專利名稱：粉末注射成形用催化脫脂型粘結劑及其喂料的制備方法
技術領域：
本發明涉及一種粉末注射成形用催化脫脂型粘結劑及其喂料的制備方法。
背景技術：
粉末注射成形(Powder Injection Molding，簡稱PIM)技術具有一次成形復雜形狀制 品、產品尺寸精度高、無需機械加工或只需微量加工、易于實現生產自動化和產品性能 優異的特點，被國際上譽為"當今最熱門的零部件成形技術之一"。然而，粉末注射成 .形工藝中脫脂工藝費時多、缺陷多、過程難以控制是PIM工藝中最困難和最關鍵的因 素，至今仍是PIM產業發展的瓶頸。脫脂和粘結劑是緊密聯系在一起的，粘結劑決定 了脫脂方式。因此，國內外科研人員為了提高粉末注射成形技術及其產品的競爭力，在 粘結劑設計方面投入了大量的努力。
粉末注射成形工業生產中應用的主要是適合于熱脫脂和溶劑脫脂的傳統粘結劑體 系。其中，熱脫脂其脫脂速度慢、易產生缺陷、只適合于小件；溶劑脫脂其過程比較復 雜、生產周期長、脫脂產品存在變形。而催化脫脂是一種新型快速脫脂工藝，其脫脂速 率能達到l 4mm/h，是傳統脫脂工藝速率的10 20倍。它綜合了熱脫脂和溶劑脫脂的 優點，克服了傳統脫脂方式時間長、缺陷多、能耗高、污染環境等缺點。因此，催化脫 脂被認為是目前最先進的脫脂工藝。
在粉末注射成形工業生產中采用催化脫脂技術，能大大縮短脫脂時間，提高生產效 率，降低PIM產品生產成本，而且在脫脂時不出現液相，避免了 PIM產品容易發生變 形和尺寸精度控制困難的弱點。因此，在PIM生產中采用催化脫脂技術能帶來巨大的 經濟效應和廣闊的應用前景。而在實際PIM工業生產中，由于在催化脫脂技術研究上 的缺乏，沒有自己的技術，沒有自己的知識產權，很多公司只有通過購買德國BASF公 司的Catamold系列催化脫脂喂料進行工業化生產。Catamold系列喂料價格昂貴，導致 其生產成本居高不下，很大程度上限制了催化脫脂技術在國內的工業化應用。 綜上所述，很有必要開發出適合于粉末注射成形催化脫脂技術的粘結劑。
發明內容
本發明所要解決的技術問題是針對目前在PIM工業生產中只能靠應用進口催化 脫脂喂料而使得生產成本昂貴的不足，提供一種粉末注射成形用催化脫脂型粘結劑及其 喂料的制備方法，以降低使用催化脫脂技術的成本，從而推動催化脫脂技術在PIM工 業生產中的廣泛應用。
本發明的技術解決方案如下 -
一種粉末注射成形用催化脫脂型粘結劑，其特征在于由均聚甲醛、高密度聚乙 烯和石蠟，以及相容劑、增塑劑、表面活性劑組成，其體積百分比為
均聚甲醛85~95% 高密度聚乙烯4~9% 石蠟3~6%
相容劑0.5 1% 增塑劑 1~2% 表面活性劑0.5~1%。
所述組分及體積百分比為
均聚甲醛88~卯％高密度聚乙烯4~6% 石蠟3~4%
相容劑0.5 1% 增塑劑1~1.5% 表面活性劑0.5 1%。
所述組分及優選的體積百分比為
均聚甲醛89% 高密度聚乙烯5% 石蠟3%
相容劑1% 增塑劑1% 表面活性劑1%。
所述相容劑為乙烯-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為24~28 (這里是質量百分含量，醋酸 乙烯酯含量是乙烯-醋酸乙烯酯共聚物制備過程中加入的，在化學上是一個通用術語) 所述增塑劑為鄰苯二甲酸二丁酯，表面活性劑為硬脂酸鋅。 一種粉末注射成形用催化脫脂型喂料的制備方法，其特征在于，其工藝步驟為
