1.本发明涉及金属粉末注射成型技术领域，且特别涉及一种粘接剂、其制备方法及其用于金属粉末注射成型的应用。


背景技术：

2.金属注射成型是一种从塑料注射成型行业中引伸出来的新型粉末冶金近净成型技术。近些年，该项技术迅速发展，通过上述技术能够快速的制造密度高、三维结构复杂的金属零件。该工艺技术工序少、制备快、可批量生产，克服了传统金属零件制备工艺不易成型，结构复杂等缺点。
3.粘接剂是金属粉末注射成型技术的核心，其具有增强流动性和维持坯块料形状的效果，粘接剂性能的好坏能够影响整个金属粉末注射成型技术的最终效果。
4.目前，现有粘接剂中的聚合物粘接剂在粉末注射领域具有较好的技术效果，但是上述粘接剂在注射过程中，聚甲醛发生分解产生的甲醛毒性较大，且后续的副产物对设备的腐蚀较大，因其上述缺陷导致其应用受到限制。水溶性粘接剂环境友好，但是采用其注射成型的金属零件力学性能差、保形性不强，也影响了其进一步的发展。


技术实现要素：

5.为克服上述现有技术的缺点和不足，本发明的目的在于提出了一种粘接剂及其用于金属粉末注射成型的应用，上述粘接剂是水溶性粘接剂，与传统的塑基粘接剂相比力学性能和保形性有了明显的提升。
6.本发明解决其技术问题是采用以下技术方案来实现的。
7.本发明提出了一种粘接剂，按照重量份计，其包括以下组分：72-78份聚乙二醇混合物、14-16份聚甲醛、3-5份聚乳酸树脂、2-3份聚甲基丙烯酸甲酯、2-3份二甲基乙酰胺、0.4-1份烷基二苯醚二磺酸钠、0.01份抗氧化剂、1-2份增塑剂和1-3份表面活性剂，聚乙二醇混合物中聚乙二醇1000与聚乙二醇1500的质量比为(2-4)：7。
8.本发明还提出了一种粘接剂的制备方法，其包括以下步骤：
9.混合物制备：在超声复合搅拌的条件下，恒温176-190℃，将聚乙二醇混合物、聚乳酸树脂、聚甲基丙烯酸甲酯、二甲基乙酰胺和烷基二苯醚二磺酸钠按照比例混合均匀后，加入聚甲醛持续混合1-2小时，制得混合物；
10.粘接剂制备：按照比例向混合物中添加抗氧化剂、增塑剂和表面活性剂，在175-185℃温度条件下，持续超声复合搅拌0.5-1.5小时制得粘接剂。
11.本发明还提出了一种粘接剂用于金属粉末注射成型的应用，其包括以下步骤：
12.喂料制备：按照重量份数计，将74-78份平均粒度为9-11微米的金属粉末预热至170-190℃并保持，在20-60r/min搅拌速度下加入24份粘接剂密炼1-2小时制得熔融物，挤出造粒后制得颗粒状喂料；
13.注射成型：将颗粒状喂料注射成型制得生坯，注射温度170-190℃，模温38-42℃，
注射压力80-120mpa，注射速率40-60mm/s；
14.水浴脱脂：将生坯水浴脱脂制得坯体；
15.高温烧结：将坯体在800-850℃预烧结1.5-2.5小时，然后升温至1300-1350℃烧结2-2.5小时，完成后降至室温，经过后处理后制得金属零件。
16.本发明的一种粘接剂、其制备方法及其用于金属粉末注射成型的应用的有益效果是：
17.(1)在粘接剂的原料中加入二甲基乙酰胺和烷基二苯醚二磺酸钠，能够有效提高成型金属零件的力学性能和保形性。
18.(2)在粘接剂的制备过程中采用超声复合搅拌的方式不仅增强了混合效果，还加强了材料的内应力，提高了成型金属零件的力学性能和保形性。
