Hvad er bindemiddelmateriale?
Ved sprøjtestøbning af metal spiller bindemidlet en afgørende rolle. Bindemidler er typisk sammensat af en blanding af forskellige polymerer, herunder en hovedfase og flere additive faser (såsom dispergeringsmidler, stabilisatorer og blødgøringsmidler). Bindemidlets hovedfunktion er at øge pulverets flydeevne under injektion for at lette støbning og give en vis styrke til delen efter støbning. Som en mellemkomponent former bindemidlet ikke kun metalpulveret, men bevarer også sin form, før sintringen begynder. Blanding af bindemidlet med metalpulveret skaber et råmateriale, som bruges i metalsprøjtestøbning. Bindemidlet fjernes efter sprøjtestøbning og inden sintringen påbegyndes.
Og de endelige egenskaber efter sintring. Bindemidlets egenskaber påvirker fordelingen af metalpartikler, sprøjtestøbningsprocessen, størrelsen af injektionsdelen og den sintrede dels endelige egenskaber. Tabel 4.1 opsummerer egenskaberne ved et ideelt bindemiddelsystem til metalsprøjtestøbning. Bindemidlet og metalpartiklerne bør have en lille kontaktvinkel, da en mindre kontaktvinkel gør det muligt for bindemidlet bedre at fugte pulveroverfladen, hvilket letter blanding og sprøjtestøbning. Bindemidlet og metalpartiklerne bør forblive indbyrdes inerte; det vil sige, at bindemidlet ikke bør reagere med metalpartiklerne, og metalpartiklerne bør ikke få bindemidlet til at polymerisere eller nedbrydes. Blandingen af bindemiddel og pulver, dvs. råmaterialet, bør opfylde forskellige rheologiske krav for med held at forme dele fri for defekter. Viskositeten af råmaterialet bør være inden for et rimeligt område for at sikre jævn sprøjtestøbning. For lav råmaterialeviskositet vil forårsage faseadskillelse mellem pulver og bindemiddel under støbning, mens en for høj råmaterialeviskositet vil påvirke blandings- og sprøjtestøbningsprocessen. Ud over at kræve, at råmaterialets viskositet er inden for et ideelt område under støbning, kræves det også, at råmaterialets viskositet øges betydeligt ved afkøling, hvilket hjælper injektionspræformen med at opretholde en vis form under afkøling.
Tabel 4.1 Karakteristika for ideelle bindemiddelsystemer til metalsprøjtestøbning
| Punkt | Ideelle egenskaber |
|---|---|
| Interaktion med pulver | Lille kontaktvinkel, god bindingsevne med pulver, ingen kemisk reaktion med pulver |
| Flowkarakteristika | Lav viskositet ved støbetemperatur, lille viskositetsændring under støbning, hurtig viskositetsforøgelse under afkøling, høj fluiditet og fyldbarhed |
| Afbinding af ejendom | Trinvis nedbrydning, forskellige nedbrydningstemperaturer for forskellige bindemiddelkomponenter, lavt restkulstofindhold efter afbinding, ikke-toksiske og ikke-ætsende nedbrydningsprodukter |
| Fremstillingsbearbejdelighed | Let at opnå, lave produktionsomkostninger, lang holdbarhed, sikker og miljøvenlig, ingen nedbrydning på grund af cyklisk opvarmning, høj styrke og hårdhed, lav termisk udvidelseskoefficient, let at opløse i almindelige opløsningsmidler, høj smøreevne, ingen kædeforgrening i molekyler, ingen orienteret fordeling |
Bindemidlet skal fjernes hurtigt under afbinding uden at forårsage defekter i den sprøjtestøbte del. Defekter er mest sandsynligt, at der dannes i den grønne krop under afbindingsstadiet, fordi sandsynligheden for defekter øges, når styrken-til at give bindemidlet fjernes. Manglen på åbne porer i den indledende fase af termisk afbinding fører til defekter såsom revner og blærer i den sprøjtestøbte-del. Stress genereret af svigt af polymernedbrydningsprodukter inde i den sprøjtestøbte del for at undslippe kan også forårsage defekter. For at undgå dette er bindemidlet generelt designet som et multi-komponentsystem, der nedbrydes ved forskellige temperaturer. I dette tilfælde kan afbindingsprocessen opdeles i to trin: I det første trin fjernes lav{10}}smeltepunktskomponenterne i bindemiddelsystemet, hvilket skaber åbne porer i den grønne krop. Under denne proces giver de resterende komponenter i bindemiddelsystemet styrke og bevarer formen på den sprøjtestøbte del. I anden fase fjernes de øvrige komponenter i bindemiddelsystemet gradvist. Denne to--afbindingsmetode giver mulighed for hurtigere fjernelse af bindemidlet fra den sprøjtestøbte-del. Bindemidlet bør også være fuldstændigt nedbrydeligt uden at efterlade kulstofrester, og nedbrydningsprodukterne under termisk afbinding bør ikke være ætsende for udstyret.
Bindemidler, der anvendes i metalsprøjtestøbning, skal være let tilgængelige, billige og have en lang holdbarhed; port- og runner-affald skal kunne genbruges under sprøjtestøbningsprocessen; bindemidlet skal have god genanvendelighed og bør ikke nedbrydes under genopvarmning; bindemidlet bør have høj varmeledningsevne og lav varmeudvidelseskoefficient for at forhindre defekter forårsaget af termisk stress.
Det er usandsynligt, at et enkelt bindemiddel opfylder alle foderegenskaber; bindemiddelsystemer, der anvendes i sprøjtestøbning, indeholder typisk flere komponenter, der hver udfører en specifik funktion. Et bindemiddelsystem indeholder normalt en hovedkomponent, hvor andre komponenter fungerer som tilsætningsstoffer for at opnå de ønskede foderegenskaber.