CN1213086C - 新型可发性共聚树脂及制备方法 - Google Patents

新型可发性共聚树脂及制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明一种用于制造消失模型材料的可发性共聚树脂制备方法，至少由混合单体、去离子水、分散剂、发泡剂、引发剂、改性助剂构成。优点：一是分子结构不同，StMMA共聚树脂(MMA∶St＝70∶30)碳含量为69.6%，并且StMMA分子中有2个氧原子，在浇注温度下，一般氧以CO气体形式逸出。因此，每个氧原子要消除一个碳原子，进一步减少残碳产生的可能性。因此，解决了在EPC工艺中用EPS模型浇注黑色金属时出现的碳缺陷问题，解决了EPS模型材料造成的钢铸件“增碳”问题；二是StMMA树脂具有优良的阻隔性，使之有可能用更细(0.17-0.20mm)珠粒，生产薄壁(2.0-2.5mm)铸件。因此，既可以制作壁厚的铸件，又可以制作壁薄的铸件；三是StMMA分解物主要气体，能很快通过涂层逸出，浇注后用过砂子很干净，流动性好，完全可重复使用。

Description

新型可发性共聚树脂及制备方法
技术领域：
本发明一种用于制造消失模型材料的可发性共聚树脂(简称StMMA)制备方法，属消失模铸造材料制造领域。
背景技术：
铸造工艺中采用的消失模铸造(即EPC工艺)是一种无余量、精确成型的新工艺。由于采用易气化的泡沫塑料作模型，无需取模、无分型面、无泥芯，因而无飞边毛刺，无拔模斜度，减少了由型芯块组合而造成的尺寸误差。尺寸精度和表面粗糙度接近熔模铸造。因为消失模铸造采用干砂造型，根除了由于型砂中的水、粘结剂及其他添加剂带来的缺陷，铸造废品率显著下降。尤其是这种新工艺对操作工人技术水平要求不高，就可获得高质量的铸件。其次，消失模铸造容易实现消洁生产。浇注时模型分解产生的有机物少，有机物的排放量只占浇注铁水重量的0.3％，而自硬砂有机物占到5％。同时产生有机物的时间短，地点集中易于通过负压抽吸集中处理排放，实现对环境的无公害排放。此外旧砂回收率为97％以上，省去了砂型铸造配砂和旧砂回收利用的操作系统，减少了石英粉危害；三是为铸件结构设计提供了充分的自由度，原先由多个零件加工组装的构件，可以通过分片制模然后粘结起来整体铸出，原先需加工形成的孔、洞可以直接铸出，因而大大节约了加工装配工时和费用，同时也减少加工装备投资。一般说采用EPC工艺，设备投资可降低30～50％，铸件成本可降低10～30％。但，其存在的不足是：一是模型浇注黑色金属时出现的碳缺陷问题；二是由于EPS分子中含有热力学稳定的富碳的苯结构，使之很难分解；三是由于EPS分解速度比较慢，是一种无序的断裂方式分解，并产生大量的液体，这些液体长时间与熔融的金属液接触使具有苯环结构中碳氧键裂解，形成氢和碳，增加了碳被型腔捕集的机会，而在砂子中含有一些粘稠状的残留物，为砂子的再利用带来了问题。由上知：用EPS模型主要缺点是易引起铸铁及铸钢件的碳缺陷。
发明内容：
本发明设计目的：避免背景技术中的不足之处，设计一种能够有效果避免EPS模型浇注黑色金属时出现的碳缺陷难题。
大家知道，在消失模铸造工艺中，模型制造是一个非常重要的关键，已为人们所共识，选择什么样的原材料和制造工艺，以获得密度低、尺寸精确、表面光洁的模型是获得优质铸件的前提。为此，本发明在对消失模铸造模型材料的设计上力求达到：一是气化温度和发气量低；二是气化迅速、完全、残留物要少；三是密度小、强度和表面刚性好，以使模样在在制造、搬运和干砂填充过程中不易损伤，确保模样尺寸和形状稳定；四是品种规格齐全，以适应不同材质及结构的铸件和制模需要。为了实现上述技术要求，本发明在对背景技术中------可发性聚苯乙烯(EPS)的基础上，经过数年的反复论证、试验、研究，开发出既能够继承EPS优点，又能够彻底有效地避免EPS的苯乙烯--甲基丙烯酸甲脂共聚树脂(StMMA)，以实现本发明的设计目的。其技术方案：①新型可发性共聚树脂，(重量分数)至少含有混合单体100、去离子水150～300、分散剂0.3～0.6、发泡剂8～15、引发剂0.3～0.8、改性助剂0.02～0.1。②新型可发性共聚树脂，其分子结构，
Figure C0211801100041
③新型可发性共聚树脂制备方法，如权利要求1～3所述，把0.3～0.8引发剂、0.02～0.1改性助剂、8～15发泡剂、100混合单体混合，加入0.3～0.6分散剂及150～300去离子水进行聚合后，用水水洗后、废水排掉，干燥聚合物、混合后，再筛分得可发性树脂球粒，最后包装成成品。
