用于粉末注射成型的復合粘結劑、制備及應用方法
【專利摘要】本發明公開了一種用于粉末注射成型的復合粘結劑、制備及應用方法，其中用于粉末注射成型的粘結劑的原料包括以下成分：糠醇、三羥甲基丙烷、聚丙烯、鄰羥基苯甲酸、聚丙烯酰胺、棕櫚蠟、微晶蠟、環氧大豆油，還包括硼酸和水，本發明采用熱塑性與熱固性體系結合的復合粘結劑，利用熱塑性與熱固性體系的優點，一方面克服常規粘結劑熱脫脂時間過長、生產效率低下的問題，能夠在6小時脫除達到90％以上，另一方面提高了粉末注射成型產品成品率和成品質量。
【專利說明】
用于粉末注射成型的復合粘結劑、制備及應用方法
技術領域
[0001]本發明涉及粉末注射成型粘結劑技術領域，具體涉及一種用于粉末注射成型的復合粘結劑、制備及應用方法。
【背景技術】
[0002]粉末注射成型(簡稱ΜΠΟ是將現代塑料注射成型技術引入粉末冶金領域而形成的一門新型粉末冶金近凈成型技術。它具有一次性成形復雜形狀制品、產品尺寸精度高、無需機械加工或只需微量加工、制備成本低等優點，且可成型復雜形狀，比如帶有橫孔、斜孔、凹凸面、螺紋、薄壁、難以切削加工的陶瓷和金屬異形件，有著廣泛的應用前景。該技術作為產品生產加工的四大方法之一，是近年來粉末冶金學科和工業領域中發展十分迅猛的一項高新技術，越來越受到重視，各國、各廠家都開始加大這方面的研發和投入。
[0003]粘結劑是MM技術的靈魂，其加入與脫除是MM的關鍵技術。粘結劑具有兩個最基本的功能:增強流動與維持形狀，粘結劑的加入增強了粉末的流動性，使得粉末在注射壓力下能充填復雜形狀的模腔；
[0004]粉末的流動性增強后，在充填模控過程中，其壓力梯度減小，密度分布就會更均勻，這對最終產品的組織均勻性有利;坯塊的結構及密度均勻，使以后的脫脂和燒結過程中收縮也均勻，這樣不但有利于保持坯塊的復雜幾何形狀，也有利于尺寸公差的控制，這是制備形狀復雜、少切削零件的關鍵。脫脂工藝是粉末注射成型技術的重要步驟，它會影響坯件的質量，同時花費的時間最長，對生產效率有著很大的影響。目前，常用的脫脂方法包括溶劑脫脂、熱脫脂和催化脫脂。而現有的粘結劑在溶劑脫脂過程中，大厚度試樣極易發生溶脹開裂。若采用直接熱脫脂，熱脫脂的過程十分漫長，脫脂時間長達幾十個小時，甚至達到上百個小時，耗時長，由于大厚度試樣中的分解氣體無法順利逸出，在坯體內產生較大的應力，導致鼓泡和開裂等缺陷，并且脫脂階段產生的缺陷不能在燒結階段消除;溶劑脫脂相對于熱脫脂脫脂時間大大縮短，但是坯體在有機溶劑里容易產生溶脹，影響坯樣的質量;催化脫脂一方面其成本過高，另一方面，在酸性條件下催化脫除會腐蝕大部分的金屬，限制其不能與耐酸性較弱的金屬粉末注射成型上廣泛應用。
[0005]因此，開發一種提高粉末注射成型產品成品率的粘結劑，是現代粉末注射成型技術發展的關鍵所在。
【發明內容】
[0006](一)解決的技術問題
[0007]針對現有技術不足，本發明提供一種用于粉末注射成型的復合粘結劑、制備及應用方法，該粘結劑為熱塑性與熱固性體系相結合的復合粘結劑，克服常規粘結劑熱脫脂時間過長的問題。
[0008](二)技術方案
[0009]為實現以上目的，本發明通過以下技術方案予以實現:
[0010]—種用于粉末注射成型的復合粘結劑，所述復合粘結劑的加工原料包括以下重量百分比的成分:糠醇10-20%、三羥甲基丙烷3-10%、聚丙烯10-20%、鄰羥基苯甲酸1-4%、聚丙烯酰胺20-35%、棕櫚蠟8-25%、微晶蠟10-18%、環氧大豆油1-3%。
