[發明專利]一種擠壓成形劑及其制備和應用

有效

• 申請號: 201110047568.5
• 申請日: 2011-02-28
• 公開（公告）號: CN102151832A
• 公開（公告）日: 2011-08-17
• 發明（設計）人: 劉文勝;馬運柱;蔡青山
• 申請（專利權）人: 中南大學
• 主分類號: B22F3/20
• 分類號: B22F3/20
• 代理公司: 長沙市融智專利事務所 43114
• 代理人: 顏勇

技術領域

本發明屬于粉末冶金成形技術領域，涉及一種擠壓成形劑及其制備和在粉末擠壓成形工藝中的應用。

背景技術

隨著社會的發展，對粉末冶金制品的需求不斷增加。粉末擠壓成形是近年來迅速發展的一種粉末冶金新型成形技術，具有產品長度不受限制、縱向密度比較均勻、效率高等優點，現已成為制備大長徑比粉末冶金管、棒、條、帶等產品最有效的方法之一。

在PEM工藝中，制約著大厚度、形狀復雜大尺寸、截面變化零部件發展最主要因素是成形劑及其脫除工藝，尤其成形劑的設計和制備直接決定著擠壓制品的質量和應用情況，是擠壓成形技術成敗的關鍵。

硬質合金擠壓成形工藝中傳統的成形劑為兩組元或三組元，如國外的PE(聚乙烯)/SA(硬脂酸)，PP(聚丙烯)/SA(硬脂酸)；國內的20/SBS(苯乙烯-丁二烯-苯乙烯嵌段聚合物)+75/PW(石蠟)+5/SA(硬脂酸)等，其組元較為單一，成形坯的脫脂保形性較差，且脫脂時間長，脫脂缺陷多。白佳聲等在CN1788889A(21，6，2006)公開的一種硬質合金擠壓成形劑包括石蠟、高分子聚合物和極性低分子活性物質，存在喂料制備復雜，脫脂時間長(72h)的問題。盧平書等在CN101372556A(25，2，2009)公開了一種硬質合金擠壓成形劑，其組元按重量百分比計為：石蠟65～80％，丁苯橡膠10～20％，鄰苯二甲酸二丁酯3～5％，菜籽油3～5％，硬脂酸3～5％，余量為有機溶劑，該成形劑制備的喂料裝載量較低(成形劑質量百分含量為8％)，且存在一定量的擠壓廢坯。孫丹在粉末冶金技術(2010，28(4)：262-265)上采用新型成形劑制備超細硬質合金棒坯，其成形劑組元按質量百分比計算包括固體石蠟(SPW)+液體石蠟(LPW)：60～80％，高密度聚乙烯(HDPE)+乙烯-醋酸乙烯酯共聚物(EVA)：10～30％，硬脂酸(SA)：5～10％，所制備的喂料均勻性差，粘結劑易偏析，且在溶劑脫脂過程中棒坯易于產生開裂，產品的成品率較低。T.Jardiel等在Ceramics?International(2009，35：2329-2335)上報道：采用石蠟-聚烯烴粘結劑制備氧化鋯薄壁管，其粘結劑組元按體積百分比計為46％PW+50％PP+4％SA，制得的大長徑比管材壁厚小于200μm。范景蓮等在粉末冶金技術(2003，3(21)：131-134)上報道：采用一種多組元油+蠟塑料體系改性粘結劑，制備了鎢棒彈芯材料的注射坯，但該喂料裝載量為51％，只有在120～180℃才表現出良好的流動性，不適合用于制備大長徑比粉末冶金樣件的低溫(60-80℃)擠壓成形工藝。趙紅梅等在兵器材料科學與工程(2006，29(5)：59-64)上報道：分別采用聚丙烯(PP)-聚苯乙烯(PS)-植物油(Oil)-硬脂酸(SA)和聚丙烯(PP)-石蠟(PW)-植物油(Oil)-硬脂酸(SA)-增塑劑(DOP)兩種粘結劑體系，利用粉末注射成形工藝得到了Φ22.5mm的易碎鎢合金彈芯，其注射溫度為180～200℃，不適合用于制備大長徑比粉末冶金樣品的低溫(60-80℃)擠壓成形技術，且該注射坯在溶劑脫脂過程中脫脂率不高。

發明內容

本發明旨在開發一種適用于大尺寸、復雜樣件的粉末擠壓成形用新型成形劑，其性能要求包括成形劑組元相容性好、與粉末粘附性好、粉末裝載量高、成形性好，特別是能滿足大尺寸坯體的快速無缺陷脫脂。

一種擠壓成形劑，是由以下質量百分比的成分制備而成：固體石蠟(PW)與液體石蠟(LPW)的總質量60～80％，高密度聚乙烯(HDPE)與乙烯-醋酸乙烯酯共聚物(EVA)的總質量10～20％，增塑劑(DOP)1～8％，硬脂酸(SA)1～5％，巴西棕櫚蠟(CW)3～8％，余量為改性劑(PEW)。

所述的增塑劑包括：崁酮、雙丁基苯二酸、二甲基苯二酸、二辛基癸二酸鹽、鄰苯二甲酸二辛脂或鄰苯二甲酸二丁酯。

所述的改性劑為聚乙烯蠟。

所述的擠壓成形劑的制備方法如下：

1)將混煉裝置升溫至150～170℃，并進行保溫；

2)將稱量好的高密度聚乙烯放入混煉裝置中加熱熔融，待完全熔融后，緩慢加入乙烯-醋酸乙烯酯共聚物，不斷攪拌，直至兩者形成均一熔融混合物；

3)將熔融混煉溫度降低到100～120℃，向步驟(2)得到的熔融混合物中加入稱量好的改性劑，不斷攪拌，使融為一體；

4)將固體石蠟、液體石蠟和巴西棕櫚蠟依次加入步驟(3)得到的熔融共混物中，不斷攪拌，混煉時間為20～60min；

5)再將增塑劑和硬脂酸加入混煉裝置中，攪拌10～30min，制得所需成形劑。