CN106893028B - 一种高粉末装载量的金属注射成型粘结剂及其制备方法 - Google Patents

一种高粉末装载量的金属注射成型粘结剂及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种高粉末装载量的金属注射成型粘结剂及其制备方法，涉及高分子材料技术领域，是采用侧基含环的乙烯基单体、丙烯酸烷基酯单体、含羟基或环氧基的丙烯酸酯功能单体在引发剂和链转移剂作用下，进行共聚，得到具有低熔体粘度和良好润湿性的多元大分子粘结剂，所得粘结剂能够在较宽的温度范围内提供流动性与保形性等性能，降低了喂料的熔体粘度，提高了粘结剂的粉末装载量，可以很好地解决脱脂过程中的空洞、鼓泡、开裂、塌陷、变形等各种缺陷，显著地提高了最终制品的质量和成品率。

Description

一种高粉末装载量的金属注射成型粘结剂及其制备方法
技术领域
本发明涉及高分子材料技术领域，具体涉及一种高粉末装载量的金属注射成型粘结剂及其制备方法。
背景技术
粉末注射成型(PIM)是近几十年发展起来的一项新型成形技术，它具有制备成本低、产品尺寸精度高、无需机械加工或只需微量加工等优点，而且可以一次性成形形状复杂的陶瓷和金属制品，有着广泛的应用前景。在粉末注射成型生产过程中，为使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，必须加入一定质量的粘结剂。粘结剂一般由多种物质混合组成，在成型过程中可以作为粉末流动的载体，增加粉末的流动性，有助于填充复杂模腔。
现有的粘结剂与金属粉末的润湿性比较差、喂料的熔体粘度高，流动性比较差，粉末装载量不高；采用的大分子组元一般都是单一的或者两种单体共聚得到的某种聚合物，脱脂时保型性不够，坯体容易出现空洞、鼓泡、开裂、塌陷、变形等各种缺陷，最终会影响制品的成品率和质量。解决金属注射成型制品的缺陷，显著提高制品的成品率和质量，提高喂料的粉末装载量是非常有效的途径。提高喂料的粉末装载量的方法就是降低喂料的熔体粘度。现有粘结剂的喂料的熔体粘度高，装载量不高，国内大部分MIM厂家的喂料的固体装载量都低于60％，到达临界装载量(一般为94％)后，熔体粘度呈几何式的增长，喂料失去流动性或者流动性差，喂料难以注射成型，制品缺陷多，成品率不太高。降低喂料熔体粘度，一是降低粘结剂本身的熔体粘度，二是提高粘结剂与粉末表面的相互作用和润湿性。采用多元共聚的方式，可以综合以上两点，选择低熔体粘度的聚合物单体和带有极性官能团的单体进行共聚，可以得到保留低熔体粘度和良好润湿性的多元大分子粘结剂，能够提高粉末装载量，有效地解决制品的缺陷，显著地提高制品的成品率。
发明内容
针对现有技术的不足，本发明提供了一种高粉末装载量的金属注射成型粘结剂及其制备方法，制得的粘结剂与金属粉末混合，经注射成型，所得制品喂料的粉末装载量高达94.5wt％，制品缺陷少，成品率高。
为实现以上目的，本发明通过以下技术方案予以实现：
一种高粉末装载量的金属注射成型粘结剂，具有如下所示的分子结构式：
其中，R1为芳基或含环酯基，R2为烷基，R3为羟乙基或羟丙基或环氧基，R4为氢原子或者甲基；
(x+y+z)：w＝9-11：1，x+y+z+w＝500-2000，(x+y)：z＝7-12：1。
高粉末装载量的金属注射成型粘结剂的制备方法，步骤如下：
