專利名稱：水性凝膠填充的熱塑性熔模形成組合物及有關(guān)方法
背景技術(shù)：
本發(fā)明涉及改進(jìn)的熔模形成組合物，更具體地說，本發(fā)明涉及用于熔模鑄造的、含填料的熔模形成熱塑性組合物，并涉及制備和使用這種改進(jìn)的熔模形成組合物的方法。
大家對各種熔模鑄造方法(也稱為失蠟法)的了解已有數(shù)百年的歷史。在這整個時期內(nèi)，已經(jīng)篩選出用于熔模鑄造方法中的具有構(gòu)成一次性熔模所需若干特征的組合物，這些特征包括諸如尺寸再現(xiàn)性及在模制的一次性熔模中能形成高精度和高表面光潔度。因?yàn)檫@些性能對于以失蠟法制造的許多產(chǎn)品來說是很重要的，因此對其進(jìn)行了反復(fù)的研究并還在研究以改進(jìn)熔模形成組合物的這些性能。
熔模鑄造的質(zhì)量和性能不可避免地隨一次性熔模的質(zhì)量而定，而該熔模質(zhì)量又決定于模制一次性熔模的熔模形成組合物的特性。
一次性熱塑性熔模常常是通過加熱并熔融一種用來制作熔模的熱塑性組合物，將該熔融的組合物導(dǎo)入模具中，然后經(jīng)冷卻至組合物固化成形為一次性熔模的步驟而制成的。本文所用的名詞熱塑性組合物的“熔融”是指將熱塑性組合物熔融至組合物成為流體，盡管組合物中仍可能存在如分散其中的未熔化的固態(tài)粒狀填料。
此后，從模具中取出該一次性熱塑性熔模，根據(jù)需要，與其它熔模裝配在一起，然后，按照多種已知方法之一將一種成模用材料，通常為陶瓷材料，以水性漿料的形態(tài)涂敷在熔模上，從而形成包裹一次性熔模的型殼或鑄模。然而，由于陶瓷漿料與熔模材料間往往缺乏粘附性，因而常常難以將陶瓷材料包覆在熔模上。據(jù)信，這一問題是因熔模材料固有的疏水性所引起的。因此，人們期望一種具有較高親水性的或?qū)μ沾刹牧嫌休^高粘合力的熔模材料。
接著，當(dāng)陶瓷材料硬化后，通過以中速升溫的熱壓作用熔融熱處理的方法除去大部分一次性熔模，而幾乎所有剩余的熔模材料則在相當(dāng)高溫度下經(jīng)蒸發(fā)或燃燒，或經(jīng)蒸發(fā)與燃燒而被除去，因此，除來自熔模材料的灰分殘余外，型殼或型模的內(nèi)表面是光潔的。其后，該型殼或型?？晒┮淮涡杂糜谛纬扇勰ｈT造部件。一本敘述用于失蠟法的已知工藝過程的教科書的書名為“熔模鑄造法(Investment Casting)”,H.T.Bidwell,Machinery Publishing Co.,Ltd.,England,1969。
通過該方法，一次性熔模和陶瓷型殼的表面特征被“轉(zhuǎn)移”到成品鑄件上。因此，上述熔模形成組合物及由此形成的任何殘留物的性能會影響鑄件的表面特征和金相特性。同樣，形成一次性熔模的組合物的膨脹性和收縮性的變化也會引起型殼或鑄型尺寸的改變，因此制成的鑄件尺寸也會發(fā)生變化。
因此，一種含熱塑性熔模材料的理想組合物不僅應(yīng)該尺寸不隨溫度變化而變化，而且應(yīng)該燃燒后幾乎不留或完全不留灰分殘余物，從而能制得精密鑄件。此外，還希望當(dāng)包含熱塑性熔模材料的組合物被加熱時，該材料在熔融前不會分解，而當(dāng)材料完全熔融時能自由流動。熔融至自由流動狀態(tài)的熱塑性組合物大體上能以熔融態(tài)從模具中排空，因而使后續(xù)燃燒操作過程的負(fù)荷減至最低，并能使燃燒過程產(chǎn)生的有害煙霧降至最少。
過去，已經(jīng)采用或提出了許多熱塑性熔模組合物。如稱為“失蠟法中所用的諸如包括蜂蠟等的天然蠟就是最早使用的熱塑性熔模材料。為了改善一次性熔模的性能，已探索了其它熔模材料，證明其它天然熱塑性材料如達(dá)瑪樹脂、松香、西班牙草蠟等，地蠟如從煙煤中提取的蠟等以及石蠟都可采用。
根據(jù)這項(xiàng)研究，已開發(fā)出改性蠟如微晶蠟用于失蠟法的方法。最近，由于許多研究者為改進(jìn)和開發(fā)新的熱塑性材料所作的不懈努力，合成熱塑性材料已用作熔模材料或用作熱塑性熔模形成組合物的改性劑。這些努力也已經(jīng)促使某些熔模鑄造者采用不同于熱塑性材料的材料，如金屬鹽與汞混合物材料。此外，已找到了能較常規(guī)組合物更快、更完全地從模具中流出的熔模組合物。
