속 기공 다공체 층과 조다공질 층은 각각 별도로 만들어 접착할 수도 있다. 또한, 어느 한쪽을 먼저 만들고, 그 후, 접합면에 접착제를 도포한 후에 다른한쪽을 그 위로부터 유입시켜 만들어도 좋다. 그때, 나중에 만드는 부분의 재질이 먼저 만든 부분에 대한 접착력을 가지고 있으면, 접착제를 도포하지 않아도 된다.

또한, 연속 기공 다공체 층과 조다공질 층과의 접합은, 전술한 연속 기공 다공체 층과 백 층의 접합과는 상이하며, 양자의 사이에 통기 및 통수성이 유지되어 있어야 한다. 따라서, 양자의 사이에 불투과성 접착제 층을 형성하는 경우에는, 그 접착체 층은 접착면을 예를 들어 격자 형상으로 부분적으로 커버하여 통기 또는 통수하는 부분을 남겨둘 필요가 있다.

이상, 연속 기공 다공체 층에 대한 통기 및 통수 수단으로서, 연속 기공 다공체 층에 에어 홈을 형성하는 수법과, 연속 기공 다공체 층의 뒷면에 조다공질 층을 형성하는 수법에 대하여 설명했으나, 이들 수단을 사용한 경우, 하나의 형마다 에어 홈이나 조다공질 층을 형성할 필요가 있다. 이 수고를 줄이는 것 등을 목적으로, 연속 기공 다공체 층의 뒷면에 착탈 가능한 카세트 케이스(도 4 및 도 5의 카세트 케이스(8) 참조)를 설치하는 수법을 들 수 있다.

이것은 카세트 케이스를 반영구적으로 사용하고, 연속 기공 다공체 층이 막힘 등의 원인에 의해 사용할 수 없게 되면, 폐각하고, 새롭게 만든 연속 기공 다공체 층을 카세트 케이스에 세트하는 것이다. 이 구조의 주입성형 형의 연속 기공 다공체에 대한 통기 및 통수 수단으로서는, 연속 기공 다공체 층과 카세트 케이스의 경계면에 에어 홈을 형성하는 수단이 있고, 그 에어 홈은 도 4에 도시한 바와 같이 연속 기공 다공체 층에 새겨 넣어도 좋고, 도 5에 도시한 바와 같이 카세트 케이스에 새겨 넣어도 좋다. 또한, 여기서 말하는 에어 홈이란 어디까지나 물 또는 에어가 통과하는 공간이라는 의미이기 때문에 반드시 도 4 및 도 5와 같이 새겨넣지 않더라도 카세트 케이스와 연속 기공 다공체 사이에 틈이 생기는 구조로 하면된다. 그리고, 도 4 및 도 5에서는 형 맞춤면에서 연속 기공 다공체 층이 얇게 되어 있으나, 이것은 형 끼리를 조합하여 프레스하고 성형 공간을 형성할 때 형 맞춤면에 힘이 가해지기 때문에 강도가 약한 연속 기공 다공체 층을 얇게 한 것이다.

또한, 이 구조의 주입성형 형에서는, 에어 홈에 압력을 가했을 때 카세트 틀과 연속 기공 다공체 층의 경계면으로부터 물 또는 에어가 빠져나가지 않도록 양자를 정밀하게, 또한, 자유롭게 착탈할 수 있도록 세트해 둘 필요가 있는데, 그 수단으로서는, 볼트 조임 등의 기계적 수단과, 연속 기공 다공체 층의 교환 시에는 박리시킬 수 있는 접착제를 사용하는 화학적 수단을 들 수 있다.

카세트 틀의 재질로서는, 특별한 제한은 없으나, 수지 또는 금속 등을 사용할 수 있다. 또한, 카세트 틀의 외측에 철 틀 등의 보강층을 설치할 수도 있다.

본 발명의 주입성형 형의 응용 분야에는, 특별한 제한은 없으나, 유력한 응용 분야로서는, 예를 들어, 위생도기 등의 도자기나, 화인 세라믹 제품이나 분말 야금 제품 등을 들 수 있다.

