畢業(yè)設(shè)計（論文）EVAPW混合體系流變性能的研究

1、（2011屆）本科畢業(yè)設(shè)計（論文）eva/pw混合體系流變性能的研究學 學 院（部）： 包 裝 與 材 料 工 程 專 專 業(yè)： 高 分 子 材 料 工 程 學 學 生 姓 名： 班 班 級： 071 學學 號 指指導教師姓名： 職職 稱 講 師 最最終評定成績 2011 年 5 月 湖南工業(yè)大學本科畢業(yè)設(shè)計（論文）evapw混合體系流變性能的研究學 院（部）：包裝與材料工程 專 業(yè)：高分子材料工程 學 號：07404300127 學 生 姓 名：王 志 揚指導教師姓名：李 祥 剛講師2011年 5 月摘 要 本文利用密煉機將乙烯-醋酸乙烯酯（eva）進行熔融塑化，eva塑化完全后，在逐漸降溫

2、的情況下分步加入石蠟（pw），使受熱熔化成液態(tài)的石蠟通過eva的溶脹作用與eva形成宏觀上的均相體系，即粉末注射成形中最常用的粘結(jié)劑。用旋轉(zhuǎn)流變儀對制得的不同組分比例的粘結(jié)劑進行流變學實驗，分別測試剪切速率、振幅、頻率以及溫度對粘結(jié)劑粘度的影響。通過對實驗結(jié)果的綜合分析，確定粘結(jié)劑的最適合粉末注射的組分比例以及相應(yīng)的工藝參數(shù)。實驗結(jié)果表明：對于非牛頓體系的evapw體系粘結(jié)劑，隨著溫度的升高，粘結(jié)劑的粘度變低；隨著eva組分比例的上升，粘結(jié)劑的粘度變大；振幅的增大使得粘結(jié)劑的粘度下降；剪切速率的增大也使得粘結(jié)劑的粘度下降；而隨著頻率的升高，粘結(jié)劑的粘度呈變大趨勢。 關(guān)鍵詞： 石蠟基粘結(jié)劑，ev

3、apw體系，流變性能，均相體系abstractin this paper, use the internal mixer to plasticizing ethylene-vinyl acetate (eva) . after treating the eva plasticizing completely, joins the paraffin wax (pw) step by step with decreases temperature gradually, the liquid state of paraffin wax absorbed by ethylene-vinyl aceta

4、te (eva) through the way of swelling, forms the homogeneous phase system macroscopically with eva , namely commonly used binder of powder injection forming. use the different component proportion binder to carries on the rheology experiment by revolving rheometer. distinction test the factors of she

5、ar rate 、frequency、strain and temperature to binder viscosity influences. through to experimental result generalized analysis to determine the most suitable proportion of components in binder. the results show that: the binder of evapw is non-newtonian fluid, the viscosity of binder will be droped w

6、ith the elevation of temperature、shear rate and strain; but, the viscosity of binder will be increasing with the increase of frequency and the ratio of eva.keywords: paraffin-based binder ，evapw system，homogeneous systemrheological properties 目 錄第一章 緒論11.1 前言11.2 粘結(jié)劑設(shè)計工作的現(xiàn)狀21.3 evapw體系粘結(jié)劑31.3.1 乙烯醋酸

7、乙烯酯（eva）31.3.2 石蠟（pw）41.3.3 evapw溶液溶融41.4 課題意義與主要研究內(nèi)容41.4.1 課題意義41.4.2 研究內(nèi)容5第二章 實驗部分62.1 實驗儀器設(shè)備：62.2 實驗原料:62.3 粘結(jié)劑的制備62.4 粘結(jié)劑流變性能的測試72.4.1 溫度掃描72.4.2 剪切速率對粘結(jié)劑流變性能的影響72.4.3 振幅對粘結(jié)劑流變性能的影響72.4.4 頻率對粘結(jié)劑流變性能的影響72.4.5 測定石蠟的流變性能7第三章 結(jié)果與討論83.1 溫度掃描83.2 剪切速率對粘結(jié)劑流變性能的影響83.3頻率對粘結(jié)劑體系流變性能的影響123.4振幅對粘結(jié)劑體系流變性能的影響1

8、53.5對純石蠟進行流變學實驗17第四章 結(jié)論19參考文獻20致 謝22畢業(yè)設(shè)計誠信聲明23第1章 緒 論1.1 前言 隨著國民經(jīng)濟的發(fā)展和現(xiàn)代科學技術(shù)的進步，人們對產(chǎn)品的形狀要求越來越復雜，對產(chǎn)品的性能要求也越來越高。傳統(tǒng)的成型加工技術(shù)已經(jīng)無法滿足人們對產(chǎn)品高精度、復雜形態(tài)的要求，而金屬粉末注射成形技術(shù)（mim）是將先進塑料注塑技術(shù)引入粉末冶金領(lǐng)域而產(chǎn)生出來的一種新型粉末冶金近凈成形技術(shù)1，該技術(shù)結(jié)合了傳統(tǒng)粉末冶金和塑料注射成形技術(shù)的優(yōu)點，突破了傳統(tǒng)金屬粉末模壓成形工藝在產(chǎn)品形狀上的限制，可經(jīng)濟地制造復雜形狀的高性能零件，具有常規(guī)粉末冶金、鑄造和機加工方法無法比擬的優(yōu)勢2，是當今國際新材料領(lǐng)

