ファイン部材の押出成形技術に関する研究古田祥知子
粒径の異なるアルミナ原料を用い、調合条件の違いによる坏土の流動特性、成形性の変化を評価した。原料粒径の小さい方が混練のためにより多くのバインダーを必要とし、同一配合で比較すると成形体のベタつきが大きかった。バインダーの量を増加させることによりベタつきは解消され、良好な保形性も得られたが流動性は低くなった。

土を調製した。

1. はじめに押出し成形法は、各種セラミックス製品の製造に調製した坏土は、レオメータ(島津製作所製多く用いられている。最近では燃料電池関連部材をCFT-100D）でせん断応力とせん断速度の相関からはじめとして製品の利用分野は多様化・高度化して流動特性を評価した。また成形特性として、簡易押おり、極薄シート、肉薄パイプ、極小パイプなど、出成形機で 5mmφのノズルから水平に 20mm 押出製品の形状や性能が高度化するに伴い、より厳密なした時の垂直方向への変形量によって、◎（2mm配合条件・成形条件の制御が必要になっている。県以下）、○（2−4mm）、△（4−8mm）、×（8mm

内企業においても、高度な部材に対応した製品開発以上）の 4 段階で保形性の評価を行った（図 1）。のスピードを速めるために、成形条件検討の基礎材料となる技術データ、すなわち原料種、粒度・粒子

n ノズル（径 5mmφ）

形状などの変化に対応した調合条件の変化、坏土中押出長さ(20mm)の原料と添加剤の均一分散性制御、混練条件の制御など系統立てた技術データの集積が要望されている。

変形量(mm)本研究では、セラミックス成形の基礎となる、種々の原料特性に対応した配合条件、成形条件と成形体特性の傾向等に関する技術データを集積するととも

図 1 簡易押出成形による変形量の比較に、高精度なファイン部材を成形する際の製造条件の制御を確立し、製品製造現場における新製品開発

3. 結果と考察に貢献することを目指す。本年度は、粒径の異なるAL170 を原料に用い、バインダー量を 8mass%とアルミナ原料を用い、変形の少ない堅い坏土の作製して水分量を10〜20mass%まで変化させたときの坏を目指して、調合条件の違いによる坏土特性、成形土のせん断応力−せん断速度の相関を図 2 に、簡易性の変化を評価した。

押出成形機で押出した時の成形特性を表 1 に示す。
添加する水分量が増加するほど、小さいせん断応力

2. 実験方法

でもせん断速度が大きく高い流動性が得られたが、粒径の異なる 2 種類のアルミナ（昭和電工製成形時の変形量は増加した。水分量 17mass%以上にAL-170：平均粒径 2.3μm、住友化学製 AES-21：平なると、せん断応力 0.15MPa以下でせん断速度が均粒径 0.4μm）を原料に用いた。原料に対し、バイ100s-1以上となり、この領域では変形量が大きく成形ンダー（ユケン工業 YB-133C）を 8〜12mass%、水体の十分な保形性が得られなかった。なお、水分量を10〜20mass%添加してミキサーで予備混合を行っ

10mass%では水分不足のため混練不可となり坏土がた後、混練機（宮崎鉄工製 MP-30）に 3 回通して坏調製できなかった。
1佐賀県窯業技術センター

平成 19 年度

研究報告書

1000

1000
せん断速度（s-1）

10000

せん断速度（s-1）

10000

10012%
15%17%20%

100.0515%
16%
17%20%

10

1

10100

0.1

0.15

0.2

0.25

0.1

0.3

0.120.14

図 2 AL-170（粒径 2.3μm）にバインダーを 8mass%添加

810−812◎815○817△820×0.220.24

して調製した坏土の流動特性に及ぼす水分量の影響

表１ AL-170（粒径 2.3μm）で作製した坏土の成形特性

保形性

0.2

図 3 AES-21（粒径 0.4μm）にバインダーを 8mass%添加

して調製した坏土の流動特性に及ぼす水分量の影響

水分添加量(mass%)

0.18

せん断応力（MPa）

せん断応力（MPa）

バインダ添加量(mass%)

0.16

表 2 AES-21（粒径 0.4μm）で作製した坏土の成形特性

備考

バインダ添加量

水分添加量(mass%)(mass%)

8保形性

備考

12−

混練不可

815○

成形体のベタつき大816○

成形体のベタつき大817△

成形体のベタつき大820×成形体のベタつき大混練不可

AES-21 を原料に用い、バインダー量を 8mass%として水分量を12〜17mass%まで変化させたときの坏
土のせん断応力−せん断速度の相関を図 3 に、簡易押出成形機で押出した時の成形特性を表 2 に示す。

10000

AL-170 と比較し AES-21 は粒径が小さいため、混練が調製できなかった。また、AES-21 においても、添加する水分量が増加するほど、小さいせん断応力で高い流動性が得られたが、図4 に示すように、AL-170と比較するとせん断応力の変化量に対してせん断速1000せん断速度（s-1）のためには水分量 12mass%でも不足しており、坏土100

10AL-170
AES-21度の変化が少ない傾向が認められた。成形性・保形性に関しては、水分添加量 16mass%までは成形体の変形は小さかったが、AL-170 と比べて成形体が全体10.1的にベタつき、成形後にカッティングなどの後加工を施す場合、刃に成形体が粘着しやすく、ハンドリング性が悪い傾向があった。

0.150.2
せん断応力（MPa）

0.25

図 4 AL-170（粒径 2.3μm）及び AES-21（粒径 0.4μm）を用いて同一配合（バインダー8mass%、水分 15mass%）で調製した坏土の流動特性

2
佐賀県窯業技術センター

平成 19 年度

研究報告書そこで、バインダーの添加量を 10〜12mass%まで4. まとめ増加させて坏土を調製したところ、成形体のベタつセラミックス成形の基礎となる、種々の原料特性きは無くなり、保形性も良好であった（表 3）。しかに対応した配合条件、成形条件と成形体特性の傾向

しながらこのときの坏土は、せん断応力 0.25MPa以等に関する技術データを集積するとともに、高精度-1下の領域でせん断速度がすべて 100s と、流動性がなファイン部材を成形する際の製造条件の制御を確低くなった（図 5）。

立するため、粒径の異なるアルミナ原料を用い、調安定して押出成形を行うためには、高い流動性を合条件の違いによる坏土特性、成形性の変化を評価保ったまま保形性も維持する必要がある。そのためした。原料粒径の小さい方が混練のためにより多く今後は、原料粒径に対応したバインダーと水分量ののバインダーを必要とし、同一配合で比較すると成適正化を図るとともに、潤滑性を増大させ、堅い坏形体のベタつきが大きかった。バインダーの量を増土であっても高い流動性を得られるような添加剤加させることによりベタつきは解消され、良好な保（潤滑剤）についても検討していく予定である。

形性も得られたが流動性は低くなった。今後は坏土の最適な成形条件を得るため、バインダーと水分量の適正化を図るとともに、潤滑性を増大させるため

表 3 AES-21（粒径 0.4μm）で作製した坏土の成形特性

バインダ添加量

水分添加量(mass%)(mass%)

1012の添加剤についても検討する予定である。
保形性

備考

14

◎

成形体のベタつき無し

14◎

成形体のベタつき無し

せん断速度（s-1）

100

10

バインダー12%、水分14%
バインダー10%、水分14%
10.15

0.17

0.190.21
せん断応力（MPa）

0.230.25

図 5 AES-21（粒径 0.4μm）を用いて調製した坏土の流動特性

3
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平成 19 年度

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