CN105131508A - 一种粉末注射成型用粘结剂、制备方法及其应用方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种粉末注射成型用粘结剂、其制备方法和其应用方法。该粘结剂按照质量百分数计算，主要由以下组分制备而成：聚甲醛65-75％、邻苯二甲酸二辛酯4-9％、聚乙烯6-13％、丙烯酸酯共聚物1-3％、聚丙烯酰胺3-8％、石蜡1.5-4％、微晶蜡2-6％、乙烯醋酸乙烯酯共聚物0.5-2％。在本发明提供的粘结剂中，多种组分组合通过科学配伍组合在一起，既能够显著提高金属粉末或陶瓷粉末同粘结剂之间的相容性，同时，在脱脂过程中又能快速除去，不会导致坯体出现鼓泡、开裂等缺陷，从而保证坯体的质量。

Description

一种粉末注射成型用粘结剂、制备方法及其应用方法

技术领域

本发明涉及粉末注射成型领域，具体而言，涉及一种粉末注射成型用粘结剂、制备方法及其应用方法。

背景技术

粉末注射成型(简称MIM)是将现代塑料注射成型技术引入粉末冶金领域而形成的一门新型粉末冶金近净成型技术。该技术作为产品生产加工的四大方法之一，是近年来粉末冶金学科和工业领域中发展十分迅猛的一项高新技术，越来越受到重视，各国、各厂家都开始加大这方面的研发和投入。

粘接剂是粉末注射成型工艺中重要一环。在粉末注射成型生产过程中，为使得金属粉末或陶瓷粉末具有良好的流动性以填充复杂模腔，制备出结构均匀、性能优良的产品，必须加入粘结剂。由于粘结剂只是一个帮助实现成型的中间介质，因此需要在随后的脱脂工艺过程中能够方便地将其去除。

脱脂工艺是粉末注射成型技术的关键步骤，它会影响坯件的质量，同时花费的时间最长，对生产效率有着很大的影响。目前，常用的脱脂方法包括溶剂脱脂和热脱脂。而现有的粘结剂在溶剂脱脂过程中，大厚度试样极易发生溶胀开裂。若采用直接热脱脂，现有的粘结剂耗时长，由于大厚度试样中的分解气体无法顺利逸出，在坯体内产生较大的应力，导致鼓泡和开裂等缺陷，并且脱脂阶段产生的缺陷不能在烧结阶段消除。

有鉴于此，特提出本发明。

发明内容

本发明的第一目的在于提供一种适用于金属粉末或陶瓷粉末注射成型用粘结剂。本发明提供的粉末注射成型用粘结剂克服了传统粘结剂在脱脂过程中易导致坯体出现鼓泡、开裂等缺陷的问题，利用各个组分的特性，将多种组分通过科学配伍组合在一起，既能够显著提高金属粉末或陶瓷粉末同粘结剂之间的相容性，同时，在脱脂过程中又能快速除去，不会导致坯体出现鼓泡、开裂等缺陷，从而保证坯体的质量。

本发明的第二目的在于提供一种所述的粘结剂的制备方法，该制备方法简单快捷，无需任何复杂操作，将各组分按照配比配置后置于混炼机中混合即得。

本发明的第三目的在于提供一种所述粘结剂的应用方法。该方法将粘结剂与粉末混合后注射成型得到坯件，经脱脂后将粘结剂脱除干净，经烧结后得到形状和性质符合要求的坯件。

为了实现本发明的上述目的，特采用以下技术方案：

一种粉末注射成型用粘结剂，按照质量百分数计算，主要由以下组分制备而成：

聚甲醛65-75％、邻苯二甲酸二辛酯4-9％、聚乙烯6-13％、丙烯酸酯共聚物1-3％、聚丙烯酰胺3-8％、石蜡1.5-4％、微晶蜡2-6％、乙烯醋酸乙烯酯共聚物0.5-2％。

本发明提供的粘结剂中以聚甲醛、邻苯二甲酸二辛酯、聚乙烯为主体，加入丙烯酸酯共聚物、聚丙烯酰胺、石蜡、微晶蜡、乙烯醋酸乙烯酯共聚物作为粘结助剂，多种组分组合通过科学配伍组合在一起，既能够显著提高金属粉末或陶瓷粉末同粘结剂之间的相容性，同时，在脱脂过程中又能快速除去，不会导致坯体出现鼓泡、开裂等缺陷，从而保证坯体的质量。

其中，组分中的石蜡和微石蜡作为低分子物质，具有很好的流动性，起到润滑作用，能够降低粉末注射成型的喂料粘度；组分中的聚甲醛、聚乙烯、丙烯酸酯共聚物、聚丙烯酰胺、乙烯醋酸乙烯酯共聚物起到骨架的作用，能够很好地维持坯体的形状；而组分中的邻苯二甲酸二辛酯有助于减少粉末团聚和孔洞等缺陷，保证坯体的力学性能。

