PT104258B - Ligantes poliméricos à base de um polímero solúvel em água e um polímero de estrutura para utilização em moldação por injecção de pós metálicos ou cerâmicos e processo para a sua produção - Google Patents

Ligantes poliméricos à base de um polímero solúvel em água e um polímero de estrutura para utilização em moldação por injecção de pós metálicos ou cerâmicos e processo para a sua produção Download PDF

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Abstract

A PRESENTE INVENÇÃO DIZ RESPEITO A LIGANTES, À BASE DE UM POLÍMERO HIDROSSOLÚVEL E DE POLIETILENO METALOCÉNICO (MPE), PARA UTILIZAÇÃO NO PROCESSO DE MOLDAÇÃO POR INJECÇÃO DE PÓS METÁLICOS OU CERÂMICOS. OS LIGANTES SÃO PREDOMINANTEMENTE CONSTITUÍDOS POR UM POLIMERO DE BASE SOLÚVEL EM ÁGUA E UM POLIMERO DE ESTRUTURA, PODENDO CONTER AINDA UM LUBRIFICANTE E UM DISPERSANTE. ESTES LIGANTES PERMITEM A UTILIZAÇÃO DE UM MÉTODO DE REMOÇÃO POR IMERSÃO EM ÁGUA, SENDO EXTRAÍDO DAS PEÇAS MOLDADAS POR DISSOLUÇÃO, CARACTERIZANDO-SE POR SER UM MÉTODO SIMPLES E DE REDUZIDO IMPACTO AMBIENTAL E PARA A SAÚDE. O RESPECTIVO PROCESSO DE PRODUÇÃO COMPREENDE TRÊS ETAPAS: A ADIÇÃO FASEADA E FUSÃO DOS CONSTITUINTES DO LIGANTE, A MISTURA DOS CONSTITUINTES FUNDIDOS EM CONDIÇÕES ESTACIONÁRIAS DE TEMPERATURA E VELOCIDADE DE AGITAÇÃO E O ARREFECIMENTO DA MISTURA FUNDIDA ATÉ À SOLIDIFICAÇÃO. A PRESENTE INVENÇÃO INSERE-SE NA INDÚSTRIA DE MOLDAÇÃO POR INJECÇÃO, COM APLICAÇÃO PREFERENCIAL NA PRODUÇÃO DE COMPONENTES METÁLICOS OU CERÂMICOS.

Description

A PRESENTE INVENÇÃO DIZ RESPEITO A LIGANTES, À BASE DE UM POLÍMERO HIDROSSOLÚVEL E DE POLIETILENO METALOCÉNICO (MPE), PARA UTILIZAÇÃO NO PROCESSO DE MOLDAÇÃO POR INJECÇÃO DE PÓS METÁLICOS OU CERÂMICOS. OS LIGANTES SÃO PREDOMINANTEMENTE CONSTITUÍDOS POR UM POLÍMERO DE BASE SOLÚVEL EM ÁGUA E UM POLÍMERO DE ESTRUTURA, PODENDO CONTER AINDA UM LUBRIFICANTE E UM DISPERSANTE. ESTES LIGANTES PERMITEM A UTILIZAÇÃO DE UM MÉTODO DE REMOÇÃO POR IMERSÃO EM ÁGUA, SENDO EXTRAÍDO DAS PEÇAS MOLDADAS POR DISSOLUÇÃO, CARACTERIZANDO-SE POR SER UM MÉTODO SIMPLES E DE REDUZIDO IMPACTO AMBIENTAL E PARA A SAÚDE. O RESPECTIVO PROCESSO DE PRODUÇÃO COMPREENDE TRÊS ETAPAS: A ADIÇÃO FASEADA E FUSÃO DOS CONSTITUINTES DO LIGANTE, A MISTURA DOS CONSTITUINTES FUNDIDOS EM CONDIÇÕES ESTACIONÁRIAS DE TEMPERATURA E VELOCIDADE DE AGITAÇÃO E O ARREFECIMENTO DA MISTURA FUNDIDA ATÉ À SOLIDIFICAÇÃO. A PRESENTE INVENÇÃO INSERE-SE NA INDÚSTRIA DE MOLDAÇÃO POR INJECÇÃO, COM APLICAÇÃO PREFERENCIAL NA PRODUÇÃO DE COMPONENTES METÁLICOS OU CERÂMICOS.
