TW202130727A

TW202130727A - 包模鑄造殼體黏合劑及組成物

Info

Publication number: TW202130727A
Application number: TW109104782A
Authority: TW
Inventors: 蓋文杜力; 葛蘭特布瑞德里; 約翰Ｓ帕拉茲薩克; 曼鈕古拉
Original assignee: 英商睿曼特英國有限公司
Priority date: 2020-02-14
Filing date: 2020-02-14
Publication date: 2021-08-16
Also published as: TWI773965B

Abstract

包含具有在約1 nm與約小於1 μm之平均直徑之親水性原纖維的包模鑄造殼體組成物黏合劑可以被用於包模鑄造殼體組成物或漿料之製備。該等包模鑄造殼體黏合劑及組成物可以被用於一包模鑄造製程以製造具有經改善之殼體構造厚度及強度之包模鑄造殼體。

Description

包模鑄造殼體黏合劑及組成物

發明領域

本發明係有關於包模鑄造殼體組成物黏合劑、包模鑄造殼體組成物及其製備方法。本發明亦有關於包模鑄造殼體以及用於製造一物件之包模鑄造方法。本發明亦有關於用於製備包模鑄造組成物之套組。

發明背景

包模鑄造法，亦稱為脫蠟、失模或精密鑄造法，係一用於製造金屬物件之方法。

該方法典型地涉及以下步驟：(1) 製備該物件的一可消失性預製件(disposable preform) (例如由蠟所形成)；(2) 在該預製件的周圍建造一陶瓷鑄造殼體；(3) 移除該可消失性預製件(例如脫蠟)；(4) 燒結該鑄造殼體；(5) 將熔融金屬澆注於該鑄造殼體；(6) 允許該金屬在該鑄造殼體內冷卻；以及(7) 移除該鑄造殼體。

在步驟(1)中，適合用於該預製件的可消失性材料包括任何會熔化、蒸發或燃燒並同時使該鑄造殼體保持完整之材料。典型地係使用蠟，雖然亦會使用聚苯乙烯及特定的聚合物。

在步驟(2)中，該陶瓷鑄造殼體典型地係在該可消失性預製件模型的周圍形成，係藉由將該預製件浸入於一包模鑄造殼體漿料中以在該預製件上形成一或多個殼體層。典型地，一包模鑄造殼體漿料係由耐火材料與黏合劑之混合物所形成。該耐火材料可由氧化鋁(Al₂ O₃ )、氧化矽(SiO₂ )、鋯石(ZrSiO₄ )、鋁矽酸鹽(Al₂ SiO₅ )所組成。該等黏合劑可以係酒精性或水性，且一般包含膠態氧化矽或矽酸乙酯。典型地，用於包模鑄造殼體之漿料組成物包含75-80%之耐火材料及20-25%之黏合劑。

每次的漿料塗佈(slurry coating)通常會接續一灰泥塗佈(stucco coating)以完成一殼體層。一旦該等殼體層被施加，讓該生坯包模鑄造殼體風乾。重複此等步驟以建造接續的層直到該鑄造殼體具有所欲之厚度。

在步驟(3)中，該可消失性預製件之移除，例如脫蠟，一般係藉由蒸汽高壓滅菌法或閃燒(flash firing)而達成。在此步驟期間，該可消失性預製件被熔化、蒸發或燃燒殆盡，留下具有該物件之一負印記(negative imprint)的生坯殼體模具。

在步驟(4)中，該殼體之燒結可以係藉由壓力或藉由燒成(firing)而開始。然而，習知係使用燒成。燒結將該殼體熔合成一較密集的塊體、降低滲透性並有效地增加殼體強度。

在步驟(5)中，然後該經燒成之殼體模具被熔融金屬填滿。其可藉由使用多種方法而達成，包括重力充填、加壓充填、真空充填及/或藉由離心力充填。一旦該金屬冷卻(步驟(6))，該鑄造殼體被破壞而留下該經鑄造之金屬物件(步驟(7))。

在多階段包模鑄造製程期間，包模鑄造殼體往往係不堅固的且容易破裂。舉例而言，殼體損壞典型地發生在步驟(3)當該可消失性材料擴展進入該殼體，以及發生在步驟(5)當熔融金屬被澆注於該經燒成之殼體，以及發生在搬運期間當該殼體從一步驟至另一步驟在設備之間被移動。

可以藉由增加所施加之漿料層及灰泥層的數目而改善殼體強度，藉此增加殼體厚度。然而，每個額外的漿料塗佈層會增加該包模鑄造製程的時間，因為每個層必須在另一個層於其上形成之前充分地乾燥。材料資源的增加亦會增加該製程的成本。

發明概要

本發明之第一個態樣提供一種包模鑄造殼體組成物黏合劑，該黏合劑包含具有在約1 nm與約1 μm之間之平均直徑的親水性原纖維。

於一些實施態樣中，該等親水性原纖維具有在約1 nm至小於約1 μm之間、在約10 nm至小於約1 μm之間、在約20 nm至小於約1 μm之間、在約10 nm與約900 nm之間、在約20 nm至約100 nm之間、在約50 nm至約500 nm之間、在約50 nm至約400 nm之間、在約50 nm至約350 nm之間、在約100 nm至約400 nm之間、在約100 nm至約350 nm之間、在約100 nm至300 nm之間及其端點之組合的平均直徑。於一些實施態樣中，該等親水性原纖維具有小於約1 μm、小於約900 nm、小於約500 nm、小於約400 nm、小於約300 nm的平均直徑。

於一些實施態樣中，該等親水性原纖維具有在約100 nm至約100 μm之間、在約500 nm至約100 μm之間、在約10 μm至約100 μm之間的平均長度。該等親水性原纖維可具有在約500 nm至約4 μm之間，或在約1 μm與約3 μm之間的平均長度。

於一些實施態樣中，該等親水性原纖維具有15或更高、20或更高、25或更高、50或更高之長寬比(aspect ratio) (長度與寬度之比率)。該等親水性原纖維可具有高至300之長寬比。

術語親水性係指對水之親和力。可藉由該等原纖維之分子結構確定該等原纖維之親水性。舉例而言，該等親水性原纖維可包含可用於氫鍵供給之-OH基團。該等親水性原纖維可進一步為於水中不能溶解的。

出乎意料地，已發現由包含親水性原纖維在黏合劑中之組成物所製備的包模鑄造殼體會導致殼體具有一致地較厚的塗佈層(例如，最多厚30%)及經增加之強度(例如，需要最多40%更多的力以破壞該殼體)。進一步地，已發現所產生之包模鑄造殼體具有經增加之滲透性。經組合之強度與滲透性係一出乎意料之結果，因為殼體滲透性的增加通常係與殼體強度的降低有關。

「滲透性」在本發明之上下文中意指氣體通過該殼體之速率。低滲透性會導致空氣被困在該殼體內，其會阻止熔融金屬填滿該殼體空腔，並且亦會導致該殼體在高溫下破裂。術語「孔隙率」在本發明之上下文中意指在該殼體中空的(空的)空間的分率。一具有高孔隙率之殼體不一定具有高滲透性。

於一些實施態樣中，該等親水性原纖維包含纖維素原纖維。

於一些實施態樣中，該等親水性原纖維可以係衍生自一天然來源，舉例而言，衍生自由植物、動物或地質作用所產生之天然纖維。天然纖維包括纖維素、幾丁質、幾丁聚醣、膠原蛋白、角蛋白及被囊纖維質(tunican)。

於一些實施態樣中，該等親水性原纖維，例如纖維素原纖維，係衍生自一選自於由以下所組成之群組的原料：樹木、蔬菜、甜菜、柑橘類水果及其等之組合。

該等親水性原纖維可以係由原纖化纖維(fibrillated fibres)所組成或提供。

舉例而言，該等親水性原纖維可以係衍生自一纖維或經受原纖化作用之纖維。術語「原纖化作用」意指纖維分裂成原纖維。一纖維之原纖化作用，其中該纖維可以係一天然纖維、合成纖維或一再生纖維，會導致該纖維表面的外區段及內區段部分地從該主要纖維結構分離。該等原纖維可藉由一區段附著至該主要纖維結構。該等原纖維可附著至其他原纖維以形成一三維網絡。可使用任何已知的技術達成原纖化作用，舉例而言，機械性地或熱機械性地、化學性地或其等之組合。有利地，相較於該等原先的纖維，該等原纖維具有顯著地較大的組合表面積。

