專利名稱：新型可發(fā)性共聚樹(shù)脂及制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明一種用于制造消失模型材料的可發(fā)性共聚樹(shù)脂(簡(jiǎn)稱StMMA)制備方法，屬消失模鑄造材料制造領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
鑄造工藝中采用的消失模鑄造(即EPC工藝)是一種無(wú)余量、精確成型的新工藝。由于采用易氣化的泡沫塑料作模型，無(wú)需取模、無(wú)分型面、無(wú)泥芯，因而無(wú)飛邊毛刺，無(wú)拔模斜度，減少了由型芯塊組合而造成的尺寸誤差。尺寸精度和表面粗糙度接近熔模鑄造。因?yàn)橄ｈT造采用干砂造型，根除了由于型砂中的水、粘結(jié)劑及其他添加劑帶來(lái)的缺陷，鑄造廢品率顯著下降。尤其是這種新工藝對(duì)操作工人技術(shù)水平要求不高，就可獲得高質(zhì)量的鑄件。其次，消失模鑄造容易實(shí)現(xiàn)消潔生產(chǎn)。澆注時(shí)模型分解產(chǎn)生的有機(jī)物少，有機(jī)物的排放量只占澆注鐵水重量的O.3％，而自硬砂有機(jī)物占到5％。同時(shí)產(chǎn)生有機(jī)物的時(shí)間短，地點(diǎn)集中易于通過(guò)負(fù)壓抽吸集中處理排放，實(shí)現(xiàn)對(duì)環(huán)境的無(wú)公害排放。此外舊砂回收率為97％以上，省去了砂型鑄造配砂和舊砂回收利用的操作系統(tǒng)，減少了石英粉危害三是為鑄件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)提供了充分的自由度，原先由多個(gè)零件加工組裝的構(gòu)件，可以通過(guò)分片制模然后粘結(jié)起來(lái)整體鑄出，原先需加工形成的孔、洞可以直接鑄出，因而大大節(jié)約了加工裝配工時(shí)和費(fèi)用，同時(shí)也減少加工裝備投資。一般說(shuō)采用EPC工藝，設(shè)備投資可降低30～50％，鑄件成本可降低10～30％。但，其存在的不足是一是模型澆注黑色金屬時(shí)出現(xiàn)的碳缺陷問(wèn)題；二是由于EPS分子中含有熱力學(xué)穩(wěn)定的富碳的苯結(jié)構(gòu)，使之很難分解；三是由于EPS分解速度比較慢，是一種無(wú)序的斷裂方式分解，并產(chǎn)生大量的液體，這些液體長(zhǎng)時(shí)間與熔融的金屬液接觸使具有苯環(huán)結(jié)構(gòu)中碳氧鍵裂解，形成氫和碳，增加了碳被型腔捕集的機(jī)會(huì)，而在砂子中含有一些粘稠狀的殘留物，為砂子的再利用帶來(lái)了問(wèn)題。由上知用EPS模型主要缺點(diǎn)是易引起鑄鐵及鑄鋼件的碳缺陷。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明設(shè)計(jì)目的避免背景技術(shù)中的不足之處，設(shè)計(jì)一種能夠有效果避免EPS模型澆注黑色金屬時(shí)出現(xiàn)的碳缺陷難題。
大家知道，在消失模鑄造工藝中，模型制造是一個(gè)非常重要的關(guān)鍵，已為人們所共識(shí)，選擇什么樣的原材料和制造工藝，以獲得密度低、尺寸精確、表面光潔的模型是獲得優(yōu)質(zhì)鑄件的前提。為此，本發(fā)明在對(duì)消失模鑄造模型材料的設(shè)計(jì)上力求達(dá)到一是氣化溫度和發(fā)氣量低；二是氣化迅速、完全、殘留物要少；三是密度小、強(qiáng)度和表面剛性好，以使模樣在在制造、搬運(yùn)和干砂填充過(guò)程中不易損傷，確保模樣尺寸和形狀穩(wěn)定；四是品種規(guī)格齊全，以適應(yīng)不同材質(zhì)及結(jié)構(gòu)的鑄件和制模需要。為了實(shí)現(xiàn)上述技術(shù)要求，本發(fā)明在對(duì)背景技術(shù)中------可發(fā)性聚苯乙烯(EPS)的基礎(chǔ)上，經(jīng)過(guò)數(shù)年的反復(fù)論證、試驗(yàn)、研究，開(kāi)發(fā)出既能夠繼承EPS優(yōu)點(diǎn)，又能夠徹底有效地避免EPS的苯乙烯--甲基丙烯酸甲脂共聚樹(shù)脂(StMMA)，以實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的設(shè)計(jì)目的。其技術(shù)方案①新型可發(fā)性共聚樹(shù)脂，(重量分?jǐn)?shù))至少含有混合單體100、去離子水150～300、分散劑0.3～0.6、發(fā)泡劑8～15、引發(fā)劑0.3～0.8、改性助劑0.02～0.1。②新型可發(fā)性共聚樹(shù)脂，其分子結(jié)構(gòu)， ③新型可發(fā)性共聚樹(shù)脂制備方法，如權(quán)利要求1～3所述，把0.3～0.8引發(fā)劑、0.02～0.1改性助劑、8～15發(fā)泡劑、100混合單體混合，加入0.3～0.6分散劑及150～300去離子水進(jìn)行聚合后，用水水洗后、廢水排掉，干燥聚合物、混合后，再篩分得可發(fā)性樹(shù)脂球粒，最后包裝成成品。