為提高熱塑性熔模形成組合物的尺寸精度和穩(wěn)定性的其它工作涉及添加固態(tài)填料?！疤盍稀笔遣慌c分散填料的熱塑性材料發(fā)生化學(xué)反應(yīng)的惰性添加劑。填料仍然呈一獨(dú)立的相并在整個熔模鑄造過程中保持其同一性。通常，填料是分散在整個熱塑性材料連續(xù)相中的固態(tài)微粒。在熱塑性熔模形成組合物中只占少量的填料中，可注意到有熱塑性或熱固性聚苯乙烯粉末，尤其是與二乙烯基苯交聯(lián)的聚苯乙烯和尿素粉末。美國專利5270360公開了以細(xì)分的聚(甲基丙烯酸甲酯)作為填料的應(yīng)用。有時也以有機(jī)酸如富馬酸、乙二酸及間苯二甲酸作為填料，其通常用量為高達(dá)熱塑性熔模形成組合物的50％(重量)，顆粒尺寸一般為約175-約250目。因此，對于一般的填料來說，至少約90％，優(yōu)選為100％(重量)的顆?？赏ㄟ^100目篩孔，且至少約50％，優(yōu)選約50％(重量)的顆?？赏ㄟ^200目篩孔。
然而，常規(guī)填料有幾個缺點(diǎn)。例如，這類填料通常含有在熔模鑄造法的高溫下會產(chǎn)生灰分殘留物的有機(jī)組分。因此，作為一個舉例性的說明，聚苯乙烯含有可分解成除氫氣外還有碳的碳質(zhì)苯環(huán)。由此型模中引入灰分殘留物即雜質(zhì)會影響模制的一次性熔模中精密尺寸的再現(xiàn)性及制造高精度，高表面光潔度的可能性。還已發(fā)現(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)填料也會在模具中留下不希望的高量灰分殘留物。
各種標(biāo)準(zhǔn)填料還存在若干其它問題例如，尿素在蠟熔融時往往會分解；如果過熱，熱塑性苯乙烯會熔融；有機(jī)酸有較大的比重，因而在攪拌不充分時往往會迅速沉降。此外，許多種填料有較高熱導(dǎo)率，這是所希望的，因?yàn)檫@樣可更快速、更均勻和更完全地熔融和冷卻。然而，如果熔模組合物具有高的熱膨脹率，那么，在經(jīng)熱壓處理時，由于組合物過早膨脹，高熱導(dǎo)率會導(dǎo)致型殼開裂，除非在產(chǎn)生明顯的熱膨脹前，熔模組合物已足以成為流體，以致能流出模具。
因此，熔模形成組合物中仍需要改進(jìn)的填料，這類填料具有高的熱導(dǎo)率，但有助于該組合物在引起型殼開裂的熱膨脹發(fā)生前能迅速地流出型模，有助于該組合物更完全地流出型殼，在型模中只留下少許灰分殘留物以及使熔模產(chǎn)生光滑的表面而只發(fā)生少許收縮。當(dāng)然，人們也總是期望能找到容易購到且價格較低的用于熔模形成材料的填料。
本發(fā)明概述簡要地說，本發(fā)明涉及一種新型的、在熔模鑄造法中鑄塑熱塑性熔模的熱塑性組合物。該組合物包含分散在熱塑性材料連續(xù)相中的約5-約70％(重量)的含水凝膠填料。
本發(fā)明也涉及一種新的、在熔模鑄造法中鑄塑熱塑性熔模的熱塑性組合物的制備方法。根據(jù)該方法，水性凝膠被分散在整個熱塑性材料中以形成包含分散在熱塑性材料連續(xù)相中的水性凝膠顆粒的熱塑性熔模形成組合物。
本發(fā)明還涉及一種新的熔模鑄造方法。根據(jù)該方法，由熔模鑄造法中鑄塑熱塑性熔模的熱塑性組合物的一次性熔模是在模具中形成的。該熱塑性組合物包含分散在熱塑性材料連續(xù)相中的約5-約70％(重量)的水性凝膠填料，隨后在熔模上覆層，形成鑄型。
在本發(fā)明已取得的幾個優(yōu)點(diǎn)中，值得指出的有可使在熔模鑄造法中用于鑄塑熱塑性熔模的改良熱塑性組合物具有較高的熱導(dǎo)率；可使在熔模鑄造法中用于鑄塑熱塑性熔模的改良熱塑性組合物具有較低的熱膨脹率；可使在熔模鑄造法中用于鑄塑熱塑性熔模的改良熱塑性組合物對濕陶瓷材料的粘附性較常規(guī)的熔模好；可使在熔模鑄造法中用于鑄塑熱塑性熔模的改良熱塑性組合物的成本顯著降低；以及能提供制備這種改良的熱塑性熔模形成組合物的方法。