於替代的實施態樣中，該等親水性原纖維可以係合成地衍生或形成，或藉由任何其他已知的方法。

於一些實施態樣中，該等親水性原纖維包含微原纖化纖維素(MFC)。微原纖化纖維素(MFC)，亦稱為纖維素奈米纖維(CNF)、奈米結晶纖維素(NCC)或纖維素奈米晶體(CNC)，係一纖維素材料，該纖維素材料包含具有非晶區及結晶區之原纖維的一三維網絡。透過一原纖化作用製程(例如在本文中所述)，纖維素纖維之外層被剝離並露出原纖維束，該等原纖維束被分離出以形成具有大表面積之不溶性原纖維的一三維網絡。該等纏結之纖維素原纖維被稱為微原纖化纖維素(MFC)。

於本發明之實施態樣中，該等親水性原纖維係非離子性。

於本發明之實施態樣中，該等親水性原纖維係由松木(pine)之木漿所製成，較佳地係雲杉(spruce)。

於本發明之實施態樣中，該等親水性原纖維包含纖維素，該纖維素相較於在用於製造該等親水性原纖維之原料中的纖維素係未經修飾的。

於本發明之實施態樣中，該等親水性原纖維係藉由使用酵素及/或機械性方法分解木漿而製成。

術語「纖維」及「原纖維」在本發明之上下文中係以其尺寸及長寬比而區分。纖維具有微米至毫米規模之直徑，而原纖維具有奈米規模之直徑，亦即1 nm至1 μm。舉例而言，經漿化之纖維素纖維典型地具有範圍在2 μm至80 μm的直徑以及範圍在0.005 mm至10 mm的長度。相反地，微原纖化纖維素(MFC)原纖維具有在1 nm與1 μm之間的直徑。由於MFC的複雜三維結構，定義每個獨立原纖維的長度係困難的。每個原纖維與其他原纖維形成一網絡，其一起可以形成數個微米的長度。

於一些實施態樣中，該等親水性原纖維基於該黏合劑之總質量係以從約0.1 wt%至約20 wt%的量存在，基於該黏合劑之總質量較佳地係從約0.1 wt%至約5 wt%，基於該黏合劑之總質量從約0.2 wt%至約4 wt%，或基於該黏合劑之總質量從0.2 wt%至約0.4 wt%。於一些實施態樣中，該等親水性原纖維基於該黏合劑之總質量係以至少約0.2 wt%的量存在，基於該黏合劑之總質量至少約0.25 wt%。於一些實施態樣中，該等親水性原纖維基於該黏合劑之總質量係以至多約0.5 wt%的量存在，基於該黏合劑之總質量至多約0.45 wt%或基於該黏合劑之總質量至多約0.4 %。

該黏合劑可進一步包含膠態氧化矽。於一些實施態樣中，該黏合劑可包含矽酸乙酯。有利地，來自於該膠體之氧化矽顆粒可與在該黏合劑中的該等親水性原纖維形成氫鍵。這被認為促使形成一用於包模鑄造殼體之堅固的陶瓷基質，因此改善殼體構造及強度。

該黏合劑可進一步包含至少一額外的聚合物。舉例而言，該至少一額外的聚合物包含一或多個選自於由以下所組成之名單的單體：丙烯酸、丙烯酸酯、甲基丙烯酸、甲基丙烯酸酯、苯乙烯、丁二烯、氯乙烯、乙酸乙烯酯及其等組合。於一些實施態樣中，該至少一額外的聚合物包含苯乙烯。

有利地，已發現苯乙烯聚合物可藉由賦予該殼體可撓性而提供經增加之生坯強度，亦即耐破損性。於一些實施態樣中，該至少一額外的聚合物包含一苯乙烯丁二烯共聚物。於替代的實施態樣中，該至少一額外的聚合物包含一苯乙烯丙烯酸酯共聚物。有利地，苯乙烯聚合物可與在該黏合劑中的該等親水性原纖維形成氫鍵，因此改善殼體構造厚度及強度。

該至少一額外的聚合物基於該黏合劑之總質量可以係以從約0至約20 wt%的量存在，基於該黏合劑之總質量約5至約15 wt%，或基於該黏合劑之總質量約10至約15 wt%。於一實施態樣中，該至少一額外的聚合物基於該黏合劑之總質量係以約12 wt%的量存在。

該黏合劑可進一步包含至少一額外的試劑，該試劑係選自於由以下所組成之名單：一潤濕劑、一消泡劑、一pH改質劑、一殺菌劑及一殺真菌劑。

術語「潤濕劑」，亦稱為界面活性劑，意指一藉由降低表面張力而增加一液體之散佈性質的化學物質。潤濕劑可以被用於包模鑄造殼體漿料中以改善在該漿料與該蠟模型之間的附著力。

術語「消泡劑」，亦稱為一去泡劑，意指一減少或防止泡沫在一液體中形成之物質。消泡劑可以被用於包模鑄造殼體漿料中以減少氣泡之形成，其可改善該漿料對於該蠟模型之附著力並改善該成品之表面精製度。

該黏合劑之pH對於該黏合劑之性質有顯著的影響。舉例而言，膠態氧化矽顆粒係帶負電的且具有約10之pH。在pH水平低於9.0時，膠態氧化矽顆粒會開始膠化，因此pH 9.4或更高之pH係較佳的。因此，pH改質劑可以被用於控制該黏合劑之pH。

術語「殺菌劑」，亦稱為一殺生物劑，意指一降低或阻止細菌生長之化學物質。術語「殺真菌劑」意指一降低或阻止真菌生長之化學物質。細菌及真菌生長在一包模鑄造殼體漿體中會使pH降低而導致膠化作用，其會減少包模鑄造組成物之儲存壽命並削弱所產生之殼體。

本發明之第二個態樣提供一種包模鑄造殼體組成物，其包含在本文中所述之黏合劑及一耐火成分。該組成物可以被提供作為一漿料。術語「漿料」意指一半液體混合物，其包含懸浮於一溶劑中之固體顆粒。在本發明之上下文中，一包模鑄造漿料意指該可消失性預製件模型所浸入之組成物，以在該預製件的周圍形成一層以建造該包模鑄造殼體。

於一些實施態樣中，該黏合劑基於該組成物之總質量係以從20 wt%至40 wt%的濃度存在於該組成物中。該黏合劑可被提供作為一在水或酒精中的膠態溶液(溶膠)。

於一些實施態樣中，在該黏合劑中的該等親水性原纖維基於該組成物之總質量係以從約0.01 wt%至約1 wt%的量存在，基於該組成物之總質量約0.01 wt%至約0.5 wt%，基於該組成物之總質量約0.05 wt%至約0.2 wt%，或基於該組成物之總質量約0.05 wt%至約0.15 wt%。

儘管顯著地增加該漿料的黏度至一預期是不可行之水平，已出乎意料地發現MFC具有一觸變效應(thixotropic effect)且會比預期較高之水平被併入。

該耐火成分可包含至少一選自於由以下所組成之名單：熔氧化矽(SiO₂ )、鋁矽酸鹽(Al₂ SiO₅ )、氧化鋁(Al₂ O₃ )、矽酸鋯(ZrSiO₄ )、矽灰、氧化鋯(ZrO₂ )、鋯石(ZrSiO₄ )、氧化釔(Y₂ O₃ )、石英、碳及其等之組合。

該耐火成分可包含以下熔氧化矽：目數120、目數尺寸140、目數170、目數200、目數270、目數325或其等之組合。

於一些實施態樣中，該耐火成分包含熔氧化矽，該熔氧化矽具有包含約5 μm至約15 μm範圍內之d10值、約35 μm至約55 μm範圍內之d50值、約90 μm至約110 μm範圍內之d90值、約10 μm至約15 μm範圍內之D[3,2]值，以及約40 μm至約60 μm範圍之D[4,3]值的顆粒尺寸分佈。

該d10值意指直徑，其中10%之顆粒係小於該給定值，該d50值意指直徑，其中50%之顆粒係小於該給定值，以及該d90值意指直徑，其中90%之顆粒係小於該給定值。D[3,2]意指表面平均直徑以及D[4,3]意指體積平均直徑。

