树脂基成形剂的开发与应用研究

陈双琳，付 坤，周建华

（长沙中南凯大粉末冶金有限公司，湖南 长沙 410083）

0 前言

目前国内硬质合金厂家广泛采用的成型剂是：橡胶、石蜡和聚乙二醇（PEG）三类。中小企业基本上采用橡胶作为成型剂。采用喷雾干燥工艺的一般用PEG或者石蜡作成型剂。有的企业几种成型剂都用，还有的橡胶石蜡混用。各种成型剂各有优缺点：橡胶粘性好，但残留碳较高；石蜡，高温能完全挥发，无残留物，在真空也易脱除，但粘性低；而PEG是一种水溶性聚合物，提高了生产的安全性能，但吸湿性强，对工作环境的湿度和温度要求极为苛刻[1-2]。

树脂基成型剂是用树脂作主粘结成份。树脂纯度高、灰份少、易排除、制粒性与成形性好，并且价格较其他物质低，可以大大节约生产成本。加入顺丁橡胶与SBS能使胶液的粘度增大；加入环烷油能使顺丁橡胶与SBS顺利应用，使其变成塑性非常好的“充油橡胶”[3]。

1 实验部分

1.1 实验原料

本公司制备的混合料：牌号YJ2.1（WC-Co8%，WC 晶粒尺寸 2.4μm），燕山牌聚丁二烯橡胶，巴陵牌SBS，145树脂 （松香季戊四醇酯），特级萜烯树脂，C5石油树脂，环烷油。

1.2 实验过程

1.2.1 成型剂配方设计

按表2设计9组不同配比的成型剂配方，并采用丁钠橡胶成型剂作为对比样，记为10号。

表1 因子水平%

1.2.2 压制工艺与压坯抗弯强度测定

压制在30t单柱油压机上进行，压坯尺寸 37×16×10mm，单重 40g，压制压力5 t/cm2。

使用美国Instron3369材料力学试验机测定压坯抗弯强度。

1.2.3 烧结工艺与合金性能检测

压坯试样采用加压烧结工艺，烧结温度1430℃，保温时间90min，同炉烧结后检测试样物理机械性能。

2 结果与讨论

表2 成型剂配方设计

2.1 压坯抗弯强度结果讨论

试验中树脂基胶液配方表现出很强的粉末颗粒初粘力。本研究摆脱了过去总是以橡胶（包括SBS）、石蜡等为主要成份的理念，看来树脂同样可以做为成型剂主要成份。这是成型剂研发的一个新思路，能很好地解决复杂异形产品的难成型问题。

表3物理机械性能数据表中压坯强度结果表明，树脂基成型剂的压坯强度与合金抗弯强度比丁钠橡胶高，10号丁钠橡胶做成型剂的压坯抗弯强度是1.60MPa，6号树脂基成型剂的压坯抗弯强度是3.26MPa，是前者的两倍。树脂基成型剂压制出来的产品压坯表面光亮，毛坯强度高，不掉变掉角。使用树脂基成型剂能大大提高产品的压坯性能，并能适用于难成型复杂异形产品的成型。

2.2 合金物理机械性能检测结果讨论

表3物理机械性能数据表中合金横向断裂强度结果表明，树脂基胶液做的合金强度总是高一些。这一结果说明，如果成型剂的增塑和润滑能力相同，粘结力强的成型剂有助于压坯缺陷减少，烧结后制品强度有提高的趋势。

表3 物理机械性能数据表（试验料为W-Co8%）

表4 压坯抗弯强度统计分析表

表5 合金抗弯强度统计分析表

表6合金矫顽磁力统计分析表表明，成型剂各成份配比对合金矫顽磁力有显著影响，分析可能是每种胶液在实际排除与烧结过程中增碳量稍有差异。

综合实验中的考察指标取最佳水平，可得出实验最佳配方为树脂10g，SBS+顺丁胶6g，环烷油2g。

2.3 树脂基成型剂热分解曲线研究

表6 合金矫顽磁力统计分析表

成形剂选择与脱除工艺不当，易造成硬质合金产品的渗碳或脱碳，因此成形剂的选择与脱除工艺的制订对硬质合金质量控制至关重要。压坯内成形剂的脱除是一个较复杂的过程，不仅包含成形剂的熔融与分解等一系列物理化学变化过程，而且还包含成形剂热分解产物从压坯体内的脱除迁移过程。成形剂热分解特性的研究对多组元复合成形剂体系的开发与成形剂脱除工艺的制订均具有重要的指导意义[1]。

取干燥后掺入成形剂的混合料在德国Netzsch公司生产STA449C/3/MFC/G同步热分析仪上进行TG与DSC分析。仪器的测量灵敏度极限为TG：0.1μg；DSC：0.02μW。 分析气氛为高纯氩气，分析温度范围为室温～650℃， 升温速率为 5℃/min，380℃、440℃、500℃分别保温1h。DTG数据是在TG原始数据基础上通过求导数获得。DTG曲线上的峰顶点（质量损失速率最大值点）与TG曲线拐点相对应，峰数与TG曲线的台阶数相等，峰面积则与质量损失成正比[10]。

图1 丁钠橡胶为主要成份的成形剂综合热分析结果

由图1可知，丁钠橡胶为主要成份的成形剂从室温到380℃为失重第一台阶，质量变化从380℃到440℃为失重第二台阶，440℃到500℃为失重第三台阶。由图2可知，树脂基成形剂到了440℃就已基本排除，440℃以后质量变化很小。由此可见，树脂基成形剂排除温度低，残余碳低，易排除。

图2 优选树脂基成形剂（6号）的综合热分析结果

需说明的是，由于所用混合料的载体量较小，采用常规成形剂的掺入方法难以保证其掺入的均匀性，而且分析用样品的质量在毫克级，可能是导致两种混合料质量损失稍有不同的主要原因。

3 结论

（1）树脂基成形剂成形效果好，压坯强度高，易排除，具有非增碳性，适合于难成形的异形硬质合金的成形，并且价格成本低。

（2）由于新成形剂是在原成形剂上做改进，只需稍微改变一下排除工艺，基本不需改变原工艺模具与设备，具有较强的应用性。

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