RESUMO
LIGANTES POLIMÉRICOS À BASE DE UM POLÍMERO SOLÚVEL EM ÁGUA E UM POLÍMERO DE ESTRUTURA PARA UTILIZAÇÃO EM MOLDAÇÃO POR INJECÇÃO DE PÓS METÁLICOS OU CERÂMICOS E PROCESSO PARA A SUA PRODUÇÃO
A presente invenção diz respeito a ligantes, à base de um polímero hidrossolúvel e de polietileno metalocénico (MPE), para utilização no processo de moldação por injecção de pós metálicos ou cerâmicos.
Os ligantes são predominantemente constituídos por um polímero de base solúvel em água e um polímero de estrutura, podendo conter ainda um lubrificante e um dispersante.
Estes ligantes permitem a utilização de um método de remoção por imersão em água, sendo extraído das peças moldadas por dissolução, caracterizando-se por ser um método simples e de reduzido impacto ambiental e para a saúde.
respectivo processo de produção compreende três etapas: a adição faseada e fusão dos constituintes do ligante, a mistura dos constituintes fundidos em condições estacionárias de temperatura e velocidade de agitação e o arrefecimento da mistura fundida até à solidificação.
A presente invenção insere-se na indústria de moldação por injecção, com aplicação preferencial na produção de componentes metálicos ou cerâmicos.
DESCRIÇÃO
LIGANTES POLIMÉRICOS À BASE DE UM POLÍMERO SOLÚVEL EM ÁGUA E UM POLÍMERO DE ESTRUTURA PARA UTILIZAÇÃO EM MOLDAÇÃO POR INJECÇÃO DE PÓS METÁLICOS OU CERÂMICOS E PROCESSO PARA A SUA PRODUÇÃO
Campo de invenção
A presente invenção refere-se a ligantes, à base de um polímero hidrossolúvel e de polietileno metalocénico (MPE), para utilização em moldação por injecção de pós metálicos ou cerâmicos, para a produção industrial de peças metálicas ou cerâmicas, respectivamente.
Esta tecnologia, adiante designada e conhecida por tecnologia PIM (do inglês Powder Injection Moulding Moldação por Injecção de Pós), combina as potencialidades dos processos de moldação por injecção de plásticos e de processamento de pós e sinterização, aplicando-se na produção de componentes metálicos e/ou cerâmicos.
Antecedentes de invenção
1. Moldação por injecção de pós
A moldação por injecção de pós é um processo tecnológico multi-etapa, que se tem aplicado tanto para pós metálicos como cerâmicos. Este processo pode ser considerado uma combinação entre a moldação por injecção de plásticos e os processos de consolidação por sinterização, em que uma mistura de um material polimérico, que actua como ligante, e um pó metálico ou cerâmico, sob aquecimento, se injecta num molde (etapa de injecção). Desta forma, obtém-se uma peça, denominada de peça em verde, que possui a mesma
forma e dimensões superiores que (sinterizada). as da peça final
0 material polimérico, que actua como ligante das
partículas metálicas ou cerâmicas, é removido da peça
(etapa de remoção de ligante ou debinding), obtendo-se o que se denomina de peça em castanho. Finalmente a peça é sinterizada à temperatura de sinterização do material metálico ou cerâmico em condições semelhantes ao de num processo pulvero-tecnológico convencional.
O principal papel do ligante é proporcionar o escoamento da mistura (também designado por feedstock) para o interior do molde. Após a etapa de moldação, o ligante mantém as partículas ligadas e é extraído das peças na etapa de remoção. Finalmente, na sinterização, o ligante remanescente é queimado e as partículas são aquecidas até à temperatura de sinterização.
2. Classificação dos ligantes baseada nos métodos de remoção método de remoção do ligante (debinding) é estabelecido consoante a composição química do ligante e, consequentemente, pelas suas características físicas e/ou químicas. A utilização de distintos ligantes pode obrigar a utilizar métodos e equipamentos diferentes para a remoção do ligante (debinding) , pelo que a escolha de um ligante é uma decisão que faz parte do plano de investimentos de uma empresa.
2.1. Ligantes para remoção por degradação térmica
Diversos documentos divulgam a utilização de ligantes concebidos para serem removidos por degradação térmica, processo comuiranente designado por remoção térmica.