於一替代的實施態樣中，該耐火成分包含鋁矽酸鹽。於一些實施態樣中，該耐火成分包含煅燒高嶺土鋁矽酸鹽(calcined kaolin aluminasilicate)。

於一實施態樣中，該耐火成分包含一顆粒尺寸分佈，其包含約9 μm之d10、約46 μm之d50及約99 μm之d90、約12 μm之D[3,2]及約57 μm之D[4,3]的參數。

於一實施態樣中，該耐火成分包含一顆粒尺寸分佈，其包含約5 μm之d10、約31 μm之d50、約99 μm之d90、約12 μm之D[3,2]及約43 μm之D[4,3]的參數。

於一替代的實施態樣中，該耐火成分包含一寬分佈熔氧化矽粉(a wide distribution fused silica flour)。寬分佈熔氧化矽粉可以係藉由結合一定量之細微氧化矽顆粒與一定量之較大氧化矽顆粒而製備。舉例而言，該寬分佈熔氧化矽粉可由在80%至90%之間的50-80目數氧化矽(平均尺寸大約200微米)，以及在10%至20%之間的120目數氧化矽(平均尺寸大約125微米)所組成。

氧化矽目數200、氧化矽目數270，及一包含85%之50-80目數及15%之120目數之廣分佈粉(EZ Cast^TM , Remet UK Ltd)的顆粒尺寸分佈係亦顯示於圖15中。

已發現使用一具有一寬顆粒分佈之耐火成分結合在本文中所述之黏合劑會產生具有經改善之殼體構造及較高之強度的包模鑄造殼體，相較於使用具有窄顆粒尺寸分佈之耐火材料。

本發明之第三個態樣提供一種包模鑄造殼體，其係由在本文中所述之包模鑄造殼體組成物所製備。

本發明之第四個態樣提供一種製備一包模鑄造殼體組成物之方法，該方法包含：i) 將親水性原纖維混合於一水性溶劑中；(ii) 將(i)中的混合物添加至一包含膠態氧化矽之容器以形成一黏合劑；(iii) 選擇性地添加一或多個額外的試劑至該黏合劑，該試劑包含：一聚合物、一消泡劑、一pH改質劑、一殺菌劑及一殺真菌劑；(iv) 混合該黏合劑與一耐火成分以形成一漿料。

本發明之第五個態樣提供一種用於製造一物件之包模鑄造方法，該方法包含塗佈一消耗性預製件，其具有一包模鑄造殼體漿料的至少一塗佈層，其中該等漿料塗佈層之至少一層包含在本文中所述之包模鑄造殼體組成物。

於一些實施態樣中，在第二層或更上層(例如備用層)中的該等漿料塗佈層包含在本文中所述之包模鑄造殼體組成物。舉例而言，該等漿料塗佈層可以係藉由將該預製件浸入於在本文中所述之包模鑄造殼體組成物中而形成。於一些實施態樣中，該第一漿料塗佈層(例如主要塗佈層)並未包含在本文中所述之包模鑄造殼體組成物，亦即該第一漿料塗佈層包含一不同的、已知的主要塗佈層組成物。

於一些實施態樣中，該方法進一步包含以灰泥塗佈該至少一漿料塗佈層之一或多層，其中一漿料塗佈層與一藉由該灰泥塗佈而產生之灰泥塗佈層製造一殼體層，其中每個殼體層一旦乾燥時係至少1 mm厚，較佳地係至少1.1 mm厚，更佳地係至少1.2 mm厚，甚至更佳地係至少1.3 mm厚。於一些實施態樣中，該包模鑄造殼體模具之最終層並未包含一灰泥塗佈層。

於一些實施態樣中，該方法包含施加至少2層、至少3層、至少4層、至少5層、至少6層之該包模鑄造殼體組成物。於一些實施態樣中，該方法包含施加至多7層、至多6層、至多5層、至多4層、至多3層之該包模鑄造殼體組成物。

該方法可進一步包含在施加一後續層之前乾燥每個層之步驟。該方法可進一步包含乾燥該經塗佈之預製件以產生一生坯包模鑄造殼體之步驟。

有利地，相較於習知的組成物，本發明之包模鑄造殼體組成物提供具有較厚之殼體層的殼體，且需要較少的層即能達到相同的殼體構造厚度。相應地，殼體建造時間顯著地減少，因此節省時間及成本。本發明之包模鑄造殼體方法進一步提供具有經改善之強度及通用性的包模鑄造殼體。

該方法可進一步包含加熱該生坯包模鑄造殼體模具以產生一經燒成之包模鑄造殼體模具的步驟。該方法可進一步包含以一熔融材料替代該消耗性預製件模型的步驟，舉例而言，熔融金屬。該方法可進一步包含允許該熔融材料在該包模鑄造殼體模具中固化以產生一物件的步驟。

該「主要塗佈層」或主要層意指該包模鑄造殼體的第一層，其係在該可消失性預製件模型的周圍形成。該主要塗佈層係藉由施加包模鑄造漿料之一塗佈層至該預製件而形成，選擇性地接續一灰泥塗佈層。該主要塗佈層對於該可消失性預製件應具有良好的附著力以致可製造一精確的模型模具，且在澆注期間具有與該熔融金屬反應之抗性。為此，用於該主要塗佈層之漿料可包含一組成物，其係不同於用於後續之備用塗佈層及封結塗佈層的漿料。

替代地，該主要塗佈層與該備用塗佈層或封結塗佈層可包含相同的組成物。有時被稱為一「模型洗滌液」的一溶劑可在施加該第一漿料塗佈層之前被用於清洗該蠟模型。使用模型洗滌液可移除塵土或可能殘留在該蠟上的殘餘脫模劑而增進該漿料對於該蠟表面的附著力。該模型洗滌液可以係石油基。

術語「備用塗佈層」或備用層意指該等施加於該主要塗佈層之上的漿料層，以建造該包模鑄造殼體之結構。該等備用塗佈層係藉由施加包模鑄造漿料的一塗佈層至一底下的主要塗佈層或備用塗佈層而形成，選擇性地接續一灰泥塗佈層。術語「封結塗佈層」或封結層意指該包模鑄造殼體的最終外層。該封結塗佈層係藉由施加包模鑄造漿料的一塗佈層至一底下的備用塗佈層而形成。通常不會施加灰泥至該封結塗佈層。

術語「灰泥」意指一由聚集體所製成之材料。該灰泥可包含：氧化矽、氧化鋁、鋯石、鋁矽酸鹽、富鋁紅柱石及/或鉻鐵礦。

本發明之第六個態樣提供一種用於製備一包模鑄造殼體之套組，其包含：在本文中所述之包模鑄造殼體組成物；以及一耐火成分。

有利地，本發明之黏合劑具有良好的穩定性及儲存壽命，且因此可以被包裝並以一可供終端使用者直接地結合一耐火成分的形式販售。

尤其是，已發現本發明之包含MFC的黏合劑具有良好的化學穩定性，舉例而言，在經受一加速膠化測試(accelerated gel test) (被保持在一氣密瓶中在一60°C之烘箱中)至少71天之後，該漿料之黏合劑成分不會發生膠化作用。亦發現該等包含MFC之黏合劑具有良好的物理穩定性並且維持一良好的分佈而沒有分離。此係與包含大尺度(macro scale)纖維之黏合劑相反，其中僅在幾個小時之後即可觀察到分離。包模鑄造殼體之性能測試

在一包模鑄造製程期間，該包模鑄造殼體係經受高內部壓力及熱壓力。舉例而言，該殼體必須具有充分的生坯強度(green strength)以抵擋蠟移除、充分的燒成強度(fired strength)以抵擋該鑄造金屬的壓力、高熱衝擊抵抗性以防止在金屬澆注期間破裂、高化學穩定性、與欲鑄造之金屬之間的低反應性、及充分的滲透性及導熱性以維持適當的熱傳送通過該模具。

執行生坯殼體測試以確立該殼體之穩定性以抵抗搬運，以及移除該可消失性預製件之製程(例如「脫蠟」)。當該預製件，例如蠟，開始熔化時，其亦擴展進入該殼體，因此該殼體必須夠堅固以維持其形狀及強度以為了該製程的下一個階段。本發明之該等黏合劑之該聚合物成分所賦予之可撓性在該脫蠟鑄造製程的階段係特別地有利。