表1，是EPS、StMMA的性能对照表。从表1中可以得知本发明与背景技术相比所具有的优点如下：一是分子结构不同，EPS分子中有8个碳，碳含量为92％，而StMMA共聚树脂(MMA∶St＝70∶30)碳含量为69.6％，并且StMMA分子中有2个氧原子，在浇注温度下，一般氧以CO气体形式逸出。因此，每个氧原子要消除一个碳原子，进一步减少残碳产生的可能性。因此，解决了在EPC工艺中用EPS模型浇注黑色金属时出现的碳缺陷问题，解决了EPS模型材料造成的钢铸件“增碳”问题；二是克服了用EPS模型材料浇注钢铸件时因表面严重增碳所造成的铸件缺陷；三是玻璃化转变温度不同，EPS为80～100℃，StMMA为100～105℃；四是EPS适用范围小，StMMA适用范围大(见表2)；五是EPS颗粒大，只能用于制作壁厚的铸件，无法制作壁薄的铸件，而StMMA树脂具有优良的阻隔性，使之有可能用更细(O.17-0.20mm)珠粒，生产薄壁(2.0-2.5mm)铸件。因此，既可以制作壁厚的铸件，又可以制作壁薄的铸件；六是StMMA分解物主要气体，能很快通过涂层逸出，浇注后用过砂子很干净，流动性好，完全可重复使用。
附表说明：
表1是EPS、StMMA的性能对照表。
表2是产品质量指标及应用范围。
附图说明：
图1是新型可发性共聚树脂制备方法的方框示意图。
图2是消失模铸造模型的成型工艺方框图示意图。
具体实施方式：
实施例1：新型可发性共聚树脂，(重量分数)至少含有混合单体100、去离子水300、分散剂0.3、发泡剂8、引发剂0.8、改性助剂0.1。混合单体由甲基丙烯酸甲酯(MMA)、苯乙烯(ST)构成，其MMA∶ST＝5∶95；引发剂为有机过氧化物：BPO，TBPO，TBPB；发泡剂为C4-C6低沸点烃类化合物；改性助剂主要有二乙烯苯(DVB)，二甲基丙烯酸乙二醇酯(DMAE)，甲基丙烯酸十六烷酯等；分散剂为纤维素醚，主要有羟乙基纤维素醚，羟丙基纤维素醚等。
实施例2：在实施例1的基础上，(重量分数)混合单体100、去离子水150、分散剂0.6、发泡剂15、引发剂0.3、改性助剂0.02。其MMA∶ST＝95∶5。
实施例3：在实施例1的基础上，(重量分数)混合单体100、去离子水225、分散剂0.45、发泡剂11.5、引发剂0.55、改性助剂0.06。其MMA∶ST＝50∶50。
实施例4：新型可发性共聚树脂制备方法，如权利要求1～3所述，首先把有机过氧化物引发剂、改性助剂、发泡剂加入到由甲基丙烯酸甲脂(MMA)、苯乙烯(ST)构成的单体中构成混合均匀的混合单体；其次把去离子水加入聚合反应釜中，并在搅拌下加入分散剂羟乙基纤维素醚、羟丙基纤维素醚溶介混合均匀后，密封聚合釜、通N2气排除釜中空气(氧气)后加入上述混合单体，聚合反应温度60～95℃、15～22小时、压力3～6Kg，反应结束后将残留物用水洗净、脱水，干燥温度≤40℃条件下干燥即得可发性树脂球粒。分散剂一次性加入聚合反应中；水洗是指将残留单体洗净；干燥温度小于40℃；混合时加入≤1％的抗静电剂或表面活性剂；筛分是指标样筛分。
实施例5：消失模铸造模型的成型工艺：
1、原始珠粒选用：根据铸件材质及对铸件的质量要求来选择品种，再根据铸件的最小壁厚来选用珠粒规格。
2、预发泡：消失模式铸造用珠粒的预发泡常采用间歇式预发机。间歇式预发机有两种即间歇式蒸汽预发泡机和真空式预发泡机。
3、干燥、熟化：一般需用流化床干燥处理，干燥风温为25～35℃，使珠粒含水率降至2％以下；经预发后的珠粒内部呈减压状态。为了使其稳定，通常须存放一段时间后才能使用，这段时间称为熟化。
4、成型发泡：消失模泡沫塑料一般采用蒸缸成型或压机成型两种工艺；压机有平板机和自动机等，大多采用立式平板机。
表1 EPS、StMMA的性能
Figure C0211801100071
表2产品质量指标及应用范围
  指标        EPS       StMMA
  外观   无色半透明珠粒   半透明乳白色珠粒
  珠粒粒径(mm) 1′(0.60-0.80) 2′(0.40-0.60) 3′(0.30-0.40)4′(0.25-0.30) 5′(0.20-0.25)
  表观密度(g/cm3) 0.55-0.67
  发泡倍数(≥) 50 45
  应用范围 铝、铜合金、灰铁   灰铁、球铁、低碳钢及合金钢、碳钢、不锈钢铸件
  注：1.每一粒径范围的过筛率≥90％2.发泡倍数系指在热空气中用3′料测试条件分别为EPS/100℃；StMMA/120℃；