按如下质量百分比称取各原料：侧基含环的乙烯基单体25-65wt％、丙烯酸烷基酯单体25-70wt％、含羟基或环氧基的丙烯酸酯功能单体5-10wt％，搅拌均匀；向反应体系中加入总质量0.05-0.1wt％的引发剂，搅拌并通入氮气，在65℃-75℃反应1-2h，加入十二烷基硫醇链转移剂，于40℃-55℃反应96-144h，然后升温至100-120℃，反应4-6h，即得高粉末装载量的金属注射成型粘结剂。
优选的，所述侧基含环的乙烯基单体为苯乙烯、丙烯酸环己酯、丙烯酸异冰片酯中的至少一种。
优选的，所述丙烯酸烷基酯单体包括甲基丙烯酸甲酯，以及丙烯酸丁酯、丙烯酸辛酯、甲基丙烯酸丁酯、甲基丙烯酸辛酯中的至少一种。
优选的，所述甲基丙烯酸甲酯在丙烯酸烷基酯单体中的质量百分占比为50-85％。
优选的，所述含羟基或环氧基的丙烯酸酯功能单体为丙烯酸羟乙酯、丙烯酸羟丙酯、丙烯酸缩水甘油酯、甲基丙烯酸羟乙酯、甲基丙烯酸羟丙酯、甲基丙烯酸缩水甘油酯中的一种。
优选的，所述的引发剂为偶氮二异丁腈、偶氮二异庚腈、过氧化二苯甲酰中的至少一种。
本发明提供了一种高粉末装载量的金属注射成型粘结剂及其制备方法，与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
1、本发明选用含环乙烯基单体与含羟基或环氧基的丙烯酸酯功能单体进行共聚，得到具有低粘度和高润湿性的多元大分子粘结剂，其分子结构中含有的羟基、酯基、环氧基等官能团可以有效地提高粘结剂与金属粉末之间的相互作用和润湿性；含有的芳基、大环侧基可以有效地降低粘结剂自身的熔体粘度。
2、制备的粘结剂具有多元大分子结构，由多个单体结构聚合而成，热分解温度范围宽，能够在较宽的温度范围内提供流动性和保形性等性能，提高产品的密实度。
3、制备的粘结剂降低了喂料的熔体粘度，提高了喂料的粉末装载量，粉末装载量高达94.5wt％，脱脂时保型性好，胚体不出现空洞、鼓泡、开裂、塌陷、变形等缺陷，显著地提高了最终制品的质量和成品率。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例1：
一种高粉末装载量的金属注射成型粘结剂的制备方法：
称取29.3g(25.0％)的苯乙烯，63.3g(54.1％)的甲基丙烯酸甲酯，12.8g(10.9％)的丙烯酸丁酯，11.7g(10.0％)的甲基丙烯酸酯羟乙酯，搅拌均匀，再加入0.118g(0.1％)的偶氮二异丁腈，搅拌并通入氮气，在75℃反应1h，加入0.106g的十二烷基硫醇，于55℃反应96h，升高温度至110℃，反应6h，即得到高粉末装载量的金属注射成型粘结剂。
将得到的粘结剂与金属粉末在密炼机中混合均匀得到喂料，喂料注射成型后经脱脂烧结得到制品。喂料的粉末装载量为94.2％。
实施例2：
一种高粉末装载量的金属注射成型粘结剂的制备方法：
称取28.5g(22.4％)的苯乙烯、27.9g(22.0％)丙烯酸环己酯，45.1g(35.5％)的甲基丙烯酸甲酯，12.8g(10.1％)的丙烯酸酯丁酯，12.7g(10.0％)的甲基丙烯酸羟丙酯，搅拌均匀，再加入0.117g(0.09％)的偶氮二异庚腈，搅拌并通入氮气，在70℃反应1.5h，加入0.106g的十二烷基硫醇，于40℃反应144h，升高温度至105℃，反应6h，即得到高粉末装载量的金属注射成型粘结剂。
将得到的粘结剂与金属粉末在密炼机中混合均匀得到喂料，喂料注射成型后经脱脂烧结得到制品。喂料的粉末装载量为94.4％。
实施例3：
一种高粉末装载量的金属注射成型粘结剂的制备方法：