執行熱殼體測試(亦即該殼體係在約1000°C燒成之後被測試)以複製在該脫蠟製程期間當熔融金屬被澆注於空的殼體時該殼體之狀態。此階段通常係在一溫度約為1000°C的熔爐中進行，在該溫度下任何包含在該殼體中的有機物質會被燃燒殆盡。該殼體必須夠堅固以抵抗該熔爐內的高溫，以及當該熔融金屬被澆注於該殼體時的衝擊所造成的機械變形。

一旦該殼體冷卻且該封入金屬(enclosed metal)固化，執行冷殼體測試以複製在該脫蠟鑄造製程結束時該殼體之狀況。在此階段之該殼體係處於其壽命末期因此不再需要高強度且理想地將會更易碎以致其可以更容易地從該金屬模型鑄件分離。

將理解殼體的機械性測試係特別地重要以確立包模鑄造殼體在一包模鑄造製程期間將會如何表現。

破壞模數(Modulus of rupture, MOR)，亦稱為抗彎強度(flexural strength)、彎曲強度(bend strength)或破裂強度(fracture strength)，係定義為一材料被彎曲且在其斷裂(破裂)之前的應力。MOR通常係以百萬帕斯卡(MPa)測量，亦即破壞1 m² 之材料所需的力(N)。MOR之通式為：MOR = 3WL/2BD² ，其中W係負載，L係跨距，B係寬度及D係厚度。因此，理論上，該殼體材料之強度(MOR)應獨立於厚度且僅涉及該等材料之性質及加工。

斷裂力，亦稱為斷裂強度(break strength)，係定義為使一材料破裂所需的壓縮負載。此測量對於包模鑄造殼體係特別地重要，其指出該殼體在斷裂前可抵抗之負載。一高斷裂力對於防止裂縫或損壞係關鍵的當熔融金屬被澆鑄於該殼體以用於鑄造。

由於不同的厚度，雖然MOR係每截面積之測量，由於較厚的樣品有出現瑕疵的傾向，針對相同材料之樣品其MOR會較低。因此，就鑄造殼體的強度而言，斷裂力係一較精確的測量。

實施例實施例1－包模鑄造殼體組成物調配物 1.1 用於殼室試驗(shell room trials)之調配物表1

成分	習知的 (無 MFC) / kg	實施例調配物1 (0.1% MFC) / kg	實施例調配物2 (0.2% MFC) / kg
200目數熔氧化矽 (Imerys Fused Minerals)	91	91	91
膠態氧化矽 (Remasol® SP-30; Grace GMBH)	45.5	45.5	45.5
苯乙烯丁二烯共聚物 (Lipaton SB 5843; Synthomer plc) *	6.5	6.5	6.5
潤濕劑，乙氧基化酸式磷酸烷酯 (Victawet® 12, ILCO Chemie)	0.113	0.113	0.113
消泡劑，聚矽氧烷分散液 (Burst 100; Remet Corporation) ^	0.091	0.091	0.091
微原纖化纖維素 (Exilva® P 01-V, 10% aqueous dispersion; Borregaard)	0	0.552	1.104

* Lipaton SB 5843可被相同量之Adbond® BV (Remet Corporation)替代。

^ Burst 100可被相同量之Fumexol® (Huntsman Textile Effect)替代。 1.2 用於實驗室規模試驗之調配物 1.2.1 200目數熔氧化矽作為耐火材料表2

成分	習知的 (無MFC) / kg	實施例調配物3 (0.3% MFC) / kg
200目數熔氧化矽 (Imerys Fused Minerals)	700	700
膠態氧化矽 (Remasol® SP-30; Grace GMBH)	350	350
苯乙烯丁二烯共聚物 (Lipaton SB 5843; Synthomer plc)*	50	50
潤濕劑 (Wet-in®; Remet Corporation) #	10	10
消泡劑 (Burst 100; Remet Corporation) ^	2.5	2.5
微原纖化纖維素 (Exilva® P 01-V, 10% concentration; Borregaard)	0	12.4

* Lipaton SB 5843可被相同量之Adbond® BV (Remet Corporation)替代。

^ Burst 100可被相同量之Fumexol® (Huntsman Textile Effect)替代。

# Wet-in®可被相同量之Victawet® 12 (ILCO Chemie)替代。 1.2.2 寬分佈氧化矽(Wide distribution silica, WDS)作為耐火材料表3

成分	習知的 (無MFC, WDS) / kg	實施例調配物4 (0.3% MFC; WDS) / kg
熔氧化矽 (EZ Cast^TM ; Remet UK Ltd)	700	700
膠態氧化矽 (Remasol® SP-30; Grace GMBH)	350	350
苯乙烯丁二烯共聚物 (Lipaton SB 5843; Synthomer plc) *	50	50
潤濕劑 (Wet-in®; Remet Corporation) #	10	10
消泡劑 (Burst 100; Remet Corporation) ^	2.5	2.5
微原纖化纖維素 (Exilva® P 01-V, 10% concentration; Borregaard)	0	12.4

* Lipaton SB 5843可被相同量之Adbond® BV (Remet Corporation)替代。

^ Burst 100可被相同量之Fumexol® (Huntsman Textile Effect)替代。

# Wet-in®可被相同量之Victawet® 12 (ILCO Chemie)替代。 1.3 用於倉庫規模(warehouse scale)試驗之黏合劑調配物表4

成分	實施例調配物5 (0.3% MFC) / kg
膠態氧化矽 (Remasol® SP-30; Grace GMBH)	192
苯乙烯丁二烯共聚物 (Lipaton SB 5843; Synthomer plc)*	19.2
去離子水	19.2
殺菌劑 (Acticide® MBS 50:501,2-Benzisothiazol-3(2H)-one:2-methyl-2H-isothiazol-3-one; Thor Specialities)	1.2
消泡劑 (Burst 100; Remet Corporation)	1.2
微原纖化纖維素 (Exilva® P 01-V, 10% concentration; Borregaard)	7.2

* Lipaton SB 5843可被相同量之Adbond® BV (Remet Corporation)替代。

^ Burst 100可被相同量之Fumexol® (Huntsman Textile Effect)替代。 1.4 黏度調整

使用一蔡恩杯(Zahn Cup) (#4)測量每個測試漿料之黏度。在浸入之後當該杯子之取樣端打破該樣品之表面時開始計時，且在該取樣杯之底部觀察到漿料之液流的第一個確定性中斷時停止計時。

在測試之前，每個漿料之黏度被調整為25秒(除非另外具體說明)。黏度調整係藉由添加去離子水(以降低黏度)或使水從該漿料蒸發(以增加黏度)而進行。實施例2－破壞模數(MOR)、殼體構造厚度及斷裂力 2.1 殼室試驗(0.1%及0.2% MFC黏合劑) 2.1.1 樣品製備

實施例漿料調配物1及2係如表1所陳述而製備。分別於黏度為25秒及30秒下測試每個漿料。

將5個蠟條(25 mm x 150 mm)浸入於模型洗滌液中，以水沖洗並使其在一溫控室中乾燥(氣流0.6 m/s；濕度45 %RH；溫度25°C)。然後遵循表5所陳述之浸入方案將每個蠟條浸入於該測試漿料組成物中以形成一殼體。總共9個漿料塗佈層被施加至每個蠟條。最先的8層塗佈層都接續一灰泥塗佈層。在施加另一塗佈層於其上之前使每個層(漿料+灰泥)乾燥大約1個小時。一主要塗佈層並未被施加至用於殼體測試之該等蠟模型。表5

浸入類型	所使用之灰泥	塗佈層
備用塗佈層	煅燒高嶺土鋁矽酸鹽，48%氧化矽 (Remasil® 50;16-30 mesh; Remet UK Ltd)	8
封結塗佈層	無	1

針對每個經塗佈之蠟條進行MOR、厚度及斷裂力測量，當其在生坯(經風乾)、熱的(立即在1000°C燒成之後)及冷的(在燒成之後冷卻至室溫時)狀態下。 2.1.2 方法