[0011]優選的，所述的用于粉末注射成型的復合粘結劑的加工原料包括以下重量百分比的成分:糠醇11-18%、三羥甲基丙烷4-10%、聚丙烯12-20%、鄰羥基苯甲酸2-3%、聚丙烯酰胺22-33%、棕櫚蠟10-22%、微晶蠟12-16%、環氧大豆油1.5-2.8%。
[0012]優選的，所述的用于粉末注射成型的復合粘結劑的加工原料包括以下重量百分比的成分:糠醇15%、三羥甲基丙烷5%、聚丙烯16%、鄰羥基苯甲酸3%、聚丙烯酰胺27%、棕桐錯17%、微晶錯15%、環氧大?油2%。
[0013]優選的，所述的用于粉末注射成型的復合粘結劑的加工原料還包括以下重量百分比的成分:聚乙烯10-15%、硼酸1-5%、水4-5%。
[0014]優選的，所述聚乙烯為低密度聚乙烯。
[0015]—種用于粉末注射成型的復合粘結劑的制備方法，包括以下步驟:將各原料按配比量放入密煉機中混煉，混煉時間為25-35min，混煉溫度為110-130 °C,混煉速度為30_50r/min0
[0016]—種復合粘結劑的應用方法，包括如下步驟:
[0017]S1、將復合粘結劑與金屬或陶瓷粉末混合得到混合喂料；
[0018]S2、將所述混合喂料置于注射機中，在溫度140_150°C注射成型得到坯體；
[0019]S3、將步驟S2制得的坯體置于溫度為100-130°C、還原氣氛為180-300mol/h的脫脂爐內脫脂4-10h，再進行燒結得到成品。
[0020]優選的，步驟S3所述還原氣氛為NH3氣氛、H2氣氛或甲烷氣氛中的一種。
[0021]優選的，步驟S3所述脫脂爐內的溫度為110-125°C、還原氣氛為190-260mol/h。
[0022](三)有益效果
[0023]本發明提供一種用于粉末注射成型的復合粘結劑、制備及應用方法，與現有技術相比優點在于:
[0024]本發明復合粘結劑為熱塑性與熱固性體系相結合的復合粘結劑，該復合粘結劑采用流動性好的低熔點成分:三羥甲基丙烷、棕櫚蠟、微晶蠟和糠醇，保證粘結劑的粘度低，流動性好，進而增強粉末流動性，在充填模控過程中，其壓力梯度減小，密度分布更均勻，坯體的組織均勾性尚，提尚了廣品的成品質量;加入環氧大?油具有以下優點:1、環氧大?油在喂料和混煉的轉子間充當潤滑劑的作用，降低了混煉扭矩，降低注射力、減少磨損、延長模具及其他設備的使用壽命;2、環氧大豆油能夠迅速釋放熱應力，減少注射過程中縮孔、開裂；
[0025]本發明復合粘結劑采用高熔點成分:聚丙烯、聚丙烯酰胺，起保形作用，維持坯體形狀，保證脫脂坯在溶劑脫脂過程中不因軟化或溶脹而變形，保證了脫脂過程中坯體的質量，并能維持脫脂后坯體的強度，可以避免成形時的一些缺陷，如裂紋、掉角等，保形性強；
[0026]采用本發明復合粘結劑的原料成分，使得其在制備過程中混煉時間縮短，混煉溫度降低，降低了其制備過程的能耗；
[0027]本發明復合粘結劑應用于粉末注射成型時，在脫脂過程中能快速除去，不會導致坯體出現鼓泡、開裂等缺陷，與常規粘結劑熱脫脂耗時幾十個小時甚至上百個小時相比，能夠在6小時脫除達到90%以上，脫脂時間縮短至4-9h，提高了粉末注射成型的生產效率。
【具體實施方式】
[0028]為使本發明實施例的目的、技術方案和優點更加清楚，下面將結合本發明實施例，對本發明實施例中的技術方案進行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實施例是本發明一部分實施例，而不是全部的實施例。基于本發明中的實施例，本領域普通技術人員在沒有作出創造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例，都屬于本發明保護的范圍。
[0029]實施例1:
[0030]本實施例用于粉末注射成型的復合粘結劑的加工原料包括以下重量百分比的成分:糠醇10-20%、三羥甲基丙烷3-10%、聚丙烯10-20%、鄰羥基苯甲酸1-4%、聚丙烯酰胺20-35%、棕櫚蠟8-25%、微晶蠟10-18%、環氧大豆油1-3%。
[0031]按照本實施例原料配比，該復合粘結劑的制備方法，包括以下步驟:將各原料按配比量放入密煉機中混煉，混煉時間為25-35min，混煉溫度為110-130 °C,混煉速度為30_50r/
mino
[0032]該復合粘結劑的應用方法，包括如下步驟:
[0033]S1、將粘結劑與金屬或陶瓷粉末混合得到混合喂料；
[0034]S2、將所述混合喂料置于注射機中，在溫度140_150°C注射成型得到坯體；
[0035]S3、將步驟S2制得的坯體置于溫度為100-130°C、還原氣氛為180-300mol/h的脫脂爐內脫脂4-10h，再進行燒結得到成品。
[0036]實施例2:
[0037]本實施例用于粉末注射成型的復合粘結劑的加工原料包括以下重量百分比的成分:糠醇15 %、三羥甲基丙烷5 %、聚丙烯16 %、鄰羥基苯甲酸3 %、聚丙烯酰胺27 %、棕櫚蠟17%、微晶錯15%、環氧大?油2%。
[0038]按照本實施例原料配比，該復合粘結劑的制備方法，包括以下步驟:將各原料按配比量放入密煉機中混煉，混煉時間為30min，混煉溫度為120 °C，混煉速度為38r/min。
[0039]該復合粘結劑的應用方法，包括如下步驟:
[0040]S1、將粘結劑與金屬或陶瓷粉末混合得到混合喂料；
[0041]S2、將所述混合喂料置于注射機中，在溫度145°C注射成型得到坯體；
[0042]S3、將步驟S2制得的坯體置于溫度為120°C、H2氣氛為180-300mol/h的脫脂爐內脫月旨6h，再進行燒結得到成品。
[0043]實施例3:
[0044]本實施例用于粉末注射成型的復合粘結劑的加工原料包括以下重量百分比的成分:糠醇20 %、三羥甲基丙烷10 %、聚丙烯10 %、鄰羥基苯甲酸I %、聚丙烯酰胺35 %、棕櫚蠟8%、微晶錯11%、環氧大?油3%。
[0045]按照本實施例原料配比，該復合粘結劑的制備方法，包括以下步驟:將各原料按配比量放入密煉機中混煉，混煉時間為25min，混煉溫度為110°C,混煉速度為30r/min。
[0046]該復合粘結劑的應用方法，包括如下步驟:
[0047]S1、將粘結劑與金屬或陶瓷粉末混合得到混合喂料；
[0048]S2、將所述混合喂料置于注射機中，在溫度140°C注射成型得到坯體；
[0049]S3、將步驟S2制得的坯體置于溫度為100°C、NH3氣氛為180mol/h的脫脂爐內脫脂4h，再進行燒結得到成品。
[0050]實施例4:
[0051]本實施例用于粉末注射成型的復合粘結劑的加工原料包括以下重量百分比的成分:糠醇10 %、三羥甲基丙烷3 %、聚丙烯10 %、鄰羥基苯甲酸4%、聚丙烯酰胺35 %、棕櫚蠟25%、微晶錯12%、環氧大?油I %。
[0052]按照本實施例原料配比，該復合粘結劑的制備方法，包括以下步驟:將各原料按配比量放入密煉機中混煉，混煉時間為35min，混煉溫度為130 °C，混煉速度為50r/min。
[0053]該復合粘結劑的應用方法，包括如下步驟:
[0054]S1、將粘結劑與金屬或陶瓷粉末混合得到混合喂料；
[0055]S2、將所述混合喂料置于注射機中，在溫度150°C注射成型得到坯體；
[0056]S3、將步驟S2制得的坯體置于溫度為130°C、甲烷氣氛為300mol/h的脫脂爐內脫脂I Oh，再進行燒結得到成品。