9、域中發(fā)展最快、最具有前途的新型近凈成形技術(shù)，被譽為當今最熱門的零部件成形技術(shù)3。金屬粉末注射成形技術(shù)的主要過程是將熱塑性有機粘結(jié)劑加熱到熔融狀態(tài)，加入一定比例粉末，混合均勻，并制成粒狀喂料，然后再加熱的狀態(tài)下（100180），利用粘結(jié)劑的流動性，用注射成形及以一定的注射壓力和注射速度將塑性體喂料注入模腔內(nèi)，成型為各種形狀的零部件，然后用化學或熱分解的方法將成型坯中的粘結(jié)劑完全脫除，最后經(jīng)燒結(jié)致密化得到最終產(chǎn)品4。金屬粉末注射成形工藝除了可以將傳統(tǒng)的金屬粉末用于成形外，還將原料范圍擴展到現(xiàn)代先進金屬粉末領(lǐng)域，在制作幾何形狀復雜、組織結(jié)構(gòu)均勻、高性能的難熔難燒結(jié)近凈形產(chǎn)品方面尤其具有優(yōu)勢5。由于m

10、im是一項新興的技術(shù)，其過程中還有很多規(guī)律仍不十分清楚，一些關(guān)鍵技術(shù)也未能得到突破，這在很大程度上限制了mim技術(shù)的發(fā)展與應(yīng)用6。在眾多的關(guān)鍵技術(shù)、關(guān)鍵問題中，粘結(jié)劑的選擇是mim技術(shù)的關(guān)鍵問題之一，而粘結(jié)劑的加入與脫除也恰恰是金屬粉末注射成形的特色7?？傊?，這項復雜技術(shù)也還有許多基礎(chǔ)研究的空白，隨著mim的發(fā)展，粘結(jié)劑設(shè)計的規(guī)范化、理論化也提到了議事日程上。在mim技術(shù)中，粘結(jié)劑具有兩個最基本的職能：“增強流動”與“維持形狀”8?！霸鰪娏鲃印笔筸im具有獨特的近凈成形優(yōu)點與特色：1）、粘結(jié)劑的加入增強了粉末的流動性，使得粉末在注射壓力下能充填發(fā)展形狀的模腔，也就使mim能成形復雜形狀。2）、

11、粉末的流動性大大增強后，在充填模腔過程中，其壓力梯度大大減小，其密度分布極其均勻，這對最終產(chǎn)品的組織結(jié)構(gòu)均勻性很有好處。3）、坯塊的結(jié)構(gòu)、密度均勻，在以后的脫脂燒結(jié)過程中，收縮也均勻，這樣，不但有利于復雜幾何形狀的保持，也有利于尺寸公差的控制，這是制備形狀復雜、少切削、無切削零件的關(guān)鍵。4）、組織均勻為mim產(chǎn)品具有較高性能提供了良好基礎(chǔ)?！熬S持形狀”是另一個重要職能，它使mim工藝得以順利進行：1）、坯塊從模腔脫出后，粘結(jié)劑使之具有一定的機械強度，保持一定形狀，便于搬運及其它一些處理。2）、良好的保形性可以避免成形時的一些缺陷，如裂紋、掉角等。3）、在脫脂過程中，是坯塊不致變形，既不使粘結(jié)劑

12、中的低熔點組元因過早軟化而導致坯塊塌陷，也不因氣體的過多過快而使坯塊裂開；在溶解脫除時，由于非溶解性組元的存在，而使坯塊形狀不變。粘結(jié)劑肩負著這兩項重要的職能，也就奠定了它在mim中舉足輕重的地位。另外，由于這兩項職能之間往往存在著矛盾沖突，這就增加了粘結(jié)劑的設(shè)計困難9。1.2 粘結(jié)劑設(shè)計工作的現(xiàn)狀 粘結(jié)劑是mim技術(shù)的靈魂，其加入與脫除是mim技術(shù)的關(guān)鍵技術(shù)10。對粘結(jié)劑的要求一般包括如下幾個方面：粘結(jié)劑與粉末混合均勻，流動性好，脫脂過程不變形且脫脂速度快，無粘結(jié)劑殘留物11。盡管粘結(jié)劑在mim中占有舉足輕重的地位，但粘結(jié)劑的設(shè)計工作長期以來還一直處于摸索之中12，研究者們經(jīng)過長期的實驗后在

13、總結(jié)各自經(jīng)驗的基礎(chǔ)上歸納出了一些粘結(jié)劑設(shè)計方面的規(guī)律提出了對粘結(jié)劑的一些設(shè)計要求，很具有指導意義，其成果如表1和表2所示13。 表1 mim對粘結(jié)劑的要求 考 慮 因 素要 求混合以及混合物的均勻性粘度低，對粉末相容性好成 形粘度低坯 塊 強 度力學性能好，對粉末相容性好均 勻 收 縮無分子取向脫 脂虹吸脫脂時粘度低，溶解脫脂時溶解性好，熱脫脂是熱解好，無變形，脫脂完全，無殘余，脫脂后產(chǎn)生少許預燒結(jié)經(jīng) 濟成本合理，回收再生健 康無毒性，無致癌性環(huán) 境無污染表2 mim對第二粘結(jié)劑組元的要求功 能要 求減少粘度與第一組元相容性好 增加坯塊強度力學性能好，對粉末親和性好漸進脫脂虹吸脫脂是粘度到，溶

