CN102581993A

CN102581993A - 一种调控硅橡胶模具尺寸的方法

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Publication number: CN102581993A
Application number: CN2012100379536A
Authority: CN
Inventors: 郭雷辰; 张晓蕊
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2012-02-17
Filing date: 2012-02-17
Publication date: 2012-07-18
Anticipated expiration: 2032-02-17
Also published as: CN102581993B

Abstract

本发明公开了一种调控硅橡胶模具尺寸的方法。该方法包括如下步骤：(1)将硅橡胶模具置于溶剂中浸泡得到预定尺寸的硅橡胶模具，所述溶剂为溶剂a或者溶剂a与醇类化合物的混合物；(2)将所述预定尺寸的硅橡胶模具的外表面涂刷密封涂料，所述密封涂料经固化后得到密封涂料层；(3)将所述密封涂料层沿所述硅橡胶模具的分模线切开即得经调控尺寸的硅橡胶模具。本发明提供的方法的有益效果为：(1)该方法可对硅橡胶模具进行不同程度的尺寸放大，并且放尺率可以控制，从根本上解决了快速模具技术与凝胶注模成型技术等成型技术中模具与坯体的收缩问题；(2)该方法可在常温下进行，简单易行。

Description

一种调控硅橡胶模具尺寸的方法

技术领域

本发明涉及一种调控硅橡胶模具尺寸的方法，可用于解决快速成型技术与凝胶注模成型技术中模具与坯体收缩问题。

背景技术

快速成型技术(Rapid Prototyping或RP)在新产品试制或单件小批量生产时，可以降低成本，大大缩短产品周期，将新产品快速投入市场。快速成型技术的工艺流程为：按照产品的三维模型在快速成型机中逐层累加光固化树脂从而制作出原型，然后利用硅橡胶模具翻制出石膏或树脂的样件。根据国外统计，快速模具技术只需要传统加工方法30％～50％的工时和20％～35％的成本，就能直接制造产品的试制模或用于批量生产的金属模具。目前，快速成型技术已广泛地应用于机械、电子、汽车、航空和航天等领域。

凝胶注模成型(注凝成型或Gel-casting)工艺是继注射成型发展起来的一种极具前景的新型陶瓷成型工艺，由美国橡树岭国家实验室研制开发成功。凝胶注模成型的工艺流程是：将有机单体与溶剂配制成一定浓度的预混液，金属或陶瓷粉末悬浮于其中制成低粘度、高固相含量的浓悬浮体，加入引发剂及催化剂之后，将这种浓悬浮体浆料注入硅橡胶模具中，在一定的温度条件下，有机聚合物单体交联聚合成三维网络状聚合物凝胶，并使粉末颗粒原位粘结而固化形成坯体。坯体经干燥、烧结得到致密产品。

然而，上述快速成型技术与凝胶注模成型工艺都需要对收缩率进行矫正。这种收缩率来自于两个方面，一是硅橡胶本身固化后的收缩，二是坯体固化或烧结过程中的收缩。坯体收缩视情况而定：在凝胶注模成型技术中，不同材质的坯体在不同温度下烧结的收缩率不同，例如氧化锆陶瓷在烧结温度为1550℃时收缩率大约为18％左右，而铁粉在1200℃和1150℃的烧结温度下收缩率分别为18.7％和19.2％左右；在快速模具技术的光固化快速成型中，光固化树脂-环氧丙烯酸酯的固化收缩率从3.95％到5.84％不等。

因此，常常需要将原型做不同比例的放大，先做出比原型更大的坯体，再得到已放大原型的硅橡胶模具，从而烧结或固化得到与原型相同尺寸的成品。目前，这种尺寸放大是通过将RP法中的三维模型放大来实现的。但在各工艺环节中变形机理复杂且随机因素较多，因而对各工艺步骤的精度控制带来了一定的困难，再加上各工艺环节精度之间又存在相互影响和累积效应，导致这种放大方法不仅废品率高，而且成本高昂，不利于进行收缩率多变的凝胶注模成型技术与快速模具技术的实验和生产。并且，当凝胶注模成型技术和快速模具技术等成型技术被应用在诸如艺术品、文物、标本等没有图纸或三维模型的原型上时，就很难制作出尺寸放大坯体的模具，也就无法按原尺寸复制原型。