具体实施方式
19.为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。实施例中未注明具体条件者，按照常规条件或制造商建议的条件进行。所用试剂或仪器未注明生产厂商者，均为可以通过市售购买获得的常规产品。
20.本发明实施例提出了一种粘接剂，按照重量份计，其包括以下组分：72-78份聚乙二醇混合物、14-16份聚甲醛、3-5份聚乳酸树脂、2-3份聚甲基丙烯酸甲酯、2-3份二甲基乙酰胺、0.4-1份烷基二苯醚二磺酸钠、0.01份抗氧化剂、1-2份增塑剂和1-3份表面活性剂，聚乙二醇混合物中聚乙二醇1000与聚乙二醇1500的质量比为(2-4)：7。二甲基乙酰胺中的n＝o基团，能够提高近球形金属粉末的活跃度，加强成型金属零件的内应力，配合少量烷基二苯醚二磺酸钠，能够有效提高成型金属零件的力学性能和保形性。上述二甲基乙酰胺和烷基二苯醚二磺酸钠，配合聚乙二醇混合物良好的粘接性能，聚甲醛良好的流动性和聚甲基丙烯酸甲酯的保形性，使得采用上述配方制备的粘接剂制备成型金属零件具有优异的力学性能和保形性。
21.进一步地，在本发明较佳实施例中，按照重量份计，其包括以下组分：75份聚乙二醇混合物、15份聚甲醛、4份聚乳酸树脂、2.5份聚甲基丙烯酸甲酯、2.5份二甲基乙酰胺、0.7份烷基二苯醚二磺酸钠、0.01份抗氧化剂、1-2份增塑剂和1-3份表面活性剂，聚乙二醇混合物中聚乙二醇1000与聚乙二醇1500的质量比为3：7。
22.进一步地，在本发明较佳实施例中，抗氧化剂为抗坏血酸棕榈酸酯或丁基羟基茴香醚。
23.进一步地，在本发明较佳实施例中，增塑剂为邻苯二甲酸酯。
24.进一步地，在本发明较佳实施例中，表面活性剂为卵磷脂或聚山梨酯。
25.一种粘接剂的制备方法，其包括以下步骤：
26.混合物制备：在超声复合搅拌的条件下，恒温176-190℃，将聚乙二醇混合物、聚乳酸树脂、聚甲基丙烯酸甲酯、二甲基乙酰胺和烷基二苯醚二磺酸钠按照比例混合均匀后，加入聚甲醛持续混合1-2小时，制得混合物；
27.粘接剂制备：按照比例向混合物中添加抗氧化剂、增塑剂和表面活性剂，在175-185℃温度条件下，持续超声复合搅拌0.5-1.5小时制得粘接剂。
28.进一步地，在本发明较佳实施例中，超声复合搅拌的工艺参数为：搅拌转速30-60r/min，超声频率30-40khz。在制备过程中，添加超声不仅增强了混合效果，还加强了材料的内应力，提高了成型金属零件的力学性能和保形性。
29.一种粘接剂用于金属粉末注射成型的应用，其特征在于，其包括以下步骤：
30.喂料制备：按照重量份数计，将74-78份平均粒度为9-11微米的金属粉末预热至170-190℃并保持，在20-60r/min搅拌速度下加入24份粘接剂密炼1-2小时制得熔融物，挤出造粒后制得颗粒状喂料；
31.注射成型：将颗粒状喂料注射成型制得生坯，注射温度170-190℃，模温38-42℃，注射压力80-120mpa，注射速率40-60mm/s；
32.水浴脱脂：将生坯水浴脱脂制得坯体；
33.高温烧结：将坯体在800-850℃预烧结1.5-2.5小时，然后升温至1300-1350℃烧结2-2.5小时，完成后降至室温，经过后处理后制得金属零件。
