專利名稱：一種調控硅橡膠模具尺寸的方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種調控硅橡膠模具尺寸的方法，可用于解決快速成型技術與凝膠注模成型技術中模具與坯體收縮問題。
背景技術：
快速成型技術(Rapid Prototyping或RP)在新產品試制或單件小批量生產時,可以降低成本，大大縮短產品周期，將新產品快速投入市場?？焖俪尚图夹g的工藝流程為按照產品的三維模型在快速成型機中逐層累加光固化樹脂從而制作出原型，然后利用硅橡膠模具翻制出石膏或樹脂的樣件。根據國外統(tǒng)計，快速模具技術只需要傳統(tǒng)加工方法30% 50%的工時和20% 35%的成本，就能直接制造產品的試制?；蛴糜谂可a的金屬模具。目前，快速成型技術已廣泛地應用于機械、電子、汽車、航空和航天等領域。凝膠注模成型(注凝成型或Gel-casting)工藝是繼注射成型發(fā)展起來的一種極具前景的新型陶瓷成型工藝，由美國橡樹嶺國家實驗室研制開發(fā)成功。凝膠注模成型的工藝流程是將有機單體與溶劑配制成一定濃度的預混液，金屬或陶瓷粉末懸浮于其中制成低粘度、高固相含量的濃懸浮體，加入引發(fā)劑及催化劑之后，將這種濃懸浮體漿料注入硅橡膠模具中，在一定的溫度條件下，有機聚合物單體交聯聚合成三維網絡狀聚合物凝膠，并使粉末顆粒原位粘結而固化形成坯體。坯體經干燥、燒結得到致密產品。然而，上述快速成型技術與凝膠注模成型工藝都需要對收縮率進行矯正。這種收縮率來自于兩個方面，一是硅橡膠本身固化后的收縮，二是坯體固化或燒結過程中的收縮。 坯體收縮視情況而定在凝膠注模成型技術中，不同材質的坯體在不同溫度下燒結的收縮率不同，例如氧化鋯陶瓷在燒結溫度為1550°C時收縮率大約為18%左右，而鐵粉在1200°C 和1150°C的燒結溫度下收縮率分別為18. 7%和19. 2%左右；在快速模具技術的光固化快速成型中，光固化樹脂-環(huán)氧丙烯酸酯的固化收縮率從3. 95%到5. 84%不等。因此，常常需要將原型做不同比例的放大，先做出比原型更大的坯體，再得到已放大原型的硅橡膠模具，從而燒結或固化得到與原型相同尺寸的成品。目前，這種尺寸放大是通過將RP法中的三維模型放大來實現的。但在各工藝環(huán)節(jié)中變形機理復雜且隨機因素較多，因而對各工藝步驟的精度控制帶來了一定的困難，再加上各工藝環(huán)節(jié)精度之間又存在相互影響和累積效應，導致這種放大方法不僅廢品率高，而且成本高昂，不利于進行收縮率多變的凝膠注模成型技術與快速模具技術的實驗和生產。并且，當凝膠注模成型技術和快速模具技術等成型技術被應用在諸如藝術品、文物、標本等沒有圖紙或三維模型的原型上時，就很難制作出尺寸放大坯體的模具，也就無法按原尺寸復制原型。

發(fā)明內容
本發(fā)明針對現有成型技術的上述不足，提供一種調控硅橡膠模具尺寸的方法，能夠經濟便捷地解決現有成型技術中模具與坯體的收縮問題。本發(fā)明提供的一種調控硅橡膠模具尺寸的方法，包括如下步驟
(I)將硅橡膠模具置于溶劑中浸泡得到預定尺寸的硅橡膠模具，所述溶劑為溶劑 a或者溶劑a與醇類化合物的混合物；所述溶劑a為烷烴、烯烴、醛類化合物、胺類化合物、 酯類化合物、醚類化合物、酮類化合物、芳香烴、萜烯烴、齒代烴和雜環(huán)類化合物中至少一種；(2)將所述預定尺寸的硅橡膠模具的外表面涂刷密封涂料，所述密封涂料經固化后得到密封涂料層；(3)將所述密封涂料層沿所述硅橡膠模具的分模線切開即得經調控尺寸的硅橡膠模具。上述的方法中，所述硅橡膠模具的材質可為熱硫化型(HTV)硅橡膠或室溫硫化型 (RTV)硅橡膠。