鑄造石蠟的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 在用于失蠟鑄造的混合石蠟中對尺寸變化(收縮)的控制，運(yùn)在烙模鑄造領(lǐng)域是公 知的，傳統(tǒng)上一直通過加入惰性的低灰分有機(jī)填料來實(shí)現(xiàn)，W減小制劑的遭受收縮的體積。 該制劑的其余部分包括少量石蠟組分、相容樹脂、添加劑和染料。
[0002] 現(xiàn)已發(fā)現(xiàn)了可W通過較低水平的填料來實(shí)現(xiàn)類似的結(jié)果，或者在一些應(yīng)用中不使 用填料，而是由結(jié)晶石蠟組分的幾個單獨(dú)的"饋分"小屯、混合，當(dāng)"饋分"固化時，通過影響的 程度、晶體的尺寸和結(jié)晶類型來實(shí)現(xiàn)尺寸變化的控制。
【背景技術(shù)】
[000：3] US3，554，949 (Burke)公開了可烙性固體石蠟，結(jié)合有剛性的、不可烙化的、不溶性 交聯(lián)的、膠體大小的乙締基填料顆粒，所述顆粒能提供改善的物理性能，如增加的硬度和強(qiáng) 度。
[0004] US5,518,537(MuscMo)公開了包含熱塑性纖維素乙酸醋樹脂粉末的用于烙模石 蠟的填料。
[0005] US6,326,429(Sturgis等人)公開了石蠟組合物，其包括聚合有機(jī)碳酸醋填料。運(yùn) 些填料能減少收縮，并減少在鑄造過程中發(fā)生的成形和烙化過程的揮發(fā)性有機(jī)化合物的排 放。
[0006] 所謂的"失蠟"工藝被用于鑄件制造已有數(shù)千年?；旧?，該工藝包括:形成石蠟或 各種適宜的石蠟和樹脂的混合物的蠟?zāi)：椭圃炱浣饘倏截?。通常，蠟?zāi)Ｊ峭ㄟ^將熱的液體 或糊狀石蠟注射入可重復(fù)使用的模具產(chǎn)生。該注射過程經(jīng)由任一個罐加載液壓驅(qū)動注射活 塞和噴嘴或通過固體石蠟錠劑的料斗、一個螺紋加載活塞和噴嘴組合進(jìn)行。
[0007] 操作員或工藝負(fù)責(zé)人對于注射裝置有一定程度的控制，運(yùn)使得W下因素，包括:存 儲石蠟的溫度、待注射石蠟的溫度、噴嘴溫度、石蠟的壓力和流速可被優(yōu)化，W獲得所用石 蠟的最佳性能。
[000引注射后，允許蠟?zāi)Ｓ凶銐虻臅r間冷卻到從模具中取出之前可被處理的狀態(tài)。
[0009] 然后將此成品蠟?zāi)Ｓ煤线m的介質(zhì)，例如陶瓷或耐火漿料涂覆（invested),然后將 其固化并變成包被蠟?zāi)５哪＞摺Ｈ缓髮⑾災(zāi)２牧匣蚋Ｓ玫氖炌ㄟ^烙化和/或通過燃燒 從模具中除去，并將烙融金屬倒入現(xiàn)在的空模具中，W產(chǎn)生成品部件。
[0010] 在失蠟鑄造工藝中通常使用的石化衍生的石蠟，被注意到發(fā)生收縮已有好多年 了，該收縮是從液體石蠟到固體結(jié)晶材料的摩爾體積變化中所固有的。
[0011] 石蠟，特別地，具有初始結(jié)晶收縮和由晶體結(jié)構(gòu)的轉(zhuǎn)變引起的后續(xù)的收縮。
[0012] 極性材料如尿素已被用于制造無固有收縮的鑄模，但存在許多缺點(diǎn)。
[0013] 因此，失蠟鑄造業(yè)中使用有機(jī)填料作為混合石蠟制劑內(nèi)收縮中性成分，W減小當(dāng) 它們從液體到固體進(jìn)行相改變時與結(jié)晶石蠟組分收縮相關(guān)的尺寸變化的影響。
[0014] 在用的所有類型的填料在性能、表現(xiàn)和成本方面均有其自身的優(yōu)點(diǎn)和缺點(diǎn)。在過 去的幾年中，隨著石油價格和用于制造填料的原材料的不穩(wěn)定性，填料的成本已日漸成為 一個負(fù)擔(dān)。此外，如果填料包含在石蠟組合物內(nèi)，石蠟組合物作為固體必須能被安全地處 理，并且必須能夠方便地通過烙化或燃燒流出模具。最優(yōu)選的石蠟組合物具有低的灰分含 量；即，小于約0.1%，優(yōu)選在燃燒時按重量計(jì)約0.02%或更低。還需要運(yùn)樣的石蠟組合物具 有足夠的強(qiáng)度和在室溫下足夠硬，W使得蠟?zāi)Ｄ軌蜃灾?，并可W無損處理。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0015] 本發(fā)明包括通過仔細(xì)選擇混合物中使用的石蠟饋分的數(shù)量和性質(zhì)，減少石化石蠟 混合物的固有收縮和使用傳統(tǒng)填料的必要性的方法。