Alguns exemplos de formulações são compostas por:
a) cera semi-sintética (com base numa cera montan), uma cera poliolefínica, um copolímero poli(etileno-co-acetato de vinilo) (EVA), um álcool e, como aditivos, um peróxido orgânico e um azo-éster (US5254613, US5417756, EP0599285);
b) poliestireno, óleo e ácido esteárico (US4207226);
c) resina acrílica (ES2167130).
método de remoção térmica é considerado um método fisicamente simples, mas apresenta como desvantagens o elevado tempo de processo (até 60 horas) e elevada taxa de aparecimento de defeitos nos componentes moldados, resultando numa técnica com baixo nível de produtividade (German and Bose, Injection Molding of Metais and Ceramics, Metal Powder Industries Federation, 1997). A presente invenção descreve uma formulação de um ligante concebido para ser removido por dissolução em água com tempos de processo mais reduzidos (até 24 horas) e menor probabilidade de aparecimento de defeitos, uma vez que a remoção do constituinte solúvel é feita a uma temperatura muito inferior à temperatura de amolecimento do constituinte de estrutura.
2.2. Ligantes para remoção por degradação catalítica
Nos documentos US5531958 e US5531958 é divulgado um ligante constituído por poliacetal (polioximetileno), homopolimero ou copolímero, um componente secundário composto por poli(butanodiol-formal), polietileno ou polipropileno ou uma mistura destes dois e aditivos para aumentar a dispersão do pó no ligante. Este ligante é removido por degradação catalítica, sujeitando-se as peças a uma atmosfera inerte fortemente ácida e a temperatura. 0 processo industrial apresenta desvantagens ao nível de elevado custo operacional, pelo consumo de gás inerte e ácido de elevada pureza, por exemplo ácido nítrico ou ácido oxálico. Ά utilização de ácidos fortes induz um risco considerável no processo, sendo condicionante da actividade industrial com o surgimento de legislação cada vez mais restritiva nas áreas ambiental e de saúde e segurança.
2.3. Ligantes para remoção por extracção com água método de remoção do ligante descrito na presente invenção - extracção com água - permite à tecnologia PIM reduzir o seu impacto ambiental, não havendo emissões gasosas produzidas por incineração de produtos de degradação térmica, e reduzir o nível de riscos para a saúde, sem necessidade de utilização de ácidos ou solventes orgânicos, mantendo a produtividade e a qualidade do processo.
Alguns ligantes deste tipo são baseados em: álcool polivinílico (PVA) parcialmente hidrolisado, polipropileno ou polietileno, água, glicerina e outros materiais como agentes de processamento e aditivos (US6008281); poliálcool, poliolefinas, copolímero EVA e agentes de dispersão (US 6264863, PT102147); PVA, agentes de processamento baseados em polietilenoglicol (PEG) e copolímero de etileno e óxido de propileno com grupos terminais hidroxilo (US5098942).
3. Polietileno metalocénico como constituinte de um ligante para PIM polietileno metalocénico (MPE) , também designado por polietileno de baixa densidade linear metalocénico (mLLDPE) , é um tipo de polietileno de baixa densidade linear (LLDPE) fabricado por uma tecnologia de produção com catalisadores da família dos metalocenos. Esta família de poliolefinas copolímericas tem uma estrutura molecular diferente do convencional LLDPE. A característica única dos catalisadores metalocénicos é possibilitar a produção com adição de um comonómero com uma distribuição aleatória nas cadeias poliméricas. Os comonómeros mais frequentes podem ser buteno, hexeno e octeno.
A estrutura molecular dos MPE confere propriedades elastoméricas a este material, e têm sido aplicados em produtos da indústria de plásticos, nomeadamente em tubagens, como aditivo para alteração da resistência ao impacto, isolante de cabos de baixa voltagens, filmes elásticos, solas de sapato, cintos, tubagens de automóveis, aplicações médicas, vedantes e outras aplicações eléctricas.
As propriedades de uma mistura de polímeros são, regra geral, uma combinação das propriedades dos seus constituintes. Assim, com a inclusão de MPE numa formulação de ligante para PIM, prevê-se que o ligante adquira um carácter elastomérico, e que este também ser observado na mistura do comportamento possa ligante com o pó e, consequentemente, nas peças em verde.
Estudos de compatibilidade entre os constituintes do ligante indicam que o polietileno metalocénico é menos compatível com PEG e ceras do que o polietileno de baixa densidade numa mistura idêntica, o que previsivelmente poderia causar maiores problemas no processo (segregação do pó e consequentes deformações, fissuras e quebras nas peças sinterizadas (Rhee, B.O. e Chung, C.I, Effects of the binder characteristics on binder separation in powder injection molding, Powder Injection Moulding Symposium, 1992) . Contudo, constatou-se que a utilização de MPE num processamento PIM originou uma menor incidência de defeitos nas peças sinterizadas relacionados com a separação de fase na etapa de moldação por injecção.