根據BSI BS 1902-4.4:1995及BS EN 993-6:1995進行測試。

從每個蠟條的上方或底部移除一平的、長方形的殼體樣品以用於MOR測試。在兩個地方測量寬度並取平均值。藉由將該殼體樣品放置在兩個支臂之間(固定橫跨距離) ，並在該樣品的上方平均地施加一負載，使待測之殼體樣品在一三點彎曲測試中破裂。記錄破裂時的負載並在兩個地方測量破裂處的表面積並取平均值。MOR係計算如下：MOR = 3 x (破裂時的負載) x 橫跨距離) / (2 x (寬度) x (厚度)² 且該等結果係顯示於圖1中。測量每個樣品的殼體厚度且該等結果係顯示於圖2中。

斷裂力測試係在安裝有經校準之2500N負載元件之Lloyd Instruments LRX張力測試裝置(模型TG18)上進行。該等斷裂力結果係顯示於圖3中。

該等結果顯示由包含0.1%及0.2% MFC在該黏合劑中之漿料所製成之殼體展現在強度方面的一些改善，相較於該等未具有MFC之習知的漿料調配物。有鑑於該等結果，針對包含0.3% MFC之漿料調配物進行進一步的測試。 2.2 實驗室規模試驗(0.3% MFC在黏合劑中) 2.2.1 樣品製備

如表2所陳述製備實施例調配物3使其黏度為25秒。

將5個蠟條(25 mm x 150 mm)浸入於模型洗滌液中，以水沖洗並使其在一溫控室中乾燥(氣流0.6 m/s；濕度45 %RH；溫度25°C)。然後遵循表6所陳述之浸入方案將每個蠟條浸入於包含0.3% MFC之測試漿料組成物(參見表2)中以形成一殼體。表6

浸入類型	所使用之灰泥	習知的 (無MFC)	習知的 (無MFC)	實施例調配物3 (0.3% MFC)	實施例調配物3 (0.3% MFC)
備用塗佈層	煅燒高嶺土鋁矽酸鹽，48%氧化矽 (Remasil® 50; 16-30 mesh; Remet UK Ltd)	8	5	8	5
封結塗佈層	None	1	1	1	1

針對每個經塗佈之蠟條進行測試，當其在生坯(經風乾)、熱的(立即在1000°C燒成之後)及冷的(在燒成之後冷卻至室溫時)狀態下。 2.2.2 結果

該等MOR、厚度及斷裂力結果係顯示於圖4-6中。

相較於習知的漿料組成物，該等結果顯示具有相同數目塗佈層之包含0.3% MFC的漿料組成物，其殼體厚度顯著增加。舉例而言，就9層塗佈層而言其殼體厚度平均增加約30%，以及就6層塗佈層而言其殼體厚度平均增加約16%。

相較於由習知的漿料所製成之殼體，由包含0.3% MFC在該黏合劑中之漿料所製成之殼體，其斷裂力亦顯著地改善。舉例而言，相較於一未包含MFC在該黏合劑中之習知的漿料，平均需要40%更多的力以破壞一由包含0.3% MFC在該黏合劑中之漿料所製備之具有8個備用塗佈層及1個封結塗佈層之生坯殼體。對於一熱殼體而言，平均需要23%更多的力以破壞該殼體。 2.3 包含0.4% MFC在黏合劑中之組成物

製備實施例調配物3之包模鑄造殼體調配物，除了包含0.4% MFC在該黏合劑中。相較於習知的漿料，該漿料產生具有顯著增加之殼體構造的包模鑄造殼體，例如就3層塗佈層而言增加約68%及就4層塗佈層而言增加約76%(參見圖7)。然而，發現該漿料具有不一致的工作特性且不像包含0.3% MFC在該黏合劑中之組成物可有效率地覆蓋該等蠟條。實施例3－滲透性測試 3.1 樣品製備

實施例調配物1、2及3係根據表1而製備。分別於黏度為25秒及30秒下測試實施例調配物1及2之漿料。一習知的漿料及一包含實施例配方3之漿料(表2)亦係在25秒之黏度為下製備。

遵循經BSI (BS 1902: Section 10.2:1994)核准之方法以進行滲透性測試。

將5個塑膠乒乓球係固定於中空玻璃棒(不滲透性富鋁紅柱石)且在玻璃棒與球之間的接合處係以蠟封住。然後遵循下方表7所陳述之浸入方案將該等乒乓球浸入於該測試漿料中以形成一殼體並使其在一溫控室中乾燥(氣流0.6 m/s；濕度45 %RH；溫度25°C)。表7

浸入類型	所使用之灰泥	塗佈層
備用塗佈層	煅燒高嶺土鋁矽酸鹽，48%氧化矽 (Remasil 50; 16-30 mesh; Remet UK Ltd)	4
封結塗佈層	None	1

每個經塗佈之球在高至1000°C的溫度下被燒成使得該乒乓球從該殼體燃燒殆盡。為了在該燒成過程期間將殼體裂化減至最低程度，採用顯示於表8中的加熱勻變速率(heating ramp rate)增加該溫度。

藉由使氮氣(1.05 PSI)通過該玻璃棒及通過該殼體樣品而測量每個殼體的滲透性，且該流動速率係以ml/min計算。然後破壞該樣品並測量平均厚度。該滲透性常數(K)係如下計算：K=dV/ptA，其中d係殼體厚度(cm)，V係氣體的體積(ml)，p係橫跨該殼體之壓力落差(cmH2O)，t係時間(秒)及A係該球之內部面積減去所插入之玻璃棒的面積(cm² )。

在1000°C下燒成之後立即測試滲透性(熱的)。在燒成之後，使得該等球在室溫下冷卻24小時並重新測試滲透性(冷的)。表8

溫度 (°C)	維持時間(minutes)
250	60
350	60
500	60
750	60
1000	60

3.2 結果

相較於習知的漿料，用於殼室試驗之包含0.1%、0.2%及0.3% MFC在該黏合劑中之漿料(實施例調配物1-3)之滲透性測試結果係顯示於圖8A(熱的)及8B(冷的)。

就相同黏度的漿料而言，該等結果顯示滲透性增加當MFC的濃度增加。MFC係一有機材料之事實可以用於解釋此結果，其在一升高之溫度下燃燒殆盡，因此在該殼體基質中留下空隙並且增加熱殼體及冷殼體之滲透性。實施例4－比較包含具有微米規模直徑之纖維的漿料

根據調配物3製備一漿料，除了使用具有平均直徑為52 μm及平均長度為0.5 mm之0.3%尼龍纖維(12.4 kg)而不是0.3% MFC。

根據在實施例2中所述之方法取得MOR、厚度及斷裂力測量結果。該等結果係顯示於圖9-11中。該等結果顯示不同於MFC，添加具有在微米範圍內之直徑的纖維並不會顯著地改善殼體構造或斷裂強度。實施例5－漿料性質之分析

根據表2製備實施例調配物3及一習知的未包含MFC的漿料，並且使用下述方案評估該等漿料之性質。該等結果係顯示於表9中。 5.1. 漿料分析

%總固體－在該漿料中所有活性成分之測量，亦即移除水分後的所有漿料成分。使用一水分天平(Mettler MJ33)確定在該漿料中的總固體。漿料的一樣品係在140°C下乾燥直到達到一穩定的重量並計算固體的百分比。另擇地，此測量可藉由在140°C下烘箱乾燥該樣品大約一個小時並計算固體的百分比而取得。

漿料密度－定義為該漿料之比重(specific gravity, SG)，亦即該漿料材料之密度相較於水之密度的比率。使用一比重計測量SG或是藉由秤重漿料的一樣品並與水的一樣品作比較。 5.2 黏合劑分析

為測試在該漿料中的黏合劑的性質，一漿料樣品係在4600 rpm下離心約30分鐘，將其倒入一新的小瓶中並在4600 rpm下再次離心約30分鐘。從該小瓶的上方取得上清液黏合劑。使用下述方案評估黏合劑性質。

%黏合劑固體－使用在「%總固體」中所述之相同方法測量，但是使用該黏合劑上清液的一樣品。

%氧化矽－以燒失量(loss on ignition)測量。黏合劑上清液的一樣品係在980°C下燒成60分鐘並直接地計算氧化矽殘留物的百分比。另擇地，可藉由測量該黏合劑上清液之比重(SG)發現氧化矽百分比，例如使用一量瓶及一精密天平，並且可以藉由查詢一合適的表將該SG測量結果轉換成氧化矽百分比。