[0057]實施例5:
[0058]本實施例用于粉末注射成型的復合粘結劑的加工原料包括以下重量百分比的成分:糠醇11-18%、三羥甲基丙烷4-10%、聚丙烯12-20%、鄰羥基苯甲酸2-3%、聚丙烯酰胺22-33%、棕櫚蠟10-22 %、微晶蠟12-16%、環氧大豆油I.5-2.8%。
[0059]按照本實施例原料配比，該復合粘結劑的制備方法同實施例2。
[0060]實施例6:
[0061]本實施例用于粉末注射成型的復合粘結劑的加工原料包括以下重量百分比的成分:糠醇10-20%、三羥甲基丙烷3-10%、聚丙烯10-20%、鄰羥基苯甲酸1-4%、聚丙烯酰胺20-35%、棕櫚蠟8-25%、微晶蠟10-18%、環氧大豆油1-3%、聚乙烯10-15%、硼酸1-5%、水4-5% 0
[0062]按照本實施例原料配比，該復合粘結劑的制備方法，包括以下步驟:將各原料按配比量放入密煉機中混煉，混煉時間為25-35min，混煉溫度為110-130 °C,混煉速度為30_50r/
mino
[0063]該復合粘結劑的應用方法，包括如下步驟:
[0064]S1、將粘結劑與金屬或陶瓷粉末混合得到混合喂料；
[0065]S2、將所述混合喂料置于注射機中，在溫度140_150°C注射成型得到坯體；
[0066]S3、將步驟S2制得的坯體置于溫度為100-130°C、還原氣氛為180-300mol/h的脫脂爐內脫脂4-10h，再進行燒結得到成品。
[0067]實施例7:
[0068]本實施例用于粉末注射成型的復合粘結劑的加工原料包括以下重量百分比的成分:糠醇18 %、三羥甲基丙烷4 %、聚丙烯12 %、鄰羥基苯甲酸2 %、聚丙烯酰胺22 %、棕櫚蠟10%、微晶蠟10%、環氧大豆油2%、聚乙烯15%、硼酸I %、水4%。
[0069]按照本實施例原料配比，該復合粘結劑的制備方法，包括以下步驟:將各原料按配比量放入密煉機中混煉，混煉時間為28min，混煉溫度為125 °C，混煉速度為38r/min。
[0070]該復合粘結劑的應用方法，包括如下步驟:
[0071]S1、將粘結劑與金屬或陶瓷粉末混合得到混合喂料；
[0072]S2、將所述混合喂料置于注射機中，在溫度145°C注射成型得到坯體；
[0073]S3、將步驟S2制得的坯體置于溫度為1250°C、H2氣氛為200mol/h的脫脂爐內脫脂8h，再進行燒結得到成品。
[0074]實施例8:
[0075]本實施例用于粉末注射成型的復合粘結劑的加工原料包括以下重量百分比的成分:糠醇11%、三羥甲基丙烷3%、聚丙烯20%、鄰羥基苯甲酸1%、聚丙烯酰胺20%、棕櫚蠟8%、微晶蠟16%、環氧大豆油I %、聚乙烯10%、硼酸5%、水5%。
[0076]按照本實施例原料配比，該復合粘結劑的制備方法，包括以下步驟:將各原料按配比量放入密煉機中混煉，混煉時間為30min，混煉溫度為120 °C，混煉速度為45r/min。
[0077]該復合粘結劑的應用方法，包括如下步驟:
[0078]S1、將粘結劑與金屬或陶瓷粉末混合得到混合喂料；
[0079]S2、將所述混合喂料置于注射機中，在溫度146°C注射成型得到坯體；
[0080]S3、將步驟S2制得的坯體置于溫度為125°C、NH3氣氛為260mol/h的脫脂爐內脫脂6h，再進行燒結得到成品。
[0081]綜上所述，采用本發明復合粘結劑應用于粉末注射成型時，在脫脂過程中能快速除去，縮短熱脫脂時間，與常規粘結劑熱脫脂耗時幾十個小時甚至上百個小時相比，能夠在6小時脫除達到90%以上，脫脂時間縮短至4-9h，提高了粉末注射成型的生產效率，采用本發明復合粘結劑的原料成分，粘結劑的粘度低，流動性好，進而增強粉末流動性，減少注射力，減少注射過程中縮孔、開裂，保形性強，避免成品裂紋、掉角，提高了產品的合格率和成品質量。