Descrição geral da invenção
Ά presente invenção refere-se à composição de ligantes para utilização no processo de moldação por injecção de pós que, após a mistura com pós metálicos ou cerâmicos, permite a produção de componentes metálicos ou cerâmicos.
Estes ligantes são predominantemente constituídos por um polímero de base e um polímero de estrutura. Adicionalmente, podem conter um lubrificante e/ou um dispersante. Os constituintes são, especificamente:
• polietileno glicol (PEG), como polímero de base, solúvel em água;
• polímero metalocénico (MPE) ou mistura de MPE e polietileno de baixa densidade, como polímero de estrutura;
• cera de polietileno ou mistura de ceras de
polietileno, como lubrificante;
• ácido carboxilico ou mistura de ácidos
carboxílicos, como dispersante.
Estas formulações possibilitam a utilização de um método de remoção por extracção em água, sendo extraído das peças moldadas por dissolução, caracterizando-se por ser um método simples, com baixo custo de investimento em equipamento e reduzido impacto ambiental e risco para a saúde.
A presença de MPE na formulação dos ligantes possibilita uma maior produtividade na etapa de moldação por injecção, por facilitar a extracção das peças e a produção de peças sinterizadas com menos defeitos; a utilização de MPE aumenta o rendimento do processo PIM.
processo de obtenção dos ligantes da presente invenção é realizado com um equipamento misturador que possui um vaso aquecido e um ou vários rotores de eixo vertical. 0 procedimento de obtenção dos ligantes compreende as três etapas seguintes:
1. Adição faseada dos constituintes primeiro constituinte, PEG, é colocado no vaso aquecido, mantendo-se a uma temperatura definida. Os constituintes seguintes devem ser adicionados quando os constituintes subsequentes estiverem completamente fundidos. 0 segundo constituinte a adicionar pode ser a cera, seguida do ácido carboxilico, ou vice-versa. De seguida, é adicionado o MPE.
2. Mistura processo de mistura fica em estado estacionário, ou seja, a temperatura é mantida constante e o agitador operado a velocidade constante, durante um período de tempo estabelecido.
3. Arrefecimento
Os ligantes fundidos resultantes são transferidos para um sistema que permita o seu arrefecimento e solidificação.
1. Caracterização dos ligantes
A presente invenção refere-se a composição de ligantes para utilização no processo de moldação por injecção de pós que, após a mistura com pós metálicos ou cerâmicos, permitem a produção de componentes metálicos ou cerâmicos. Este são predominantemente constituídos solúvel em água, e um Adicionalmente, podem conter dispersante.
por um polímero de base, polímero de estrutura, um lubrificante e/ou um
Os constituintes dos ligantes desempenham funções específica, influenciando as suas propriedades e as condições de produção PIM:
• 0 polímero de base, solúvel em água, é o material que está em maior fracção na composição do ligante e é removido por extracção em água;
• Os polímeros de estrutura são os polímeros com maior resistência mecânica e resistência à fluência, responsáveis pela manutenção da forma da peça moldada, em especial durante o processo de remoção do ligante. Estes materiais são depois removidos no processo de sinterização;
• Os lubrificantes são utilizados para a modificação das propriedades reológicas da mistura de ligante e pó durante o processo de moldação por injecção;
• Os dispersantes são utilizados para melhorar a distribuição do pó no ligante, aumentando a homogeneidade da mistura, por consequência, favorecendo as propriedades reológicas e diminuindo a incidência de defeitos nas peças durante as etapas de remoção de ligante e sinterização.
A presente invenção protege composições ligantes que se distinguem das demais por compreenderem polímero de base solúvel em água e um polímero de estrutura que compreende um polietileno metalocénico - MPE.
Numa realização preferencial da invenção, o polímero de estrutura pode ser um MPE ou mistura de MPE e polietileno de baixa densidade.
Numa outra realização preferencial da invenção, as composições ligantes poderão ainda conter um lubrificante e/ou um dispersante.
Ainda numa outra realização preferencial da invenção, as composições ligantes compreendem como polímero base o polietileno glicol - PEG.
