Wpływ napełnienia proszkami na lepkość termoplastycznych kompozycji do formowania wtryskowego

• Autorzy: Skalski A. , Pilawka R. , Biało D.

Warianty tytułu

EN

Influence of powder filling on viscosity of thermoplastic composites for injection moulding

• Języki publikacji: PL

Abstrakty

PL

Przedstawiono wyniki badań lepkości termoplastycznych kompozycji (mas) złożonych ze specjalnego lepiszcza i drobno-ziarnistych proszków metalowych. Takie materiały są stosowane w procesie wytwarzania mikroelementów o rozmiarach wyrażanych w dziesiątkach lub setkach mikrometrów dla potrzeb mikrourządzeń lub mikrosystemów. W badaniach zastosowano proszki żelaza i stali kwasoodpornej o ziarnistości 1, 4 i 16 žm. Składnikiem lepiszcza były: wosk, polietylen i parafina. Proszki mieszano z lepiszczem w mieszalniku typu 2Z w temperaturze 125°C przez 1 godzinę. Uzyskiwano jednorodne masy, które później granulowano. Masy zawierały następujące wypełnienie proszkami: Vp = 45, 50, 55 i 60% obj. Badania lepkości mas przeprowadzono na reometrze obrotowym ARES z głowicą pomiarową w układzie płytka-płytka przy szybkości ścinania [gamma] do 100 s-1 i temperaturze 80-100°C. Wykazano, że lepkość lepiszcza i mas zmniejsza się wraz ze wzrostem temperatury i szybkości ścinania. Znaczący wpływ na lepkość mas wywiera także stopień napełnienia Vp oraz ziarnistość proszków. Lepkość mas zdecydowanie przewyższa lepkość lepiszcza i rośnie wraz ze wzrostem Vp. Stwierdzono także, że największą lepkość miały masy z najdrobniejszym proszkiem, tj. o ziarnistości 1 žm. Podjęto próbę powiązania lepkości mas z przebiegiem napełniania mikrokanałów w formie podczas wtryskiwania. Przeprowadzono próby dla wybranego mikrokanału o przekroju 0,21 mm2. Wykazano, że wraz ze zmniejszeniem lepkości masy rośnie zdecydowanie długość drogi wpływania masy do mikrokanałów.

EN

Micro injection moulding process allows to manufacture very small elements (micro parts) with dimensions in the tens or hundreds micrometers range. In this process very fine powders are mixed with special, complex binder featuring thermoplastic properties. Obtained mass (feedstock for injection) is injected to the cavity of the micro mould. Next the binder is removed and shapes undergo sintering. Selected problems related to micro injection are presented in this paper - how composition and filling powder affect feedstock viscosity and, consequently, feedstock behaviour during injection. Iron and stainless steel powders with granularity of 1.4 and 16 žm were used in this study. The complex binder system was based on paraffin, wax and polyethylene. Powder-binder feedstock was prepared in 2Z type mixer at temperature of 125°C during 1 hour Volume fraction of powder in the feedstock Vp was 45, 50, 55 and 60% vol. The investigations of feedstock viscosity were carried out using the ARES rheometer, Rheometric Scientific, at the following values of the measurement parameters: the diameter of plates 25 mm, thickness between plates 1.5 mm, shear rate [gamma] up to 100 s-1.and temperature 80-100°C. The study has shown that binder viscosity depends on shear rate and temperature range. The higher the temperature and shear rate were, the lower was binder viscosity. Similar dependence was obtained for all the feedstocks tested. The study has revealed the nonnewtonian characteristics of these materials. It is worth to note that volume fraction of the powder Vp in the feedstock and powder granularity also affect viscosity. The feedstock viscosity was much higher then the binder viscosity and increased with the in-crease of Vp. The smaller the metal powder particles were, the higher was the feedstock viscosity. The highest viscosity value was obtained for 1 žm powder. The authors attempted to find out how the viscosity affected the micro channel filling by feeds-tock. For this purpose special testing form with micro channels was designed. The test was carried out for micro channel with 0.21 mm2 cross-selection. It was found that the length of micro channel filling i.e. the distance on which the feedstock flowed into the micro channel, was inversely proportional to the feedstock viscosity.

Słowa kluczowe

PL

lepkość; proszek metalu; formowanie wtryskowe; napełniacz; kompozycja termoplastyczna

EN

viscosity; metal powder; injection moulding; filler; thermoplastic composition

• Wydawca: Wydawnictwo Politechniki Częstochowskiej
• Czasopismo: Kompozyty
• Rocznik: 2009
• Tom: R. 9, nr 3
• Strony: 214--218
• Opis fizyczny: Bibliogr. 11 poz., rys., tab.

Twórcy

autor

Skalski A.

autor

Pilawka R.

autor

Biało D.

• Politechnika Warszawska, Instytut Metrologii i Inżynierii Biomedycznej, ul. św. A. Boboli 8, 02-525 Warszawa,

Bibliografia

• [1] German R.M., Powder Injection Moulding, MPIF, Princenton 1990.
• [2] Biało D., Ludyński Z., Technologia wtrysku proszków ceramicznych i metalowych, (w:) Kierunki rozwoju technologii wtrysku, pr. zbiorowa, Wyd. WEMA, Warszawa 1994.
• [3] Hasselbach J. i in., Investigation on the International State of Art of Micro Production Technology. Euspen Int. Topical Conf., Aachen, Germany, May 19-20, 2003, 11-18.
• [4] Potter V. i in., Micro Powder Injection Moulding, EURO PM2000, Oct. 18-20, 2000, Munich, Germany, vol. PIM, 259-264.
• [5] Biało D., Skalski A., Paszkowski L., Selected Problems of Micro Injection Moulding of Microelements, (w:) Recent Advances in Mechatronics, pr. zbiorowa pod red. J. Jabłońskiego, Springer Verlag, Berlin, Heidelberg 2007, 370-374.
• [6] Benzler T. i in., Fabrication of Microstructures by MIM and CIM, PM World Congress PIM, Granada, Spain 1998, 3, 9-14.
• [7] Zauner R., Korb G., Micro Powder Injection Molding for Microstructured Components, PM Plansee Seminar, Reute, Austia 2005, 5, 59-68.
• [8] Biało D., Kulesza T., Formowanie wtryskowe proszków - Badanie procesów usuwania środków wiążących, Metalurgia Proszków 1996, 1, 3-11.
• [9] Królikowski W., Rosłaniec Z., Nanokompozyty polimerowe, Kompozyty (Composites) 2004, 4, 3-15.
• [10] Biało D., Skalski A., Paszkowski L., Specyfikacja procesu formowania mikroelementów z proszków żelaza, Rudy i Metale Nieżelazne - Metalurgia Proszków 2008, 4, 241-245.
• [11] Pilawka R., Jesionowski T., Kompozyty epoksydowe z napełniaczami krzemionkowymi, Kompozyty (Composites) 2008, 4, 360-363.