上述的方法中，所述溶劑a可為四氫呋喃、二甲苯、氯仿、乙酸乙酯、苯乙烯、環(huán)己酮、苯、甲苯、戊烷、己烷、辛烷、環(huán)己烷、甲苯環(huán)己酮、氯苯、二氯苯、二氯甲烷、乙醚、環(huán)氧丙烷、醋酸甲酯、醋酸丙酯、丙酮、甲基丁酮、甲基異丁酮、乙二醇單甲醚、乙二醇單乙醚、乙二醇單丁醚、乙腈、吡啶、苯酚、苯乙烯、全氯乙烯、三氯乙烯、乙烯乙二醇醚和三乙醇胺中至少一種；所述醇類化合物可為乙醇、乙二醇、異丙醇或正丁醇。上述的方法中，當所述硅橡膠模具需調控的放尺率A%小于所述溶劑a對所述硅橡膠模具的放尺率的特定值B%時，將所述硅橡膠模具置于所述溶劑a與醇類化合物的混合物中，所述溶劑a與醇類化合物的體積比V1按照式(I)進行計算V1 = (B-A) /A(I)。上述的方法中，當所述硅橡膠模具需調控的放尺率C%介于溶劑a對所述硅橡膠模具的放尺率的特定值&%與B2%之間時，將所述硅橡膠模具置于對所述硅橡膠模具的放尺率分別為B1^和B2 %的溶劑a的混合物中，放尺率為B1^的溶劑a與放尺率為B2%的溶劑a的體積比V2按照式⑵進行計算V2 = (C-B2) / (B1-C)(2)。上述的方法中，所述溶劑a對所述硅橡膠模具的坯體的放尺率可通過測定得到， 如經測定四氫呋喃、二甲苯、氯仿、乙酸乙酯、苯乙烯和環(huán)己酮對所述硅橡膠模具的放尺率分別為 148%,139%,133%,122%,117% Ρ 111%。上述的方法中，所述浸泡的時間可為I天 5天，具體可為I天或5天。上述的方法中，所述密封涂料可為聚氨基甲酸酯、環(huán)氧樹脂AB膠或石膏。上述的方法中，所述密封涂料層的厚度可為O. 3mm 5mm,具體可為O. 3mm或5mm。硅橡膠模具可根據現有文獻報道的任何方法制備，如可根據下述方法制備制作原型件及表面處理、制造模框、硅橡膠和固化劑計量混合、硅橡膠真空脫泡、注入硅橡膠、開模清理型腔和合模工序。利用本發(fā)明提供的調控硅橡膠模具的方法的有益效果為(I)該方法可對硅橡膠模具進行不同程度的尺寸放大，并且放尺率可以控制，從根本上解決了快速模具技術與凝膠注模成型技術等成型技術中模具與坯體的收縮問題；(2)該方法可在常溫下進行，簡單易行；(3)該方法可對一個硅橡膠模具進行重復使用并且在方便快捷地翻模的同時保持制件原型，經濟實用；
(4)該方法得到的經調控的硅橡膠模具具有良好的仿真性，強度韌性高易于脫模。


圖I為本發(fā)明實施例I中的維納斯雕像三維模型。圖2為本發(fā)明實施例I制備的硅橡膠模具的照片。圖3為本發(fā)明實施例I制備的維納斯石膏件的照片。圖4為本發(fā)明實施例3制備的維納斯合金件的照片
具體實施例方式
下述實施例中所使用的實驗方法如無特殊說明，均為常規(guī)方法。下述實施例中所用的材料、試劑等，如無特殊說明，均可從商業(yè)途徑得到。實施例I、尺寸放大的硅橡膠模具的制備以及其在快速成型技術中的應用(I)、硅橡膠模具的制備(a)制作原型件及表面處理將包含維納斯雕像三維模型(如圖I所示)的STL格式文件傳送至紫外光快速成型機(產品型號CPS250B)，采用美國SOMOS公司的光敏樹脂(產品型號14120)制成該維納斯工藝品的RP原型；對該RP原型進行打磨、拋光處理，保證原型表面光滑。(b)制作模框依據維納斯RP原型的幾何尺寸用熱熔膠粘接KT泡沫板形成?？颉?c)灌注硅橡膠稱取1500g深圳固加(COCA) RTV-2-8310#模具專用硅橡膠，迅速滴入35ml 二辛基錫固化劑，在燒杯中攪拌混合充分后放入上海一恒科學儀器有限公司的真空干燥箱(產品型號BPZ-6090LC)中真空除泡5分鐘，直至硅橡膠不再冒出氣泡；將排過氣的硅橡膠沿著側壁倒入?？?，直到維納斯RP原型淹沒在硅橡膠內。