Numa outra realização preferencial da invenção, o lubrificante utilizado nas composições ligantes é cera de polietileno e/ou mistura de ceras de polietileno.
Numa outra realização preferencial da invenção, o dispersante utilizado nas composições ligantes é um ácido carboxílico e/ou uma mistura de ácidos carboxílicos.
De acordo com a presente invenção, as composições ligantes compreendem uma mistura de um polietileno glicol (PEG) e um polietileno metalocénico (MPE) ou uma mistura deste com polietileno de baixa densidade (LDPE), sendo possível a adição de uma ou uma mistura de ceras de polietileno. Pode ainda, ser adicionado um ou uma mistura de ácidos carboxílicos. As formulações de ligantes compreendem os constituintes com as seguintes concentrações e caracteristicas:
• 0 polímero de base, solúvel em água, com a
concentração de 30 a 90 % em massa de ligante, é um
polietilenoglicol (PEG: ) caracterizado por ter uma massa
molecular média em massa (Mw) de 5 00 a 40000, massa
especifica de 1200 a 1260 kg/m3 e temperatura de solidificação de 15 a 60 °C;
O polímero de estrutura, com uma concentração de 5 a % em massa de ligante, é polietileno metalocénico (MPE) com Mw de 40.000 a 500.000 e massa específica de 886 a 940 kg/m3 ou uma mistura deste com um polietileno de baixa densidade (LDPE) com Mw de 30.000 a 400.000 e massa específica de 910 a 935 kg/m3;
• O lubrificante, com a concentração de 1 a 30% em massa de ligante, é uma cera de polietileno, com Mw de 1000 a 10.000 e massa especifica de 910 a 996 kg/m3, ou uma cera de polietileno oxidada, com Mw de 1000 a 8500 e massa específica de 915 a 990 kg/m3, ou uma mistura das duas;
• O dispersante, com a concentração de 1 a 15 % em massa de ligante, pode ser um ácido carboxilico ou uma mistura de vários ácidos carboxilicos. Estes ácidos são o ácido octadecanóico (também designado por ácido esteárico) e o ácido 9-octadecenóico (também designado por ácido oleico).
2. Processo de obtenção dos ligantes
Para a obtenção dos ligantes é usado um misturador que possui um vaso aquecido, um ou vários rotores de eixo vertical. 0 rotor deve ser capaz de produzir um escoamento turbulento da mistura; estes misturadores são geralmente denominados de misturadores rápidos, com velocidades de rotação até 3000 rpm.
O procedimento de obtenção dos ligantes compreende três etapas:
1. Adição faseada dos constituintes
O PEG é o primeiro constituinte a colocar no vaso. O vaso é aquecido definindo-se como temperatura de controlo uma temperatura acima dos pontos de fusão de todos os constituintes que compõem a formulação, que nesta mistura ligante deve estar entre 65°C e 195°C. Os constituintes seguintes devem ser adicionados quando os constituintes subsequentes estiveram completamente fundidos. O segundo constituinte a adicionar pode ser a cera, seguida do ácido carboxílico, ou vice-versa. De seguida, é adicionado o MPE, processo que necessita de um procedimento especifico. Este deve ser adicionado em porções por forma ser fundido gradualmente e formar micro-esferas dispersas no PEG. Só deve ser adicionado uma porção quando se verificar que a porção anterior foi totalmente dispersas no fundido.
2. Mistura em estado estacionário processo de mistura fica em estado estacionário, ou seja, a temperatura é mantida constante e o agitador operado a velocidade constante, durante um período de tempo estabelecido. O tempo de mistura deve estar entre 10 minutos e 4 horas.
3. Arrefecimento
Os ligantes fundidos assim obtidos são transferidos para um sistema que permita o seu arrefecimento e solidificação.
Pode proceder-se a operações de granulação ou moagem que são executadas para facilitar o seu armazenamento e utilização na etapa de mistura com o pó.
Os ligantes são utilizados como componente da matéria-prima moldável, cujo principal papel é transportar e permitir a fluência e o empacotamento do pó para dentro da cavidade de um molde. A jusante, os ligantes também asseguram a integridade da peça moldada, até à sinterização.
método de remoção dos ligantes descritos na presente invenção - extracção com água - permite à tecnologia PIM reduzir o seu impacto ambiental, não havendo emissões gasosas produzidas por incineração de produtos de degradação, e reduzir o nível de riscos para a saúde, sem necessidade de utilização de ácidos ou solventes orgânicos. Comparativamente com a degradação térmica, a remoção por dissolução em água está associada a tempos de processo mais reduzidos (até 24 horas) e uma menor probabilidade de aparecimento de defeitos, uma vez que a remoção do constituinte solúvel é feita a uma temperatura muito inferior à temperatura de amolecimento do constituinte de estrutura. Este método é, assim, caracterizado por ser um processo simples e de reduzido impacto ambiental e risco para a saúde, usando um equipamento menos dispendioso que noutros processos de remoção.