優(yōu)選實(shí)施方案的說明根據(jù)本發(fā)明，業(yè)已發(fā)現(xiàn)，以水性凝膠形態(tài)的水可作為一種填料分散在熔模形成熱塑性材料中。令人驚奇的是，摻混到該材料中的凝膠量可高達(dá)組合物重量的約70％，并可形成水含量高達(dá)60％(重量)的固態(tài)熔模。已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，可以制得這樣的水性凝膠，即具有低熱膨脹系數(shù)和高熱傳導(dǎo)系數(shù)的、低灰分填料的水性凝膠。還發(fā)現(xiàn)，已摻混凝膠的熔模很容易流化態(tài)，且粘度很低以致在能引起型殼發(fā)生開裂的熱膨脹前，熔模就會及時地從模具中流出。此外，令人驚異的是，已發(fā)現(xiàn)以凝膠為填料成形的熔模與陶瓷漿料有良好的粘附性，據(jù)推測，這是由于熔模有高的親水性，因而能較容易和較完全地被陶瓷漿料包裹。盡管陶瓷漿料與固體熔模間有高的粘附性，但當(dāng)陶瓷漿料硬化和加熱熔模時，該熔模組合物會較完全地流出型模，在模內(nèi)只留下少許灰分和其它殘留物，由此制得了具有光滑表面和少許收縮的熔模。此外，水當(dāng)然是較任何可能想象到的潛在填料更容易獲得且成本更低。不僅如此，而且已發(fā)現(xiàn)適用于制造凝膠的凝膠劑是極普通的而且是花費(fèi)不多的。
通常，本發(fā)明的熱塑性組合物包含分散有水性凝膠不連續(xù)相的熱塑性材料連續(xù)相。該熱塑性材料可以是任何標(biāo)準(zhǔn)的熔模形成熱塑性材料。熔模鑄造工業(yè)中普通技術(shù)熟練人員都會容易地辨別各種適用材料，一般而言，這類材料在室溫下是固態(tài)(雖是無定形)，但加熱到約50℃～95℃之間時，會成為能自由流動的液態(tài)。
因此，用在本文中的名詞“有機(jī)熱塑性熔模材料”或簡稱“熔模材料”或“熱塑性材料”是指包括熱塑性材料的天然或合成的可再熔融的組合物，熱塑性材料如蠟，任何不同熱塑性聚合物，任何不同熱塑性樹脂或它們的混合物。如已指出的，這類組合物對于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來說是一清二楚的，適用于以常規(guī)熔模鑄造技術(shù)形成常規(guī)熱塑性熔模的有機(jī)熱塑性材料也適用于形成本發(fā)明的熱塑性熔模。
因此，本發(fā)明的熱塑性材料可包括諸如常規(guī)熱塑性材料如包括蜂蠟等天然蠟的蠟，包括達(dá)瑪樹脂、松香、西班牙草蠟等的其它天然熱塑性材料，地蠟及石油蠟，諸如微晶蠟的改性蠟以及合成熱塑性材料。
適用于本發(fā)明的優(yōu)選熱塑性材料包括(但不受此限制)蠟、硬脂酸及天然和合成熱塑性樹脂如松香和聚乙烯。各種品種的蠟，包括通常用在商品熱塑性熔模形成組合物中的任何一種蠟，如石蠟、巴西棕櫚蠟和微晶蠟都可以摻混在該熱塑性熔模材料中。
正如先有技術(shù)組合物那樣，本發(fā)明熱塑性材料中除熱塑性物質(zhì)外，通常還可包含各種其它聚合物和樹脂。因此，例如但不是作為限制，這類熱塑性材料通常包含約25％(重量)的蠟和75％(重量)其它聚合物及樹脂。
由于水組成是作為填料摻混在本發(fā)明的熱塑性材料中的，因此該材料應(yīng)在低于水的沸點(diǎn)溫度下熔融。雖然在水中可添加使沸點(diǎn)升高的物質(zhì)，但優(yōu)選的熱塑性材料在低于100℃熔融，如在約50℃-約95℃熔融。此外，本文中有關(guān)用于熱塑性材料或熱塑性組合物中的名詞“熔融”是指熱塑性材料或組合物完全熔化成為流體，而并不要求該組合物中每一成分如顆粒狀固態(tài)填料都熔融成液體。
