塑基粘結(jié)劑及其用于制備粉末注射成形坯體的方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種用于粉末注射成形的塑基粘結(jié)劑及其用于制備坯體的方法，可廣泛用于粉末注射成形行業(yè)，尤其適用于長(zhǎng)徑比大、壁厚薄、尺寸微小以及三維形狀復(fù)雜等零件的生產(chǎn)，屬于粉末注射成形技術(shù)領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002]粉末注射成形是利用高分子有機(jī)物作為粘結(jié)劑，充分利用其在加熱到一定溫度下的熔融和流變特性，類似注射塑料一樣將粉末和粘結(jié)劑的混合物成形為各種所需形狀的成形坯，然后用化學(xué)或熱分解的方法將成形坯中粘結(jié)劑脫除，最后經(jīng)燒結(jié)致密化和必要的后續(xù)加工工序得到最終產(chǎn)品。該技術(shù)在制備具有復(fù)雜形狀、均勻組織結(jié)構(gòu)和高性能的高精度產(chǎn)品方面具有獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)，被廣泛應(yīng)用于通訊設(shè)備、醫(yī)療器械、汽車、電動(dòng)五金及軍工等領(lǐng)域。
[0003]粘結(jié)劑是粉末注射成形技術(shù)的核心，在粉末注射成形中粘結(jié)劑具有增強(qiáng)流動(dòng)性以適合注射成形和維持坯塊形狀這兩個(gè)最基本的職能。粘結(jié)劑性能的好壞直接決定了產(chǎn)品的最終性能，因此，粘結(jié)劑的選擇與優(yōu)化已成為粉末注射成形的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。
[0004]目前，國內(nèi)普遍使用的塑基體系的粘結(jié)劑配方最常用的為聚甲醛-聚合物體系，主粘結(jié)劑為Ρ0Μ，輔助粘結(jié)劑為HDPE、PP、EVA，助劑為SA。這種粘結(jié)劑體系配方常用于常規(guī)尺寸的金屬注射成形，但是在用于制造小型化、微型化及異型化金屬及陶瓷產(chǎn)品中，存在流動(dòng)性差的問題，特別是對(duì)于長(zhǎng)徑比大、壁厚薄、尺寸微小以及三維形狀復(fù)雜等制品，注射時(shí)出現(xiàn)諸如填充不滿、流痕、熔接痕等缺陷，直接制約了粉末注射成形產(chǎn)品的批量化生產(chǎn)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]針對(duì)上述問題，本發(fā)明提供一種粘結(jié)劑黏度低、流動(dòng)性能好，有較好的充模能力與生坯穩(wěn)定性;可廣泛應(yīng)用于粉末注射成形行業(yè)，尤其適用于長(zhǎng)徑比大、壁厚薄、尺寸微小以及三維形狀復(fù)雜的零件的生產(chǎn)的能夠用于粉末注射成形的塑基粘結(jié)劑。
[0006]本發(fā)明的另一個(gè)目的在于提供一種上述塑基粘結(jié)劑用于制備坯體的方法。
[0007]為達(dá)到上述目的，本發(fā)明用于粉末注射成形的塑基粘結(jié)劑，由如下重量份的原料組成:共聚甲醛75?88、改性聚乳酸樹脂4?10、微晶蠟3?10、季戊四醇硬脂酸酯2?8、癸二酸二丁酯1?10、抗氧劑0.5?2。
[0008]進(jìn)一步地，所述的粘結(jié)劑由如下重量份的原料組成:共聚甲醛82、改性聚乳酸樹脂
5、微晶蠟5、季戊四醇硬脂酸酯4.5、癸二酸二丁酯3.0、抗氧劑0.5。
[0009]進(jìn)一步地，所述的粘結(jié)劑由如下重量份的原料組成:共聚甲醛81、改性聚乳酸樹脂
8、微晶蠟7、季戊四醇硬脂酸酯6、癸二酸二丁酯4.0、抗氧劑1。
[0010]進(jìn)一步地，所述的粘結(jié)劑由如下重量份的原料組成:共聚甲醛80、改性聚乳酸樹脂
5、微晶蠟6、季戊四醇硬脂酸酯4、癸二酸二丁酯7、抗氧劑1.8。