34.进一步地，在本发明较佳实施例中，水浴脱脂的脱脂温度是76-80℃，脱脂时间为80-100min。
35.以下结合实施例对本发明的特征和性能作进一步的详细描述。
36.实施例1
37.本实施例提出了一种粘接剂，其包括以下组分：76kg聚乙二醇混合物、15kg聚甲醛、4kg聚乳酸树脂、2.5kg聚甲基丙烯酸甲酯、2.5kg二甲基乙酰胺、0.7kg烷基二苯醚二磺酸钠、0.01kg丁基羟基茴香醚、1.5kg邻苯二甲酸酯和2kg卵磷脂。其中，聚乙二醇混合物中聚乙二醇1000和聚乙二醇1500的质量比为3：7。
38.在本实施例中，抗氧化剂为丁基羟基茴香醚，在其他实施例中，抗氧化剂也可以是抗坏血酸棕榈酸酯等其他抗氧化剂，也能够实现本实施例粘接剂提高成型金属零件的力学性能差、保形性的技术效果，也在本实施例的保护范围中。
39.在本实施例中，增塑剂为邻苯二甲酸酯，在其他实施例中，也可以是邻苯二甲酸二正辛酯和邻苯二甲酸丁苄酯等其他的增塑剂，只要能够实现增塑剂的技术效果，都在本实施例的保护范围中。
40.应当理解，在本实施例中表面活性剂为卵磷脂，在其他实施例中，表面活性剂也可以是聚山梨酯或脂肪酸甘油酯等其他类型的增塑剂，只要能够实现本实施例的技术效果，都在本实施例的保护范围中。
41.本实施例还提出了一种粘接剂的制备方法，其包括以下步骤：
42.混合物制备：在搅拌速度为45r/min，超声频率为35khz的条件下，恒温183℃，将22.5kg聚乙二醇1000、52.5kg聚乙二醇1500、4kg聚乳酸树脂、2.5kg聚甲基丙烯酸甲酯、2.5kg二甲基乙酰胺和0.7kg烷基二苯醚二磺酸钠混合均匀，然后加入15kg聚甲醛持续混合1.5小时，制得混合物；
43.粘接剂制备：向上述混合物中添加0.01kg丁基羟基茴香醚、1.5kg邻苯二甲酸酯和2kg卵磷脂，在180℃恒温，转速为45r/min，超声频率为35khz的条件下，持续超声复合搅拌1小时制得粘接剂。
44.本实施例还提出了一种粘接剂用于金属粉末注射成型的应用，其包括以下步骤：
45.喂料制备：将76kg平均粒度为9-11微米的金属粉末(在本实施例中是钛合金)预热
至180℃并保持，在40r/min搅拌速度下加入24kg粘接剂密炼1.5小时制得熔融物，挤出造粒后制得颗粒状喂料；
46.注射成型：将颗粒状喂料注射成型制得生坯，注射温度180℃，模温40℃，注射压力100mpa，注射速率50mm/s；
47.水浴脱脂：将生坯在脱脂温度为78℃的条件下水浴脱脂，脱脂时间为90min制得坯体；
48.高温烧结：将坯体在850℃预烧结2小时，然后升温至1350℃烧结2小时，完成后降至室温，经过后处理后制得金属零件。在本实施例中，高温烧结采用上述工艺参数，在其他实施例中，也可以根据实际使用的金属粉末选用以下工艺参数范围，将坯体在800-850℃预烧结1.5-2.5小时，然后升温至1300-1350℃烧结2-2.5小时，完成后降至室温，经过后处理后制得金属零件，只要能够实现本实施例高温烧结的技术效果，都在本实施例的保护范围中。
49.实施例2
50.本实施例提出了一种粘接剂，其包括以下组分：72kg聚乙二醇混合物、14kg聚甲醛、5kg聚乳酸树脂、2kg聚甲基丙烯酸甲酯、3kg二甲基乙酰胺、0.4kg烷基二苯醚二磺酸钠、0.01kg抗坏血酸棕榈酸酯、2kg邻苯二甲酸酯和1kg聚山梨酯。其中，聚乙二醇混合物中聚乙二醇1000和聚乙二醇1500的质量比为4：7。