[0016] 根據(jù)本發(fā)明，提供一種用于失蠟鑄造的混合石蠟。
[0017] 根據(jù)本發(fā)明，提供一種用于失蠟鑄造的混合石蠟，包括Ξ種或更多種石蠟或石化 衍生類的石蠟饋分的混合物。
[0018] 優(yōu)選地，Ξ種或更多種石蠟饋分中的每種具有不同的烙點(diǎn)，并且其中每種石蠟饋 分的烙點(diǎn)與另一種石蠟饋分的烙點(diǎn)有3-6Γ的差異。
[0019] 優(yōu)選地，所述Ξ種或更多種石蠟饋分被配制為，其中一種石蠟饋分相對于另一種 石蠟饋分的比例為1:1至11:1。
[0020] 在一個實(shí)施方案中，所述混合石蠟包括四種石蠟或石化類衍生的石蠟饋分的混合 物。在本實(shí)施方案中，第一石蠟饋分優(yōu)選包括烙點(diǎn)在48-5(TC范圍內(nèi)，第二石蠟饋分優(yōu)選包 括烙點(diǎn)在54-57Γ范圍內(nèi)，第Ξ石蠟饋分優(yōu)選包括烙點(diǎn)在60-62Γ范圍內(nèi)和第四石蠟饋分優(yōu) 選包括烙點(diǎn)在65-68°C范圍內(nèi)。
[0021] 優(yōu)選地，所述混合石蠟包括一種或多種有機(jī)樹脂。所述一種或多種有機(jī)樹脂可選 自包括下述成分的組:松香、松香衍生物、松香醋。
[0022] 優(yōu)選地，所述混合石蠟包括一種或多種聚合物。更優(yōu)選地，所述一種或多種聚合物 包含控類聚合物。
[0023] 所述共混石蠟可W進(jìn)一步包含一種或多種惰性有機(jī)填料。所述一種或多種有機(jī)填 料可W選自包括下述成分的組:高烙點(diǎn)有機(jī)酸、多元醇、不飽和單體的交聯(lián)聚合物、纖維素 衍生物、聚醋樹脂、交聯(lián)的或直鏈聚碳酸醋樹脂和雙-酪衍生物。
[0024] 優(yōu)選地，Ξ種或更多種石蠟饋分的混合物占混合石蠟總重量的15~40%。
[0025] 所述混合石蠟按混合石蠟總重量計(jì)還可W包含1-16%的微蠟、0-5%的天然和/或 合成蠟、20-50 %的樹脂材料、0-5 %聚合物和0-30 %的填料。優(yōu)選地，所述填料按混合石蠟 總重量計(jì)含20%或更少。
[0026] 與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)在于：該方法使得達(dá)到給定收縮所需填料的量大 幅減少，從而減小了在混合石蠟中使用填料的不足。
【具體實(shí)施方式】
[0027] 石蠟和其它石化衍生的石蠟作為"饋分"或"級分"提供，表現(xiàn)為軟化點(diǎn)和含有一系 列不同烷基鏈長、結(jié)構(gòu)和分子量的單個化合物。
[0028] 制劑領(lǐng)域的技術(shù)人員經(jīng)常選擇特定烙點(diǎn)的石蠟W達(dá)到所需的烙點(diǎn)和硬度特性，此 夕h已經(jīng)公知的是當(dāng)石蠟與可變特性的樹脂混合時，通過混合兩種饋分來實(shí)現(xiàn)中間的烙點(diǎn) 或?qū)崿F(xiàn)烙點(diǎn)控制。
[0029] 本申請人已發(fā)現(xiàn)，通過使用更廣泛的石蠟或類似的石化衍生石蠟"饋分"而不是一 種特定的"饋分"配制混合石蠟，制劑中任何特定單個化合物或饋分的必要性(prevalence) 得W減小。
[0030] 本申請人發(fā)現(xiàn)具有一個烙點(diǎn)范圍的石蠟混合物可通過具有Ξ種或更多種"饋分" 的混合制劑來獲得(見表1)。
[0031] 表1
[0032]
[0033] 混合物A是一種單一石蠟級分的參考樣本?；旌衔顱-H由各種混合比例組成。饋分1 的烙點(diǎn)約為52-54Γ，饋分5的烙點(diǎn)為66-69°C。