[실시예]

이하의 표 2 및 표 3에 나타내는 조합 비율로 조합한 시료(試料)를 스테인리스 용기에 넣고, 상온에서 10분간 강하게 교반하여 균일한 O/W형 에멀션 슬러리를 얻었다. 이 에멀션 슬러리를 적당한 불투수성 형에 유입시키고, 물이 증발하지 않도록 덮고, 45℃의 실내에 24시간 방치하여 함수(含水) 상태에서 경화시켰다. 그리고, 조합 조건 또는 경화 조건에 관해서는 예외적으로 상술한 조건과는 다른 조건을 채용한 경우도 있고, 이것은 표 2 및 표 3의 비고 1에 기재되어 있다.

경화체(硬化體)를 탈형(脫型)하고, 50℃의 건조기 속에 24시간 방치하여 물을 증발 제거하여 연속 기공 다공체를 얻었다. 또한, 물을 증발, 제거한 것은, 물성(物性) 측정을 위해 행한 조작이고, 실제로 주입성형 형을 만들기 위해서는 반드시 필요한 것은 아니다. 연속 기공 다공체의 물성은 표 2 및 표 3의 시험 결과에 나타낸 바와 같았다.

또한, 통상 공업적으로 사용되고 있는 석고형의 착육 속도 정수는 1.5 정도이다. 그리고, 실험 방법 및 결과는 생략하나, 표 2 및 표 3에 나타낸 시료 1~32, 참고의 연속 기공 다공체는 모두 내수성 평가를 하고 있으며, 수용성 석고와 비교하면 실질적으로는 완전한 내수성을 지니고 있음이 확인되었다.

시료 1∼5는 충전제로서 평균 입경 2.5 ㎛ 정도의 규사분을 이용하여 입도 분포를 샤프하게 한 것이고, 참고로서 나타낸 것은 마찬가지로 평균 입경 2.5 ㎛정도의 규사분을 사용한 것이나, 분쇄된 상태로 입도 분포가 광범위하게 되어 있는 것이다.

착육 속도 정수는 시료 1~5와 참고 모두에서 1.7∼1.9 정도로 큰 차이가 없다. 그런데, 그의 통수량은 참고의 것에 비하면 시료 1∼5의 것이 3배 이상으로 되어 있고, 게다가 조도(粗度) 분포가 샤프해질수록 그 통수량이 커지고 있다. 그리고, 미립부(微粒部)와 조립부(粗粒部)에 2개의 피크가 있는 시료 5에서는 더욱 그 통수량이 커지고 있다.

또한, 시료 6~15는 샤프한 조도 분포를 갖는 다양한 입경의 규사를 충전제로서 이용한 것이고, 대체로 평균 입경이 작은 것일수록 착육 속도 정수가 크고, 통수량은 작다고 하는 결과를 나타내고 있다.

이상의 시료에서 사용한 규사는 조도를 제어할 수 있고, 에폭시 수지로 접착할 수 있는 충전제의 대표적인 예이다.

다음에, 충전제의 형상에 따른 효과를 조사하기 위해 완전 구형(球形)에 가까운 유리 비드(bead)를 사용한 것이 시료 16~18이다. 구형(球形) 충전제는 전술한 충전제와 비교하면 입경 분포가 샤프한 것에 비해 그다지 통수성이 크지 않다. 그러나, 구형 충전제를 사용한 경우에서는, 에멀션 슬러리의 점성이 낮기 때문에 다일레이턴시 현상이 일어나기 어렵고, 또한, 이형 강도가 낮다는 등의 이점이 있다.

시료 19∼22는 충전제로서 수산화 알루미늄을 사용한 것이고, 시험 결과로부터 알 수 있는 바와 같이 특별히 힘을 가하지 않아도 이형(離型)한다. 또한, 시료 23∼32는 충전제로서 수경성(水硬性) 재료를 사용한 것이고, 수산화 알루미늄을 사용한 경우와 마찬가지로 자기이형성을 구비하고 있다.