51.在本实施例中，抗氧化剂为抗坏血酸棕榈酸酯，在其他实施例中，抗氧化剂也可以是丁基羟基茴香醚等其他抗氧化剂，也能够实现本实施例粘接剂提高成型金属零件的力学性能差、保形性的技术效果，也在本实施例的保护范围中。
52.在本实施例中，增塑剂为邻苯二甲酸酯，在其他实施例中，也可以是邻苯二甲酸二正辛酯和邻苯二甲酸丁苄酯等其他的增塑剂，只要能够实现增塑剂的技术效果，都在本实施例的保护范围中。
53.应当理解，在本实施例中表面活性剂为聚山梨酯，在其他实施例中，表面活性剂也可以是卵磷脂或脂肪酸甘油酯等其他类型的增塑剂，只要能够实现本实施例的技术效果，都在本实施例的保护范围中。
54.本实施例还提出了一种粘接剂的制备方法，其包括以下步骤：
55.混合物制备：在搅拌速度为30r/min，超声频率为40khz的条件下，恒温176℃，将28.8kg聚乙二醇1000、43.2kg聚乙二醇1500、5kg聚乳酸树脂、2kg聚甲基丙烯酸甲酯、3kg二甲基乙酰胺和0.4kg烷基二苯醚二磺酸钠混合均匀，然后加入14kg聚甲醛持续混合1小时，制得混合物；
56.粘接剂制备：向上述混合物中添加0.01kg抗坏血酸棕榈酸酯、2kg邻苯二甲酸酯和1kg聚山梨酯，在185℃恒温，转速为30r/min，超声频率为40khz的条件下，持续超声复合搅拌0.5小时制得粘接剂。
57.本实施例还提出了一种粘接剂用于金属粉末注射成型的应用，其包括以下步骤：
58.喂料制备：将74kg平均粒度为9-11微米的金属粉末(在本实施例中是钛合金)预热至190℃并保持，在20r/min搅拌速度下加入24kg粘接剂密炼2小时制得熔融物，挤出造粒后制得颗粒状喂料；
59.注射成型：将颗粒状喂料注射成型制得生坯，注射温度170℃，模温42℃，注射压力
80mpa，注射速率60mm/s；
60.水浴脱脂：将生坯在脱脂温度为76℃的条件下水浴脱脂，脱脂时间为100min制得坯体；
61.高温烧结：将坯体在850℃预烧结2小时，然后升温至1350℃烧结2小时，完成后降至室温，经过后处理后制得金属零件。
62.实施例3
63.本实施例提出了一种粘接剂，其包括以下组分：78kg聚乙二醇混合物、16kg聚甲醛、3kg聚乳酸树脂、3kg聚甲基丙烯酸甲酯、2kg二甲基乙酰胺、1kg烷基二苯醚二磺酸钠、0.01kg丁基羟基茴香醚、1kg邻苯二甲酸酯和1kg聚山梨酯。其中，聚乙二醇混合物中聚乙二醇1000和聚乙二醇1500的质量比为2：7。
64.在本实施例中，抗氧化剂为丁基羟基茴香醚，在其他实施例中，抗氧化剂也可以是抗坏血酸棕榈酸酯等其他抗氧化剂，也能够实现本实施例粘接剂提高成型金属零件的力学性能差、保形性的技术效果，也在本实施例的保护范围中。
65.在本实施例中，增塑剂为邻苯二甲酸酯，在其他实施例中，也可以是邻苯二甲酸二正辛酯和邻苯二甲酸丁苄酯等其他的增塑剂，只要能够实现增塑剂的技术效果，都在本实施例的保护范围中。
66.应当理解，在本实施例中表面活性剂为聚山梨酯，在其他实施例中，表面活性剂也可以是卵磷脂或脂肪酸甘油酯等其他类型的增塑剂，只要能够实现本实施例的技术效果，都在本实施例的保护范围中。
67.本实施例还提出了一种粘接剂的制备方法，其包括以下步骤：
