CN101353561A

CN101353561A - 粉末注射成形用催化脱脂型粘结剂及其喂料的制备方法

Info

Publication number: CN101353561A
Application number: CNA2008101431377A
Authority: CN
Inventors: 李笃信; 郑礼清; 李昆; 卢仁伟; 赵莉
Original assignee: Central South University
Current assignee: Central South University
Priority date: 2008-09-04
Filing date: 2008-09-04
Publication date: 2009-01-28
Anticipated expiration: 2028-09-04
Also published as: CN101353561B

Abstract

本发明公开了一种粉末注射成形用催化脱脂型粘结剂及其喂料的制备方法，所述的粉末注射成形用催化脱脂型粘结剂由均聚甲醛、高密度聚乙烯和石蜡，以及相容剂、增塑剂、表面活性剂组成，其体积百分比为：均聚甲醛85～95％高密度聚乙烯4～9％石蜡3～6％相容剂0.5～1％增塑剂1～2％表面活性剂0.5～1％。按照上述粘结剂配比，按照一定的粉末装载量，将粘结剂和粉末加入密炼机，混炼，制备催化脱脂型喂料。本发明克服了目前在PIM工业生产中只能靠应用进口催化脱脂喂料而使得生产成本昂贵的不足，能够降低使用催化脱脂技术的成本，从而可以推动催化脱脂技术在PIM工业生产中的广泛应用。

Description

粉末注射成形用催化脱脂型粘结剂及其喂料的制备方法

技术领域

本发明涉及一种粉末注射成形用催化脱脂型粘结剂及其喂料的制备方法。

背景技术

粉末注射成形(Powder Injection Molding，简称PIM)技术具有一次成形复杂形状制品、产品尺寸精度高、无需机械加工或只需微量加工、易于实现生产自动化和产品性能优异的特点，被国际上誉为“当今最热门的零部件成形技术之一”。然而，粉末注射成形工艺中脱脂工艺费时多、缺陷多、过程难以控制是PIM工艺中最困难和最关键的因素，至今仍是PIM产业发展的瓶颈。脱脂和粘结剂是紧密联系在一起的，粘结剂决定了脱脂方式。因此，国内外科研人员为了提高粉末注射成形技术及其产品的竞争力，在粘结剂设计方面投入了大量的努力。

粉末注射成形工业生产中应用的主要是适合于热脱脂和溶剂脱脂的传统粘结剂体系。其中，热脱脂其脱脂速度慢、易产生缺陷、只适合于小件；溶剂脱脂其过程比较复杂、生产周期长、脱脂产品存在变形。而催化脱脂是一种新型快速脱脂工艺，其脱脂速率能达到1～4mm/h，是传统脱脂工艺速率的10～20倍。它综合了热脱脂和溶剂脱脂的优点，克服了传统脱脂方式时间长、缺陷多、能耗高、污染环境等缺点。因此，催化脱脂被认为是目前最先进的脱脂工艺。

在粉末注射成形工业生产中采用催化脱脂技术，能大大缩短脱脂时间，提高生产效率，降低PIM产品生产成本，而且在脱脂时不出现液相，避免了PIM产品容易发生变形和尺寸精度控制困难的弱点。因此，在PIM生产中采用催化脱脂技术能带来巨大的经济效应和广阔的应用前景。而在实际PIM工业生产中，由于在催化脱脂技术研究上的缺乏，没有自己的技术，没有自己的知识产权，很多公司只有通过购买德国BASF公司的Catamold系列催化脱脂喂料进行工业化生产。Catamold系列喂料价格昂贵，导致其生产成本居高不下，很大程度上限制了催化脱脂技术在国内的工业化应用。

综上所述，很有必要开发出适合于粉末注射成形催化脱脂技术的粘结剂。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是：针对目前在PIM工业生产中只能靠应用进口催化脱脂喂料而使得生产成本昂贵的不足，提供一种粉末注射成形用催化脱脂型粘结剂及其喂料的制备方法，以降低使用催化脱脂技术的成本，从而推动催化脱脂技术在PIM工业生产中的广泛应用。