称取28.1g(17.4％)的苯乙烯、75.1g(46.5％)丙烯酸异冰片酯，27.1g(16.7％)的甲基丙烯酸甲酯，18.4g(11.4％)的丙烯酸酯辛酯，13.1g(8.1％)的甲基丙烯酸缩水甘油酯，搅拌均匀，再加入0.119g(0.07％)的过氧化二异丙苯，搅拌并通入氮气，在70℃反应2.0h，加入0.1g的十二烷基硫醇，于50℃反应120h，升高温度至120℃，反应4h，即得到高粉末装载量的金属注射成型粘结剂。
将得到的粘结剂与金属粉末在密炼机中混合均匀，喂料注射成型后经脱脂烧结得到制品。喂料的粉末装载量为94.3％。
实施例4：
一种高粉末装载量的金属注射成型粘结剂的制备方法：
称取46.9g(31.2％)的苯乙烯、52.1g(34.7％)丙烯酸异冰片酯，25.1g(16.7％)的甲基丙烯酸甲酯，12.9g(8.6％)的丙烯酸酯辛酯，13.1g(8.7％)的甲基丙烯酸缩水甘油酯，搅拌均匀，再加入0.12g(0.08％)的偶氮二异丁腈，搅拌并通入氮气，在72℃反应1.5h，加入0.1g的十二烷基硫醇，于50℃反应120h，升高温度至110℃，反应5h，即得到高粉末装载量的金属注射成型粘结剂。
将得到的粘结剂与金属粉末在密炼机中混合均匀，喂料注射成型后经脱脂烧结得到制品。喂料的粉末装载量为94.5％。
以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (7)

1.一种高粉末装载量的金属注射成型粘结剂，其特征在于，具有如下所示的分子结构式：
其中，R1为芳基或含环酯基，R2为烷基，R3为羟乙基或羟丙基或环氧基，R4为氢原子或者甲基；
(x+y+z)：w＝9-11：1，x+y+z+w＝500-2000，(x+y)：z＝7-12：1。
2.如权利要求1所述的高粉末装载量的金属注射成型粘结剂的制备方法，其特征在于，步骤如下：
按如下质量百分比称取各原料：侧基含环的乙烯基单体25-65wt％、丙烯酸烷基酯单体25-70wt％、含羟基或环氧基的丙烯酸酯功能单体5-10wt％，搅拌均匀；向反应体系中加入总质量0.05-0.1wt％的引发剂，搅拌并通入氮气，在65℃-75℃反应1-2h，加入十二烷基硫醇链转移剂，于40℃-55℃反应96-144h，然后升温至100-120℃，反应4-6h，即得高粉末装载量的金属注射成型粘结剂。
3.如权利要求2所述的高粉末装载量的金属注射成型粘结剂的制备方法，其特征在于，所述侧基含环的乙烯基单体为苯乙烯、丙烯酸环己酯、丙烯酸异冰片酯中的至少一种。
4.如权利要求2所述的高粉末装载量的金属注射成型粘结剂的制备方法，其特征在于，所述丙烯酸烷基酯单体包括甲基丙烯酸甲酯，以及丙烯酸丁酯、丙烯酸辛酯、甲基丙烯酸丁酯、甲基丙烯酸辛酯中的至少一种。
5.如权利要求4所述的高粉末装载量的金属注射成型粘结剂的制备方法，其特征在于，所述甲基丙烯酸甲酯在丙烯酸烷基酯单体中的质量百分占比为50-85％。
6.如权利要求2所述的高粉末装载量的金属注射成型粘结剂的制备方法，其特征在于，所述含羟基或环氧基的丙烯酸酯功能单体为丙烯酸羟乙酯、丙烯酸羟丙酯、丙烯酸缩水甘油酯、甲基丙烯酸羟乙酯、甲基丙烯酸羟丙酯、甲基丙烯酸缩水甘油酯中的一种。
7.如权利要求2所述的高粉末装载量的金属注射成型粘结剂的制备方法，其特征在于，所述的引发剂为偶氮二异丁腈、偶氮二异庚腈、过氧化二苯甲酰中的至少一种。
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