Este processo é especialmente vantajoso para a produção de componentes em materiais muito sensíveis a contaminações com origem nos elementos dos ligantes, nomeadamente carbono, oxigénio e hidrogénio (p.e. titânio, magnésio ou alumínio). A substituição de processos térmicos de remoção de ligantes, como por degradação térmica ou degradação catalítica, que podem atingir temperaturas entre 100°C e 500°C, por um processo de extracção com água, com temperaturas abaixo de 80°C, diminui a absorção dos elementos contaminantes pelo pó constituinte das peças moldadas e minimiza o efeito negativo nas propriedades das peças finais.
Durante a etapa de moldação por injecção, os problemas típicos com quebras das peças injectadas durante a extracção da ferramenta, por estas serem bastante rígidas e frágeis, comparativamente com as peças plásticas, influenciam determinantemente o projecto do molde e o processo de moldação por injecção. A este facto estão associados custos com operações de acabamento do molde e controlo preciso do processo de moldação por injecção. 0 facto de estas peças poderem ter propriedades elastoméricas, resultante da presença de MPE na composição do ligante, perspectiva uma maior facilidade de extracção de peças do molde sem quebras e, por consequência, um aumento da produtividade do processo.
A inclusão de MPE na formulação de ligantes para PIM, objecto da presente invenção, com base em polietileno glicol (PEG) obrigou à optimização da formulação. A mistura de MPE com PEG, em condições normais, é extremamente difícil, mas torna-se possível com a adição de polímeros de peso molecular baixo, por forma a aumentar a entropia da mistura. A mistura de MPE com PEG e adição de cera de polietileno produz uma mistura líquida bi-fásica à temperatura de 155°C caracterizada por possuir uma fase dispersa, rica em MPE, num meio dispersante, rico em PEG.
Descrição detalhada da invenção
A presente invenção refere-se a composições ligantes para utilização no processo de moldação por injecção de pós que, após a mistura com pós metálicos ou cerâmicos, permite a produção de componentes metálicos ou cerâmicos. Estes ligantes são predominantemente constituídos por um polímero de base e um polímero de estrutura. Adicionalmente, podem conter um lubrificante e/ou um dispersante.
A produção de provetes, para caracterização mecânica com base no desenho normalizado, para moldação por injecção de pós metálicos, conforme a norma ISO 2740:1999(E), foi efectuada com a formulação dos seguintes ligantes e métodos:
O ligante de referência, designado por L-l, tinha uma composição em massa: 70 % de PEG; 17,5 % de polietileno de baixa densidade (LDPE) ; 7,5 % de cera de polietileno (PEW) e 5 % de ácido esteárico.
O ligante designado por L-2, tinha uma composição em massa: 70 % de PEG; 17,5 % MPE; 7,5 % de PEW e 5 % de ácido esteárico. As caracteristicas dos constituintes deste ligante são apresentadas na Tabela 1.
As misturas foram produzidas num misturador rápido de um rotor com uma velocidade de rotação 2000 rpm à temperatura de 155 °C.
Tabela 1 Características dos constituintes dos ligantes
Constituinte Massa especifica (kg/m3) Massa molecular média, Mw
PEG 1222 8000
LDPE 915 160.000
MPE 901 260.000
PEW 918 9000
A partir destes ligantes, foram produzidas misturas com 66 % em volume de pó de aço inoxidável (standard com a referência AISI 316L) com partículas esféricas, moda 11 μπι e massa específica real 7,93 g/cm3, utilizando uma amassadora (batch) de duas pás em Z e uma amassadora contínua de rolos (shear roll compounder). As misturas de ligante e pó (feedstock) obtidas tinham a homogeneidade e as características reológicas semelhantes e adequadas para o processo PIM.