1) 按照以下體積比及組分取料備用85 95%的均聚甲醛；4~9%的高密度聚乙烯；
0.5~1%的相容劑；3 6%的石蠟；1 2%的增塑劑；0.5~1 %的表面活性劑；取其中的均
聚甲醛、高密度聚乙烯和相容劑和50 68%粉末裝載量的(這里粉末的量是根據粉末裝
載量來計算的，而粉末裝載量也是個范圍值，根據不同的粉末而不同。有一個適合的
范圍50~68%)注射成形粉末干混，得到均勻的粉末和粘結劑的混合物；
2) 將上述混合物加入密煉機，在180 19(TC溫度下混煉；
3) 降低混煉溫度，再取備好的石蠟、增塑劑和表面活性劑加入密煉機，混煉，
制得粉末注射成形用催化脫脂型喂料。 所述步驟3)中混煉溫度降低至16(M70。C。
所述的相容劑為乙烯-醋酸乙烯酯共聚物，其中醋酸乙烯酯含量為24~28;所述增塑 劑為鄰苯二甲酸二丁酯，表面活性劑為硬脂酸鋅。
所述步驟1)中的干混時間為60~90分鐘；所述步驟2)中的混煉時間為20~30分 鐘；所述步驟3)中混煉時間為20 30分鐘。 有益效果
相比于傳統的粘結劑體系，本發明催化脫脂型粘結劑具有如下優點
(1) 脫粘速度快，催化脫脂型粘結劑的脫除速度能達到傳統粘結劑脫除速度的
10~20倍。
(2) 脫粘溫度低，脫粘時產生的變形、掉邊等脫脂缺陷少。
(3) 催化脫脂型喂料具有很好的流動性和沖模能力，特別適合注射成形。
(4) 催化脫脂型喂料制備簡單、成本低廉，易于推廣使用。
該粘結劑體系是由起骨架作用的均聚甲醛，起輔助框架作用的高密度聚乙烯和起 穩定作用的各種添加劑組成。其中均聚甲醛的結構特點是重復的C-0鍵組成，聚合物 鏈的氧原子對酸的作用很敏感，當曝露在合適的酸催化劑中時，在較低的溫度下就能 進行催化反應引起大分子聚醛樹脂分裂成CH20 (甲醛)氣體。這樣，生坯中的主粘結 劑一一均聚甲醛在催化劑的作用下直接由固態轉化為氣態，達到快速催化脫脂的目的。 此時，剩余的少量高密度聚乙烯將起保形作用，脫除了主粘結劑的生坯仍然是充分堅 固的，使零件在脫粘時具有延續的堅硬性，避免任何塑性變形，得到較好的公差。而 這些在生坯中殘留的有機物質、分解劑、某些聚合物均可以在預燒結階段迅速熱解脫 除。
本發明采用廉價易得的塑料，通過共混改性的方法制備催化脫脂型粘結劑及其喂 料，能大大降低了催化脫脂技術在注射成形工業生產中的應用成本，推進催化脫脂技 術的廣泛應用，進而推動注射成形產業的發展。
圖1為粉末注射成形用催化脫脂型喂料的制備方法的工藝流程圖。
具體實施例方式
下面參照附圖和實施例對本發明的實施進行說明。
本發明涉及一種粉末注射成形用催化脫脂型粘結劑配方，由下述組分組成(體積 百分比比)均聚甲醛85~95%，高密度聚乙烯5~9%，石蠟3~6%，乙烯-醋酸乙烯酯 共聚物0.5 1%，鄰苯二甲酸二丁酯1~2%，硬脂酸鋅0.5~1%。按此配方范圍可組合多 個配方，能適合不同的粉末體系要求，現列舉具體實施例如下
實施例h
一種適合于17 4PH不銹鋼粉末注射成形用催化脫脂型粘結劑，它由下述組分組成 (體積百分比比)89%均聚甲醛100P, 5%高密度聚乙烯，3%石蠟，1%醋酸乙烯酯 (VA)含量為26的乙烯-醋酸乙烯酯共聚物(EVA)， 1%鄰苯二甲酸二丁酯，1%硬脂 酸鋅。