14、解脫脂時溶解少，熱脫脂是熱解溫度高為了保證注射和脫脂的順利進行，同時肩負著傳遞流動和保持形狀作用的粘結(jié)劑一般采用多組元體系14，包括流動性好的低熔點組元和其骨架作用的聚合物以及分散劑和增塑劑等。根據(jù)前面所述的對粘結(jié)劑設(shè)計的要求，粘結(jié)劑各組元之間要求相容性良好。在以高分子材料為主體的粘結(jié)劑體系中，選取微晶蠟為主要填充劑，因為石蠟與高分子材料相容性良好且熔融狀態(tài)下粘度低15，滿足粘結(jié)劑設(shè)計要求中粘度小和與第一組元相容性良好的要求。蠟基粘結(jié)劑所選用的主體聚合物主要包括橡膠、熱塑性塑料和熱固性塑料。以橡膠做主體聚合物的粘結(jié)劑16，有一定的彈性，剛度??；以熱固性塑料17為主體聚合物的粘結(jié)劑具有三維交聯(lián)結(jié)

15、構(gòu)的聚合物，在常溫下不固化交聯(lián)的二維結(jié)構(gòu)，只有加熱到一定溫度才發(fā)生交聯(lián)固化成三維結(jié)構(gòu)；而以熱塑性塑料為主體聚合物的粘結(jié)劑因熱塑性速率為線型分子結(jié)構(gòu)，遇熱軟化或熔融，冷卻后又固化，這一過程可反復轉(zhuǎn)變，是目前最主要的粘結(jié)劑高分子材料18。eva是一種優(yōu)良的塑料，具有良好的撓曲性、韌性、耐應(yīng)力開裂和融化狀態(tài)粘結(jié)性強等優(yōu)點且流動性能好，符合粘結(jié)劑設(shè)計要求。因此，選擇eva作為黏結(jié)劑的骨架。1.3 evapw體系粘結(jié)劑1.3.1 乙烯醋酸乙烯酯（eva）eva樹脂是由非極性、結(jié)晶性的乙烯單體（ch2=ch2）和強極性、非結(jié)晶的乙酸乙烯酯單體（ch3cooch=ch2）無規(guī)嵌段共聚而成的一種共聚物，具有良

16、好的撓曲性、柔韌性、彈性、耐候性、耐應(yīng)力開裂性和粘接性能，主要用作聚合物的抗沖改性劑，還可以和多種助劑協(xié)調(diào)使用，改善聚合物流變性、加工性，提高聚合物制品的綜合性能19。eva樹脂中醋酸乙烯的含量(va%含量)在一定程度上決定了樹脂的性能。由于eva樹脂分子鏈上引入了醋酸乙烯單體,是主鏈側(cè)位出現(xiàn)了較大的側(cè)基，破壞了單純用乙烯聚合時所得聚乙烯那種分子鏈的規(guī)整性，因而降低了聚合物的結(jié)晶性,提高了柔韌性和 耐沖擊性19。隨著樹脂中va含量的變化，共聚物的結(jié)晶性隨之變化，其性能亦發(fā)生變化。當va含量小于20%時，共聚物性能類似于低密度聚乙烯，常作為塑料使用；當 va含量介于20%40%之間時，其性質(zhì)介于

17、塑料與橡膠二者之間；而va含量大于40%，則其性質(zhì)更傾向于橡膠。1.3.2 石蠟（pw） 石蠟是重要的石油產(chǎn)品之一，是國民經(jīng)濟中不可缺少的原材料。其分子式為cnh2n+2 ，通常n較小，屬低分子化合物。異構(gòu)烷烴形成微晶蠟，微晶蠟的主要部分是c40c55化合物，熔點為6090。熔融狀態(tài)下的液態(tài)石蠟粘度非常小且呈牛頓流體特性。1.3.3 evapw溶液熔融 eva由非極性的乙烯單體（ch2=ch2）與強極性的乙酸乙烯酯（ch3cooch=ch2）嵌段共聚而成，沒有一定的分子量和形態(tài)，但總的來說更偏向與極性，石蠟同樣屬于極性物質(zhì)。因此，在eva與pw進行熔融時是比較容易進行的。作為高分子共聚物的ev

18、a在受熱熔融過程中，隨著溫度的升高，一方面使熱運動單元能力提高；另一方面由于升高溫度使高分子體積膨脹，分子間距離增加，運動單元活動空間增大，使松弛過程加快，松弛時間縮短，因而在外力的作用下發(fā)生粘黏性流動。在這個時候加入石蠟，由于黏流態(tài)的eva的溫度遠高于石蠟的熔點，所以石蠟受熱融化成為液體狀態(tài)，隨著eva分子鏈的運動，小分子的液態(tài)石蠟被eva分子鏈吸收溶脹，形成宏觀均相體系20。 在mim成形技術(shù)的工藝過程中，粘結(jié)劑既是提供流動性的載體，又維持坯塊形狀，一般認為是一種假塑性體，而evapw體系粘結(jié)劑正是假塑性體。因此，對evapw粘結(jié)劑體系有： 式中為粘度、為剪切速率、k為系數(shù)、n為應(yīng)變敏感因