发明内容

本发明针对现有成型技术的上述不足，提供一种调控硅橡胶模具尺寸的方法，能够经济便捷地解决现有成型技术中模具与坯体的收缩问题。

本发明提供的一种调控硅橡胶模具尺寸的方法，包括如下步骤：

(1)将硅橡胶模具置于溶剂中浸泡得到预定尺寸的硅橡胶模具，所述溶剂为溶剂a或者溶剂a与醇类化合物的混合物；所述溶剂a为烷烃、烯烃、醛类化合物、胺类化合物、酯类化合物、醚类化合物、酮类化合物、芳香烃、萜烯烃、卤代烃和杂环类化合物中至少一种；

(2)将所述预定尺寸的硅橡胶模具的外表面涂刷密封涂料，所述密封涂料经固化后得到密封涂料层；

(3)将所述密封涂料层沿所述硅橡胶模具的分模线切开即得经调控尺寸的硅橡胶模具。

上述的方法中，所述硅橡胶模具的材质可为热硫化型(HTV)硅橡胶或室温硫化型(RTV)硅橡胶。

上述的方法中，所述溶剂a可为四氢呋喃、二甲苯、氯仿、乙酸乙酯、苯乙烯、环己酮、苯、甲苯、戊烷、己烷、辛烷、环己烷、甲苯环己酮、氯苯、二氯苯、二氯甲烷、乙醚、环氧丙烷、醋酸甲酯、醋酸丙酯、丙酮、甲基丁酮、甲基异丁酮、乙二醇单甲醚、乙二醇单乙醚、乙二醇单丁醚、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种；所述醇类化合物可为乙醇、乙二醇、异丙醇或正丁醇。

上述的方法中，当所述硅橡胶模具需调控的放尺率A％小于所述溶剂a对所述硅橡胶模具的放尺率的特定值B％时，将所述硅橡胶模具置于所述溶剂a与醇类化合物的混合物中，所述溶剂a与醇类化合物的体积比V₁按照式(1)进行计算：

V₁＝(B-A)/A (1)。

上述的方法中，当所述硅橡胶模具需调控的放尺率C％介于溶剂a对所述硅橡胶模具的放尺率的特定值B₁％与B₂％之间时，将所述硅橡胶模具置于对所述硅橡胶模具的放尺率分别为B₁％和B₂％的溶剂a的混合物中，放尺率为B₁％的溶剂a与放尺率为B₂％的溶剂a的体积比V₂按照式(2)进行计算：

V₂＝(C-B₂)/(B₁-C) (2)。

上述的方法中，所述溶剂a对所述硅橡胶模具的坯体的放尺率可通过测定得到，如经测定四氢呋喃、二甲苯、氯仿、乙酸乙酯、苯乙烯和环己酮对所述硅橡胶模具的放尺率分别为148％、139％、133％、122％、117％和111％。

上述的方法中，所述浸泡的时间可为1天～5天，具体可为1天或5天。

上述的方法中，所述密封涂料可为聚氨基甲酸酯、环氧树脂AB胶或石膏。

上述的方法中，所述密封涂料层的厚度可为0.3mm～5mm，具体可为0.3mm或5mm。

硅橡胶模具可根据现有文献报道的任何方法制备，如可根据下述方法制备：制作原型件及表面处理、制造模框、硅橡胶和固化剂计量混合、硅橡胶真空脱泡、注入硅橡胶、开模清理型腔和合模工序。