[0011]進(jìn)一步地，所述的粘結(jié)劑由如下重量份的原料組成:共聚甲醛83、改性聚乳酸樹脂4、微晶蠟5.5、季戊四醇硬脂酸酯4、癸二酸二丁酯5、抗氧劑1.5。
[0012]進(jìn)一步地，所述的粘結(jié)劑由如下重量份的原料組成:共聚甲醛80、改性聚乳酸樹脂
4、微晶蠟5.5、季戊四醇硬脂酸酯4、癸二酸二丁酯5、抗氧劑1.3。
[0013]進(jìn)一步地，所述抗氧劑是抗氧劑1010與抗氧劑168混合物。
[0014]為達(dá)到上述目的，本發(fā)明上述塑基粘結(jié)劑用于制備坯體的方法，包括
喂料制備:將金屬或者陶瓷粉末預(yù)熱至170?190°C，攪拌，轉(zhuǎn)速為5?15r/min;加入粘結(jié)劑，在170?190°C密煉，密煉時(shí)間為0.5?2小時(shí)，攪拌，轉(zhuǎn)速為5?15r/min ；降溫至150?170°C，繼續(xù)密煉0.5?1小時(shí)，攪拌，轉(zhuǎn)速為35?50r/min;密煉完成后，擠出造粒得到顆粒狀喂料，其中所述的粘結(jié)劑為上述的用于粉末注射成形的塑基粘結(jié)劑；
注射成形:將顆粒狀喂料注射成型，注射溫度170?190°C，模溫100?120°C，注射壓力50?90MPa；
催化脫脂:將注射成形所得生坯用硝酸催化脫脂，脫脂溫度為100?130°C，脫脂時(shí)間6?9小時(shí)，得到粉末注射成形脫脂坯體。
[0015]有益效果
本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)具備如下有益效果:
本發(fā)明中的共聚甲醛提供流動(dòng)性及作為骨架材料;改性聚乳酸樹脂用于提供喂料脫脂后的坯體的強(qiáng)度支持;微晶蠟用于潤(rùn)滑及提高各相相容性;癸二酸二丁酯作為增塑劑，具有良好的加工性能和軟化性能，可顯著降低粘結(jié)劑的黏度，改善粘結(jié)劑的綜合性能;季戊四醇硬脂酸酯用作表面活性劑，可改善粉末與粘結(jié)劑的兼容性，減少粉末注射成形過程中“粉膠分離”現(xiàn)象;抗氧劑使粘結(jié)劑在加工過程中具有良好的加工穩(wěn)定性，避免聚甲醛等組分的分解。
[0016]本發(fā)明采用的粘結(jié)劑用于注射成型時(shí)黏度低、流動(dòng)性能好，有較好的充模能力與生坯穩(wěn)定性;可廣泛應(yīng)用于粉末注射成形行業(yè)，尤其適用于長(zhǎng)徑比大、壁厚薄、尺寸微小以及三維形狀復(fù)雜的零件的生產(chǎn)。
【附圖說明】
[0017]圖1是為實(shí)施例2與316L不銹鋼金屬粉末制備的喂料的流變性能圖。
【具體實(shí)施方式】
[0018]下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步的描述。
[0019]
實(shí)施例1
本實(shí)施例塑基粘結(jié)劑為用于粉末注射成形的塑基粘結(jié)劑，由如下重量份的原料組成:共聚甲醛88，改性聚乳酸樹脂4，微晶蠟4，季戊四醇硬脂酸酯2，癸二酸二丁酯1.5，抗氧劑
0.5。制備方法:所有原料放入高速混合機(jī)中混合30min，出料;將混合的原料放入造粒機(jī)中擠出造粒，得到顆粒狀的粘結(jié)劑。
[0020]本實(shí)施例塑基粘結(jié)劑用于制備坯體的方法，具有如下步驟:
步驟1:喂料制備:將粒度為D50 < ΙΟμπι的17-4PH不銹鋼金屬粉末預(yù)熱至190°C，攪拌，轉(zhuǎn)速為5r/ min ；按粘結(jié)劑與金屬粉末體積比為46:54加入所述粘結(jié)劑，在190°C進(jìn)行密煉，密煉時(shí)間為1小時(shí)，攪拌，轉(zhuǎn)速為10r/min ；降溫至180°C，繼續(xù)密煉0.5小時(shí)，攪拌，轉(zhuǎn)速為35r/min;密煉完成后，在雙螺桿擠出機(jī)中擠出造粒，得到顆粒狀喂料，其中所述的粘結(jié)劑為本實(shí)施例所述的塑基粘結(jié)劑；