如圖1所示，本實施例的制備方法包括以下歩驟
(1) 將89%均聚甲醛100P， 5%高密度聚乙烯，1%醋酸乙烯酯(VA)含量為26 的乙烯-醋酸乙烯酯共聚物(EVA)和62%粉末裝載量的17~4PH不銹鋼粉末加入三維 旋轉器，干混1小時，得到均勻的粉末和粘結劑的混合物。
(2) 將上述均勻的混合物加入密煉機，升溫至185'C，混煉30分鐘。
(3) 降低混煉溫度到170°C，再將3%石蠟、1%鄰苯二甲酸二丁酯和1%硬脂酸鋅 加入密煉機，混煉20分鐘，制得催化脫脂型不銹鋼喂料。
本發明所制備的催化脫脂型不銹鋼喂料具有優異的流變性能，適合注射成形。在 120'C時，用硝酸氣體做催化劑，其脫粘速度能達到3.5mm/h，不會出現變形、掉邊等 脫粘缺陷。 實施例2:
一種適合于氧化鋯陶瓷粉末注射成形用催化脫脂型粘結劑，它由下述組分組成(體 積百分比比)90X均聚甲醛500P， 4%高密度聚乙烯，3%石蠟，1%醋酸乙烯酯(VA) 含量為24的乙烯-醋酸乙烯酯共聚物(EVA)， 1.5%鄰苯二甲酸二丁酯，0.5%硬脂酸鋅。
本實施例的制備方法
(1)將90X均聚甲醛500P， 4%高密度聚乙烯，1%醋酸乙烯酯(VA)含量為24 的乙烯-醋酸乙烯酯共聚物(EVA)和53%粉末裝載量的氧化鋯陶瓷粉末加入三維旋轉
器，干混1小時，得到均勻的粉末和粘結劑的混合物。
(2) 將上述均勻的混合物加入密煉機，升溫至190'C，混煉25分鐘。
(3) 降低混煉溫度到165°C，再將3%石蠟、1.5%鄰苯二甲酸二丁酯和0.5%硬脂 酸加入密煉機，混煉30分鐘，制得催化脫脂型氧化鋯陶瓷喂料。
本發明所制備的催化脫脂型氧化鋯陶瓷喂料具有優異的流變性能，適合注射成形本 發明所制備的催化脫脂型氧化鋯陶瓷喂料具有優異的流變性能，適合注射成形。在 12(TC時，用硝酸氣體做催化劑，其脫粘速度能達到3mm/h，不會出現變形、掉邊等脫 粘缺陷。
實施例3:
一種適合于YG12硬質粉末注射成形用催化脫脂型粘結劑，它由下述組分組成(體 積百分比比)89X均聚甲醛100P， 5%高密度聚乙烯，3%石蠟，1X醋酸乙烯酯(VA) 含量為26的乙烯-醋酸乙烯酯共聚物(EVA)， 1%鄰苯二甲酸二丁酯，1%硬脂酸鋅。
本實施例的制備方法
(1) 將89%均聚甲醛IOOP， 5%高密度聚乙烯，1%醋酸乙烯酯(VA)含量為26 的乙烯-醋酸乙烯酯共聚物(EVA)和56%粉末裝載量的YG12硬質粉末加入三維旋轉 器，干混1小時，得到均勻的粉末和粘結劑的混合物。
(2) 將上述均勻的混合物加入密煉機，升溫至185。C，混煉30分鐘。
(3) 降低混煉溫度到170°C,再將3%石蠟、1%鄰苯二甲酸二丁酯和1%硬脂酸加 入密煉機，混煉25分鐘，制得催化脫脂型氧化鋯陶瓷喂料。
本發明所制備的催化脫脂型YG12硬質喂料具有優異的流變性能，適合注射成形。 在12(TC時，用草酸氣體做催化劑，其脫粘速度能達到2.5mm/h，不會出現變形、掉邊 等脫粘缺陷。
權利要求
1、一種粉末注射成形用催化脫脂型粘結劑，其特征在于由均聚甲醛、高密度聚乙烯和石蠟，以及相容劑、增塑劑、表面活性劑組成，其體積百分比為均聚甲醛85～95％ 高密度聚乙烯4～9％ 石蠟3～6％相容劑0.5～1％ 增塑劑1～2％ 表面活性劑0.5～1％。
