Temperature dependent flow properties of powder injection moulding compounds

Abstract

Die temperaturabhängigen Fliesseigenschaften von hochgefüllten Polymer compounds, die bei der Produktion von Hartmetallbauteilen mittels der Powder Injection Moulding-Technlogie (PIM) eingesetzt werden, wurden untersucht. Der reine Binder basierend auf Polyethylen, Ethylen und Butylacrylate Blockcopolymeren und Paraffin. Diesem Ausgangsprodukt wurde dann bei 180˚C bis zu 55 vol. % HartmetallKarbidpulver beigemischt. Die Fliesseigenschaften wurden im Temperaturbereich von 140˚C bis 200˚C mittels eines Kapillarrheometers mit konstanter Stempelgeschwindigkeit untersucht. Die Scherströmungsaktivierungsenergie, als Mass für die Temperaturempfindlichkeit der PIM-Verbindungen, erniedrigt sich sowohl mit dem Pulvergehalt und der Scherströmung. Die Arrhenius-Beziehung ist für diese Materialien nur im Bereich stabiler Strömung gültig. Bei Temperaturen oberhalb 170˚C zeigen die Verbindungen mit 45 vol. % und mehr Karbidpulver bei Scherraten oberhalb 103 s-1 eine instabile Strömung in der Form von Druckoszillationen. Das Einsetzen der Druckoszillationen ist stark von der Temperatur abhängig. Der Zusammenhang zwischen der für das Auftreten der Druckoszillationen kritischen Scherspannung und der Temperatur ist nicht-linear.

The temperature dependent flow properties of highly filled polymer compounds intended for production of hard metal parts by injection moulding (PIM) technology were studied.The pure binder based on polyethylene, ethylene and butyl acrylate block copolymer and paraffin, and its compounds with hard metal carbide powder (up to 55 vol. %) were prepared by melt mixing. The Arrhenius relation for these materials is valid only in the stable flow region. At the temperature above 170°C the compounds filled with 45 vol. % carbide powder and higher exhibit an unstable flow of pressure oscillation type. The onset of the oscillations is strongly affected by temperature. The relation between critical shear stress of the onset of pressure oscillations and temperature is non-linear.

La dépendance en température des propriétés d’écoulement de polymères hautement chargés, composés entrant en jeu dans la production de pièces métalliques dures par injection-moulage de poudres (PIM), a été étudiée. Le liant pur, basé sur du polyéthylène, du copolymère block éthylène-buthyl acrylate et de la paraffine, et ses mélanges avec de la poudre métallique (jusqu’à 55% vol) ont été préparés en mélangeant à 180 ˚C. Les propriétés ont été étudiées dans une fourchette de températures allant de 140 ˚C à 200 ˚C à l’aide d’un rhéomètre capillaire opérant à vitesse de piston constante. L’énergie d’activation de l’écoulement de cisaillement décroît lorsque la fraction volumique en poudre augmente, et quand la vitesse de cisaillement augmente. La relation d’Arrhenius pour ces matériaux n’est valide que dans la région d’écoulement stable. A des températures supérieures à 170 ˚C, les composés chargés avec 45 % vol. de poudre et plus, exhibent un écoulement instable à des vitesses de cisaillement supérieures à 103 s-1. Cette instabilité est caractérisée par des oscillations dans la pression. L’apparition des oscillations de pression est fortement affectée par la température. La relation entre la contrainte de cisaillement critique correspondant à l’apparition des oscillations de la pression, et la température est non-linéaire.