(주)

(1) 비스페놀 A형 에폭시 수지 (유화 셀 에폭시(주) 제조)

(2) 비스페놀 AD형 에폭시 수지 (미츠이 석유화학 공업(주) 제조)

(3) 비스페놀 F형 에폭시 수지 (유화 셸 에폭시(주) 제조)

(4) m-크레질 글리시딜 에테르와 p-크레질 글리시딜 에테르의 1 : 1 혼합품(도쿄 화성(주) 제조)

(5) 하기의 성분을 혼합하고 N₂분위기 하에서 상온으로부터 230℃까지 2시간, 230± 5℃에서 2시간의 조건으로 반응시킨 생성물

(6) 폴리아미드 경화제 (산요 화성(주) 제조)

(7) 하기의 성분을 혼합하고 상온으로부터 80℃까지 20분간, 80℃로부터 250℃까지 3분간의 조건으로 반응시킨 생성물

디에틸렌 트리아만 (도쿄 화성(주) 제조) 54 wt%

에틸렌 글리콜 디글리시딜 에테르 (도쿄 화성(주) 제조) 46 wt%

(8) 하기의 성분을 혼합하고 N₂분위기 하에서 상온으로부터 80℃까지 30분, 80∼250℃까지 3시간, 250± 5℃에서 1시간의 조건으로 반응시킨 생성물

NAA35 (모노머 지방산)(일본 유지 (주) 제조) 1.5 wt%

바사다임 V216 (중합 지방산)(헨켈 일본(주) 제조) 56.5 wt%

테트라 에틸렌 펜타민 (도쿄 화성(주) 제조) 37 wt%

펜타 에틸렌 헥사민 (도쿄 화성(주) 제조) 5 wt%

(9) 도쿄 화성(주) 제조

(10) 석영 순도 98%의 규사분이고, 그의 입경 분포는 표 4에 나타낸 바와 같다. 또한, A는 일본 세토산 규사분을 습식 실린더 밀(mill)에 의해 분쇄한 것이고, B∼K는 같은 방법으로 분쇄한 규사분을 원심분리법, 침강법 등을 사용하여 분급(分級)한 것 또는 분급한 것을 혼합한 것이다.

(11) 구형(球形) 유리 비드(bead)(도시바 바로티니(주) 제조), 표면 처리 없음, 입경 분포는 표 4와 같음.

(12) 구형 유리 비드(도시바 바로티니(주) 제조), 표면 실란 커플링(silane coupling) 처리, 입경 분포는 표 4와 같음.

(13) 일본 경금속(주) 제조, 평균 입경 4.5 ㎛

(14) 닛토우 석고(주) 제조, β형 반수(半水) 석고

(15) 아사히 가라스(주) 제조

주성분: Al₂O₃56%, CaO 36%, SiO₂4%, Fe₂O₃1%

(16) 고노다 시멘트(주) 제조

주성분: SiO₂22%, Al₂O₃6%, Fe₂O₃3%, CaO 64%, SO₃2%

(17) 와코 준야꾸(주) 제조, 16∼18 수염(水)

(18) 도쿄 화성(주) 제조

(19) 조합 방법은 이하의 방법을 채용하였다.

에폭시 화합물과 물을 혼합한 후, 충전제를 첨가하고 20분간 강하게 교반한다. 다음으로, 경화제와 경화촉진제를 첨가하고 10분간 강하게 교반하여 균일한 에멀션 슬러리를 얻는다.

(20) 조합 및 경화 방법은 이하와 같다.

석고와 에폭시 화합물을 혼합한 후, 30분 진공흡인하여 핀(pin)을 빼고, 그후 -10℃로 냉각한다. 다음에, 4℃로 냉각한 다른 원재료를 첨가하여 10분간 교반하였다. 교반 종료 후의 에멀션 슬러리의 온도는 15℃이었다. 경화 조건은 4℃에서 30분간, 25℃에서 24시간, 45℃에서 72시간으로 하였다.

(21) 조합 및 경화 방법은 이하와 같다.

석고와 에폭시 화합물을 혼합한 후, 30분 진공흡인하여 핀을 빼고, 그 후 -18℃로 냉각한다. 다음에, 4℃로 냉각한 물과 -18℃로 냉각한 다른 원재료를 첨가하고 용기를 냉각하면서 10분간 교반하였다. 교반 종료 후의 에멀션 슬러리의 온도는 5℃이었다. 경화 조건은, 4℃에서 3시간, 25℃에서 24시간, 45℃에서 72시간으로 하였다.

(22) 조합 및 경화 방법은 이하와 같다.