如上所述，本發(fā)明熱塑性熔模形成組合物還包括一種分散在連續(xù)相中的水性凝膠填料。該水性凝膠包括水和膠凝劑，優(yōu)選為基本上呈均相混合物形態(tài)。雖然本發(fā)明可采用包括(但不受此限制)自來水在內(nèi)任何種類的水，但去離子水或蒸餾水或它們的混合物是優(yōu)先采用的水。雖然本發(fā)明可采用任何種類的水，但應(yīng)考慮優(yōu)先采用在熱塑性熔模形成組合物中灰分量產(chǎn)生最少的那些類的水。此外，根據(jù)需要還可向水中添加任何添加劑，例如表面活性劑、水起泡劑、殺菌劑、殺真菌劑等都可添加到水中以防止攪拌時起泡，細(xì)菌和霉菌生長等。
本發(fā)明的膠凝劑是與水混合能形成凝膠的任何試劑。適用的組合物對凝膠技術(shù)領(lǐng)域普通技術(shù)人員來說是一清二楚的。對本發(fā)明用途來說，膠凝劑可以是任何一種能吸收水分而形成至少暫時穩(wěn)定的凝膠、普通膠體分散體的有機(jī)或無機(jī)材料。這就是說，該凝膠必須在至少從形成到用于鑄造過程結(jié)束所經(jīng)歷的條件下的這段時間內(nèi)不可有明顯的凝膠破壞現(xiàn)象。因此，在這種條件下優(yōu)選的是至少穩(wěn)定幾小時，而更高的穩(wěn)定性-甚至持久的穩(wěn)定性-是最希望的。值得注意的是，這種穩(wěn)定性還要求膠凝劑及制成的凝膠在熔模材料會面臨的溫度下(如約50-約95℃)是熱穩(wěn)定的，因此，當(dāng)熔模材料加熱到熔融溫度時，凝膠不會遭破壞。當(dāng)然，用于本發(fā)明中的膠凝劑應(yīng)是不會明顯增加熱塑性熔模形成組合物灰分含量的那類膠凝劑。而且，該凝膠應(yīng)能承受如下面討論的，在不經(jīng)受永久變形下諸如使凝膠粒化并均化分散在熱塑性材料中時的靜剪切應(yīng)力。
鑒于這種考慮，據(jù)信，有些有機(jī)膠凝劑是特別適用于本發(fā)明的，盡管在某些情況下，某些無機(jī)和金屬有機(jī)膠凝劑可用于本發(fā)明中。認(rèn)為適用的有機(jī)膠凝劑的實(shí)例是由樹木滲出物、植物種子、海藻或蔬菜衍生的多糖樹膠、水溶性纖維素衍生物、淀粉以及它們的混合物，這些都特別適用于本發(fā)明。優(yōu)選的纖維素衍生物包括(但不受此限制)甲基纖維素、羥甲基纖維素及羧甲基纖維素。優(yōu)選的淀粉是實(shí)驗(yàn)式為(C6H10O5)n的天然碳水化合物，可從任何一種適用的植物源包括玉米、馬玲薯、小麥、大米及木薯制成。最優(yōu)選的膠凝劑是玉米淀粉。
也可采用無機(jī)膠凝劑或金屬有機(jī)膠凝劑，但它們的應(yīng)用只限于其產(chǎn)生的灰分殘余是熱塑性熔模形成組合物可允許的情況中。本文所給出的膠凝劑僅是代表性舉例的，所用的膠凝劑可從符合上述標(biāo)準(zhǔn)的膠凝劑中選擇。
水性凝膠可通過標(biāo)準(zhǔn)技術(shù)制成，通常的做法只是將膠凝劑與水簡單混合并經(jīng)攪拌而制成。理想的是使膠凝劑大體上均勻地或呈膠態(tài)狀分散在水性凝膠中。因此，在凝膠形成階段，可采用任何一種技術(shù)上眾所周知地攪拌方法不斷攪拌水性凝膠混合物。在凝膠形成期間通常需不斷地攪拌，而某些膠凝劑還需要加熱。已發(fā)現(xiàn)，形成膠凝的過程是不可逆的。通常，膠凝劑在凝膠中占約1-約30％(重量)，優(yōu)選為約4-約20％(重量)，而其余大部分-即使不是全部-是水。
然后，將該水性凝膠基本均勻地分散在熱塑性材料中制成熔模材料。通過加熱熱塑性組合物形成熔體，然后將水性凝膠混入該熔體而達(dá)到水性凝膠在熱塑性材料中的分散，其步驟如下水性凝膠可在一個容器中制備，而熱塑性材料可在另一容器中制備，將熔模材料加熱至能自由流動的溫度。繼續(xù)對熔模材料加熱以使其保持為自由流動的熱塑性材料，并以任何一種技術(shù)上眾所周知的攪拌方法不斷地加以攪拌。然后，用混和機(jī)或均化器(如購自Sonic Corp.(Stratford,Connecticut)，品牌為SONOLATOR的均化器)將水性凝膠與自由流動的熱塑性材料混合成為以細(xì)分的凝膠顆粒分散在熔體中的、呈兩相的熱塑性熔模形成組合物。已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，當(dāng)凝膠被粉碎成微粒并為熱塑性組合物所包圍或包覆時，凝膠微粒不會發(fā)生聚結(jié)或凝聚，并仍能以細(xì)分的離散微粒形態(tài)很好地分散，通常是均勻地分散在連續(xù)相中。由上述步驟形成的材料冷卻后，凝膠微粒仍以離散形態(tài)分散在連續(xù)相中。
