樹脂基成形劑的開發(fā)與應(yīng)用研究

陳雙琳，付 坤，周建華

（長沙中南凱大粉末冶金有限公司，湖南 長沙 410083）

0 前言

目前國內(nèi)硬質(zhì)合金廠家廣泛采用的成型劑是：橡膠、石蠟和聚乙二醇（PEG）三類。中小企業(yè)基本上采用橡膠作為成型劑。采用噴霧干燥工藝的一般用PEG或者石蠟作成型劑。有的企業(yè)幾種成型劑都用，還有的橡膠石蠟混用。各種成型劑各有優(yōu)缺點(diǎn)：橡膠粘性好，但殘留碳較高；石蠟，高溫能完全揮發(fā)，無殘留物，在真空也易脫除，但粘性低；而PEG是一種水溶性聚合物，提高了生產(chǎn)的安全性能，但吸濕性強(qiáng)，對工作環(huán)境的濕度和溫度要求極為苛刻[1-2]。

樹脂基成型劑是用樹脂作主粘結(jié)成份。樹脂純度高、灰份少、易排除、制粒性與成形性好，并且價格較其他物質(zhì)低，可以大大節(jié)約生產(chǎn)成本。加入順丁橡膠與SBS能使膠液的粘度增大；加入環(huán)烷油能使順丁橡膠與SBS順利應(yīng)用，使其變成塑性非常好的“充油橡膠”[3]。

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1 實(shí)驗(yàn)原料

本公司制備的混合料：牌號YJ2.1（WC-Co8%，WC 晶粒尺寸 2.4μm），燕山牌聚丁二烯橡膠，巴陵牌SBS，145樹脂 （松香季戊四醇酯），特級萜烯樹脂，C5石油樹脂，環(huán)烷油。

1.2 實(shí)驗(yàn)過程

1.2.1 成型劑配方設(shè)計

按表2設(shè)計9組不同配比的成型劑配方，并采用丁鈉橡膠成型劑作為對比樣，記為10號。

表1 因子水平%

1.2.2 壓制工藝與壓坯抗彎強(qiáng)度測定

壓制在30t單柱油壓機(jī)上進(jìn)行，壓坯尺寸 37×16×10mm，單重 40g，壓制壓力5 t/cm2。

使用美國Instron3369材料力學(xué)試驗(yàn)機(jī)測定壓坯抗彎強(qiáng)度。

1.2.3 燒結(jié)工藝與合金性能檢測

壓坯試樣采用加壓燒結(jié)工藝，燒結(jié)溫度1430℃，保溫時間90min，同爐燒結(jié)后檢測試樣物理機(jī)械性能。

2 結(jié)果與討論

表2 成型劑配方設(shè)計

2.1 壓坯抗彎強(qiáng)度結(jié)果討論

試驗(yàn)中樹脂基膠液配方表現(xiàn)出很強(qiáng)的粉末顆粒初粘力。本研究擺脫了過去總是以橡膠（包括SBS）、石蠟等為主要成份的理念，看來樹脂同樣可以做為成型劑主要成份。這是成型劑研發(fā)的一個新思路，能很好地解決復(fù)雜異形產(chǎn)品的難成型問題。

表3物理機(jī)械性能數(shù)據(jù)表中壓坯強(qiáng)度結(jié)果表明，樹脂基成型劑的壓坯強(qiáng)度與合金抗彎強(qiáng)度比丁鈉橡膠高，10號丁鈉橡膠做成型劑的壓坯抗彎強(qiáng)度是1.60MPa，6號樹脂基成型劑的壓坯抗彎強(qiáng)度是3.26MPa，是前者的兩倍。樹脂基成型劑壓制出來的產(chǎn)品壓坯表面光亮，毛坯強(qiáng)度高，不掉變掉角。使用樹脂基成型劑能大大提高產(chǎn)品的壓坯性能，并能適用于難成型復(fù)雜異形產(chǎn)品的成型。