알루미나 시멘트와 물을 혼합한 후, 1시간 진공흡인하여 핀을 빼고, 그 후 다른 원재료를 첨가하고 10분간 교반하였다. 경화 조건은 20℃에서 24시간, 45℃에서 24시간으로 하였다.

(23) 굽힘 강도, 굽힘 탄성률은 이하의 방법으로 측정한다.

시험편 칫수 15 mm x 15 mm x 120 mm 3점 굽힘

폭(span) 100 mm

헤드 속도 2.5 mm/분

시험편은 완전 포수(飽水) 상태로 한다.(완전 포수 상태란, 시험편을 30분간 진공흡인한 후에, 수몰(水沒)시키고, 다시 30분간 진공흡인한 상태로 한다)

(24) 착육 속도 정수는 이하의 방법으로 측정한다.

I) 100 mmφ x 30 mmt의 시험편을 포수율 50%가 되도록 조절한다.

II) 시험편에 60φ의 유리관을 세우고, 그 유리관 속에 50 mm의 깊이까지 위생도기용 비트리어스 차이나(vitreous china) 이장(泥裝)을 유입시킨다. 또한, 위생도기용 이장 이외의 이장을 사용한 시험 결과에 대해서는 비고 2에 기재한다.

III) 유리관의 외부로부터 관찰하여 외관상 8 mm 착육할 때까지 t초간 방치한 후에 미(未)착육 이장을 배출한다.

IV) 착육체의 표면에 부착된 잔류 이장을 세정하여 제거한다.

V) 착육체 중앙부의 두께 L(mm)을 측정한다.

VI) 착육 속도 정수 k = L²/t

(25) 통수량은 이하의 방법으로 측정한다.

I) 100 mmφ × 30 mmt의 시험편의 측면을 완전히 밀봉한 후에 완전 포수 상태로 한다.

II) 한쪽 단부로부터 0.3 MPa의 수압(水壓)을 가하고, 수압을 가하기 시작한후 3분간에 다른쪽 단부로부터 배출된 수량(水量)을 측정한다.

(26) 이형(離型) 강도의 측정 방법은 하기의 방법으로 측정한다.

I) 100 mmφ x 30 mmt의 시험편을 포수율 50%가 되도록 조절한다.

II) 시험편에 60φ의 유리관을 세우고, 그 유리관 속에 50 mm의 깊이까지 위생도기용 비트리어스 차이나 이장을 유입시킨다. 또한, 위생도기용 이장 이외의 이장을 사용한 시험 결과에 대해서는 비고 2에 기재한다.

III) 유리관의 외부로부터 관찰하여 외관상 8 mm 착육할 때까지 방치한 후에 미(未)착육 이장을 배출한다.

IV) 유리관을 세운 시험편을 성형체의 건조를 방지하기 위해 거꾸로 세워 30분간 방치한다.

V) 시험편을 고정시킨 후에, 유리관을 오토그래프(autograph)를 사용하여 끌어올리고, 성형체를 이형시키는데 필요한 힘을 측정한다. 또한, 유리관은 내부에 각인을 형성해 두어 성형체가 시험편에 부착된 상태로 되지 않도록 확실하게 이형할 수 있도록 하고 있다.

VI) 이형에 필요한 힘을 착육부의 면적으로 나눈 값을 이형 강도로 한다. 또한, 이형 강도가 매우 작고, 오토그래프의 판독값이 유리관과 성형체의 중량 합계와 거의 비슷한 것에 대해서는 0으로 한다. 그리고, 위생도기용 이장 이외의 이장을 사용한 시험 결과에 대해서는 비고 2에 기재한다.

(27) 교반 종료 후의 에멀션 슬러리의 점성을 브룩필드(Brookfield) 점도계로 측정한다.

(28) 하기의 이장을 사용하여 평가 시험을 행하였다. 또한, 착육 두께는 외관상 4 mm, 배니(排泥) 후의 방치 시간은 15분간으로 한다.