%聚合物固體－計算該等黏合劑固體在140°C下與以燒失量測量之氧化矽百分比之間的差值。「%聚合物濃縮物」係聚合物固體百分比的兩倍。

菌數－藉由取得該上清液黏合劑的一樣品、移液至一培養玻片上並在30°C下培養48個小時而測量。細菌感染，若是存在的話，會在該等培養玻片上出現斑點，其可以與一標準的控制組玻片作比較。

黏合劑黏度－使用一Brookfield黏度計(60 rpm, 23-25°C)測量。

加速膠化試驗－模擬該漿料之加速老化且因此膠化的一測試。該黏合劑上清液被保持在一氣密瓶中在60°C下48個小時(等同於在室溫下約一個月)。記錄「通過」若是黏度沒有顯著的改變。 5.3 結果表9

測試	習知的漿料	實施例調配物3 (0.3% MFC)	差值
pH	9.81	9.88	0.07
氧化矽(%)	27.39	26.81	0.17
黏合劑固體(%)	30.51	30.68	1.5
聚合物固體(%)	3.12	3.87	3.69
聚合物濃縮物(%)	6.24	7.74	0.62
黏度 Zahn #4 (秒)	19.09	22.78	3.69
漿料固體(%)	75.37	74.75	0.62
漿料密度(g/cc)	1.6364	1.6358	0.001
黏合劑黏度 60 rpm	5.07	4.85	0.22
加速膠化測試	通過	通過	-
菌數	無	無	-

該等結果顯示MFC在該黏合劑中的存在會顯著地增加該漿料的黏度，在實施例調配物3與習知的漿料之間有差不多4秒鐘的差值。

該等黏合劑黏度測試之結果指出MFC材料在離心之後不會存在於該黏合劑中。相反地，包含具有微米至毫米規模直徑之纖維的鑄造殼體黏合劑並不會藉由離心而被移除，因此影響漿料測試並且阻礙精確的測量。實施例6－倉庫規模方法 6.1 黏合劑製備

用於實施例調配物5之製備(參見表4)的黏合劑係在該倉庫中如下所製備。

使用一均質機(Silverson®, L4RT)將7.2 kg的MFC混合至去離子水(19.2 kg)中。然後將該混合物倒入兩個容器內。將一240 kg的圓筒放置在一具有電子秤之泵車上並且將192 kg的膠態氧化矽(Remasol® SP30, Grace GMBH)倒入該圓筒中。使用一電子攪拌器(Bosch® Professional, GRW12E)，將MFC與去離子水之混合物緩慢地添加至在該圓筒中的膠態氧化矽並且攪拌10-15分鐘。然後將Adbond® BV polymer (Remet Corporation)或Lipaton SB 5843 (Synthomer plc)緩慢地添加至該圓筒並且再持續攪拌15-20分鐘。添加1.2 kg 的消泡劑(Fumexol® 100,Huntsman Textile Effect, or Burst 100, Remet Corporation)並且再攪拌該混合物5分鐘。然後添加1.2 kg的殺菌劑(Acticide® MBS 50:50 1,2-Benzisothiazol-3(2H)-one:2-methyl-2H-isothiazol-3-one; Thor Specialities)並且再攪拌該混合物5分鐘。再持續攪拌15分鐘直到該漿料完全地混合。取得該黏合劑的一樣品以用於測試。 6.2 黏合劑分析

使用在實施例5中所述之方案評估該漿料之性質且該等結果係顯示於表10中。表10

測試	實施例調配物5
pH	10.24
氧化矽(%)	23.12
黏合劑固體(%)	28.74
聚合物固體(%)	5.62
聚合物濃縮物(%)	11.24
黏合劑密度(g/cc)	1.157
加速膠化測試	通過
菌數	無

實施例7－聚合物濃度之效應

為評估聚合物濃度對於殼體構造厚度之效應，製備具有6%、3%及0%苯乙烯丁二烯聚合物(Adbond® BV, Remet Corporation or Lipaton SB 5843, Synthomer plc)在該黏合劑中之漿料。在生坯及熱的(1000°C)狀態下進行MOR、殼體厚度及斷裂力測試－參見實施例2之樣品製備及測試方案。該等結果係顯示於圖12-14。

該等結果顯示殼體厚度增加當聚合物的濃度從0%增加至12%。生坯殼體斷裂力亦增加當在該黏合劑中的聚合物的濃度從0%增加至12%。實施例8－耐火材料之效應

為評估耐火材料對於殼體構造厚度之效應，使用一寬分佈氧化矽耐火材料製備鑄造殼體漿料(EZ Cast^TM ; Remet UK Ltd)。熔氧化矽200目數、熔氧化矽270目數及該寬分佈熔氧化矽的顆粒尺寸分佈係顯示於圖15中。顆粒尺寸分佈係在一Malvern Mastersizer 3000上所測量。

在生坯及熱的(1000°C)狀態下進行MOR、殼體厚度及斷裂力測試－參見實施例2之樣品製備及測試方案。該等結果係顯示於圖16-18。

相較於一習知的漿料，該等結果顯示使用一廣分佈氧化矽耐火材料結合0.3%MFC在該黏合劑中會使該殼體構造增加超過40%。對於該生坯殼體而言，破壞該殼體所需的力最多增加30%，且對於該熱殼體而言，最多增加10%。實施例9－黏合劑黏度測試

進行黏合劑黏度測試以比較包含不同MFC濃度在該黏合劑中(0%、0.225%、0.25%及0.275%)的黏合劑。針對每個黏合劑系統重覆該等測試5次且該等結果係顯示於圖19中。該等結果顯示隨著MFC的濃度增加，該黏合劑的黏度成比例地增加。實施例10－漿料流變學

調查MFC對於包模鑄造殼體黏合劑之流變學的效應。5種不同的黏合劑系統係如表11所陳述而製備。表11

黏合劑系統	黏合劑成分	百分比量 (%)
黏合劑系統1	膠態氧化矽 (Remasol ® SP-30, Grace GMBH)	100
黏合劑系統2	膠態氧化矽 (Remasol ® SP-30, Grace GMBH)	97
MFC (Exilva®, P 01-V, 10%; Borregaard)	3
黏合劑系統3	膠態氧化矽 (Remasol ® SP-30, Grace GMBH)	88
苯乙烯丁二烯共聚物 (Lipaton SB 5843; Synthomer plc) *	12
黏合劑系統4	膠態氧化矽 (Remasol ® SP-30, Grace GMBH)	85
MFC (Exilva®, P 01-V, 10%; Borregaard)	3
苯乙烯丁二烯共聚物 (Lipaton SB 5843; Synthomer plc) *	12
黏合劑系統5	膠態氧化矽 (Remasol ® SP-30, Grace GMBH)	82
MFC (Exilva®, P 01-V, 10%; Borregaard)	3
苯乙烯丁二烯共聚物 (Lipaton SB 5843; Synthomer plc) *	12
潤濕劑 (Wet-in®; Remet Corporation) #	2.4
消泡劑 (Burst 100; Remet Corporation) ^	0.6

* Lipaton SB 5843可被相同量之Adbond® BV (Remet Corporation)替代。

^ Burst 100可被相同量之Fumexol® (Huntsman Textile Effect)替代。

# Wet-in®可被相同量之Victawet® 12 (ILCO Chemie)替代。

使用一MCR 92流變儀(Anton-Paar GmbH)測試作為剪切速率之函數的該等黏合劑系統之黏度。該等結果係顯示於圖20中。

所有未包括MFC之黏合劑系統顯示牛頓行為或幾乎顯示牛頓行為。另一方面，包括MFC之黏合劑系統顯示黏度的剪切依賴性下降。實施例11－穩定性

將用於包含0.3% MFC之調配物3的黏合劑的化學穩定性與相同的黏合劑但包含0.3%尼龍纖維(平均直徑52 μm；平均長度0.5 mm)的化學穩定性作一比較。

使該等黏合劑經受一加速膠化測試，其中該上清液黏合劑被放置在一氣密瓶中並被保持在一60°C之烘箱中。

該等結果係顯示於下方表12中。表12

黏合劑	觀察
調配物3之黏合劑 (0.3% MFC)	在71天之後無膠化作用；無纖維脫落
調配物3之黏合劑 (以0.3%尼龍纖維替代0.3% MFC)	在41天之後無膠化作用；在幾個小時之後纖維從懸浮液脫落