本发明的技术解决方案如下：

一种粉末注射成形用催化脱脂型粘结剂，其特征在于：由均聚甲醛、高密度聚乙烯和石蜡，以及相容剂、增塑剂、表面活性剂组成，其体积百分比为：

均聚甲醛85～95％高密度聚乙烯4～9％石蜡3～6％

相容剂0.5～1％增塑剂1～2％表面活性剂0.5～1％。

所述组分及体积百分比为：

均聚甲醛88～90％高密度聚乙烯4～6％石蜡3～4％

相容剂0.5～1％增塑剂1～1.5％表面活性剂0.5～1％。

所述组分及优选的体积百分比为：

均聚甲醛89％高密度聚乙烯5％石蜡3％

相容剂1％增塑剂1％表面活性剂1％。

所述相容剂为乙烯-醋酸乙烯酯共聚物。

乙烯-醋酸乙烯酯共聚物中的醋酸乙烯酯含量为24～28(这里是质量百分含量，醋酸乙烯酯含量是乙烯-醋酸乙烯酯共聚物制备过程中加入的，在化学上是一个通用术语)

所述增塑剂为邻苯二甲酸二丁酯，表面活性剂为硬脂酸锌。

一种粉末注射成形用催化脱脂型喂料的制备方法，其特征在于，其工艺步骤为：

1)按照以下体积比及组分取料备用：85～95％的均聚甲醛；4～9％的高密度聚乙烯；0.5～1％的相容剂；3～6％的石蜡；1～2％的增塑剂；0.5～1％的表面活性剂；取其中的均聚甲醛、高密度聚乙烯和相容剂和50～68％粉末装载量的(这里粉末的量是根据粉末装载量来计算的，而粉末装载量也是个范围值，根据不同的粉末而不同。有一个适合的范围50～68％)注射成形粉末干混，得到均匀的粉末和粘结剂的混合物；

2)将上述混合物加入密炼机，在180～190℃温度下混炼；

3)降低混炼温度，再取备好的石蜡、增塑剂和表面活性剂加入密炼机，混炼，制得粉末注射成形用催化脱脂型喂料。

所述步骤3)中混炼温度降低至160～170℃。

所述的相容剂为乙烯-醋酸乙烯酯共聚物，其中醋酸乙烯酯含量为24～28；所述增塑剂为邻苯二甲酸二丁酯，表面活性剂为硬脂酸锌。

所述步骤1)中的干混时间为60～90分钟；所述步骤2)中的混炼时间为20～30分钟；所述步骤3)中混炼时间为20～30分钟。

有益效果：

相比于传统的粘结剂体系，本发明催化脱脂型粘结剂具有如下优点：

(1)脱粘速度快，催化脱脂型粘结剂的脱除速度能达到传统粘结剂脱除速度的10～20倍。

(2)脱粘温度低，脱粘时产生的变形、掉边等脱脂缺陷少。

(3)催化脱脂型喂料具有很好的流动性和冲模能力，特别适合注射成形。

(4)催化脱脂型喂料制备简单、成本低廉，易于推广使用。

该粘结剂体系是由起骨架作用的均聚甲醛，起辅助框架作用的高密度聚乙烯和起稳定作用的各种添加剂组成。其中均聚甲醛的结构特点是重复的C-O键组成，聚合物链的氧原子对酸的作用很敏感，当曝露在合适的酸催化剂中时，在较低的温度下就能进行催化反应引起大分子聚醛树脂分裂成CH₂O(甲醛)气体。这样，生坯中的主粘结剂——均聚甲醛在催化剂的作用下直接由固态转化为气态，达到快速催化脱脂的目的。此时，剩余的少量高密度聚乙烯将起保形作用，脱除了主粘结剂的生坯仍然是充分坚固的，使零件在脱粘时具有延续的坚硬性，避免任何塑性变形，得到较好的公差。而这些在生坯中残留的有机物质、分解剂、某些聚合物均可以在预烧结阶段迅速热解脱除。