식기용 자기(磁器) 이장 k = 0.85 (×10^-2㎟/sec)

이형 강도 1.2(×10^-2MPa)

고순도 알루미나 이장 k = 0.42 (×10^-2㎟/sec)

이형 강도 0.1(×10^-2MPa)

분말 야금용 철 이장 k = 3.9 (×10^-2㎟/sec)

이형 강도 0.1(×10^-2MPa)

(29) 하기의 이장을 사용하여 평가 시험을 행하였다. 또한, 착육 두께는 외관상 4 mm, 배니 후의 방치 시간은 15분간으로 한다.

식기용 자기 이장 k = 0.81 (×10^-2㎟/sec)

이형 강도 0(×10^-2MPa)

고순도 알루미나 이장 k = 0.53 (×10^-2㎟/sec)

이형 강도 0(×10^-2MPa)

분말 야금용 철 이장 k = 4.4 (×10^-2㎟/sec)

이형 강도 0(×10^-2MPa)

다음에, 시료 5에 의해 제조한 연속 기공 다공체를 흡수층으로 하는 도 6에 도시한 구조의 주입성형 형을 사용하여, 다음에 나타낸 표 5의 성형 조건 하에 위생도기의 주입성형을 행하였다.

도 6에서, 9: 연속 기공 다공체 층, 10: 중공로(中空路)(에어 홈), 11: 에어 홈과 형의 외부를 연결하는 파이프, 12: 백(back) 층, 13: 형 맞춤면, 14: 밀봉제로서의 수지 층, 15: 주입(鑄) 공간, 16: 이장(泥漿) 송출 파이프, 17: 배니(排泥) 파이프, 18: 3방향 코크(cock), 19: 압축 공기 도입 파이프, 20: 체크 밸브, 21: 성형면.

또한, 모든 예에 있어서도 이장의 직접 가압은 행하지 않는다.

또한, 예 9의 성형 조건에 따라 연속 주입성형을 행하였으나, 그 결과, 5,000회 이상의 형 수명이 얻어지고, 5,000회 사용한 단계에서는 착육 속도, 이형성의 저하는 발견되지 않았다.

본 발명에 따른 분체 주입성형 방법 및 주입성형에 사용되는 주입성형 형 및 주입성형 형에 사용되는 연속 기공 다공체의 제조 방법은, 위생도기 등의 도자기나 화인 세라믹 제품이나 분말 야금 제품의 제조, 이들 제품의 제조에 사용하는 주입 성형 형과 해당 주입성형 형의 제조에 기여한다.

Claims

자기(自己)흡수성을 가지며, 실질적으로 내수성을 갖는 흡수층을 구비하고, 이장(泥漿)을 흡수층에 착육(着肉)시키는데 충분한 모관 흡인력을 구비한 주입성형(鑛成形) 형(型)을 사용한 분체(粉體)의 주입성형 방법으로서, 아래의 I-IV의 각 공정을 이 순서로 행하는 것을 특징으로 하는 분체의 주입성형 방법

I) 흡수층의 포수율(飽水率)을 30~80%로 제어하는 공정

II) 주입성형 형 내에 이장(泥漿)을 주형(注型)하는 공정

III) a) 이장 헤드(head)압, b) 흡수층에 가하는 진공흡인력, c) 이장에 가하는 0.3 MPa 이하의 직접 가압 중에서 선택된 적어도 하나의 주입압에 의한 주입 압력 하에 이장을 흡수층에 착육시키는 공정