19、子。從粘結(jié)劑的粘度公式中可以得知：隨著剪切速率的增加，剪切應(yīng)力增大，纏結(jié)的高分子鏈解纏，并沿流動方向取向，粘結(jié)劑體系熔體的粘度減??；隨著溫度的升高，熔體內(nèi)的自由體積增大，分子間的相互作用減弱，鍵段的活動能力增強，使分子鏈間的相對滑移更容易進行，因此粘度降低。1.4 課題意義與主要研究內(nèi)容1.4.1 課題意義 粘結(jié)劑是mim技術(shù)的靈魂，其加入與脫除是mim技術(shù)的關(guān)鍵技術(shù)。金屬粉末注射成形技術(shù)的發(fā)展史就是粘結(jié)劑的設(shè)計、加入和脫除技術(shù)的革新史。但由于mim技術(shù)是一種高新技術(shù)，人們對其中的規(guī)律性的東西還了解不多，這使得粘結(jié)劑的設(shè)計工作長期以來還一直處于摸索之中。因此，在前人研究的基礎(chǔ)上對粘結(jié)劑的流變性

20、能規(guī)律進行進一步的研究，對粘結(jié)劑的設(shè)計具有指導意義，并能對工業(yè)化生產(chǎn)進行一定的指導，可以在一定程度上對生產(chǎn)工藝進行優(yōu)化，推動mim技術(shù)的進一步發(fā)展。1.4.2 研究內(nèi)容 本文擬通過密煉機采用溶液溶融的方法制備不同比例的evapw粘結(jié)劑體系，然后通過旋轉(zhuǎn)流變儀測試其流變性能，對比各組分比例粘結(jié)劑在相同測試條件下的流變性能差異，通過分析，找出粘結(jié)劑體系的流變學變化規(guī)律，為粘結(jié)劑的設(shè)計奠定初步的理論和實驗基礎(chǔ)。（1） 測試各組分比例粘結(jié)劑在相同剪切速率范圍內(nèi)的流變性能；找出各組分比例最適合mim 技術(shù)工藝的剪切速率范圍。（2） 測試各組分比例粘結(jié)劑在相同振幅范圍內(nèi)的流變性能；確定適合mim技術(shù)生產(chǎn)工

21、藝的振幅范圍,（3） 測試各組分比例粘結(jié)劑在相同頻率范圍內(nèi)的流變性能；找出最佳的mim生產(chǎn)工藝頻率范圍。（4） 對粘結(jié)劑進行溫度掃描，分析溫度對粘結(jié)劑流變性能的影響，確定最適合生產(chǎn)工藝的溫度，為mim技術(shù)的脫脂工藝的設(shè)計提供理論依據(jù)。 第二章 實驗部分2.1實驗儀器設(shè)備：稱量天平 zyt2-100g 北京中西遠大科技有限公司密煉機 su-70c 常州蘇研科技有限公司旋轉(zhuǎn)流變儀 ar2000ex 美國ta儀器公司 2.2實驗原料:eva 2805 日本三井公司 va含量2729hdpe 5000s 蘭州石化pw 全精煉石蠟 撫順石化工貿(mào)中心蠟制品廠 熔點58-60攝氏度 2.3 粘結(jié)劑的制備 各

22、粘結(jié)劑組分比例 比例 組分eva2 1231pw11374 根據(jù)實驗設(shè)計方案，嚴格按照設(shè)計組分比例用稱量天平準確稱取eva、pw，因eva的熔點為90左右，比石蠟的熔點高，所以將溫度設(shè)定為90。先對密煉機進行預熱，待密煉腔內(nèi)溫度升高到預設(shè)溫度時，對密煉機轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速進行設(shè)定并打開轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動開關(guān)，先將按比例稱量好的eva加入密煉腔內(nèi)進行密煉塑化，待eva塑化完全后，分步加入石蠟，因為石蠟的熔點較低，在eva的熔融溫度范圍內(nèi)也極易揮發(fā)，所以需要分步少量的加入，等先加入的石蠟熔融成液態(tài)并完全被eva溶脹吸收后再進行下一次的石蠟加入，并且在操作過程中逐漸降溫。在石蠟全部加入后，關(guān)閉密煉腔進行一段時間的密煉，