其中，以质量百分数计，各组分适宜的用量为聚甲醛65-75％、邻苯二甲酸二辛酯4-9％、聚乙烯6-13％、丙烯酸酯共聚物1-3％、聚丙烯酰胺3-8％、石蜡1.5-4％、微晶蜡2-6％、乙烯醋酸乙烯酯共聚物0.5-2％。

进一步优选地，各组分的用量为聚甲醛68-72％、邻苯二甲酸二辛酯5-8％、聚乙烯8-11％、丙烯酸酯共聚物1.5-2.5％、聚丙烯酰胺4-6％、石蜡2-3.5％、微晶蜡3-5％、乙烯醋酸乙烯酯共聚物0.8-1.5％。

更优选地，各组分的用量为聚甲醛69-70％、邻苯二甲酸二辛酯6-7％、聚乙烯8-9％、丙烯酸酯共聚物1.8-2％、聚丙烯酰胺4.5-5％、石蜡2.5-3％、微晶蜡3.5-4％、乙烯醋酸乙烯酯共聚物1.0-1.1％。

一种本发明提供的所述粘结剂的制备方法，包括如下步骤：

将各组分按照配比配置后，置于混炼机中混合。

本发明所提供的粘结剂的制备方法简单快捷，无需任何复杂操作，将各组分按照配比配置后置于混炼机中混合即得。

为了将各组分充分混合在一起，得到熔化状态的粘结剂，优选地，所述混合的步骤中，混合的时间为0.5-3小时，混合的温度为40-130℃，混合的速率为40-100转/分钟。

本发明还提供了一种所述粘结剂的应用方法，主要包括如下步骤：

将粘结剂与金属或陶瓷粉末混合得到混合喂料；

将所述混合喂料注射成型得到坯件；

将所述坯件经脱脂和烧结得到制品。

在本发明提供的应用方法中，将粘结剂与粉末混合后注射成型得到坯件，经脱脂后将粘结剂脱除干净，经烧结后得到形状和性质符合要求的坯件。

优选地，所述粘结剂与所述金属或陶瓷粉末混合的质量比为(5-18)：(95-82)，最优选为11:89。

优选地，所述脱脂的步骤具体包括：首先在90-220℃的温度下保温3-12小时，脱除60-75％的粘结剂，后升温至220-320℃，在这一温度下保温5-20小时，脱除剩余的粘结剂。

与现有技术相比，本发明的有益效果为：

(1)本发明以聚甲醛、邻苯二甲酸二辛酯、聚乙烯为主体，加入丙烯酸酯共聚物、聚丙烯酰胺、石蜡、微晶蜡、乙烯醋酸乙烯酯共聚物作为粘结助剂，多种组分组合通过科学配伍组合在一起制成的适用于金属粉末或陶瓷粉末注射成型用的粘结剂，既能够显著提高金属粉末或陶瓷粉末同粘结剂之间的相容性，同时，在脱脂过程中又能快速除去，不会导致坯体出现鼓泡、开裂等缺陷，从而保证坯体的质量。

(2)本发明根据粘结剂中的组分特性，在脱脂过程中，首先在90-220℃的温度下保温3-12小时，后升温至220-320℃，在这一温度下保温5-20小时，从而可以实现快速脱脂且不易产生缺陷和变形，对产品的尺寸限制小，特别适合厚度较大的成形坯，从而大大缩短了脱脂时间，提高了生产效率。

具体实施方式

下面将结合实施例对本发明的实施方案进行详细描述，但是本领域技术人员将会理解，下列实施例仅用于说明本发明，而不应视为限制本发明的范围。实施例中未注明具体条件者，按照常规条件或制造商建议的条件进行。所用试剂或仪器未注明生产厂商者，均为可以通过市售购买获得的常规产品。

实施例1

按照配比(如表1所示)将聚甲醛、邻苯二甲酸二辛酯、聚乙烯为主体，加入丙烯酸酯共聚物、聚丙烯酰胺、石蜡、微晶蜡、乙烯醋酸乙烯酯共聚物置于混炼机中混合，得到本实施例制备的粉末注射成型用粘结剂。

实施例2

按照配比(如表1所示)将聚甲醛、邻苯二甲酸二辛酯、聚乙烯、丙烯酸酯共聚物、聚丙烯酰胺、石蜡、微晶蜡、乙烯醋酸乙烯酯共聚物置于混炼机中，按照40转/分的混合速率，在40℃的混合温度下混合3小时，得到本实施例制备的粉末注射成型用粘结剂。