IV) 착육한 성형체를 탈형(脫型)하는 공정.
제 1 항에 있어서, 상기 III)의 공정을, a) 이장 헤드압 하에 이장을 흡수층에 착육시키는 공정으로 한 것을 특징으로 하는 분체의 주입성형 방법.
제 1 항에 있어서, 상기 III)의 공정을, a) 이장 헤드압과 b) 흡수층에 가하는 진공흡인력의 병용에 의한 주입압력 하에 이장을 흡수층에 착육시키는 공정으로한 것을 특징으로 하는 분체의 주입성형 방법.
제 1 항에 있어서, 상기 II)의 공정에서 흡수층을 진공흡인하는 것을 특징으로 하는 분체의 주입성형 방법.
제 1 항에 있어서, 상기 III)의 공정 중의 b)의 흡수층에 가하는 진공흡인력을, 착육 개시 시로부터 착육 시간의 80%가 경과할 때까지의 시간 중에서 선택된 시간에 가하는 것으로 하는 것을 특징으로 하는 분체의 주입성형 방법.
제 1 항에 있어서, 상기 III)의 공정 중의 b)의 흡수층에 가하는 진공흡인력을, 착육 시간이 경과함에 따라 감소시켜 나가는 것을 특징으로 하는 분체의 주입성형 방법.
제 1 항에 있어서, 상기 IV)의 공정 전에, ① 여분의 이장을 배출하는 공정, ② 착육한 성형체의 배니면(排泥面)의 함수율(含水率)을 낮추어 경도(硬度)를 증가시키는 공정의 각 공정을 이 순서로 포함하는 것을 특징으로 하는 분체의 주입성형 방법.
제 7 항에 있어서, 착육한 성형체의 배니면의 함수율을 낮추어 경도를 증가시키는 수단으로서, 배니 공간에 가압 에어를 도입하는 수단을 채용하는 것을 특징으로 하는 분체의 주입성형 방법.
제 7 항에 있어서, 착육한 성형체의 배니면의 함수율을 낮추어 경도를 증가시키는 수단으로서, 배니 공간에 가압 에어를 도입하는 수단과 흡수층에 진공흡인력을 가하는 수단을 병용하는 것을 특징으로 하는 분체의 주입성형 방법.
제 9 항에 있어서, 흡수층에 가하는 상기 진공흡인력을, 배니 종료 시로부터 토체(土締) 시간의 80%가 경과할 때까지의 시간 중에서 선택된 시간에 가하는 것으로 하는 것을 특징으로 하는 분체의 주입성형 방법.
제 9 항에 있어서, 흡수층에 가하는 상기 진공흡인력을, 토체(土締) 시간이 경과함에 따라 감소시켜 나가는 것을 특징으로 하는 분체의 주입성형 방법.
제 1항에 있어서, 상기 이장 헤드압을 0.4 m 이상의 이장 헤드 높이로 가하는 것을 특징으로 하는 분체의 주입성형 방법.
제 1 항에 있어서, 상기 I)의 공정에서 흡수층의 포수율을 제어하는 수단으로서, 형(型)에 가압 에어를 주입(注入)하여 흡수층 내의 물을 배출하는 조작을 행하는 것으로 하는 것을 특징으로 하는 분체의 주입성형 방법.
제 1 항에 있어서, 상기 I)의 공정에서 흡수층의 포수율을 제어하는 수단으로서, 형에 가압수(加壓水)를 주입하여 흡수층 내의 에어를 배출하는 조작을 행하는 것으로 하는 것을 특징으로 하는 분체의 주입성형 방법.
제 1 항에 있어서, 상기 I)의 공정에서 흡수층의 포수율을 제어하는 수단으로서, 형에 가압수를 주입하여 흡수층 내의 에어를 배출한 후, 형에 가압 에어를 주입하여 흡수층 내의 물을 배출하는 조작을 행하는 것으로 하는 것을 특징으로 하는 분체의 주입성형 방법.
제 1 항에 있어서, 착육한 성형체를 탈형하는 상기 IV)의 공정을, 형에 가압 에어 또는 가압수를 주입하는 조작을 행하는 것으로 하는 것을 특징으로 하는 분체의 주입성형 방법.
제 13 항 내지 제 16 항 중의 어느 한 항에 있어서, 흡수층의 내부 또는 뒷면에 에어 홈을 형성하고, 그 에어 홈을 통하여 형에 가압 에어 또는 가압수를 주입하는 것을 특징으로 하는 분체의 주입성형 방법.