(d)開模在室溫下放置48h，待硅橡膠完全固化后，拆除模框，從分型面位置將硅橡膠模具切開，將維納斯RP原型取出并清洗型腔，即得到硅橡膠模具(如圖2所示)。(2)、硅橡膠模具尺寸的調控將維納斯RP原型的實體測量尺寸與三維模型尺寸進行比對，得到本實施例中的光敏樹脂所制得的維納斯RP原型的固化收縮率為3% ;選擇與該收縮率接近的環(huán)己酮(經測定環(huán)己酮對硅橡膠模具的放尺率為111%)，根據式(I)求得V1為8/103，則將得到的硅橡膠模具放于80ml環(huán)己酮與1030ml乙醇的混溶液中，浸泡5天使硅橡膠模具體積保持恒定； 取出硅橡膠模具的兩個半模，沿分型面合在一起；迅速在浸泡后的硅橡膠模具外表面涂刷 AB組分已混合均勻的海鯨牌環(huán)氧樹脂(產品型號KD-504)，待環(huán)氧樹脂固化形成O. 3mm厚的模具密封涂料層后將該層沿硅橡膠模具分模線切開即得到已調整好尺寸的硅橡膠模具。將本實施例得到的已調整尺寸的硅橡膠模具用四方牌模型石膏粉灌注后得到維納斯石膏件(如圖3所示)，經測量與原維納斯三維模型尺寸完全相同；維納斯石膏件的面部、服飾細節(jié)也與原三維模型一致，沒有變形。實施例2、尺寸放大的硅橡膠模具的制備以及其在快速成型技術中的應用
(I)、硅橡膠模具的制備硅橡膠模具制備的步驟(a)至⑷與實施例I中相同，其區(qū)別僅在于采用改性丙烯酸酯齊聚物(市售工業(yè)品)作為光敏樹脂。(2)、硅橡膠模具尺寸的調控將維納斯RP原型的實體測量尺寸與三維模型尺寸進行比對，得到本實施例中的光敏樹脂所制得的維納斯RP原型的固化收縮率為12% ;選擇與該收縮率接近的苯乙烯與環(huán)己酮(經測定苯乙烯和環(huán)己酮對硅橡膠模具的放尺率分別為117%和111% )，根據式
(2)求得V2為1/5，則將得到的硅橡膠模具放于200ml苯乙烯與IOOOml環(huán)己酮的混溶液中， 浸泡I天使硅橡膠模具體積保持恒定；取出硅橡膠模具的兩個半模，沿分型面合在一起；迅速在浸泡后的硅橡膠模具外表面涂刷聚氨基甲酸酯，待聚氨基甲酸酯固化形成5_厚的模具密封涂料層后將該層沿硅橡膠模具分模線切開即得到已調整好尺寸的硅橡膠模具。將本實施例得到的已調整尺寸的硅橡膠模具用上海頂春牌樹脂石膏灌注后得到維納斯樹脂石膏件，經測量與原維納斯三維模型尺寸完全相同；維納斯石膏件的面部、服飾細節(jié)也與原三維模型一致，沒有變形。實施例3、尺寸放大的硅橡膠模具的制備以及其在凝膠注模成型技術中的應用(I)、硅橡膠模具的制備硅橡膠模具制備的步驟(a)至⑷與實施例I中相同，其區(qū)別僅在于使用德國 EOS激光燒結機激光燒結粒徑100 μ m的聚苯乙烯(PS)粉末(市售工業(yè)品)。(2)、硅橡膠模具尺寸的調控將維納斯RP原型的實體測量尺寸與三維模型尺寸進行比對，得到本實施例中激光燒結所制得的維納斯RP原型的燒結收縮率為2% ;采用凝膠注模成型技術的水溶性丙烯酰胺凝膠體系，以丙烯酰胺(AM)為單體，N, N-二甲基二丙烯酰胺(MBAM)為交聯劑制成鑰質量分數為7. 5%的Ti-Mo坯體，在真空熱壓爐(產品型號ZRY55C)中1300°C燒結3h后收縮率為43%;因此整個凝膠注模工藝需要補償45%的收縮率。選擇與該收縮率接近的四氫呋喃，根據所述公式求得V1為3/145，則將得到的硅橡膠模具放于21ml四氫呋喃與1015ml 乙二醇的混溶液中，浸泡I天使硅橡膠模具體積保持恒定；取出硅橡膠模具的兩個半模， 沿分型面合在一起；迅速在浸泡后的硅橡膠模具外表面涂刷四方牌石膏，待石膏固化形成 5_厚的模具密封涂料層后將該層沿硅橡膠模具分模線切開即得到已調整好尺寸的硅橡膠模具。將本實施例得到的已調整尺寸的硅橡膠模具采用凝膠注模成型技術的水溶性丙烯酰胺凝膠體系，以丙烯酰胺(AM)為單體，N, N-二甲基二丙烯酰胺(MBAM)為交聯劑制成鑰質量分數為7. 5%的Ti-Mo坯體，在真空熱壓爐(產品型號ZRY55C)中1300°C燒結3h后得到維納斯鈦合金件(如圖4所示)，經測量與原維納斯三維模型尺寸完全相同；維納斯合金件的面部、服飾細節(jié)也與原三維模型一致，沒有變形。