实施例3

按照配比(如表1所示)将聚甲醛、邻苯二甲酸二辛酯、聚乙烯、丙烯酸酯共聚物、聚丙烯酰胺、石蜡、微晶蜡、乙烯醋酸乙烯酯共聚物置于混炼机中，按照40转/分的混合速率，在130℃的混合温度下混合0.5小时，得到本实施例制备的粉末注射成型用粘结剂。

实施例4

按照配比(如表1所示)将聚甲醛、邻苯二甲酸二辛酯、聚乙烯、丙烯酸酯共聚物、聚丙烯酰胺、石蜡、微晶蜡、乙烯醋酸乙烯酯共聚物置于混炼机中，按照100转/分的混合速率，在40℃的混合温度下混合2小时，得到本实施例制备的粉末注射成型用粘结剂。

实施例5

按照配比(如表1所示)将聚甲醛、邻苯二甲酸二辛酯、聚乙烯、丙烯酸酯共聚物、聚丙烯酰胺、石蜡、微晶蜡、乙烯醋酸乙烯酯共聚物置于混炼机中，按照100转/分的混合速率，在100℃的混合温度下混合2小时，得到本实施例制备的粉末注射成型用粘结剂。

实施例6

按照配比(如表1所示)将聚甲醛、邻苯二甲酸二辛酯、聚乙烯、丙烯酸酯共聚物、聚丙烯酰胺、石蜡、微晶蜡、乙烯醋酸乙烯酯共聚物置于混炼机中，按照60转/分的混合速率，在80℃的混合温度下混合1.5小时，得到本实施例制备的粉末注射成型用粘结剂。

表1实施例1-6中各组分的含量

实施例7

将实施例1制备的粘结剂与金属粉末混合得到混合喂料，将这一混合喂料通过注射成型工艺得到厚度为2mm的坯件，坯件经脱脂和烧结后，得到制品。

实施例8

将实施例2制备的粘结剂与陶瓷粉末混合得到混合喂料，将这一混合喂料通过注射成型工艺得到厚度为2mm的坯件，坯件经脱脂和烧结后，得到制品。

实施例9

将实施例3制备的粘结剂与金属粉末按照5:95的质量比混合得到混合喂料，将这一混合喂料通过注射成型工艺得到厚度为2mm的坯件，坯件经脱脂和烧结后，得到制品。

脱脂时，首先在90℃的温度下保温12小时，后升温至220℃，在这一温度下保温20小时。

实施例10

将实施例4制备的粘结剂与金属粉末按照11:89的质量比混合得到混合喂料，将这一混合喂料通过注射成型工艺得到厚度为2mm的坯件，坯件经脱脂和烧结后，得到制品。

脱脂时，首先在220℃的温度下保温3小时，后升温至320℃，在这一温度下保温5小时。

采用同实施例10相同的方法，将实施例5和实施例6制备的粘结剂与金属粉末混合制备坯件。

对比例1

本对比例中的粘结剂中缺少石蜡和微晶蜡，包括70％的聚甲醛、9％的邻苯二甲酸二辛酯、9％的聚乙烯、2％的丙烯酸酯共聚物、5％的聚丙烯酰胺、5％的乙烯醋酸乙烯酯共聚物。上述组分的含量均以质量分数计。

将上述组分置于混炼机中，按照100转/分的混合速率，在40℃的混合温度下混合2小时，得到本对比例制备的粉末注射成型用粘结剂。

将上述粘结剂与金属粉末混合制备喂料，注射成厚度为10mm的坯体。

经多次测试，采用同实施例10相同的脱脂方法进行脱脂时，坯件会产生体积膨胀及鼓泡现象，不能完全脱除干净。可见，上述粘结剂在应用过程中，无法脱除干净，且会破坏坯件的质量，导致坯件出现鼓泡的缺陷，无法满足实际应用价值。

对比例2

本对比例中的粘结剂中缺少邻苯二甲酸二辛酯和微晶蜡，包括70％的聚甲醛、9％的聚乙烯、2％的丙烯酸酯共聚物、5％的聚丙烯酰胺、9％的石蜡、5％的乙烯醋酸乙烯酯共聚物。上述组分的含量均以质量分数计。

将上述组分置于混炼机中，按照40转/分的混合速率，在80℃的混合温度下混合2小时，得到本对比例制备的粉末注射成型用粘结剂。

将上述粘结剂与金属粉末混合制备喂料，注射成厚度为10mm的坯体。

经多次测试，采用同实施例10相同的脱脂方法进行脱脂时，坯件会产生体积膨胀及鼓泡现象，不能完全脱除干净。可见，上述粘结剂在应用过程中，无法脱除干净，且会破坏坯件的质量，导致坯件出现鼓泡的缺陷，无法满足实际应用价值。