根據(jù)需要，在組合物中還可摻混一種或多種其它填料，這種填料可以是任何一類用于常規(guī)熔模形成組合物中的已知填料。例如，可用于本發(fā)明熱塑性熔模形成組合物的填料包括熱塑性或熱固性聚苯乙烯粉料，特別是用二乙烯基苯交聯(lián)的聚苯乙烯及微粒聚(甲基丙烯酸甲酯)。有機(jī)酸如富馬酸，乙二酸和間苯二甲酸也可用作填料。當(dāng)然，其它填料對于熱塑性組合物中的水性凝膠應(yīng)是惰性的，也就是這種填料不會破壞凝膠或與凝膠成分發(fā)生反應(yīng)而產(chǎn)生不需要的產(chǎn)物。
優(yōu)選的是，用于本發(fā)明的任何填料一般經(jīng)燃燒后不會留下對陶瓷型模表面及在陶瓷型模中形成的成品鑄件的金相性能產(chǎn)生不良影響的無機(jī)雜質(zhì)。而且，適用的填料既不會改變熱塑性組合物在長期貯存或使用期間的物理性能，也不會在模具中留下顯著量的灰分殘留物。
其它一種或多種填料可通過標(biāo)準(zhǔn)技術(shù)共混入熱塑性材料中。填料可只分散在連續(xù)熱塑性材料相中，或只分散在凝膠中或既分散在熱塑性材料相中又分散在凝膠中。例如，其它的一種或多種填料可在凝膠與熱塑性材料共混之前，添加到正在攪拌著的自由流動的熱塑性材料中，或者，如果凝膠能讓其它填料微粒懸浮在其中的話，那么可將其它填料共混入凝膠中，或者，既可將其它填料共混入熔模材料中又可共混入凝膠中，或者將凝膠和其它填料同時共混入熱塑性材料中。根據(jù)需要也可采用其它技術(shù)。對于本領(lǐng)域普通技術(shù)熟練人員來說，共混技術(shù)是大家都知道的。
本發(fā)明熱塑性熔模形成組合物在冷卻時會凝固成穩(wěn)定的固態(tài)。所用名詞“穩(wěn)定的”是指在所涉溫度下，組分不發(fā)生熔融或分解并且分布在熱塑性材料中的離散微粒仍保持其微粒狀、離散狀的和“固體”性質(zhì)(如果是固體填料的話)，而水性凝膠繼續(xù)分散在熱塑性材料中并保持其膠凝結(jié)構(gòu)和組成。因此，水性凝膠及添加的任何其它所需填料基本上是均勻地分散在本發(fā)明熱塑性熔模組合物中的。
由此制得的熱塑性熔模形成組合物包含約5％-約70％(重量)，更優(yōu)選為約15％-約65％(重量)，最優(yōu)選為約20％-約60％(重量)的水性凝膠。已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，該項(xiàng)技術(shù)可使該組合物包含如高達(dá)約60％(重量)的水分，因此，優(yōu)選的組合物可包含約5％(重量)-約60％(重量)，優(yōu)選為約10％(重量)-約60％(重量)，更優(yōu)選為約15％(重量)-約60％(重量)，還更優(yōu)選為約15％(重量)-約50％(重量)，如約15％-約40％(重量)的水。
已知這些熱塑性組合物具有較不含水性凝膠的先有技術(shù)的熱塑性組合物高得多的熱導(dǎo)率。據(jù)信，這是由于水的熱導(dǎo)率遠(yuǎn)高于組合物中有機(jī)成分和用于常規(guī)配方中填料的熱導(dǎo)率。因此，本發(fā)明熱塑性組合物較不含水性凝膠的常規(guī)熱塑性熔模形成組合物能更迅速地被加熱和冷卻。因此，當(dāng)本發(fā)明熔模組合物以熔融狀態(tài)導(dǎo)入比熔融組合物溫度低的模具中時，該熔融組合物會較低熱導(dǎo)率組合物更迅速地被模具冷卻并且能較低熱導(dǎo)率組合物更快地從模具中取出。而且，這種較高的熱導(dǎo)率能使熔模更快地熔融并流出陶瓷型殼。