2.2 合金物理機(jī)械性能檢測結(jié)果討論

表3物理機(jī)械性能數(shù)據(jù)表中合金橫向斷裂強(qiáng)度結(jié)果表明，樹脂基膠液做的合金強(qiáng)度總是高一些。這一結(jié)果說明，如果成型劑的增塑和潤滑能力相同，粘結(jié)力強(qiáng)的成型劑有助于壓坯缺陷減少，燒結(jié)后制品強(qiáng)度有提高的趨勢。

表3 物理機(jī)械性能數(shù)據(jù)表（試驗(yàn)料為W-Co8%）

表4 壓坯抗彎強(qiáng)度統(tǒng)計分析表

表5 合金抗彎強(qiáng)度統(tǒng)計分析表

表6合金矯頑磁力統(tǒng)計分析表表明，成型劑各成份配比對合金矯頑磁力有顯著影響，分析可能是每種膠液在實(shí)際排除與燒結(jié)過程中增碳量稍有差異。

綜合實(shí)驗(yàn)中的考察指標(biāo)取最佳水平，可得出實(shí)驗(yàn)最佳配方為樹脂10g，SBS+順丁膠6g，環(huán)烷油2g。

2.3 樹脂基成型劑熱分解曲線研究

表6 合金矯頑磁力統(tǒng)計分析表

成形劑選擇與脫除工藝不當(dāng)，易造成硬質(zhì)合金產(chǎn)品的滲碳或脫碳，因此成形劑的選擇與脫除工藝的制訂對硬質(zhì)合金質(zhì)量控制至關(guān)重要。壓坯內(nèi)成形劑的脫除是一個較復(fù)雜的過程，不僅包含成形劑的熔融與分解等一系列物理化學(xué)變化過程，而且還包含成形劑熱分解產(chǎn)物從壓坯體內(nèi)的脫除遷移過程。成形劑熱分解特性的研究對多組元復(fù)合成形劑體系的開發(fā)與成形劑脫除工藝的制訂均具有重要的指導(dǎo)意義[1]。

取干燥后摻入成形劑的混合料在德國Netzsch公司生產(chǎn)STA449C/3/MFC/G同步熱分析儀上進(jìn)行TG與DSC分析。儀器的測量靈敏度極限為TG：0.1μg；DSC：0.02μW。 分析氣氛為高純氬氣，分析溫度范圍為室溫～650℃， 升溫速率為 5℃/min，380℃、440℃、500℃分別保溫1h。DTG數(shù)據(jù)是在TG原始數(shù)據(jù)基礎(chǔ)上通過求導(dǎo)數(shù)獲得。DTG曲線上的峰頂點(diǎn)（質(zhì)量損失速率最大值點(diǎn)）與TG曲線拐點(diǎn)相對應(yīng)，峰數(shù)與TG曲線的臺階數(shù)相等，峰面積則與質(zhì)量損失成正比[10]。

圖1 丁鈉橡膠為主要成份的成形劑綜合熱分析結(jié)果

由圖1可知，丁鈉橡膠為主要成份的成形劑從室溫到380℃為失重第一臺階，質(zhì)量變化從380℃到440℃為失重第二臺階，440℃到500℃為失重第三臺階。由圖2可知，樹脂基成形劑到了440℃就已基本排除，440℃以后質(zhì)量變化很小。由此可見，樹脂基成形劑排除溫度低，殘余碳低，易排除。

圖2 優(yōu)選樹脂基成形劑（6號）的綜合熱分析結(jié)果

需說明的是，由于所用混合料的載體量較小，采用常規(guī)成形劑的摻入方法難以保證其摻入的均勻性，而且分析用樣品的質(zhì)量在毫克級，可能是導(dǎo)致兩種混合料質(zhì)量損失稍有不同的主要原因。

3 結(jié)論

（1）樹脂基成形劑成形效果好，壓坯強(qiáng)度高，易排除，具有非增碳性，適合于難成形的異形硬質(zhì)合金的成形，并且價格成本低。

（2）由于新成形劑是在原成形劑上做改進(jìn)，只需稍微改變一下排除工藝，基本不需改變原工藝模具與設(shè)備，具有較強(qiáng)的應(yīng)用性。

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