제 13 항 내지 제 16 항 중의 어느 한 항에 있어서, 흡수층의 뒷면에, 형의 외부로 연장하여 물 및 공기를 통과시키는 배관을 부착한 조다공질(粗多孔質) 층을 형성하고, 그 조다공질 층을 통하여 형에 가압 에어 또는 가압수를 주입하는 것을 특징으로 하는 분체의 주입성형 방법.
제 17 항에 있어서, 하나의 형의 에어 홈들을 연결하여 다수의 간선(幹線) 에어 홈에 합류시킨 후에, 형의 외부로 연장하는 배관에 연결하고, 그 배관을 통하여 형에 가압 에어 또는 가압수를 주입하는 것을 특징으로 하는 분체의 주입성형 방법.
제 18항에 있어서, 하나의 형에 다수의 배관을 설치하고, 각각의 배관을 통하여 형에 가압 에어 또는 가압수를 주입하는 것을 특징으로 하는 분체의 주입성형 방법.
제 1 항에 있어서, 각각의 공정 전부 또는 몇 개의 연속하는 공정을 합친 블록을 상이한 스테이션에서 수행하고, 주입성형 형은 각 스테이션 사이를 이동하는 것을 특징으로 하는 분체의 주입성형 방법.
제 1 항에 기재된 분체 주입성형 방법을 도자기 성형 공정에 사용하는 것을 특징으로 하는 도자기의 제조 방법.
제 22 항에 있어서, 상기 도자기가 위생도기인 것을 특징으로 하는 도자기의 제조 방법.
제 1 항에 기재된 분체 주입성형 방법을 화인 세라믹 성형 공정에 사용하는것을 특징으로 하는 화인 세라믹의 제조 방법.
제 1 항에 기재된 분체 주입성형 방법을 분말 야금 제품 성형 공정에 사용하는 것을 특징으로 하는 분말 야금 제품의 제조 방법.
1분자 중에 1개 이상의 에폭시 고리를 갖는 에폭시 화합물과, 그 에폭시 화합물과 반응하여 이것을 경화시키는 경화제와, 자기흡수성 및 이형성(離型性)을 발현시키는 충전제, 및 물을 포함하는 혼합물을 교반하여 O/W형 에멀션 슬러리를 얻고, 이것을 불투수성의 형(型)에 주입(鑄)하고, 함수 상태에서 경화시키는 것을 특징으로 하는 분체 주입성형 형에 사용되는 연속 기공 다공체의 제조 방법.
제 26 항에 있어서, 상기 에폭시 화합물이 글리시딜계 에폭시 수지인 것을 특징으로 하는 연속 기공 다공체의 제조 방법.
제 27 항에 있어서, 상기 글리시딜계 에폭시 수지가 비스페놀형의 것인 것을 특징으로 하는 연속 기공 다공체의 제조 방법.
제 26항에 있어서, 에폭시 화합물과 반응하여 이것을 경화시키는 상기 경화제가 폴리아미드 수지를 함유한 것임을 특징으로 하는 연속 기공 다공체의 제조 방법.
제 26 항에 있어서, 상기 충전제의 평균 입경을 0.3 ㎛~8 ㎛로 하는 것을 특징으로 하는 연속 기공 다공체의 제조 방법.
제 30 항에 있어서, 상기 충전제의 주성분을 수경성(水硬性) 재료로 하는 것을 특징으로 하는 연속 기공 다공체의 제조 방법.
제 26 항에 있어서, 상기 충전제의 평균 입경을 1 ㎛~20 ㎛로 하고, 상기 에멀션 슬러리의 원료로서, 쇄상 지방족 제1 폴리아민과 1분자 중에 2개 이상의 글리시딜기를 갖는 글리시딜 에테르와의 반응생성물을 사용하는 것을 특징으로 하는 연속 기공 다공체의 제조 방법.
제 26 항에 있어서, 상기 충전제의 평균 입경을 1 ㎛~20 ㎛로 하고, 상기 경화제로서, 모노머 지방산과 쇄상 지방족 제1 폴리아민의 반응생성물 1~5 wt%와, 중합 지방산과 쇄상 지방족 제1 폴리아민의 반응생성물 95~99 wt%를 주성분으로한 것을 사용하는 것을 특징으로 하는 연속 기공 다공체의 제조 방법.
제 26항에 있어서, 상기 충전제의 주성분에 수산화 알루미늄을 포함하는 것을 특징으로 하는 연속 기공 다공체의 제조 방법.
제 26 항에 있어서, 상기 충전제의 주성분에 수경성 재료를 포함하는 것을 특징으로 하는 연속 기공 다공체의 제조 방법.