本發(fā)明的熱塑性組合物還具有某些特征，該特征能賦予由該組合物所制的熔模若干極需要的特征，如優(yōu)良的尺寸再現(xiàn)性及高精度和高光潔度的表面。這些理想的優(yōu)點(diǎn)，據(jù)認(rèn)為部分是由于含水性凝膠的熱塑性組合物具有較低的熱膨脹率。因?yàn)樗腥绱说偷臒崤蛎浡?，所以它能降低混有水分的熱塑性組合物的總的熱膨脹率。例如，含55％(重量)萜烯聚合物，5％(重量)合成地蠟(熔點(diǎn)200℃),20％(重量)石蠟(熔點(diǎn)59℃-60℃),10％(重量)巴西棕櫚蠟和10％(重量)微晶蠟(熔點(diǎn)175℃-180℃)的典型熱塑性熔模形成材料，在約24℃與69℃之間的平均熱膨脹率每攝氏度約0.16％。然而，水在同樣溫度范圍內(nèi)的平均熱膨脹率每攝氏度約0.045％。因此，如果熱塑熔模形成組合物摻混了水性凝膠的話，則其熱膨脹率在上述兩值之間，并低于不含凝膠的熱塑性熔模形成組合物的熱膨脹率。
此外，該含水組合物較先有技術(shù)組合物容易流化，并且當(dāng)流化時，其粘度較先有技術(shù)組合物低。因此，本發(fā)明組合物可流態(tài)化并在組合物過度膨脹前能經(jīng)型殼的注入口排出，從而減少了使型殼發(fā)生開裂的危險性。此外，已發(fā)現(xiàn)本發(fā)明組合物能較許多常規(guī)的一次性熔模材料更容易地又更完全地從陶瓷型殼中流出。
本發(fā)明含凝膠的熔模組合物能賦予由該組合物制的熔模極需的另一個特征是較常規(guī)熱塑性熔模形成組合物高的親水性，或高潤濕性。常規(guī)熱塑性熔模形成組合物是比較疏水的，由該組合物制的熔模呈蠟狀觸感。在這種熔模上的水滴基本上形成高的球狀水珠。與此相反，由本發(fā)明組合物成形的熔模，其蠟狀觸感明顯降低且滴于其上的水滴形成較平坦的水珠。因此，根據(jù)本發(fā)明可形成有高潤濕性的組合物，而該組合物可使得在以型殼材料或成模材料的水性漿料涂敷熔模的外側(cè)時擁有另外一些優(yōu)點(diǎn)。反之，由于常規(guī)熔模組合物的抗水性，因而陶瓷漿料就難以粘附在熔模組合物上，但是根據(jù)本發(fā)明配制的熔模組合物對陶瓷漿料有較高的粘附性，這不僅使涂敷漿料更為容易，而且能使形成較好涂層，從而可制得尺寸精確的型殼或模。
雖然，固態(tài)組合物已顯示對陶瓷漿料有較高的粘附性，但是，一旦漿料硬化形成型殼并且為從型殼中除去而熔融該組合物時，本發(fā)明熱塑性組合物也不會粘附在陶瓷型殼內(nèi)表面上，只要有一點(diǎn)任何攪動，就很容易流出，而且，還發(fā)現(xiàn)該組合物不會降低鑄件表面重現(xiàn)精度或在成品鑄件中形成非金屬夾雜物。
此外，同用無灰分的水代替常規(guī)填料，能使本發(fā)明熱塑性組合物成形的一次性熔模的灰分殘留物比常規(guī)的有機(jī)熱塑性組合物形成的熔模顯著減少。雖然所有有機(jī)熱塑性組合物由于有機(jī)雜質(zhì)引起的灰分含量有限，但仍可通過向熱塑性熔模形成組合物中添加本發(fā)明的水性凝膠而容易地除去顯著量的形成灰分的雜質(zhì)含量，還已發(fā)現(xiàn)，通過采用去離子水或蒸餾水來制備水性凝膠，還可進(jìn)一步減少灰分含量。
此外，由于采用水與膠凝劑(如玉米淀粉)取代常規(guī)填料，所以本發(fā)明組合物的生產(chǎn)成本較低，而且各成分較易購得。
本發(fā)明的熱塑性熔模組合物可按與常規(guī)熔模組合物應(yīng)用于熔模鑄造工藝中相同的方法應(yīng)用于熔模鑄造。簡單地說，先將本發(fā)明熱塑性組合物在模具中成形為熔模，然后在熔模上覆層而制成鑄型。
本發(fā)明的熱塑性熔模形成組合物用作熔模鑄造組合物時，可將其加熱至自由流動溫度并在貯槽中保持熔融狀態(tài)以供轉(zhuǎn)移到模具中。在熔融狀態(tài)或自由流動狀態(tài)下，熱塑性熔模形成組合物中各組分能在足以完成模塑操作的長時間內(nèi)，基本保持均勻分散狀態(tài)。然而，根據(jù)需要可以采用攪拌，以保證組合物中各組分均勻分散，或者如在貯存期間熔融的組合物已發(fā)生沉降，則可使各組分重新分散。