23、確保eva與石蠟二者充分溶融，形成宏觀均相體系。打開密煉機，將制備好的粘結(jié)劑取出并進行標記為后續(xù)試驗做好準備。2.4粘結(jié)劑流變性能的測試2.4.1 溫度掃描 打開ar2000ex型旋轉(zhuǎn)流變儀的電源開關(guān)，打開電腦并運行軟件，先對旋轉(zhuǎn)流變儀進行校正，待校正完成后，進行相應(yīng)的參數(shù)設(shè)置，將先前制備的evapw（2:1）粘結(jié)劑取出一部分，置于ar2000ex型旋轉(zhuǎn)流變儀上進行溫度掃描。先由常溫升到97，在97穩(wěn)定一段時間后，溫度開始逐漸下降，同時對熔融態(tài)粘結(jié)劑進行溫度掃描，分析溫度對粘結(jié)劑流變性能的影響。2.4.2 剪切速率對粘結(jié)劑流變性能的影響在96恒溫條件下，分別對各不同組分比例的粘結(jié)劑在剪切速率為

24、0140（s-1）的范圍內(nèi)進行流變實驗，分析剪切速率對粘結(jié)劑流變性能的影響，并結(jié)合各個不同組分比例粘結(jié)劑對剪切速率的敏感性分析eva含量對粘結(jié)劑的流變性能的影響。2.4.3振幅對粘結(jié)劑流變性能的影響 在96恒溫條件下，分別對個不同組分比例的粘結(jié)劑在振幅為01000%范圍內(nèi)進行流變實驗，分析振幅對粘結(jié)劑流變性能的影響，并結(jié)合幾組粘結(jié)劑流變性能對振幅的敏感程度分析組分比例與振幅之間的相關(guān)關(guān)系。2.4.4 頻率對粘結(jié)劑流變性能的影響 在96恒溫條件下，分別對不同組分比例的粘結(jié)劑在頻率為01000（rad/s）范圍內(nèi)進行流變實驗，分析頻率對粘結(jié)劑流變性能的影響，并結(jié)合頻率對幾組粘結(jié)劑流變性能的影響，分

25、析頻率與組分比例之間的關(guān)系。2.4.5 測定石蠟的流變性能對純石蠟進行流變學實驗，測定剪切速率、振幅、頻率對其流變性能的影響。第三章 結(jié)果與討論3.1 溫度掃描 圖3.1 對evapw(2:1)體系進行溫度掃描對evapw(2:1)粘結(jié)劑體系進行溫度掃描，從掃描圖像上可知：隨著溫度的下降，粘結(jié)劑體系儲能模量增大，儲能模量的增大，可以反映出粘結(jié)劑的粘度增大，這是因為粘結(jié)劑體系具有隨溫度升高，粘結(jié)劑粘度降低的性質(zhì)。溫度升高，粘結(jié)劑中大分子鏈之間的排斥力增加，分子間距增大，從而使得整個粘結(jié)劑體系的粘度降低。在97到87這一區(qū)域，粘結(jié)劑體系的儲能模量與耗能模量基本上穩(wěn)定，當溫度下降到87后，隨著溫度的

26、進一步下降，儲能模量急劇增大，說明在87左右，粘結(jié) 劑體系發(fā)生了相變，開始從黏流態(tài)向高彈態(tài)進行轉(zhuǎn)變。當溫度降到83左右時，二者相等，而在更低的溫度區(qū)域里，儲能模量大于耗能模量，更能反映出此時的粘結(jié)劑體系以高彈態(tài)占主導地位。3.2剪切速率對粘結(jié)劑流變性能的影響圖 3.2.1：evapw(2:1)粘度隨剪切速率的變化關(guān)系 對evapw(2:1)粘結(jié)劑體系在96下進行剪切速率（0140）對其粘度的影響實驗。通過實驗圖3.2.1可以看出，在低剪切速率范圍（20），粘結(jié)劑粘度隨剪切速率的增大而急劇下降，呈冪率負相關(guān)關(guān)系，而在較高剪切速率（20140）下，粘結(jié)劑粘度雖仍呈現(xiàn)逐漸降低的趨勢，但其降幅較小，與

27、剪切速率基本呈線性相關(guān)關(guān)系。根據(jù)粘結(jié)劑體系粘度與剪切速率的關(guān)系，可以判斷evapw粘結(jié)劑體系是典型的非牛頓流體。粘結(jié)劑粘度隨剪切速率的增大而降低，即出現(xiàn)剪切變稀現(xiàn)象，這主要是因為當剪切速率增大是，流動時間比松弛時間短，分子鏈來不及松弛收縮或已取向的分子鏈只收縮了一部分，從而減小了收縮所產(chǎn)生的流動阻力，因而粘度降低；此外，剪切速率的增大使影響流動的纏結(jié)點更容易解纏，這也是粘結(jié)劑粘度降低的主要原因之一。圖 3.2.2：evapw(1:1) 粘度隨剪切速率的變化關(guān)系 在96恒溫條件下對evapw（1:1）粘結(jié)劑體系剪切速率0140( 1/s）對其粘度影響實驗。通過實驗數(shù)據(jù)圖3.2.2可以看出，在剪切