表1，是EPS、StMMA的性能對(duì)照表。從表1中可以得知本發(fā)明與背景技術(shù)相比所具有的優(yōu)點(diǎn)如下一是分子結(jié)構(gòu)不同，EPS分子中有8個(gè)碳，碳含量為92％，而StMMA共聚樹(shù)脂(MMA∶St＝70∶30)碳含量為69.6％，并且StMMA分子中有2個(gè)氧原子，在澆注溫度下，一般氧以CO氣體形式逸出。因此，每個(gè)氧原子要消除一個(gè)碳原子，進(jìn)一步減少殘?zhí)籍a(chǎn)生的可能性。因此，解決了在EPC工藝中用EPS模型澆注黑色金屬時(shí)出現(xiàn)的碳缺陷問(wèn)題，解決了EPS模型材料造成的鋼鑄件“增碳”問(wèn)題；二是克服了用EPS模型材料澆注鋼鑄件時(shí)因表面嚴(yán)重增碳所造成的鑄件缺陷；三是玻璃化轉(zhuǎn)變溫度不同，EPS為80～100℃，StMMA為1 00～105℃；四是EPS適用范圍小，StMMA適用范圍大(見(jiàn)表2)；五是EPS顆粒大，只能用于制作壁厚的鑄件，無(wú)法制作壁薄的鑄件，而StMMA樹(shù)脂具有優(yōu)良的阻隔性，使之有可能用更細(xì)(0.17-0.20mm)珠粒，生產(chǎn)薄壁(2.0-2.5mm)鑄件。因此，既可以制作壁厚的鑄件，又可以制作壁薄的鑄件；六是StMMA分解物主要?dú)怏w，能很快通過(guò)涂層逸出，澆注后用過(guò)砂子很干凈，流動(dòng)性好，完全可重復(fù)使用。
附表說(shuō)明表1是EPS、StMMA的性能對(duì)照表。
表2是產(chǎn)品質(zhì)量指標(biāo)及應(yīng)用范圍。


圖1是新型可發(fā)性共聚樹(shù)脂制備方法的方框示意圖。
圖2是消失模鑄造模型的成型工藝方框圖示意圖。
具體實(shí)施例方式實(shí)施例1新型可發(fā)性共聚樹(shù)脂，(重量分?jǐn)?shù))至少含有混合單體100、去離子水300、分散劑0.3、發(fā)泡劑8、引發(fā)劑0.8、改性助劑0.1?；旌蠁误w由甲基丙烯酸甲酯(MMA)、苯乙烯(ST)構(gòu)成，其MMA∶ST＝5∶95；引發(fā)劑為有機(jī)過(guò)氧化物BPO，TBPO，TBPB；發(fā)泡劑為C4-C6低沸點(diǎn)烴類化合物；改性助劑主要有二乙烯苯(DVB)，二甲基丙烯酸乙二醇酯(DMAE)，甲基丙烯酸十六烷酯等；分散劑為纖維素醚，主要有羥乙基纖維素醚，羥丙基纖維素醚等。
實(shí)施例2在實(shí)施例1的基礎(chǔ)上，(重量分?jǐn)?shù))混合單體100、去離子水150、分散劑0.6、發(fā)泡劑15、引發(fā)劑0.3、改性助劑0.02。其MMA∶ST＝95∶5。
實(shí)施例3在實(shí)施例1的基礎(chǔ)上，(重量分?jǐn)?shù))混合單體100、去離子水225、分散劑0.45、發(fā)泡劑11.5、引發(fā)劑0.55、改性助劑0.06。其MMA∶ST＝50∶50。
實(shí)施例4新型可發(fā)性共聚樹(shù)脂制備方法，如權(quán)利要求1～3所述，首先把有機(jī)過(guò)氧化物引發(fā)劑、改性助劑、發(fā)泡劑加入到由甲基丙烯酸甲脂(MMA)、苯乙烯(ST)構(gòu)成的單體中構(gòu)成混合均勻的混合單體；其次把去離子水加入聚合反應(yīng)釜中，并在攪拌下加入分散劑羥乙基纖維素醚、羥丙基纖維素醚溶介混合均勻后，密封聚合釜、通N2氣排除釜中空氣(氧氣)后加入上述混合單體，聚合反應(yīng)溫度60～95℃、15～22小時(shí)、壓力3～6Kg，反應(yīng)結(jié)束后將殘留物用水洗凈、脫水，干燥溫度≤40℃條件下干燥即得可發(fā)性樹(shù)脂球粒。分散劑一次性加入聚合反應(yīng)中；水洗是指將殘留單體洗凈；干燥溫度小于40℃；混合時(shí)加入＞1％的抗靜電劑或表面活性劑；篩分是指標(biāo)樣篩分。