下列實(shí)施例介紹了本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方案。根據(jù)本文公開的本發(fā)明的說明書或?qū)嵤┓椒?，本領(lǐng)域技術(shù)熟練人員對本發(fā)明范圍內(nèi)的其它實(shí)施方案會是一清二楚的。因此，說明書加上實(shí)施例被認(rèn)為只是說明性的，而本發(fā)明的范圍和精神是由緊隨實(shí)施例之后的權(quán)利要求書來規(guī)定的，在實(shí)施例中所有百分比都以重量計，除非另有說明。
實(shí)施例1
在約150℃下，通過熔融、混合和均勻地分散下列成分，制成熱塑性材料成分份數(shù)(重量)萜烯聚合物(熔點(diǎn)115℃) 55巴西棕櫚蠟 10石蠟(熔點(diǎn)59°-60℃)20微晶蠟(熔點(diǎn)77°-79℃) 10合成鏈烷地蠟 5實(shí)施例2在約150℃下，通過熔融、混合和均勻地分散下列成分，制成熱塑性材料成分份數(shù)(重量)石蠟(熔點(diǎn)59-60℃) 4蜂蠟 10達(dá)瑪樹脂 7巴西棕櫚蠟 20萜稀聚合物(熔點(diǎn)115℃) 49低分子量聚乙烯 10實(shí)施例3混合10份玉米淀粉與90份熱蒸餾水制成水性凝膠。借助SonolatorTM均化器，在80°-85℃下將水性凝膠與實(shí)施例1的熱塑性材料相共混，以形成含20份水性凝膠、80份熱塑性材料的熱塑性熔模形成組合物。
實(shí)施例4混合10份玉米淀粉與90份熱蒸餾水制成水性凝膠。借助SonolatorTM均化器，在80°-85℃下，將水性凝膠與實(shí)施例1的熱塑性材料相共混，以形成含40份水性凝膠、60份熱塑性材料的熱塑性熔模形成組合物。
實(shí)施例5混合10份玉米淀粉與90份熱蒸餾水制成水性凝膠。借助SonolatorTM均化器，在80°-85℃下，將水性凝膠與實(shí)施例1的熱塑性材料相共混，以形成含50份水性凝膠、50份熱塑性材料的熱塑性熔模形成組合物。
實(shí)施例6混合15份玉米淀粉與85份熱蒸餾水制成水性凝膠。借助SonolatorTM均化器，在80°-85℃下，將水性凝膠與實(shí)施例2的熱塑性材料相共混，以形成含20份水性凝膠、80份熱塑性材料的熱塑性熔模形成組合物。
實(shí)施例7混合15份玉米淀粉與85份熱蒸餾水制成水性凝膠。借助SonolatorTM均化器，在80°-85℃下，將水性凝膠與實(shí)施例2的熱塑性材料相共混，以形成含40份水性凝膠、60份熱塑性材料的熱塑性熔模形成組合物。
實(shí)施例8混合15份玉米淀粉與85份熱蒸餾水制成水性凝膠。借助SonolatorTM均化器，在80°-85℃下，將水性凝膠與實(shí)施例2的熱塑性材料相共混，以形成含50份水性凝膠、50份熱塑性材料的熱塑性熔模形成組合物。
實(shí)施例9將實(shí)施例3-8的組合物注入模具中制成具有高精確度和高光潔度表面特征和優(yōu)良流動性能的熔模。而且，實(shí)施例3-8中的熱塑性熔模形成組合物可按常規(guī)方式進(jìn)行處理，只要熔融的組合物溫度不超過水的沸點(diǎn)，不必?fù)?dān)心水性凝膠會遭破壞。
鑒于上述說明，可清楚地看到本發(fā)明具有幾個優(yōu)點(diǎn)及其它所能達(dá)到的有利結(jié)果。
因?yàn)椴贿`背本發(fā)明范圍的條件下是可對上述方法和組合物進(jìn)行種種改變的，因此以上說明書中的所有內(nèi)容只是說明性的解釋而不是對本發(fā)明的限制。
權(quán)利要求
1．一種在熔模鑄造工藝中用來鑄塑熱塑性熔模的熱塑性組合物，該組合物包含約5％-約70％(重量)的、分散在熱塑性材料連續(xù)相中的水性凝膠填料。
2．根據(jù)權(quán)利要求1所述的組合物，其中熱塑性材料在溫度為約50℃-約95℃下熔融。