利用本发明提供的调控硅橡胶模具的方法的有益效果为：

(1)该方法可对硅橡胶模具进行不同程度的尺寸放大，并且放尺率可以控制，从根本上解决了快速模具技术与凝胶注模成型技术等成型技术中模具与坯体的收缩问题；

(2)该方法可在常温下进行，简单易行；

(3)该方法可对一个硅橡胶模具进行重复使用并且在方便快捷地翻模的同时保持制件原型，经济实用；

(4)该方法得到的经调控的硅橡胶模具具有良好的仿真性，强度韧性高易于脱模。

附图说明

图1为本发明实施例1中的维纳斯雕像三维模型。

图2为本发明实施例1制备的硅橡胶模具的照片。

图3为本发明实施例1制备的维纳斯石膏件的照片。

图4为本发明实施例3制备的维纳斯合金件的照片

具体实施方式

下述实施例中所使用的实验方法如无特殊说明，均为常规方法。

下述实施例中所用的材料、试剂等，如无特殊说明，均可从商业途径得到。

实施例1、尺寸放大的硅橡胶模具的制备以及其在快速成型技术中的应用

(1)、硅橡胶模具的制备

(a)制作原型件及表面处理

将包含维纳斯雕像三维模型(如图1所示)的STL格式文件传送至紫外光快速成型机(产品型号CPS250B)，采用美国SOMOS公司的光敏树脂(产品型号14120)制成该维纳斯工艺品的RP原型；对该RP原型进行打磨、抛光处理，保证原型表面光滑。

(b)制作模框

依据维纳斯RP原型的几何尺寸用热熔胶粘接KT泡沫板形成模框。

(c)灌注硅橡胶

称取1500g深圳固加(COCA)RTV-2-8310#模具专用硅橡胶，迅速滴入35ml二辛基锡固化剂，在烧杯中搅拌混合充分后放入上海一恒科学仪器有限公司的真空干燥箱(产品型号BPZ-6090LC)中真空除泡5分钟，直至硅橡胶不再冒出气泡；将排过气的硅橡胶沿着侧壁倒入模框，直到维纳斯RP原型淹没在硅橡胶内。

(d)开模

在室温下放置48h，待硅橡胶完全固化后，拆除模框，从分型面位置将硅橡胶模具切开，将维纳斯RP原型取出并清洗型腔，即得到硅橡胶模具(如图2所示)。

(2)、硅橡胶模具尺寸的调控

将维纳斯RP原型的实体测量尺寸与三维模型尺寸进行比对，得到本实施例中的光敏树脂所制得的维纳斯RP原型的固化收缩率为3％；选择与该收缩率接近的环己酮(经测定环己酮对硅橡胶模具的放尺率为111％)，根据式(1)求得V₁为8/103，则将得到的硅橡胶模具放于80ml环己酮与1030ml乙醇的混溶液中，浸泡5天使硅橡胶模具体积保持恒定；取出硅橡胶模具的两个半模，沿分型面合在一起；迅速在浸泡后的硅橡胶模具外表面涂刷AB组分已混合均匀的海鲸牌环氧树脂(产品型号：KD-504)，待环氧树脂固化形成0.3mm厚的模具密封涂料层后将该层沿硅橡胶模具分模线切开即得到已调整好尺寸的硅橡胶模具。

将本实施例得到的已调整尺寸的硅橡胶模具用四方牌模型石膏粉灌注后得到维纳斯石膏件(如图3所示)，经测量与原维纳斯三维模型尺寸完全相同；维纳斯石膏件的面部、服饰细节也与原三维模型一致，没有变形。

实施例2、尺寸放大的硅橡胶模具的制备以及其在快速成型技术中的应用

(1)、硅橡胶模具的制备

硅橡胶模具制备的步骤(a)至(d)与实施例1中相同，其区别仅在于：采用改性丙烯酸酯齐聚物(市售工业品)作为光敏树脂。

(2)、硅橡胶模具尺寸的调控

将维纳斯RP原型的实体测量尺寸与三维模型尺寸进行比对，得到本实施例中的光敏树脂所制得的维纳斯RP原型的固化收缩率为12％；选择与该收缩率接近的苯乙烯与环己酮(经测定苯乙烯和环己酮对硅橡胶模具的放尺率分别为117％和111％)，根据式(2)求得V₂为1/5，则将得到的硅橡胶模具放于200ml苯乙烯与1000ml环己酮的混溶液中，浸泡1天使硅橡胶模具体积保持恒定；取出硅橡胶模具的两个半模，沿分型面合在一起；迅速在浸泡后的硅橡胶模具外表面涂刷聚氨基甲酸酯，待聚氨基甲酸酯固化形成5mm厚的模具密封涂料层后将该层沿硅橡胶模具分模线切开即得到已调整好尺寸的硅橡胶模具。

将本实施例得到的已调整尺寸的硅橡胶模具用上海顶春牌树脂石膏灌注后得到维纳斯树脂石膏件，经测量与原维纳斯三维模型尺寸完全相同；维纳斯石膏件的面部、服饰细节也与原三维模型一致，没有变形。