實(shí)施例5消失模鑄造模型的成型工藝1、原始珠粒選用根據(jù)鑄件材質(zhì)及對(duì)鑄件的質(zhì)量要求來(lái)選擇品種，再根據(jù)鑄件的最小壁厚來(lái)選用珠粒規(guī)格。
2、預(yù)發(fā)泡消失模式鑄造用珠粒的預(yù)發(fā)泡常采用間歇式預(yù)發(fā)機(jī)。間歇式預(yù)發(fā)機(jī)有兩種即間歇式蒸汽預(yù)發(fā)泡機(jī)和真空式預(yù)發(fā)泡機(jī)。
3、干燥、熟化一般需用流化床干燥處理，干燥風(fēng)溫為25～35℃，使珠粒含水率降至2％以下；經(jīng)預(yù)發(fā)后的珠粒內(nèi)部呈減壓狀態(tài)。為了使其穩(wěn)定，通常須存放一段時(shí)間后才能使用，這段時(shí)間稱為熟化。
4、成型發(fā)泡消失模泡沫塑料一般采用蒸缸成型或壓機(jī)成型兩種工藝；壓機(jī)有平板機(jī)和自動(dòng)機(jī)等，大多采用立式平板機(jī)。
表1 EPS、StMMA的性能

表2產(chǎn)品質(zhì)量指標(biāo)及應(yīng)用范圍

權(quán)利要求
1.一種新型可發(fā)性共聚樹(shù)脂，其特征是(重量分?jǐn)?shù))至少含有混合單體100、去離子水150～300、分散劑0.3～0.6、發(fā)泡劑8～15、引發(fā)劑0.3～0.8、改性助劑0.02～0.1。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的新型可發(fā)性共聚樹(shù)脂，其特征是混合單體由甲基丙烯酸甲酯(MMA)、苯乙烯(ST)構(gòu)成；引發(fā)劑為有機(jī)過(guò)氧化物BPO，TBPO，TBPB；發(fā)泡劑為C4-C6低沸點(diǎn)烴類化合物；改性助劑主要有二乙烯苯(DVB)，二甲基丙烯酸乙二醇酯(DMAE)，甲基丙烯酸十六烷酯等；分散劑為纖維素醚，主要有羥乙基纖維素醚，羥丙基纖維素醚等。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的新型可發(fā)性共聚樹(shù)脂，其特征是MMA∶ST＝(5～95)∶(95～5)。
4.一種新型可發(fā)性共聚樹(shù)脂，其特征是其分子結(jié)構(gòu)，
5.一種新型可發(fā)性共聚樹(shù)脂制備方法，其特征是如權(quán)利要求1～3所述，引發(fā)劑、改性助劑、發(fā)泡劑、混合單體混合，加入分散劑及去離子水進(jìn)行聚合后，用水水洗后、廢水排掉，干燥聚合物、混合后，再篩分得可發(fā)性樹(shù)脂球粒，最后包裝成成品。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的新型可發(fā)性共聚樹(shù)脂制備方法，其特征是聚合反應(yīng)溫度為65～95℃，時(shí)間15～20小時(shí)，壓力3～6Kg；。水洗是指將殘留單體洗凈；干燥溫度小于40℃；混合時(shí)加入≤1％的抗靜電劑或表面活性劑；篩分是指標(biāo)樣篩分。
全文摘要
本發(fā)明一種用于制造消失模型材料的可發(fā)性共聚樹(shù)脂制備方法,至少由混合單體、去離子水、分散劑、發(fā)泡劑、引發(fā)劑、改性助劑構(gòu)成。優(yōu)點(diǎn):一是分子結(jié)構(gòu)不同,StMMA共聚樹(shù)脂(MMA∶St＝70∶30)碳含量為69.6%,并且StMMA分子中有2個(gè)氧原子,在澆注溫度下,一般氧以CO氣體形式逸出。因此,每個(gè)氧原子要消除一個(gè)碳原子,進(jìn)一步減少殘?zhí)籍a(chǎn)生的可能性。因此,解決了在EPC工藝中用EPS模型澆注黑色金屬時(shí)出現(xiàn)的碳缺陷問(wèn)題,解決了EPS模型材料造成的鋼鑄件“增碳”問(wèn)題；二是StMMA樹(shù)脂具有優(yōu)良的阻隔性,使之有可能用更細(xì)(0.17－0.20mm)珠粒,生產(chǎn)薄壁(2.0－2.5mm)鑄件。因此,既可以制作壁厚的鑄件,又可以制作壁薄的鑄件；三是StMMA分解物主要?dú)怏w,能很快通過(guò)涂層逸出,澆注后用過(guò)砂子很干凈,流動(dòng)性好,完全可重復(fù)使用。
文檔編號(hào)C08J9/20GK1422878SQ0211801
公開(kāi)日2003年6月11日 申請(qǐng)日期2002年4月16日 優(yōu)先權(quán)日2002年4月16日
發(fā)明者唐鎖云, 韓曉紅 申請(qǐng)人:杭州余杭亞太化工有限公司