Claims (5)

1、一种新型可发性共聚树脂，其特征是：重量分数，至少含有甲基丙烯酸甲酯、苯乙烯，其中它的含量比70～95∶30～5；去离子水150～300；分散剂0.3～0.6；发泡剂8～15；引发剂0.3～0.8；改性助剂0.02～0.1。
2、根据权利要求1所述的新型可发性共聚树脂，其特征是：引发剂为叔丁基过氧化异辛酸酯BPO、过氧化苯甲酰TBPO，过氧化苯甲酸叔丁酯TBPB；发泡剂为C4-C6低沸点烃类化合物；改性助剂主要有二乙烯苯DVB，二甲基丙烯酸乙二醇酯DMAE，甲基丙烯酸十六烷酯；分散剂为纤维素醚，主要有羟乙基纤维素醚，羟丙基纤维素醚。
3、根据权利要求1所述的新型可发性共聚树脂，其特征是：
甲基丙烯酸甲酯MMA∶苯乙烯ST＝70∶30和95∶5。
4、一种新型可发性共聚树脂制备方法，其特征是：如权利要求1～3所述，引发剂、改性助剂、发泡剂、混合单体混合，加入分散剂及去离子水进行聚合后，用水水洗后、废水排掉，干燥聚合物、混合后，再筛分得可发性树脂球粒，最后包装成成品。
5、根据权利要求4所述的新型可发性共聚树脂制备方法，其特征是：聚合反应温度为65～95℃，时间15～22小时，压力3～6Kg；水洗是指将残留单体洗净；干燥温度小于40℃；混合时加入≤1％的抗静电剂或表面活性剂；筛分是指标样筛分。
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