本发明采用廉价易得的塑料，通过共混改性的方法制备催化脱脂型粘结剂及其喂料，能大大降低了催化脱脂技术在注射成形工业生产中的应用成本，推进催化脱脂技术的广泛应用，进而推动注射成形产业的发展。

附图说明

图1为粉末注射成形用催化脱脂型喂料的制备方法的工艺流程图。

具体实施方式

下面参照附图和实施例对本发明的实施进行说明。

本发明涉及一种粉末注射成形用催化脱脂型粘结剂配方，由下述组分组成(体积百分比比)：均聚甲醛85～95％，高密度聚乙烯5～9％，石蜡3～6％，乙烯-醋酸乙烯酯共聚物0.5～1％，邻苯二甲酸二丁酯1～2％，硬脂酸锌0.5～1％。按此配方范围可组合多个配方，能适合不同的粉末体系要求，现列举具体实施例如下：

实施例1：

一种适合于17～4PH不锈钢粉末注射成形用催化脱脂型粘结剂，它由下述组分组成(体积百分比比)：89％均聚甲醛100P，5％高密度聚乙烯，3％石蜡，1％醋酸乙烯酯(VA)含量为26的乙烯-醋酸乙烯酯共聚物(EVA)，1％邻苯二甲酸二丁酯，1％硬脂酸锌。

如图1所示，本实施例的制备方法包括以下步骤：

(1)将89％均聚甲醛100P，5％高密度聚乙烯，1％醋酸乙烯酯(VA)含量为26的乙烯-醋酸乙烯酯共聚物(EVA)和62％粉末装载量的17～4PH不锈钢粉末加入三维旋转器，干混1小时，得到均匀的粉末和粘结剂的混合物。

(2)将上述均匀的混合物加入密炼机，升温至185℃，混炼30分钟。

(3)降低混炼温度到170℃，再将3％石蜡、1％邻苯二甲酸二丁酯和1％硬脂酸锌加入密炼机，混炼20分钟，制得催化脱脂型不锈钢喂料。

本发明所制备的催化脱脂型不锈钢喂料具有优异的流变性能，适合注射成形。在120℃时，用硝酸气体做催化剂，其脱粘速度能达到3.5mm/h，不会出现变形、掉边等脱粘缺陷。

实施例2：

一种适合于氧化锆陶瓷粉末注射成形用催化脱脂型粘结剂，它由下述组分组成(体积百分比比)：90％均聚甲醛500P，4％高密度聚乙烯，3％石蜡，1％醋酸乙烯酯(VA)含量为24的乙烯-醋酸乙烯酯共聚物(EVA)，1.5％邻苯二甲酸二丁酯，0.5％硬脂酸锌。

本实施例的制备方法：

(1)将90％均聚甲醛500P，4％高密度聚乙烯，1％醋酸乙烯酯(VA)含量为24的乙烯-醋酸乙烯酯共聚物(EVA)和53％粉末装载量的氧化锆陶瓷粉末加入三维旋转器，干混1小时，得到均匀的粉末和粘结剂的混合物。

(2)将上述均匀的混合物加入密炼机，升温至190℃，混炼25分钟。

(3)降低混炼温度到165℃，再将3％石蜡、1.5％邻苯二甲酸二丁酯和0.5％硬脂酸加入密炼机，混炼30分钟，制得催化脱脂型氧化锆陶瓷喂料。

本发明所制备的催化脱脂型氧化锆陶瓷喂料具有优异的流变性能，适合注射成形本发明所制备的催化脱脂型氧化锆陶瓷喂料具有优异的流变性能，适合注射成形。在120℃时，用硝酸气体做催化剂，其脱粘速度能达到3mm/h，不会出现变形、掉边等脱粘缺陷。

实施例3：

一种适合于YG12硬质粉末注射成形用催化脱脂型粘结剂，它由下述组分组成(体积百分比比)：89％均聚甲醛100P，5％高密度聚乙烯，3％石蜡，1％醋酸乙烯酯(VA)含量为26的乙烯-醋酸乙烯酯共聚物(EVA)，1％邻苯二甲酸二丁酯，1％硬脂酸锌。

