Bindemittel spielen eine sehr
wichtige Rolle bei der Verarbeitung von Bauteilen durch den Metallspritzguss
(MIM) -Prozess. Im vorliegenden Kapitel werden kritische Aspekte der im
MIM-Prozess verwendeten Binder diskutiert. Erste Abschnitte des Kapitels
konzentrieren sich auf die Funktion und Bedeutung von Bindemitteln im
MIM-Prozess. Im nächsten Abschnitt werden die Bindemittelchemie und
-bestandteile diskutiert. Die Wirkung von (selvol polyvinyl alcohol)
Eigenschaften auf das Ausgangsmaterial und die verschiedenen Methoden zur
Entfernung des Bindemittels nach dem Spritzgießen werden im folgenden Abschnitt
diskutiert.
Bindemittelfasern in Vliesstoffen
Bindemittelfasern sind der
effizienteste Weg, einem Vliesstoff Festigkeit zu verleihen. Binderfasern sind
Bikomponentenfasern mit einer Hülle aus einem Polymer und einem Kern aus einem
anderen Polymer. Die Hülle der Bindefasern schmilzt bei einer relativ niedrigen
Temperatur und der Kern schmilzt bei einer höheren Temperatur. Vliesstoffe, die
mit Bindefasern hergestellt sind, können miteinander verbunden werden, indem
einfach das Gewebe erhitzt wird, um die Hülle, aber nicht den Kern der Bindefaser
zu schmelzen. Beim Abkühlen gefriert die geschmolzene Hülle, wobei die anderen
Fasern zusammengeklebt werden und ein starkes Gewebe entsteht. Binderfasern
können vollständig aus PLA-Polymeren, aus Polyethylen- und
PET-Polyesterpolymeren oder aus CoPET- und PET-Polymeren bestehen.
Bindemittel auf Wachsbasis sind im
PIM weit verbreitet. Bei dem Lösungsmittel-Entbinderungsprozeß zur Extraktion
von Wachs aus den Grünteilen wurden jedoch Lösungsmittel wie Heptane und Hexane
verwendet. Diese Lösungsmittel sind, wenn sie nach der Verwendung entsorgt
werden, für die Umwelt toxisch. Dieses Problem erfordert dann die Entwicklung
neuer, alternativer, umweltfreundlicher Bindemittel, die mit nichttoxischen
Lösungsmitteln wie Ethanol und Wasser extrahiert werden können. 1976 wurde das
erste wasserlösliche Bindemittel, Methylcellulose oder Polyvinylalkohol (PVOH),
offenbart.
Thermisches Entbindern
Bindemittel, die sich normalerweise
für dieses Verfahren eignen, sind Polymere wie Polyethylen oder Polypropylen,
ein synthetisches oder natürliches Wachs und Stearinsäure. Die auf dieser Art
von Bindemitteln basierenden MIM-Ausgangsmaterialien sind leicht zu formen,
aber die Entfernung des Bindemittels erfordert ein sehr vorsichtiges und
langsames Erhitzen in einem thermischen Pyrolyseverfahren. Die Entbindezeit
dauert 24 oder mehr Stunden und wird daher als kostspielig angesehen. Um die
langen und teuren Entbinderungszeiten zu überwinden, die mit dem thermischen
Entbindern verbunden sind, wurden andere Verfahren zur Verwendung in Verbindung
mit dem Verfahren eingesetzt, so dass die MIM-Komponenten in mehreren Stufen
entbunden werden. Thermisches Entbindern wird heute weit verbreitet als eine
zweite Stufe der Entbinderung verwendet, um organisches Bindemittelmaterial vor
dem Sintern zu entfernen.
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