对比例3

本对比例中的粘结剂中缺少石蜡，包括50％的聚甲醛、14％的聚乙烯、7％的丙烯酸酯共聚物、10％的聚丙烯酰胺、9％的微晶蜡、10％的乙烯醋酸乙烯酯共聚物。上述组分的含量均以质量分数计。

将上述组分置于混炼机中，按照100转/分的混合速率，在120℃的混合温度下混合1小时，得到本对比例制备的粉末注射成型用粘结剂。

将上述粘结剂与金属粉末混合制备喂料，注射成厚度为10mm的坯体。

经多次测试，仅能以升温速度0.6℃/min从室温升至600℃，才不会导致坯件产生体积膨胀及鼓泡现象，且能完全脱出干净。脱脂后，采用同实施例10相同的烧结方法进行烧结，得到产品。可见，上述粘结剂在应用过程中，最短1000min才能完成脱脂且保证脱脂不影响坯件质量，整个的脱脂速率太慢，无法满足实际应用价值。

对比例4

本对比例中的粘结剂中的组分同实施例6，但各组分同实施例6存在差异。本对比例中，包括20％的聚甲醛、20％的邻苯二甲酸二辛酯、20％的聚乙烯、20％的丙烯酸酯共聚物、5％的聚丙烯酰胺、5％的石蜡、5％的微晶蜡、5％的乙烯醋酸乙烯酯共聚物。上述组分的含量均以质量分数计。

将上述组分置于混炼机中，按照80转/分的混合速率，在60℃的混合温度下混合1.5小时，得到本对比例制备的粉末注射成型用粘结剂。

将上述粘结剂与金属粉末混合制备喂料，注射成厚度为10mm的坯体。

经多次测试，仅能以升温速度0.4℃/min从室温升至600℃，才不会导致坯件产生体积膨胀及鼓泡现象，且能完全脱出干净。脱脂后，采用同实施例10相同的烧结方法进行烧结，得到产品。可见，上述粘结剂在应用过程中，最短1500min才能完成脱脂且保证脱脂不影响坯件质量，整个的脱脂速率太慢，无法满足实际应用价值。

尽管已用具体实施例来说明和描述了本发明，然而应意识到，在不背离本发明的精神和范围的情况下可以作出许多其它的更改和修改。因此，这意味着在所附权利要求中包括属于本发明范围内的所有这些变化和修改。

Claims (10)

1.一种粉末注射成型用粘结剂，其特征在于，按照质量百分数计算，主要由以下组分制备而成：

聚甲醛65-75％、邻苯二甲酸二辛酯4-9％、聚乙烯6-13％、丙烯酸酯共聚物1-3％、聚丙烯酰胺3-8％、石蜡1.5-4％、微晶蜡2-6％、乙烯醋酸乙烯酯共聚物0.5-2％。

2.根据权利要求1所述的粘结剂，其特征在于，按照质量百分数计算，主要由以下组分制备而成：

聚甲醛68-72％、邻苯二甲酸二辛酯5-8％、聚乙烯8-11％、丙烯酸酯共聚物1.5-2.5％、聚丙烯酰胺4-6％、石蜡2-3.5％、微晶蜡3-5％、乙烯醋酸乙烯酯共聚物0.8-1.5％。

3.根据权利要求1所述的粘结剂，其特征在于，按照质量百分数计算，主要由以下组分制备而成：

聚甲醛69-70％、邻苯二甲酸二辛酯6-7％、聚乙烯8-9％、丙烯酸酯共聚物1.8-2％、聚丙烯酰胺4.5-5％、石蜡2.5-3％、微晶蜡3.5-4％、乙烯醋酸乙烯酯共聚物1.0-1.1％。

4.一种权利要求1-3任一项所述粘结剂的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：

将各组分按照配比配制后，置于混炼机中混合。

5.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于，所述混合的步骤中，混合的时间为0.5-3小时。

6.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于，所述混合的步骤中，混合的温度为40-130℃。

7.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于，所述混合的步骤中，混合的速率为40-100转/分钟。

8.一种权利要求1-3任一项所述粘结剂的应用方法，其特征在于，主要包括如下步骤：

将粘结剂与金属或陶瓷粉末混合得到混合喂料；

将所述混合喂料注射成型得到坯件；

将所述坯件经脱脂和烧结得到制品。

9.根据权利要求8所述的应用方法，其特征在于，所述粘结剂与所述金属或陶瓷粉末混合的质量比为(5-18)：(95-82)。

10.根据权利要求8所述的应用方法，其特征在于，所述脱脂的步骤具体包括：首先在90-220℃的温度下保温3-12小时，后升温至220-320℃，在这一温度下保温5-20小时。