28、速率小于10（1/s）時，粘結(jié)劑體系粘度基本穩(wěn)定，粘度值在100pas左右；當剪切速率大于10(1/s)時，隨著剪切速率的增加，粘結(jié)劑體系的粘度急劇下降。根據(jù)實驗圖表的粘結(jié)劑-剪切速率關(guān)系曲線圖可以看出，在剪切速率小于10（1/s）時，粘結(jié)劑粘度表現(xiàn)穩(wěn)定，但其所受到的剪切應(yīng)力隨剪切速率的增大而增大，且呈線性相關(guān)關(guān)系；當剪切速率超過這一值是，粘結(jié)劑粘度迅速降低。這說明evapw（1:1）粘結(jié)劑體系是假塑性流體。 圖 3.2.3 evapw(2:3)粘度隨剪切速率的變化關(guān)系在96恒溫條件下對evapw（2:3）粘結(jié)劑體系剪切速率0140( 1/s）對其粘度影響實驗。通過實驗數(shù)據(jù)圖3.2.3可以看出

29、，在剪切速率為1100（1/s）范圍內(nèi)，粘度穩(wěn)定在17pa.s左右，與剪切速率的變化沒有直接相關(guān)關(guān)系，粘結(jié)劑在這時呈現(xiàn)出牛頓流體的流變學特性；但在剪切速率超過100（1/s），達到140（1/s）時，粘結(jié)劑粘度有一個突然的轉(zhuǎn)折下降，因缺乏后續(xù)的高剪切速率對粘結(jié)劑的粘度的影響數(shù)據(jù)，無法對后續(xù)部分進行分析。圖 3.2.4 evapw(3:7)粘度隨剪切速率的變化關(guān)系在96恒溫條件下對evapw（3:7）粘結(jié)劑體系剪切速率0140( 1/s）對其粘度影響實驗。通過實驗數(shù)據(jù)圖3.2.4可以看出，在剪切速率為080（1/s）范圍內(nèi)，粘結(jié)劑粘度隨剪切速率的增大而增大，在剪切速率達到80（1/s）是達到最大

30、值；在之后剪切速率繼續(xù)增大，但粘度反而隨之減小。膨脹性流體是一種在外力做用下，其剪切粘度會隨著剪切速率增大而上升的流體。在上圖中，粘結(jié)劑的粘度先是隨著剪切速率的增大而上升，呈現(xiàn)出膨脹性流體的流變特性；但在之后的剪切速率增大過程中，粘結(jié)劑的粘度迅速減小，呈現(xiàn)出剪切變稀的假塑性流體流變特性。 圖 3.2.5 evapw(1:4)粘度隨剪切速率的變化關(guān)系在96恒溫條件下對evapw（1:4）粘結(jié)劑體系剪切速率0140( 1/s）對其粘度影響實驗。通過實驗數(shù)據(jù)圖3.2.5可以看出，在剪切速率為10（1/s）時，粘結(jié)劑體系具有最大粘度，在剪切速率低于10（1/s）時，粘度隨剪切速率的增大而稍有上升，但變

31、化幅度較??；而當剪切速率大于10(1/s)時，粘度隨剪切速率的增大而急劇下降。說明evapw（1:4）粘結(jié)劑的粘度對低剪切速率反應(yīng)不敏感，但對高剪切速率敏感。3.3 頻率對粘結(jié)劑體系流變性能的影響圖 3.3.1 頻率對evapw(2:1)體系流變性能的影響在96恒溫條件下對evapw（2:1）粘結(jié)劑體系進行頻率對粘結(jié)劑流變性能影響的學實驗，得到如上數(shù)據(jù)圖3.3.1。通過數(shù)據(jù)圖可以得知以下信息：在實驗頻率0100hz范圍內(nèi)，隨著頻率的增大，粘結(jié)劑的儲能模量g和耗能模量g都隨之增大，且呈線性相關(guān)關(guān)系。在頻率最小和最大時，兩個頻率下相應(yīng)儲能模量和耗能模量的差值分別達到兩個數(shù)量級。在頻率為5hz時，儲

32、能模量g與耗能模量g相當，此點稱為凝膠點；而在頻率小于5hz的情況下，耗能模量g高于儲能模量g，即此時的粘結(jié)劑粘性響應(yīng)大于彈性響應(yīng)，粘度較??；當頻率大于5hz時，儲能模量g反而高于耗能模量g即此時的粘結(jié)劑彈性響應(yīng)大于粘性響應(yīng)，粘度較大。因此，可以從圖中得出這樣一個結(jié)論：粘結(jié)劑在測試頻率范圍內(nèi)的粘度隨著頻率的增大而增大。圖3.3.2 粘度對evapw（1:1）體系流變性能的影響在96恒溫條件下對evapw（1:1）粘結(jié)劑體系進行頻率對粘結(jié)劑流變性能影響的學實驗，得到如上數(shù)據(jù)圖3.3.2。通過數(shù)據(jù)圖可以得知以下信息：在實驗頻率范圍01000hz內(nèi)，儲能模量與耗能模量都隨著頻率的升高而增大，但在低頻

33、區(qū)域內(nèi)，儲能模量遠小于耗能模量，隨著頻率的升高，二者間的差距逐漸減小，當頻率達到300hz左右時，二者基本相當。當測試頻率范圍內(nèi)，儲能模量的最小值與最大值之間的差距達到三個數(shù)量級；而耗能模量的極值之差則只有兩個數(shù)量級。圖3.3.3 頻率對evapw（2:3）體系流變性能的影響在96恒溫條件下對evapw（2:3）粘結(jié)劑體系進行頻率對粘結(jié)劑流變性能影響的學實驗，得到如上數(shù)據(jù)圖3.3.3。通過數(shù)據(jù)圖可以得知以下信息：在實驗頻率范圍01000hz內(nèi)，在實驗頻率范圍01000hz內(nèi)，儲能模量與耗能模量都隨著頻率的升高而增大。在頻率小于300hz的區(qū)域內(nèi)，儲能模量小于耗能模量，在最低頻率測試點，儲能模量