2、 按照權利要求1所述的粉末注射成形用催化脫脂型粘結劑，其特征在于所述 組分及體積百分比為均聚甲醛88~90%高密度聚乙烯4~6% 石蠟3~4%相容劑0.5~1% 增塑劑 1~1.5% 表面活性劑0.5-1 %。
3、 按照權利要求2所述的粉末注射成形用催化脫脂型粘結劑，其特征在于，所述 組分及優選的體積百分比為均聚甲醛89% 高密度聚乙烯5% 石蠟3%相容劑1% 增塑劑1% 表面活性劑1%。
4、 按照權利要求1所述的粉末注射成形用催化脫脂型粘結劑，其特征在于所述 相容劑為乙烯-醋酸乙烯酯共聚物。
5、 按照權利要求1所述的粉末注射成形用催化脫脂型粘結劑，其特征在于，乙烯-醋酸乙烯酯共聚物中的醋酸乙烯酯含量為24 28。
6、 按照權利要求1 5任一項所述的粉末注射成形用催化脫脂型粘結劑，其特征在 于所述增塑劑為鄰苯二甲酸二丁酯，表面活性劑為硬脂酸鋅。
7、 一種粉末注射成形用催化脫脂型喂料的制備方法，其特征在于，其工藝步驟為1) 按照以下體積比及組分取料備用85 95%的均聚甲醛；4~9%的高密度聚乙烯； 0.5-1 %的相容劑；3~6%的石蠟；1 2%的增塑劑；0.5~1 %的表面活性劑；取其中的均聚甲醛、高密度聚乙烯和相容劑和50~68%粉末裝載量的注射成形粉末干混，得到均勻 的粉末和粘結劑的混合物；2) 將上述混合物加入密煉機，在180 19(TC溫度下混煉；3) 降低混煉溫度，再取備好的石蠟、增塑劑和表面活性劑加入密煉機，混煉， 制得粉末注射成形用催化脫脂型喂料。
8、 按照權利要求7所述的粉末注射成形用催化脫脂型喂料的制備方法，其特征在 于所述步驟3)中混煉溫度降低至160 170°C。
9、 按照權利要求7所述的粉末注射成形用催化脫脂型喂料的制備方法，其特征在 于所述的所述相容劑為乙烯-醋酸乙烯酯共聚物，其中醋酸乙烯酯含量為24 28;所 述增塑劑為鄰苯二甲酸二丁酯，表面活性劑為硬脂酸鋅。
10、 按照權利要求7~9任一項所述的粉末注射成形用催化脫脂型喂料的制備方法， 其特征在于所述步驟l)中的干混時間為60 90分鐘；所述步驟2)中的混煉時間為 20-30分鐘；所述步驟3)中混煉時間為20-30分鐘。
全文摘要
本發明公開了一種粉末注射成形用催化脫脂型粘結劑及其喂料的制備方法，所述的粉末注射成形用催化脫脂型粘結劑由均聚甲醛、高密度聚乙烯和石蠟，以及相容劑、增塑劑、表面活性劑組成，其體積百分比為均聚甲醛85～95％ 高密度聚乙烯4～9％ 石蠟3～6％ 相容劑0.5～1％ 增塑劑1～2％ 表面活性劑0.5～1％。按照上述粘結劑配比，按照一定的粉末裝載量，將粘結劑和粉末加入密煉機，混煉，制備催化脫脂型喂料。本發明克服了目前在PIM工業生產中只能靠應用進口催化脫脂喂料而使得生產成本昂貴的不足，能夠降低使用催化脫脂技術的成本，從而可以推動催化脫脂技術在PIM工業生產中的廣泛應用。
文檔編號B29K23/00GK101353561SQ20081014313
公開日2009年1月28日 申請日期2008年9月4日 優先權日2008年9月4日
發明者盧仁偉, 昆 李, 李篤信, 莉 趙, 鄭禮清 申請人:中南大學