本实施例的制备方法：

(1)将89％均聚甲醛100P，5％高密度聚乙烯，1％醋酸乙烯酯(VA)含量为26的乙烯-醋酸乙烯酯共聚物(EVA)和56％粉末装载量的YG12硬质粉末加入三维旋转器，干混1小时，得到均匀的粉末和粘结剂的混合物。

(3)降低混炼温度到170℃，再将3％石蜡、1％邻苯二甲酸二丁酯和1％硬脂酸加入密炼机，混炼25分钟，制得催化脱脂型氧化锆陶瓷喂料。

本发明所制备的催化脱脂型YG12硬质喂料具有优异的流变性能，适合注射成形。在120℃时，用草酸气体做催化剂，其脱粘速度能达到2.5mm/h，不会出现变形、掉边等脱粘缺陷。

Claims

1、一种粉末注射成形用催化脱脂型粘结剂，其特征在于：由均聚甲醛、高密度聚乙烯和石蜡，以及相容剂、增塑剂、表面活性剂组成，其体积百分比为：

均聚甲醛85～95％高密度聚乙烯4～9％石蜡3～6％

相容剂0.5～1％增塑剂1～2％表面活性剂0.5～1％。

2、按照权利要求1所述的粉末注射成形用催化脱脂型粘结剂，其特征在于：所述组分及体积百分比为：

均聚甲醛88～90％高密度聚乙烯4～6％石蜡3～4％

相容剂0.5～1％增塑剂1～1.5％表面活性剂0.5～1％。

3、按照权利要求2所述的粉末注射成形用催化脱脂型粘结剂，其特征在于，所述组分及优选的体积百分比为：

均聚甲醛89％高密度聚乙烯5％石蜡3％

相容剂1％增塑剂1％表面活性剂1％。

4、按照权利要求1所述的粉末注射成形用催化脱脂型粘结剂，其特征在于：所述相容剂为乙烯-醋酸乙烯酯共聚物。

5、按照权利要求1所述的粉末注射成形用催化脱脂型粘结剂，其特征在于，乙烯-醋酸乙烯酯共聚物中的醋酸乙烯酯含量为24～28。

6、按照权利要求1～5任一项所述的粉末注射成形用催化脱脂型粘结剂，其特征在于：所述增塑剂为邻苯二甲酸二丁酯，表面活性剂为硬脂酸锌。

7、一种粉末注射成形用催化脱脂型喂料的制备方法，其特征在于，其工艺步骤为：

1)按照以下体积比及组分取料备用：85～95％的均聚甲醛；4～9％的高密度聚乙烯；0.5～1％的相容剂；3～6％的石蜡；1～2％的增塑剂；0.5～1％的表面活性剂；取其中的均聚甲醛、高密度聚乙烯和相容剂和50～68％粉末装载量的注射成形粉末干混，得到均匀的粉末和粘结剂的混合物；

2)将上述混合物加入密炼机，在180～190℃温度下混炼；

3)降低混炼温度，再取备好的石蜡、增塑剂和表面活性剂加入密炼机，混炼，

制得粉末注射成形用催化脱脂型喂料。

8、按照权利要求7所述的粉末注射成形用催化脱脂型喂料的制备方法，其特征在于：所述步骤3)中混炼温度降低至160～170℃。

9、按照权利要求7所述的粉末注射成形用催化脱脂型喂料的制备方法，其特征在于：所述的所述相容剂为乙烯-醋酸乙烯酯共聚物，其中醋酸乙烯酯含量为24～28；所述增塑剂为邻苯二甲酸二丁酯，表面活性剂为硬脂酸锌。

10、按照权利要求7～9任一项所述的粉末注射成形用催化脱脂型喂料的制备方法，其特征在于：所述步骤1)中的干混时间为60～90分钟；所述步骤2)中的混炼时间为20～30分钟；所述步骤3)中混炼时间为20～30分钟。