A mistura foi injectada numa máquina de injecção hidráulica de 500 kN de força de fecho, à temperatura de 120 °C, usando um molde a 27 °C. As peças moldadas resultantes tinham baixa variabilidade de massa, indicando um processo estabilizado e reprodutível. As peças foram colocadas em água desmineralizada a 50 °C durante um período de 15 horas. O processo de sinterização ocorreu num forno de grafite à temperatura de 1360 °C e em vácuo (pressão absoluta 7 Pa).
As peças sinterizadas com base nos dois ligantes apresentaram características similares ao nível de densidade, massa, precisão dimensional e composição química. Contudo, as peças obtidas com o com ligante L-l apresentaram fissuras tipicamente resultantes de efeitos de separação de fase, ou segregação, durante a fase de moldação. 0 ligante L-2 produziu peças sem defeitos visíveis. Este exemplo confirma a vantagem na obtenção de peças isentas de defeitos comparativamente a uma formulação convencional, com base em LDPE.
As peças finais obtidas densificação quase total 7,95 g/cm3). 0 desvio-padrão
0,11 % da média, enquanto comprimento e do diâmetro da com L-2 apresentavam uma (densidade aparente de da massa das peças foi de que o desvio-padrão do secção de teste foi de 0,2 % da média. Os teores de carbono e de oxigénio foram 0,03 % e
0,012 % em massa, respectivamente. O comportamento mecânico sob tracção foi caracterizado pelos seguintes parâmetros: módulo de Young de 166 GPa, tensão de cedência de 246 MPa, tensão de ruptura de 647 MPa e alongamento na ruptura de 58 %. Confirmou-se que os defeitos das peças obtidas com
L-l influenciaram negativamente as propriedades mecânicas, baixando a sua resistência e o alongamento na ruptura, em comparação com o L-2.
Lisboa, 20 de Novembro de 2008
REIVINDICAÇÕES

Claims (9)

1. Composições ligantes caracterizadas por conterem 30 a 90 % em massa de polietilenoglicol como polímero de base solúvel em água, o qual possui uma massa molecular média em massa (Mw) de 500 a 40.000, massa específica de 1200 a 1260 kg/m3 e temperatura de solidificação de 15 a 60°C, e 5 a 60 % em massa de um polímero de estrutura seleccionado do
grupo constituído por a) ou b), sendo estes: a) polietileno metalocénico com Mw de 40.000 a 500.000 e massa específica de 886 a 940 kg/m3; b) uma mistura de polietileno de baixa densidade (LDPE), com Mw de 30.000 a 400.000 e massa específica de 910 a 935 kg/m3, e polietileno metalocénico com Mw de 40.000 a 500.000 e massa específica de 886 a 940 kg/m3.
2. Composições ligantes, de acordo com a reivindicação 1, caracterizadas por o polímero de estrutura ser o MPE ou misturas de MPE e polietileno de baixa densidade.
3. Composições ligantes, de acordo com qualquer uma das reivindicações anteriores, caracterizadas por compreenderem ainda um lubrificante.
4. Composições ligantes, de acordo com qualquer uma das reivindicações anteriores, caracterizadas por compreenderem ainda um dispersante.
5. Composições ligantes, de acordo com qualquer uma das reivindicações anteriores, caracterizadas por o polímero base ser o polietileno glicol (PEG).
6. Composições ligantes, de acordo com a reivindicação 3, caracterizadas por o lubrificante ser cera de polietileno e/ou misturas de ceras de polietileno.
7. Composições ligantes, de acordo com a reivindicação 4, caracterizadas por o dispersante ser um acido carboxílico e/ou uma mistura de ácidos carboxílicos.
8. Composições ligantes, de acordo com as reivindicações anteriores, caracterizadas por compreenderem 1 a 30 % de um material lubrificante, seleccionado do grupo constituído por a), b) ou c), sendo cada um destes:
a) cera de polietileno com Mw de 1000 a 10.000 e massa específica de 910 a 996 kg/m3;
b) cera de polietileno oxidada com Mw 1000 a 8500 e massa específica de 915 a 990 kg/m3;
c) uma mistura de cera de polietileno com Mw de 1000 a 10.000 e massa específica de 910 a 996 kg/m3 e cera de polietileno oxidada com Mw 1000 a 8500 e massa especifica de 915 a 990 kg/m3.
9. Composições ligantes, de acordo com as reivindicações anteriores, caracterizadas por compreenderem 1 a 15 % de um dispersante, seleccionado do grupo constituído por ácido esteárico ou ácido oleico ou uma mistura de ácido esteárico e ácido oleico.
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