權利要求
1.一種調控硅橡膠模具尺寸的方法，包括如下步驟(1)將硅橡膠模具置于溶劑中浸泡得到預定尺寸的硅橡膠模具，所述溶劑為溶劑a或者溶劑a與醇類化合物的混合物；所述溶劑a為烷烴、烯烴、醛類化合物、胺類化合物、酯類化合物、醚類化合物、酮類化合物、芳香烴、萜烯烴、齒代烴和雜環(huán)類化合物中至少一種；(2)將所述預定尺寸的硅橡膠模具的外表面涂刷密封涂料，所述密封涂料經固化后得到密封涂料層；(3)將所述密封涂料層沿所述硅橡膠模具的分模線切開即得經調控尺寸的硅橡膠模具。
2.根據權利要求I所述的方法，其特征在于所述硅橡膠模具的材質為熱硫化型硅橡膠或室溫硫化型硅橡膠。
3.根據權利要求I或2所述的方法，其特征在于所述溶劑a為四氫呋喃、二甲苯、氯仿、乙酸乙酯、苯乙烯、環(huán)己酮、苯、甲苯、戊烷、己烷、辛烷、環(huán)己烷、甲苯環(huán)己酮、氯苯、二氯苯、二氯甲烷、乙醚、環(huán)氧丙烷、醋酸甲酯、醋酸丙酯、丙酮、甲基丁酮、甲基異丁酮、乙二醇單甲醚、乙二醇單乙醚、乙二醇單丁醚、乙腈、吡啶、苯酚、苯乙烯、全氯乙烯、三氯乙烯、乙烯乙二醇醚和三乙醇胺中至少一種；所述醇類化合物為乙醇、乙二醇、異丙醇或正丁醇。
4.根據權利要求1-3中任一所述的方法，其特征在于當所述硅橡膠模具需調控的放尺率A %小于所述溶劑a對所述硅橡膠模具的放尺率的特定值B %時，將所述硅橡膠模具置于所述溶劑a與醇類化合物的混合物中，所述溶劑a與醇類化合物的體積比V1按照式(I) 進行計算V1 = (B-A)/A(I)。
5.根據權利要求1-3中任一所述的方法，其特征在于當所述硅橡膠模具需調控的放尺率C%介于溶劑a對所述硅橡膠模具的放尺率的特定值B1^與B2%之間時，將所述硅橡膠模具置于對所述硅橡膠模具的放尺率分別為B1^和B2%的溶劑a的混合物中，放尺率為 B1^的溶劑a與放尺率為B2 %的溶劑a的體積比V2按照式(2)進行計算V2 = (C-B2)Z(B1-C)(2)。
6.根據權利要求1-5中任一所述的方法，其特征在于所述浸泡的時間為I天 5天。
7.根據權利要求1-6中任一所述的方法，其特征在于所述密封涂料為聚氨基甲酸酯、 環(huán)氧樹脂AB膠或石膏。
8.根據權利要求1-7中任一所述的方法，其特征在于所述密封涂料層的厚度為O.3mm 5mmο
全文摘要
本發(fā)明公開了一種調控硅橡膠模具尺寸的方法。該方法包括如下步驟(1)將硅橡膠模具置于溶劑中浸泡得到預定尺寸的硅橡膠模具，所述溶劑為溶劑a或者溶劑a與醇類化合物的混合物；(2)將所述預定尺寸的硅橡膠模具的外表面涂刷密封涂料，所述密封涂料經固化后得到密封涂料層；(3)將所述密封涂料層沿所述硅橡膠模具的分模線切開即得經調控尺寸的硅橡膠模具。本發(fā)明提供的方法的有益效果為(1)該方法可對硅橡膠模具進行不同程度的尺寸放大，并且放尺率可以控制，從根本上解決了快速模具技術與凝膠注模成型技術等成型技術中模具與坯體的收縮問題；(2)該方法可在常溫下進行，簡單易行。
文檔編號B29C33/40GK102581993SQ20121003795
公開日2012年7月18日 申請日期2012年2月17日 優(yōu)先權日2012年2月17日
發(fā)明者張曉蕊, 郭雷辰 申請人:郭雷辰