34、遠小于耗能模量，二者相差將近兩個數(shù)量級；但隨著頻率的升高，二者間的差距逐漸減小，并在頻率為300hz時兩者相當。圖3.3.4 頻率對evapw(3:7)體系流變性能的影響在96恒溫條件下對evapw（3:7）粘結(jié)劑體系進行頻率對粘結(jié)劑流變性能影響的學實驗，得到如上數(shù)據(jù)圖3.3.4。通過數(shù)據(jù)圖可以得知以下信息：在實驗頻率范圍01000hz內(nèi)，在實驗頻率范圍01000hz內(nèi)，儲能模量與耗能模量都隨著頻率的升高而增大。在整個的頻率測試范圍內(nèi)，儲能模量一直小于耗能模量，但隨著頻率的增大，二者間的差距由最低頻率時的將近兩個數(shù)量級縮小大基本相當。這說明在測試頻率范圍內(nèi)，粘結(jié)劑體系一直顯現(xiàn)出黏流體性質(zhì)，未出

35、現(xiàn)相的轉(zhuǎn)變。圖3.3.5 頻率對evapw（1:4）體系流動性能的影響在96恒溫條件下對evapw（1:4）粘結(jié)劑體系進行頻率對粘結(jié)劑流變性能影響的學實驗，得到如上數(shù)據(jù)圖3.3.5。通過數(shù)據(jù)圖可以得知以下信息：在實驗頻率范圍01000hz內(nèi)，在實驗頻率范圍01000hz內(nèi)，儲能模量與耗能模量都隨著頻率的升高而增大。但在整個測試頻率范圍內(nèi)，儲能模量都小于耗能模量，表明在測試頻率范圍內(nèi)，粘結(jié)劑的黏流性質(zhì)占主導；隨著頻率的升高，儲能模量與耗能模量的差距逐漸縮小，說明粘結(jié)劑的粘度逐漸增大。3.4 振幅對粘結(jié)劑體系流變性能的影響 圖3.4.1 振幅對evapw(2:1)體系流變性能的影響在96恒溫條件下

36、對evapw（2:1）粘結(jié)劑體系進行振幅對粘結(jié)劑流變性能影響的學實驗，得到如上數(shù)據(jù)圖3.4.1。通過數(shù)據(jù)圖可以得知以下信息：在振幅小于40%的區(qū)域，儲能模量和耗能模量基本保持穩(wěn)定，二者之間的差值也較小，可以得知在這一區(qū)域內(nèi)粘結(jié)劑體系的粘度基本恒定，是現(xiàn)今非牛頓流體研究較為深入的領(lǐng)域，對這一區(qū)域內(nèi)的粘結(jié)劑體系進行研究有著較好的理論基礎(chǔ)和經(jīng)驗指導。在振幅大于40%的區(qū)域，儲能模量與耗能模量都呈現(xiàn)出加速下降的趨勢，儲能模量下降的趨勢更為強烈，說明在較大的振幅下，粘結(jié)劑的粘度呈加速下降的態(tài)勢。圖3.4.2 振幅evapw(1:1)體系流變性能的影響在96恒溫條件下對evapw（1:1）粘結(jié)劑體系進行振

37、幅對粘結(jié)劑流變性能影響的學實驗，得到如上數(shù)據(jù)圖3.4.2。通過數(shù)據(jù)圖可以得知以下信息：在振幅小于40%的區(qū)域內(nèi)，儲能模量和耗能模量呈現(xiàn)出逐漸降低的趨勢，但降幅較小且與振幅的增大呈現(xiàn)線性相關(guān)關(guān)系。說明粘結(jié)劑體系在振幅小于40%的范圍內(nèi)，其粘度稍有下降的趨勢，但粘度的下降與振幅的變化呈線性相關(guān)。但在較大的振幅條件下，粘結(jié)劑的儲能模量和耗能模量都急劇下降，說明粘結(jié)劑的粘度在較大的振幅條件下加速下降，與振幅的變化呈非線性相關(guān)關(guān)系，對于這一區(qū)域內(nèi)的研究有著較大的難度。 圖3.4.3 振幅對evapw體系流動性能的影響在96恒溫條件下對evapw（2:3）粘結(jié)劑體系進行振幅對粘結(jié)劑流變性能影響的學實驗，得