實施例12－聚合物種類

使用具有2種不同苯乙烯聚合物之黏合劑系統製備實施例調配物3(參見實施例1)之鑄造殼體漿料。

該等厚度及斷裂力結果係顯示於圖21及22中。聚合物1係苯乙烯丙烯酸酯聚合物(Ravasol SA-1; Ravago® Chemicals Ltd)。聚合物2係苯乙烯丁二烯聚合物(Adbond® BV, Remet Corporation or Lipaton SB 5843, Synthomer plc)。相較於未具有MFC之習知的漿料調配物，此兩種黏合劑系統展現殼體厚度及強度之改善。實施例13－比較具有原纖化高密度聚乙烯(fHDPE)之MFC

比較一系列3種鑄造殼體漿料。該等經測試之漿料係如表13所陳述。表13

成分	無原纖維漿料(g)	MFC漿料(g)	fHDPE漿料(g)
200目數熔氧化矽 (Imerys Fused Minerals)	700	700	700
膠態氧化矽 (Remasol® SP-30; Grace GMBH)	350	350	350
苯乙烯丁二烯共聚物 (Lipaton SB 5843; Synthomer plc)*	50	50	50
潤濕劑 (Victawet® 12; ILCO Chemie)	10	10	10
消泡劑 (Burst 100; Remet Corporation)	2.5	2.5	2.5
原纖維	None	12.4 (MFC)	1.24 (fHDPE)

MFC意指從Borregaard所獲得之Exilva® P 01-V, 10% concentration。

* Lipaton SB 5843可被相同量之Adbond® BV (Remet Corporation)替代。

# Victawet® 12可被相同量之Wet-in® (Remet Corporation)替代。

fHDFP意指從Minifibers, Inc., Johnson City TN, USA所獲得之Short Stuff® Fibrillated HDPE fibres (# ESS50F)。Short Stuff® fibres (# ESS50F) 具有~0.1 mm之平均纖維長度及5 µm之直徑。亦可使用Short Stuff® fibres (# ESS5F)，其亦具有~0.1 mm之平均纖維長度及5 µm之直徑，據說在低剪切水性系統中具有經降低之分散作用。

根據實施例2、第2.1節進行MOR測試。該等MOR、厚度及斷裂力結果係顯示於圖23-25中。

MOR測試結果顯示當fHDFP被添加至未具有原纖維之漿料中並不會改善MOR強度。相較於未具有原纖維之漿料，可看見具有fHDPE之漿料在殼體構造之厚度方面有些微的增加，但是此增加並不如具有MFC之漿料一樣顯著。

根據實施例5分析該等3種漿料之性質。該等結果係顯示於表14中。表14

測試	無原纖維漿料	MFC漿料	fHDPE漿料
pH	9.81	9.88	10.09
氧化矽(%)	27.39	26.81	27.47
黏合劑固體(%)	30.51	30.68	31.06
聚合物固體(%)	3.12	3.87	3.59
聚合物濃縮物(%)	6.24	7.74	7.18
黏度(秒) Zahn #4	19.09	22.78	20.97
漿料固體(%)	75.37	74.75	75.02
漿料密度(g/cc)	1.6364	1.6358	1.6102
加速膠化測試	通過	通過	通過
菌數	無	無	無

該等結果意味著該等MFCs及該耐火材料被離心分離出。從該無原纖維漿料與該MFC漿料之間的黏合劑結果係一致的則可以看出。MFC及fHDPE纖維兩者會增加黏度，在該無原纖維漿料與該MFC漿料之間有差不多4秒之差值，以及在該無原纖維漿料與該fHDPE漿料之間有差不多2秒之差值。

圖26闡明製備為剪切速率之函數的該等黏合劑樣品之黏度。黏合劑1-5係如表11所陳述。黏合劑6-9係如表15所陳述。表15

黏合劑系統	黏合劑成分	百分比量(%)
黏合劑系統6	膠態氧化矽 (Remasol ® SP-30, Grace GMBH)	99.7
fHDPE (Short Stuff® Fibrillated HDPE fibres; # ESS5F; Minifibers, Inc)	0.3
黏合劑系統7	膠態氧化矽 (Remasol ® SP-30, Grace GMBH)	99.7
fHDPE (Short Stuff® Fibrillated HDPE fibres; # ESS50F; Minifibers, Inc)	0.3
黏合劑系統8	膠態氧化矽 (Remasol ® SP-30, Grace GMBH)	87.7
苯乙烯丁二烯共聚物 (Lipaton SB 5843; Synthomer plc) *	12
fHDPE (Short Stuff® Fibrillated HDPE fibres; # ESS5F; Minifibers, Inc)	0.3
黏合劑系統9	膠態氧化矽 (Remasol ® SP-30, Grace GMBH)	87.7
苯乙烯丁二烯共聚物 (Lipaton SB 5843; Synthomer plc) *	12
fHDPE (Short Stuff® Fibrillated HDPE fibres; # ESS50F; Minifibers, Inc)	0.3

* Lipaton SB 5843可被相同量之Adbond® BV (Remet Corporation)替代。

圖26顯示添加fHDPE纖維至SP30導致在非常低的剪切速率下黏度之有限度的增加。然而，此效應並不如添加MFC至SP30一樣明顯，其中該黏合劑混合物顯示明顯的剪切稀化行為(shear thinning behaviour)。進一步地，添加苯乙烯丁二烯共聚物至該等含有fHDPE之混合物似乎會因為該等fHSPE纖維而消除黏度改質效應，但是包含MFC及苯乙烯丁二烯共聚物之SP30混合物可以保持其剪切稀化性質。

圖27顯示該等黏合劑樣品之剪切應力對剪切速率的圖表。該數據顯示所有含有fHSPE纖維之樣品展現牛頓行為或幾乎展現牛頓行為，但具有MFC之樣品展現一較擬塑性(pseudoplastic)行為或剪切稀化行為。

