樹脂基成形劑的開發與應用研究

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

目前國內硬質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。有的企業幾種成型劑都用，還有的橡膠石蠟混用。各種成型劑各有優缺點：橡膠粘性好，但殘留碳較高；石蠟，高溫能完全揮發，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，提高了生產的安全性能，但吸濕性強，對工作環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低，可以大大節約生產成本。加入順丁橡膠與SBS能使膠液的粘度增大；加入環烷油能使順丁橡膠與SBS順利應用，使其變成塑性非常好的“充油橡膠”[3]。

1 實驗部分

1.1 實驗原料

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，環烷油。

1.2 實驗過程

1.2.1 成型劑配方設計

按表2設計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度測定

壓制在30t單柱油壓機上進行，壓坯尺寸 37×16×10mm，單重 40g，壓制壓力5 t/cm2。

使用美國Instron3369材料力學試驗機測定壓坯抗彎強度。

1.2.3 燒結工藝與合金性能檢測

壓坯試樣采用加壓燒結工藝，燒結溫度1430℃，保溫時間90min，同爐燒結后檢測試樣物理機械性能。

2 結果與討論

表2 成型劑配方設計

2.1 壓坯抗彎強度結果討論

試驗中樹脂基膠液配方表現出很強的粉末顆粒初粘力。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。這是成型劑研發的一個新思路，能很好地解決復雜異形產品的難成型問題。

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

2.2 合金物理機械性能檢測結果討論

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

表3 物理機械性能數據表（試驗料為W-Co8%）

表4 壓坯抗彎強度統計分析表

表5 合金抗彎強度統計分析表

表6合金矯頑磁力統計分析表表明，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際排除與燒結過程中增碳量稍有差異。

綜合實驗中的考察指標取最佳水平，可得出實驗最佳配方為樹脂10g，SBS+順丁膠6g，環烷油2g。

2.3 樹脂基成型劑熱分解曲線研究

表6 合金矯頑磁力統計分析表

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

取干燥后摻入成形劑的混合料在德國Netzsch公司生產STA449C/3/MFC/G同步熱分析儀上進行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數據是在TG原始數據基礎上通過求導數獲得。DTG曲線上的峰頂點（質量損失速率最大值點）與TG曲線拐點相對應，峰數與TG曲線的臺階數相等，峰面積則與質量損失成正比[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 優選樹脂基成形劑（6號）的綜合熱分析結果

需說明的是，由于所用混合料的載體量較小，采用常規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量在毫克級，可能是導致兩種混合料質量損失稍有不同的主要原因。

3 結論

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

（2）由于新成形劑是在原成形劑上做改進，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備，具有較強的應用性。

[1]張立，吳立滸，王振波，單成，熊湘君.硬質合金常用模壓成形劑的熱分解特性 [J].粉末冶金材料科學與工程.2010，15（6）：674-678.

[2]唐楷，顏杰，黃新 等.新型石蠟基成形劑的應用性實驗研究 [J].硬質合金，2008，25（1）：28-31.

[3]吳玉霜，孫寶琦，吳國龍.不同種類合成橡膠作為硬質合金成形劑的實驗研究 [J].稀有金屬與硬質合金，1998，132（3）：21-24.

[4]吳玉霜，孫寶琦.新型成形劑的開發與應用研究[J]粉末冶金技術，1993，11（4）：266.

[5]熊劍飛.SBS新型成形劑的開發與應用研究[J].硬質合金.1999，16（3）：142-146.

[6]周興炅.硬質合金用成形劑現狀和發展的探討.[J]湖南冶金職業技術學院學報，2008，8（4），108-111.

[7]韓旭，李疏芬，趙鳳起 等.富勒烯灰對聚乙二醇熱分解和紅外光譜的影響[J].光譜學與光譜分析，2008，28（12）：2789-2792.

[8]程秀蘭.SBS新成形劑在硬質合金上的應用[J].硬質合金 1998，15（3）：159-162.

[9]顏杰，唐楷，黃新.硬質合金模壓工藝成形劑的研究[J].四川理工學院學報，2006，19（3）：30-33.

[10]陳雪松，張進新.硬質合金新型成形劑SBP 的應用試驗[J].硬質合金，2000，17（3）：167-170.

[11]鄭國梁，鄭郴.硬質合金成形劑的現狀與發展趨勢[J].稀有金屬與硬質合金.1992，109：39-41.

[12]新型水溶性MIM粘結劑的研制與性能研究.

[13]Zaky MT,soliman F S,Farag AS.Influence of paraffin wax characteristicson the formulation of wax-based bindersand their debind ing fromgreen molded parts using two com-parative techniques[J].J Mater Proc Techn,2009,209：5981

[14]H.H.ANGERMANN,F.K.YANG,VAN DER BLEST.Removal of low molecular weightcomponents.[J].J.of mater Sci 27，1992：2534-2538