68.混合物制备：在搅拌速度为60r/min，超声频率为30khz的条件下，恒温190℃，将15.6kg聚乙二醇1000、62.4kg聚乙二醇1500、3kg聚乳酸树脂、3kg聚甲基丙烯酸甲酯、2kg二甲基乙酰胺和1kg烷基二苯醚二磺酸钠混合均匀，然后加入16kg聚甲醛持续混合2小时，制得混合物；
69.粘接剂制备：向上述混合物中添加0.01kg丁基羟基茴香醚、2kg邻苯二甲酸酯和3kg聚山梨酯，在176℃恒温，转速为60r/min，超声频率为30khz的条件下，持续超声复合搅拌1.5小时制得粘接剂。
70.本实施例还提出了一种粘接剂用于金属粉末注射成型的应用，其包括以下步骤：
71.喂料制备：将78kg平均粒度为9-11微米的金属粉末(在本实施例中是钛合金)预热至170℃并保持，在60r/min搅拌速度下加入24kg粘接剂密炼1小时制得熔融物，挤出造粒后制得颗粒状喂料；
72.注射成型：将颗粒状喂料注射成型制得生坯，注射温度190℃，模温39℃，注射压力120mpa，注射速率40mm/s；
73.水浴脱脂：将生坯在脱脂温度为80℃的条件下水浴脱脂，脱脂时间为80min制得坯体；
74.高温烧结：将坯体在850℃预烧结2小时，然后升温至1350℃烧结2小时，完成后降至室温，经过后处理后制得金属零件。
75.对比例1
76.本对比例1与实施例1的区别在于，粘接剂的原料配方不同，粘结剂的制备方法和
粘接剂用于金属粉末注射成型的应用完全相同。具体的，粘接剂的原料配方中缺少二甲基乙酰胺和烷基二苯醚二磺酸钠。
77.对比例2
78.本对比例2与实施例1的区别在于，粘结剂的制备方法略有不同，粘接剂的原料配方和粘接剂用于金属粉末注射成型的应用完全相同。具体的，在粘结剂的制备方法中混合物制备和粘接剂制备步骤都没有超声条件。
79.试验例
80.本试验例用于说明制备的金属零件的力学性能。本实验例采用gb/t 228-2010金属材料拉伸试验方法。测定实施例1-3和对比例1-2制备的金属零件的拉伸强度和屈服强度，将试验结果列入下表1。
81.从表1中可以看出，实施例1-3制备的金属零件的拉伸强度和屈服强度大于对比例1和对比例2的金属零件。同时，对比例2的金属零件力学性能优于对比例1的力学性能，说明在粘接剂的配料中添加二甲基乙酰胺和烷基二苯醚二磺酸钠，对粘接剂最终的性能有积极的作用，极大的提高了粘接剂的使用效果。而粘接剂的制备过程中采用超声复合搅拌的方法，制备的粘接剂的粘接效果也会有一定的提升。
82.表1实施例1-3和对比例1-2制备的金属零件的拉伸强度和屈服强度
[0083] 拉伸强度/mpa屈服强度/mpa实施例1943929实施例2926902实施例3929907对比例1721698对比例2889863
[0084]
综上所述，本发明提出的一种粘接剂、其制备方法及其用于金属粉末注射成型的应用。上述粘接剂在原料中加入二甲基乙酰胺和烷基二苯醚二磺酸钠，能够有效提高成型金属零件的力学性能和保形性。在上述粘接剂的制备过程中采用超声复合搅拌的方式不仅增强了混合效果，还加强了材料的内应力，提高了成型金属零件的力学性能和保形性。
[0085]
以上所述所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。