本發明係參考隨附圖式作說明：圖1係一顯示破壞模數(MOR)結果之圖式，其針對由包含0.1%及0.2% MFC作為黏合劑在2種不同黏度下之漿料所製備之殼體，相較於由未包含MFC之漿料所製備之習知的殼體 [n=10]；圖2係一比較殼體厚度之圖式，其針對由包含0.1%及0.2% MFC作為黏合劑之漿料所製備之殼體，相較於由未包含MFC之漿料所製備之習知的殼體 [n=10]；圖3係一顯示斷裂力結果之圖式，其針對由包含0.1%及0.2% MFC作為黏合劑之漿料所製備之殼體，相較於由未包含MFC之漿料所製備之習知的殼體 [n=10]；圖4係一顯示破壞模數(MOR)結果之圖式，其針對由包含0.3% MFC作為黏合劑之漿料所製備之包含6或9個殼體層之殼體，相較於由未包含MFC之漿料所製備之習知的殼體 [n=10]；圖5係一比較殼體厚度之圖式，其針對由包含0.3% MFC作為黏合劑之漿料所製備之包含6或9個殼體層之殼體，相較於由未包含MFC之漿料所製備之習知的殼體 [n=10]；圖6係一顯示斷裂力結果之圖式，其針對由包含0.3% MFC作為黏合劑之漿料所製備之包含6或9個殼體層之殼體，相較於由未包含MFC之漿料所製備之習知的殼體 [n=10]；圖7係一比較殼體厚度之圖式，其針對由包含0.4% MFC作為黏合劑之漿料所製備之包含3或4個殼體層且在1000°C下燒成之殼體，相較於由未包含MFC之漿料所製備之習知的殼體 [n=4]；圖8A係一顯示滲透性之圖式，其針對由包含0.1%、0.2%及0.3% MFC作為黏合劑之漿料在1000°C下所製備之熱殼體，相較於由未包含MFC之漿料所製備之習知的殼體 [n=5]；圖8B係一顯示滲透性之圖式，其針對由包含0.1%、0.2%及0.3% MFC作為黏合劑之漿料在1000°C下燒成之後在室溫下所製備之冷殼體，相較於由未包含MFC之漿料所製備之習知的殼體 [n=5]；圖9係一顯示破壞模數(MOR)結果之圖式，其針對由包含具有0% MFC、0.3% MFC及0.3% 尼龍纖維之黏合劑系統之漿料所製備之殼體 [n=10]；圖10係一顯示殼體厚度之圖式，其針對由包含具有0% MFC、0.3% MFC及0.3% 尼龍纖維之黏合劑系統之漿料所製備之殼體 [n=10]；圖11係一顯示斷裂力結果之圖式，其針對由包含具有0% MFC、0.3% MFC及0.3% 尼龍纖維之黏合劑系統之漿料所製備之殼體 [n=10]；圖12係一顯示破壞模數(MOR)結果之圖式，其針對由包含具有0.3% MFC以及分別具有12%、6%、3%及0%苯乙烯聚合物之黏合劑系統之漿料所製備之殼體 [n=10]；圖13係一比較殼體厚度之圖式，其針對由包含具有0.3% MFC以及分別具有12%、6%、3%及0%苯乙烯聚合物之黏合劑系統之漿料所製備之殼體 [n=10]；圖14係一顯示斷裂力結果之圖式，其針對由包含具有0.3% MFC以及分別具有12%、6%、3%及0%苯乙烯聚合物之黏合劑系統之漿料所製備之殼體 [n=10]；圖15顯示多種熔氧化矽耐火材料之顆粒尺寸分佈的比較：200目數、270目數及一寬分佈熔氧化矽耐火材料；圖16顯示該耐火材料對於破壞模數(MOR)之效應，其針對由包含0.3% MFC作為黏合劑之漿料所製備之殼體，相較於由未包含MFC之漿料所製備之習知的殼體 [n=10]；圖17顯示該耐火材料對於殼體厚度之效應，其針對由包含0.3% MFC作為黏合劑之漿料所製備之殼體，相較於由未包含MFC之漿料所製備之習知的殼體 [n=10]；圖18顯示該耐火材料對於斷裂力之效應，其針對由包含0.3% MFC作為黏合劑之漿料所製備之殼體，相較於由未包含MFC之漿料所製備之習知的殼體 [n=10]；圖19顯示MFC對於多種黏合劑系統之黏度的效應；圖20顯示MFC對於多種黏合劑系統之流變學的效應；圖21係一比較殼體厚度之圖式，其針對由包含具有不同苯乙烯聚合物之黏合劑系統之漿料所製備之殼體，相較於由未包含MFC之漿料所製備之習知的殼體 [n=10]；圖22係一顯示斷裂力結果之圖式，其針對由包含具有不同苯乙烯聚合物之黏合劑系統之漿料所製備之殼體，相較於由未包含MFC之漿料所製備之習知的殼體 [n=10]；圖23顯示MOR結果，其針對由無原纖維漿料、MFC漿料及fHDPE漿料所製成之殼體 [n=10]；圖24顯示厚度結果，其針對由無原纖維漿料、MFC漿料及fHDPE漿料所製成之殼體 [n=10]；圖25顯示斷裂力結果，其針對由無原纖維漿料、MFC漿料及fHDPE漿料所製成之殼體 [n=10]；圖26顯示添加fHDPE或MFC對於多種黏合劑系統之剪切速率依賴性黏度(shear rate-dependent viscosities)的影響；以及圖27顯示添加fHDPE或MFC對於多種黏合劑系統之剪切應力與剪切速率之間的關係的影響。

Claims

一種包模鑄造殼體組成物黏合劑，該黏合劑包含具有大於約1 nm及小於約1 μm之平均直徑的親水性原纖維。
如請求項1之黏合劑，其中該等親水性原纖維具有在約10 nm至小於約1 μm之間的平均直徑，較佳地係在約50 nm至約500 nm之間，更佳地係在約100 nm至300 nm之間。
如請求項1或請求項2之黏合劑，其中該等親水性原纖維具有在約100 nm至約100 μm之間的平均長度。
如請求項1至3中任一項之黏合劑，其中該等親水性原纖維具有15或更高之長寬比，較佳地係20或更高，更加地係25或更高。
如請求項1至4中任一項之黏合劑，其中該等親水性原纖維包含纖維素原纖維。
如請求項1至5中任一項之黏合劑，其中該等親水性原纖維係衍生自一天然來源。
如請求項6之黏合劑，其中該等親水性原纖維係衍生自一選自於由以下所組成之群組的原料：樹木、蔬菜、甜菜、柑橘類水果及其等之組合。
如請求項1至7中任一項之黏合劑，其中該等親水性原纖維包含原纖化纖維素。
如請求項1至8中任一項之黏合劑，其中該等親水性原纖維包含微原纖化纖維素(MFC)。
如請求項1至9中任一項之黏合劑，其中該等親水性原纖維基於該黏合劑之總質量係以從約0.1 wt%至約20 wt%的量存在，基於該黏合劑之總質量較佳地係從約0.1 wt%至約5 wt%的量存在，基於該黏合劑之總質量更佳地係從約0.2 wt%至約4 wt%的量存在。
如請求項1至10中任一項之黏合劑，其進一步包含膠態氧化矽。
如請求項1至11中任一項之黏合劑，其進一步包含至少一額外的聚合物。
如請求項12之黏合劑，其中該至少一額外的聚合物包含一或多個選自於由以下所組成之名單的單體：丙烯酸、丙烯酸酯、甲基丙烯酸、甲基丙烯酸酯、苯乙烯、丁二烯、氯乙烯、乙酸乙烯酯及其等組合。
如請求項13之黏合劑，其中該至少一額外的聚合物包含一苯乙烯聚合物。
一種包模鑄造殼體組成物，其包含如請求項1至14中任一項之黏合劑及一耐火成分。
如請求項15之組成物，其中在該黏合劑中的該等親水性原纖維基於該組成物之總質量係以從約0.01 wt%至約1 wt%的量存在，基於該組成物之總質量較佳地係約0.01 wt%至約0.5 wt%的量存在，基於該組成物之總質量更佳地係約0.05 wt%至約0.2 wt%的量存在，基於該組成物之總質量甚至更佳地係0.05 wt%至約0.15 wt%的量存在。
如請求項15或請求項16之組成物，其中該耐火成分包含至少一選自於由以下所組成之名單：熔氧化矽、鋁矽酸鹽、氧化鋁、矽酸鋯、矽灰、氧化鋯、鋯石、氧化釔、石英、碳及其等之組合。
如請求項15至17中任一項之組成物，其中該耐火成分包含選自於以下之名單的熔氧化矽：熔氧化矽目數120、熔氧化矽目數140、熔氧化矽目數170、熔氧化矽目數200、熔氧化矽目數270、熔氧化矽目數325及其等之組合。
如請求項15至18中任一項之組成物，其中該耐火成分包含一寬分佈熔氧化矽，其中該寬分佈熔氧化矽較佳地係包含一85%熔氧化矽50-80目數及15%熔氧化矽120目數之組合。
一種包模鑄造殼體，其係由如請求項15至19中任一項之組成物所製備。
一種製備一如請求項15至19中任一項之包模鑄造殼體組成物之方法，該方法包含： (i) 將該等親水性原纖維混合於一水性溶劑中； (ii) 將(i)中的混合物添加至一包含膠態氧化矽之容器以形成一黏合劑； (iii) 選擇性地添加一或多個額外的試劑至該黏合劑，該試劑包含：一聚合物、一消泡劑、一pH改質劑、一殺菌劑及一殺真菌劑； (iv) 混合該黏合劑與一耐火成分以形成一漿料。
一種用於製造一物件之包模鑄造方法，該方法包含塗佈一消耗性預製件，其具有一包模鑄造殼體漿料的至少一塗佈層，其中該等漿料塗佈層之至少一層包含如請求項15至19中任一項之包模鑄造殼體組成物。
如請求項22之包模鑄造方法，其中在第二層及以上之該等漿料塗佈層包含如請求項15至19中任一項之包模鑄造殼體組成物。
如請求項22或請求項23之包模鑄造方法，其進一步包含選擇性地以灰泥塗佈(stuccoing)該至少一漿料塗佈層之一或多層，其中一漿料塗佈層與一藉由該灰泥塗佈而產生之灰泥塗佈層製造一殼體層，其中每個殼體層一旦乾燥時係至少1 mm厚，較佳地係至少1.1 mm厚，更佳地係至少1.2 mm厚，甚至更佳地係至少1.3 mm厚。
一種用於製備一包模鑄造殼體組成物之套組，其包含：如請求項1至14中任一項之黏合劑；以及一耐火成分。