제 35 항에 있어서, 상기 수경성 재료로서, 알루미나 시멘트, 포틀랜드 시멘트, 포틀랜드 시멘트를 주성분으로 포함하는 혼합 시멘트, 반수(半水) 석고로 이루어진 군으로부터 적어도 하나를 선택하여 사용하는 것을 특징으로 하는 연속 기공 다공체의 제조 방법.
제 26 항에 있어서, 상기 충전제의 입도(粒度) 분포를 로진 라믈러(Rosin-Rammler) 입도 특성수(特性數)의 1/4의 입경의 적산(積算) 체하 체적%가 30%를 초과하지 않도록 하는 것을 특징으로 하는 연속 기공 다공체의 제조 방법.
제 26 항에 있어서, 상기 에멀션 슬러리의 원료로서 다일레이턴시(dilatancy) 저하제를 포함하는 것을 특징으로 하는 연속 기공 다공체의 제조 방법.
제 26 항에 있어서, 상기 에멀션 슬러리의 조합(調合) 방법으로서, 에폭시 화합물과 물을 혼합 교반하고, 이 혼합물에 충전제를 첨가하여 혼합 교반하고, 이어서, 이 혼합물에 경화제를 첨가하여 혼합 교반하는 것을 특징으로 하는 연속 기공 다공체의 제조 방법.
제 26 항에 기재된 제조 방법에 의해 제조된 연속 기공 다공체를 주입성형 형의 흡수층으로 사용하는 것을 특징으로 하는 주입성형 형.
제 40 항에 있어서, 주요 성분이 흡수층만으로 이루어진 것을 특징으로 하는 주입성형 형.
제 40 항에 있어서, 성형면을 구성하는 흡수층의 뒷면에 플라스틱 또는 수경성 재료로 이루어진 백(back) 층을 형성한 것을 특징으로 하는 주입성형 형.
제 40 항에 있어서, 흡수층에 대한 통기 및 통수 수단으로서 연속 기공 다공체의 내부 또는 뒷면에 에어 홈을 형성한 것을 특징으로 하는 주입성형 형.
제 40 항에 있어서, 흡수층에 대한 통기 및 통수 수단으로서 연속 기공 다공체의 뒷면에 조다공질 층을 형성하고, 그 조다공질 층에, 형의 외부로 연장하여 물 또는 에어를 통과시키는 배관을 부착한 것을 특징으로 하는 주입성형 형.
제 44 항에 있어서, 상기 조다공질의 평균 기공 지름이 100 ㎛ 이상인 것을 특징으로 하는 주입성형 형.
제 40 항에 있어서, 성형면을 구성하는 흡수층의 뒷면에 그 흡수층과의 착탈(着脫)을 가능하게 한 카세트 케이스를 설치한 것을 특징으로 하는 주입성형 형.
제 46 항에 있어서, 상기 흡수층과 상기 카세트 케이스의 경계면에서 상기 흡수층에 상기 흡수층에 대한 통기 및 통수 수단으로서 에어 홈을 형성한 것을 특징으로 하는 주입성형 형.
제 46 항에 있어서, 상기 흡수층과 상기 카세트 케이스의 경계면에서 상기 카세트 케이스에 상기 흡수층에 대한 통기 및 통수 수단으로서 에어 홈을 형성한 것을 특징으로 하는 주입성형 형.
제 46 항에 있어서, 상기 카세트 케이스의 재질을 적어도 흡수층과의 경계면에서 조다공질로 하고, 그 조다공질 층에, 형의 외부로 연장하여 물 및 공기를 통과시키는 배관을 부착한 것을 특징으로 하는 주입성형 형.
제 40 항에 있어서, a) 이장 헤드압, b) 흡수층에 가하는 진공흡인력, c) 이장에 가하는 0.3 MPa 이하의 직접 가압 중에서 선택된 적어도 하나의 주입압에 의한 주입압력 하에 사용되는 것을 특징으로 하는 주입성형 형.
제 40 항에 있어서, 이 주입성형 형이 도자기 주입성형용인 것을 특징으로 하는 주입성형 형.
제 51 항에 있어서, 상기 도자기가 위생도기인 것을 특징으로 하는 주입성형 형.
제 40 항에 있어서, 이 주입성형 형이 화인 세라믹 주입성형용인 것을 특징으로 하는 주입성형 형.
제 40 항에 있어서, 이 주입성형 형이 분말 야금 제품 주입성형용인 것을 특징으로 하는 주입성형 형.