[0034] 需要注意的是，從單一中間石蠟饋分（3)的烙點(diǎn)59.50°C到與由比例為50:50的饋 分1和饋分5組成的的傳統(tǒng)混合物相當(dāng)?shù)睦狱c(diǎn)可通過使用巧巾和5種組分混合實(shí)現(xiàn)。
[0035] 還需要注意的是，本文的混合物圍繞參考"饋分3"均是對稱的，上述結(jié)果表明，所 述混合物不一定與混合物定律(本領(lǐng)域技術(shù)人員在配制混合石蠟時最常用的經(jīng)驗(yàn)法則)完 全相符。
[0036] 當(dāng)烙化的石蠟混合物從液態(tài)冷卻時，晶體形成的點(diǎn)，W及晶體的尺寸和形態(tài)受到 由該制劑內(nèi)的各種石蠟化合物的濃度影響。
[0037] 運(yùn)從反映在石蠟共混物的從冷卻差示掃描量熱法(DSC)跡線中提取的凝固洽可W 看出（見表2)"DSC是用于確定石蠟混合物的熱行為的優(yōu)選技術(shù)。
[0038] 大多數(shù)鑄造石蠟中的尺寸變化歸因于液體組分到結(jié)晶形式的轉(zhuǎn)變，一個從結(jié)晶洽 (ΔΗ)直接可測量的過程。
[0039] 表 2 Γ00401
[0041] ~由于結(jié)晶成一種特定形式的給定分子類型的結(jié)晶洽相當(dāng)固定W及任何殘留的非胃 晶成分還顯示出凝固洽的低變性，W上所記錄的變化幾乎完全是由于源自各種石蠟饋分混 合的總結(jié)晶的減少。
[0042] 那么根據(jù)有機(jī)化合物的預(yù)期行為，不同結(jié)構(gòu)的單個分子的廣泛分布（wide spread)降低了該晶體的形成溫度，并改變了數(shù)量、類型和形成的任何特定晶體的最終尺 寸，運(yùn)可從凝固洽中反映出來。
[0043] 根據(jù)本發(fā)明，提供了一種用于失蠟鑄造的混合石蠟，其中對于所述石蠟從烙融狀 態(tài)或糊狀冷卻引起的收縮可通過廣泛的石蠟"饋分"的混合來控制。
[0044] 冷卻W運(yùn)種方式配制的液體石蠟，或類似配制的糊狀石蠟導(dǎo)致了比由單一或有限 選擇的石蠟"饋分"配制的石蠟更小的尺寸變化。
[0045] 本文描述的多饋分方法的一個令人驚訝的效果是，當(dāng)由制劑引起的結(jié)晶溫度降低 時，石蠟的流動性溫度及可用的糊的形成溫度也一并降低。
[0046] 圖1和2分別示出了常規(guī)鑄造石蠟和多饋分石蠟在不同的冷卻速率下的流變曲線。
[0047] 需要注意的是，加熱和冷卻行為間的滯后度意味著結(jié)晶度的降低不會對形成的蠟 模的熱穩(wěn)定性有任何影響。（參見W上表1的烙點(diǎn)數(shù)據(jù)）
[0048] 對于有經(jīng)驗(yàn)的注塑機(jī)操作者，運(yùn)一意想不到的優(yōu)點(diǎn)有助于進(jìn)一步降低蠟?zāi)Ｊ湛s， 因?yàn)椴僮髡呖蒞針對給定的蠟流在更低的注射溫度下運(yùn)行注塑機(jī)。
[0049] 減少所使用的固體填料的量的能力也有助于石蠟的流動性，因此在較低溫度下注 入而減少收縮也是一大優(yōu)點(diǎn)。
[0050] 多饋分方法的第二個令人驚訝的效果是，通過在較低溫度下注射運(yùn)些低凝固洽制 劑，鑄造石蠟的比較大的零件有少得多的熱量在凝固之前失去，由此得到更快的循環(huán)時間。 現(xiàn)場試驗(yàn)通過各種生產(chǎn)件已經(jīng)證明了運(yùn)一點(diǎn)(表3):
[0化1 ] 表3 「0化 21
[0053]表3中的試件被挑選為復(fù)用于常規(guī)石蠟注射或從模具中除去，具體如下：
[0化4] 零件1-A 30X30X5厘米的空屯、方形板
[0化日]零件2-A25 X 20 X 30厘米的實(shí)屯、卡尺(石蠟冷卻）
[0化6] 零件3-類似于零件2
[0057] 零件4-A22 X 15 X 5實(shí)屯、12.5毫米厚U段，整個"If頂部約束。
[0058] 在配制運(yùn)種類型的混合石蠟時，人們可能會從含有3-7種不同石蠟饋分(優(yōu)選至少 4種)的混合物開始，每種被選定為具有3-6°C的烙點(diǎn)間隔，優(yōu)選4-60°C的烙點(diǎn)間隔，