[0082]需要說明的是，在本文中，諸如術語“包括”、“包含”或者其任何其他變體意在涵蓋非排他性的包含，從而使得包括一系列要素的過程、方法、物品或者設備不僅包括那些要素，而且還包括沒有明確列出的其他要素，或者是還包括為這種過程、方法、物品或者設備所固有的要素。在沒有更多限制的情況下，由語句“包括一個……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的過程、方法、物品或者設備中還存在另外的相同要素。
[0083]以上實施例僅用以說明本發明的技術方案，而非對其限制，盡管參照前述實施例對本發明進行了詳細的說明，本領域的普通技術人員應當理解:其依然可以對前述各實施例所記載的技術方案進行修改，或者對其中部分技術特征進行等同替換;而這些修改或者替換，并不使相應技術方案的本質脫離本發明各實施例技術方案的精神和范圍。
【主權項】
1.一種用于粉末注射成型的復合粘結劑，其特征在于，所述復合粘結劑的加工原料包括以下重量百分比的成分:糠醇10-20%、三羥甲基丙烷3-10%、聚丙烯10-20%、鄰羥基苯甲酸1-4%、聚丙烯酰胺20-35%、棕櫚蠟8-25%、微晶蠟10-18%、環氧大豆油1-3%。2.根據權利要求1所述的用于粉末注射成型的復合粘結劑，其特征在于，所述復合粘結劑的加工原料包括以下重量百分比的成分:糠醇11-18%、三羥甲基丙烷4-10%、聚丙烯12-20%、鄰羥基苯甲酸2-3%、聚丙烯酰胺22-33%、棕櫚蠟10-22%、微晶蠟12-16%、環氧大豆油1.5-2.8% ο3.根據權利要求1或2所述的用于粉末注射成型的復合粘結劑，其特征在于，所述復合粘結劑的加工原料包括以下重量百分比的成分:糠醇15%、三羥甲基丙烷5%、聚丙烯16%、鄰羥基苯甲酸3%、聚丙烯酰胺27%、棕櫚蠟17%、微晶蠟15%、環氧大豆油2%。4.根據權利要求1所述的用于粉末注射成型的復合粘結劑，其特征在于，所述復合粘結劑的加工原料還包括以下重量百分比的成分:聚乙烯10-15 %、硼酸1-5 %、水4-5 %。5.根據權利要求4所述的用于粉末注射成型的復合粘結劑，其特征在于，所述聚乙烯為低密度聚乙烯。6.—種如權利要求1-5中任一所述的用于粉末注射成型的復合粘結劑的制備方法，其特征在于，包括以下步驟:將各原料按配比量放入密煉機中混煉，混煉時間為25-35min，混煉溫度為110-130°(:，混煉速度為30-5(^/1^11。7.—種如權利要求1-6中任一所述的復合粘結劑的應用方法，其特征在于，包括如下步驟: 51、將復合粘結劑與金屬或陶瓷粉末混合得到混合喂料； 52、將所述混合喂料置于注射機中，在溫度140-150°C注射成型得到坯體； 53、將步驟S2制得的坯體置于溫度為100-130°C、還原氣氛為180-300mol/h的脫脂爐內脫脂4-10h，再進行燒結得到成品。8.根據權利要求7所述的復合粘結劑的應用方法，其特征在于，步驟S3所述還原氣氛為NH3氣氛、H2氣氛或甲烷氣氛中的一種。9.根據權利要求7所述的復合粘結劑的應用方法，其特征在于，步驟S3所述脫脂爐內的溫度為110_125°C、還原氣氛為190-260mol/h。
【文檔編號】C09J11/06GK105860886SQ201610425932
【公開日】2016年8月17日
【申請日】2016年6月14日
【發明人】倪江利, 郭洪霞, 黃文娟
【申請人】安徽三聯學院