实施例3、尺寸放大的硅橡胶模具的制备以及其在凝胶注模成型技术中的应用

(1)、硅橡胶模具的制备

硅橡胶模具制备的步骤(a)至(d)与实施例1中相同，其区别仅在于：使用德国EOS激光烧结机激光烧结粒径100μm的聚苯乙烯(PS)粉末(市售工业品)。

(2)、硅橡胶模具尺寸的调控

将维纳斯RP原型的实体测量尺寸与三维模型尺寸进行比对，得到本实施例中激光烧结所制得的维纳斯RP原型的烧结收缩率为2％；采用凝胶注模成型技术的水溶性丙烯酰胺凝胶体系，以丙烯酰胺(AM)为单体，N，N-二甲基二丙烯酰胺(MBAM)为交联剂制成钼质量分数为7.5％的Ti-Mo坯体，在真空热压炉(产品型号：ZRY55C)中1300℃烧结3h后收缩率为43％；因此整个凝胶注模工艺需要补偿45％的收缩率。选择与该收缩率接近的四氢呋喃，根据所述公式求得V₁为3/145，则将得到的硅橡胶模具放于21ml四氢呋喃与1015ml乙二醇的混溶液中，浸泡1天使硅橡胶模具体积保持恒定；取出硅橡胶模具的两个半模，沿分型面合在一起；迅速在浸泡后的硅橡胶模具外表面涂刷四方牌石膏，待石膏固化形成5mm厚的模具密封涂料层后将该层沿硅橡胶模具分模线切开即得到已调整好尺寸的硅橡胶模具。

将本实施例得到的已调整尺寸的硅橡胶模具采用凝胶注模成型技术的水溶性丙烯酰胺凝胶体系，以丙烯酰胺(AM)为单体，N，N-二甲基二丙烯酰胺(MBAM)为交联剂制成钼质量分数为7.5％的Ti-Mo坯体，在真空热压炉(产品型号：ZRY55C)中1300℃烧结3h后得到维纳斯钛合金件(如图4所示)，经测量与原维纳斯三维模型尺寸完全相同；维纳斯合金件的面部、服饰细节也与原三维模型一致，没有变形。

Claims

1.一种调控硅橡胶模具尺寸的方法，包括如下步骤：

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：所述硅橡胶模具的材质为热硫化型硅橡胶或室温硫化型硅橡胶。

3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于：所述溶剂a为四氢呋喃、二甲苯、氯仿、乙酸乙酯、苯乙烯、环己酮、苯、甲苯、戊烷、己烷、辛烷、环己烷、甲苯环己酮、氯苯、二氯苯、二氯甲烷、乙醚、环氧丙烷、醋酸甲酯、醋酸丙酯、丙酮、甲基丁酮、甲基异丁酮、乙二醇单甲醚、乙二醇单乙醚、乙二醇单丁醚、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种；所述醇类化合物为乙醇、乙二醇、异丙醇或正丁醇。

4.根据权利要求1-3中任一所述的方法，其特征在于：当所述硅橡胶模具需调控的放尺率A％小于所述溶剂a对所述硅橡胶模具的放尺率的特定值B％时，将所述硅橡胶模具置于所述溶剂a与醇类化合物的混合物中，所述溶剂a与醇类化合物的体积比V₁按照式(1)进行计算：

V₁＝(B-A)/A (1)。

5.根据权利要求1-3中任一所述的方法，其特征在于：当所述硅橡胶模具需调控的放尺率C％介于溶剂a对所述硅橡胶模具的放尺率的特定值B₁％与B₂％之间时，将所述硅橡胶模具置于对所述硅橡胶模具的放尺率分别为B₁％和B₂％的溶剂a的混合物中，放尺率为B₁％的溶剂a与放尺率为B₂％的溶剂a的体积比V₂按照式(2)进行计算：

V₂＝(C-B₂)/(B₁-C) (2)。

6.根据权利要求1-5中任一所述的方法，其特征在于：所述浸泡的时间为1天～5天。

7.根据权利要求1-6中任一所述的方法，其特征在于：所述密封涂料为聚氨基甲酸酯、环氧树脂AB胶或石膏。

8.根据权利要求1-7中任一所述的方法，其特征在于：所述密封涂料层的厚度为0.3mm～5mm。