步驟2:注射成形:將顆粒狀喂料注射成型，注射溫度190°C，模溫120°C;
步驟3:催化脫脂:將注射成形所得坯體用硝酸催化脫脂，脫脂溫度為130°C，脫脂時(shí)間6?9小時(shí)，得到粉末注射成形脫脂坯體。
[0021]測(cè)試該實(shí)施例的喂料的流變性能，測(cè)試標(biāo)準(zhǔn):國標(biāo)GB/T25278-2010;測(cè)試條件:流變儀器:高壓毛細(xì)管流變儀;溫度:190°C ；毛細(xì)管直徑:1mm;毛細(xì)管長(zhǎng)度:40mm;壓力傳感器量程:200MPa；測(cè)試剪切速率范圍:lOs-Ι?2000S-1。測(cè)定結(jié)果如圖1所示。
[0022]測(cè)定該實(shí)施例的喂料熔體流動(dòng)速率MFI值，測(cè)試標(biāo)準(zhǔn):ISO1133 ;測(cè)試條件:溫度:190°C，標(biāo)稱負(fù)荷:21.6Kg ；測(cè)定結(jié)果為:1200?1800g/10min。
[0023]
實(shí)施例2
本實(shí)施例塑基粘結(jié)劑為用于粉末注射成形的塑基粘結(jié)劑，由如下重量份的原料組成:共聚甲醛82，改性聚乳酸樹脂5，微晶蠟5，季戊四醇硬脂酸酯4.5，癸二酸二丁酯3，抗氧劑
0.5。所有原料放入高速混合機(jī)中混合20min，出料;將混合的原料放入造粒機(jī)中擠出造粒，得到顆粒狀的粘結(jié)劑。
[0024]本實(shí)施例塑基粘結(jié)劑用于制備坯體的方法，具有如下步驟:
步驟1:喂料制備:將粒度為D50 < 10ym、D90=22的316L不銹鋼金屬粉末預(yù)熱至185°C，攪拌，轉(zhuǎn)速為10r/min ；按粘結(jié)劑與金屬粉末體積比為36:64加入所述粘結(jié)劑，在185°C進(jìn)行密煉，密煉時(shí)間為40分鐘，攪拌，轉(zhuǎn)速為20r/min;降溫至175°C，繼續(xù)密煉0.5小時(shí)，攪拌，轉(zhuǎn)速為40r/min;密煉完成后，在雙螺桿擠出機(jī)中擠出造粒得到顆粒狀喂料，其中所述的粘結(jié)劑為本實(shí)施例所述的塑基粘結(jié)劑；
步驟2:注射成形:將顆粒狀喂料注射成型，注射溫度185°C，模溫120°C;
步驟3:催化脫脂:將注射成形所得坯體用硝酸催化脫脂，脫脂溫度為130°C，脫脂時(shí)間6?9小時(shí)，得到粉末注射成形脫脂坯體。
[0025]實(shí)施例3
本實(shí)施例塑基粘結(jié)劑為用于粉末注射成形的塑基粘結(jié)劑，由如下重量份的原料組成:共聚甲醛76、改性聚乳酸樹脂8、微晶蠟6、季戊四醇硬脂酸酯2、癸二酸二丁酯7、抗氧劑1。所有原料放入高速混合機(jī)中混合30min，出料;將混合的原料放入造粒機(jī)中擠出造粒，得到顆粒狀的粘結(jié)劑。
[0026]本實(shí)施例塑基粘結(jié)劑用于制備坯體的方法，具有如下步驟:
步驟1:喂料制備:將粒度為D50 < 0.85μπι的Zr02陶瓷粉末粉末預(yù)熱至180°C，攪拌，轉(zhuǎn)速為5r/min;按粘結(jié)劑與金屬粉末體積比為46:54加入所述粘結(jié)劑，在180°C進(jìn)行密煉，密煉時(shí)間為1小時(shí)，攪拌，轉(zhuǎn)速為30r/min ；降溫至180°C，繼續(xù)密煉0.5小時(shí)，攪拌，轉(zhuǎn)速為50r/min ；密煉完成后，在雙螺桿擠出機(jī)中擠出造粒，得到顆粒狀喂料，其中所述的粘結(jié)劑為本實(shí)施例所述的塑基粘結(jié)劑；
步驟2:注射成形:將顆粒狀喂料注射成型，注射溫度180°C，模溫120°C;
步驟3:催化脫脂:將注射成形所得坯體用硝酸催化脫脂，脫脂溫度為130°C，脫脂時(shí)間6小時(shí)，得到粉末注射成形脫脂坯體。
[0027]該實(shí)施例說明粘結(jié)劑可用于陶瓷粉末的粉末注射成形。
[0028]實(shí)施例4
本實(shí)施例塑基粘結(jié)劑為用于粉