3．根據(jù)權(quán)利要求2所述的組合物，其中水性凝膠填料是以水性凝膠的離散微粒形式分散在連續(xù)相中的。
4．根據(jù)權(quán)利要求2所述的組合物，其中組合物包含約15％-約65％(重量)的水性凝膠填料。
5．根據(jù)權(quán)利要求4所述的組合物，其中組合物包含約20％-60％(重量)的水性凝膠填料。
6．根據(jù)權(quán)利要求3所述的組合物，其中組合物包含約15％-約65％(重量)的水性凝膠填料。
7．根據(jù)權(quán)利要求6所述的組合物，其中組合物包含約20％-約60％(重量)的水性凝膠填料。
8．根據(jù)權(quán)利要求2所述的組合物，其中水性凝膠填料包含水和一種膠凝劑。
9．根據(jù)權(quán)利要求8所述的組合物，其中膠凝劑占水性凝膠重量的約1％-約30％(重量)。
10．根據(jù)權(quán)利要求9所述的組合物，其中膠凝劑占水性凝膠重量的約4％-約20％(重量)。
11．根據(jù)權(quán)利要求8所述的組合物，其中膠凝劑包括淀粉。
12．根據(jù)權(quán)利要求11所述的組合物，其中膠凝劑選自玉米淀粉、馬鈴薯淀粉、小麥淀粉、大米淀粉、木薯淀粉以及它們的混合物。
13．根據(jù)權(quán)利要求12所述的組合物，其中膠凝劑是玉米淀粉。
14．根據(jù)權(quán)利要求2所述的組合物還包含分散在連續(xù)相中的固體填料的離散微粒。
15．根據(jù)權(quán)利要求14所述的組合物，其中固體填料是微粒狀熱固性材料。
16．根據(jù)權(quán)利要求15所述的組合物，其中固體填料是微粒狀聚苯乙烯。
17．根據(jù)權(quán)利要求8所述的組合物，其中水性凝膠還包含固體填料的離散微粒。
18．一種制備熱塑性熔模形成組合物的方法，該方法包括將水性凝膠分散在含熱塑性物質(zhì)的熱塑性材料中以形成含分散在熱塑性材料連續(xù)相中的水性凝膠微粒的熱塑性熔模形成組合物。
19．根據(jù)權(quán)利要求18所述的制備組合物的方法，其中熱塑性材料熔融溫度約50℃-約95℃。
20．根據(jù)權(quán)利要求19所述的制備組合物的方法，其中通過熔融熱塑材料使熱塑性材料成為流體并使水性凝膠與流體熱塑性材料共混的步驟而將水性凝膠分散在熱塑性材料中的。
21．根據(jù)權(quán)利要求19所述的制備組合物的方法，其中熱塑性材料還包含分散其中的微粒狀固體填料。
22．根據(jù)權(quán)利要求19所述的制備組合物的方法，其中水性凝膠包含水和一種膠凝劑。
23．根據(jù)權(quán)利要求22所述的組合物，其中膠凝劑占水性凝膠重量的約1％-約30％(重量)。
24．根據(jù)權(quán)利要求23所述的組合物，其中膠凝劑占水性凝膠重量的約4％-約20％(重量)。
25．根據(jù)權(quán)利要求24所述的組合物，其中膠凝劑是淀粉。
26．根據(jù)權(quán)利要求24所述的組合物，其中膠凝劑選自玉米淀粉、馬鈴薯淀粉、小麥淀粉、大米淀粉、木薯淀粉以及它們的混合物。
27．根據(jù)權(quán)利要求25所述的組合物，其中膠凝劑是玉米淀粉。
28．一種用于熔模鑄造的方法包括在模具內(nèi)形成一種用于熔模鑄造中用作鑄塑熱塑性熔模的一次性熱塑性組合物熔模，該熱塑性熔模含約5％-約70％(重量)的，分散在熱塑性材料連續(xù)相中的水性凝膠填料，以及對熔模進(jìn)行覆層以制成鑄型。
全文摘要
用于熔模鑄造工藝的改良的熱塑性熔模形成組合物。該組合物包含一種熱塑性熔模形成材料和約5%—約70%(重量)的水性凝膠的共混物。而該水性凝膠基本上是均勻地分散在該熱塑性熔模形成組合物中。該水性凝膠包含水和膠凝劑。該熱塑性組合物也可含填料形態(tài)的另一種成分。
文檔編號C08L3/00GK1235623SQ97199265
公開日1999年11月17日 申請日期1997年9月30日 優(yōu)先權(quán)日1996年10月4日
發(fā)明者保羅·所羅門 申請人:保羅·所羅門