38、到如上數(shù)據(jù)圖3.4.3。通過數(shù)據(jù)圖可以得知以下信息：儲能模量在振幅小于60%的區(qū)域內(nèi)維持在一個穩(wěn)定數(shù)值附近，而在這一區(qū)域外，即振幅大于50%區(qū)域，儲能模量呈現(xiàn)出下降趨勢，但與振幅的變化基本呈線性相關(guān)關(guān)系；耗能模量在振幅小于100%的范圍內(nèi)都保持穩(wěn)定，但在振幅大于100%的區(qū)域則有著微弱的下降趨勢。這說明在這振幅小于60%的區(qū)域內(nèi)，粘結(jié)劑的粘度基本無變化，與振幅的變化無相關(guān)關(guān)系；在振幅大于60%的區(qū)域內(nèi)，粘度下降且下降幅度與振幅變化呈非線性相關(guān)。圖3.4.5 振幅對evapw體系流變性能的影響在96恒溫條件下對evapw（3:7）粘結(jié)劑體系進行振幅對粘結(jié)劑流變性能影響的學實驗，得到如上數(shù)據(jù)圖。通

39、過數(shù)據(jù)圖可以得知以下信息：在振幅小于30%的區(qū)域內(nèi)，儲能模量與耗能模量與耗能模量基本相當，隨著振幅的增大兩者都有略有的降低，此時粘結(jié)劑的粘度隨著振幅的增大稍有下降，但與振幅的增大呈線性相關(guān)關(guān)系。在振幅大于30%區(qū)域，儲能模量和耗能模量都隨振幅的增大而急劇減小，且儲能模量的減小速度更快，這說明粘結(jié)劑的粘度隨振幅的增大急劇下降且呈非線性相關(guān)關(guān)系。 圖3.4.5 振幅對evapw體系流變性能的影響在96恒溫條件下對evapw（1:4）粘結(jié)劑體系進行振幅對粘結(jié)劑流變性能影響的學實驗，得到如上數(shù)據(jù)圖3.4.5。通過數(shù)據(jù)圖可以得知以下信息：在振幅小于50%的區(qū)域內(nèi)，粘結(jié)劑體系的耗能模量維持不變，而儲能模量

40、逐漸下降且隨振幅的增大呈現(xiàn)出線性相關(guān)關(guān)系，因此，粘結(jié)劑體系的粘度在這一區(qū)域內(nèi)有下降趨勢，但與振幅的變化呈線性相關(guān)關(guān)系；在振幅大于50%時，耗能模量出現(xiàn)下降趨勢，但降幅較小，而儲能模量的下降速率較之前的低振幅區(qū)域有明顯的增大，所以在振幅大于50%區(qū)域內(nèi)，粘結(jié)劑粘度急劇降低。3.5 對純石蠟進行流變學實驗剪切速率對石蠟的流變性能的影響振幅對石蠟流變性能的影響從試驗結(jié)果上進行分析可以得知：石蠟為牛頓流體，在不同剪切速率作用下，其粘度基本上保持穩(wěn)定，呈平直直線趨勢，符合牛頓流體特性。在振幅試驗中，隨著振幅的逐漸增大，石蠟的儲能模量與耗能模量都隨之而迅速減小，且基本上呈線性相關(guān)關(guān)系。第四章 結(jié)論1、 由

41、于eva和pw兩者間良好的互容性，evapw粘結(jié)劑體系的流變行為不是eva和pw流變行為的簡單疊加，而是作為一個均勻性的整體表現(xiàn)自己的流變特性。2、 evapw體系粘結(jié)劑是非牛頓流體，在測試實驗中，其粘度隨溫度的升高而下降，在凝膠點溫度以上，粘結(jié)劑粘度適中，對溫度敏感性小，是一種較好的粘結(jié)劑。3、 在evapw粘結(jié)劑體系中，eva的含量對粘結(jié)劑的流動性能有著很大的影響，隨著粘結(jié)劑中eva含量的增大，粘結(jié)劑的流變性能下降。4、 通過對evapw粘結(jié)劑體系進行頻率實驗，可以得知隨著在高頻激振情況下，其彈性模量值較高，而在低頻激振時，其彈性模量值較低；在各粘結(jié)劑組分中，eva含量的減小，粘結(jié)劑對頻率

42、的敏感性強。 參考文獻1 r.m.german,k.f.hens,s.p.lin,geram.bull,70(8)，1294（1991）2 german r m.粉末注射成形.曲選輝譯.長沙：中南大學出版社，2001,1521613 黃培云.粉末冶金原理.北京：冶金工業(yè)出版社，2004,1091124 熊惟皓，維京等.ti(c,n)基金屬陶瓷粉末注射成形技術(shù)研究概述.機械工程材料，2004,28（7）：24265f.p.leander, present status of pm injection molding(pim)-an overview.mpr,2005(43):2426 beebh

43、as c. mutsuddy, rheology and mixing of ceramic mixtures usde in plastic molding. plastic molding rheology and mixing,2003:2452467 m.b.gregory,the adoption of thermoset condensation resin binders to powder metal injection molding. mims,1992:678 angerman, rapid thermal binder removal and dimentional c

44、ontrol of powder compacts with a novel thermoplastic-based binder formulation. mims,1992:3299h. h . agermann, o. vander biest. binder removal mechanisms from powder compacts during thermal debinding, mpif,1993,21(98):23724410 李篤信等. 金屬注射成形蠟基粘結(jié)劑的研究，材料科學與工程，2001:19（1）：343811 c.i. chung, b.o. rhee, requirements of binder for powder injection molding. advances in p/m,200