一种树脂基复合材料用水溶性模具材料制造技术

本发明专利技术涉及一种树脂基复合材料用水溶性模具材料的制作方法，属于新材料领域，由水溶性陶瓷前驱体水溶液和水溶性模具用填料组成，水溶性陶瓷前驱体水溶液的质量百分比浓度为10％～30％，陶瓷前驱体水溶液的溶质质量为水溶性模具用填料质量的1％～15％，本发明专利技术所制备的水溶性模具材料所采用的水溶性陶瓷前驱体是一种具有良好的热稳定性物质，将其加热至800℃，仍可以溶解，耐高温性能良好，适合固化温度很高的树脂基复合材料成型。

A water soluble die material for resin matrix composite

【技术实现步骤摘要】
一种树脂基复合材料用水溶性模具材料
本专利技术涉及一种树脂基复合材料用水溶性模具材料的制作方法，属于新材料领域。
技术介绍
传统的水溶性材料所选用的胶粘剂有无机盐和水溶性高分子，用上述材料制作的盐芯(芯模)不仅吸湿性强、型芯表面质量差，而且尺寸精度也不易保证。水溶性高分子是具有亲水基的高分子化合物，树脂基复合材料经常用的水溶性模具材料是聚乙烯醇，虽然易于成型，但玻璃化转变温度低，热稳定性较差，在固化温度超过150℃时聚乙烯醇有发黑、烧结等现象，因此脱模时很难将模具材料完全清理干净。对于固化温度较高的复合材料成型工艺，类似聚乙烯醇这类水溶性材料已经无法满足使用的要求，需要一种具有耐温性更高的水溶性高分子。随着耐高温、耐烧蚀树脂不断涌现，固化温度也随之升高，已经达到最高375℃，到目前为止，现有技术中没有提供出树脂基复合材料用的耐高温(375℃以上)水溶性模具(芯模)材料及水溶性模具的制作方法。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种树脂基复合材料用水溶性模具材料及制作水溶性模具方法，以解决现有的树脂基复合材料用的水溶性模具(芯模)存在耐高温性能差的问题。本专利技术为解决上述技术问题采取的技术方案是：一种树脂基复合材料用水溶性模具材料由水溶性陶瓷前驱体水溶液和水溶性模具用填料组成；所述水溶性陶瓷前驱体水溶液的质量百分比浓度为10％～30％；所述陶瓷前驱体的结构为构型,其主链为-O-A-O-，A为硅、钛的中的一种，可以和氧形成有机硅、钛酸盐以共价键化合而成的陶瓷类材料前驱体，其侧链B上接枝了水溶性取代基，为羟基、羧基，胺基、酰胺基的化合物或者其聚合物中的一种；陶瓷前驱体水溶液的溶质质量为水溶性模具用填料质量的1％～15％；所述水溶性模具用填料为微米级二氧化硅、微米级三氧化二铝以及微米级二氧化钛空心陶瓷微球中的一种或几种混合。作为优选，所述水溶性模具材料还包括水溶性模具用辅助填料，辅助填料的质量为水溶性模具用填料质量的1-10％；所述水溶性模具用辅助填料为微米级石墨粉末或微米级金属粉末。所述模具由以下步骤组成：(1)配料：先将陶瓷前驱体溶于水中，配成浓度为10％～30％的水溶液，加入水溶性模具用填料，水溶性陶瓷前驱体的质量为水溶性模具用填料质量的1％～15％，搅拌均匀制成水溶性模具材料；(2)预成型：将步骤(1)制得的水溶性模具材料放入用于制作水溶性模具或芯模的模具中压实以制得所需的水溶性模具的外形形状；(3)干燥：将步骤(2)制得的预成型的水溶性模具进行烘干，干燥温度为100℃～200℃，直至该预成型的水溶性模具干燥制成成型的水溶性模具；(4)机械加工：对干燥后的预成型的水溶性模具表面进行机械加工，获得几何尺寸精度为0.01mm的水溶性模具；(5)表面处理：在经机械加工后的水溶性模具的外表面涂一层质量百分比浓度为10％～30％的陶瓷前驱体水溶液，并进行干燥处理，干燥后的涂层在水溶性模具外表面上形成坚硬的保护膜；制得水溶性模具。作为优选，所述的制作水溶性模具的方法：在步骤(3)中，所述干燥温度为150℃。作为优选，所述的制作水溶性模具的方法：在步骤(5)中，水溶性陶瓷前驱体水溶液的质量百分比浓度为15％。本专利技术的有益效果为(1)本专利技术所制备的水溶性模具材料所采用的水溶性陶瓷前驱体是一种具有良好的热稳定性物质，将其加热至800℃，仍可以溶解，耐高温性能良好，适合固化温度很高的树脂基复合材料成型。(2)所采用的填料是无机填料，用它制备的芯模具有质量轻，热膨胀系数小，外形和尺寸可以根据需要进行机加工，含有水溶性陶瓷前驱体的水溶性模具材料具有一定的力学强度，对于边长为25.4mm的立方体做压缩强度实验，压缩强度达到8MPa及以上，而且在300℃下的保留率仍很高。(3)与传统的加入石膏粉的浇铸型水溶性模具材料相比的优势在于在配方比例不变的情况下，可以通过改变预成型压力来控制水溶性模具的抗压强度。附图说明图1是本专利技术所述水溶性模具制作的工艺过程的流程框图(步骤一到步骤五)。具体实施方式实施例1模具的制备方法为：配料：先将主链为有机硅结构的陶瓷前驱体溶于水中，配成浓度为20％的水溶液，加入水溶性模具用填料，水溶性陶瓷前驱体的质量为水溶性模具用填料质量的8％，搅拌均匀制成水溶性模具材料；填料为：普通砂子预成型：将步骤(1)制得的水溶性模具材料放入用于制作水溶性模具或芯模的模具中压实以制得所需的水溶性模具的外形形状；干燥：将步骤(2)制得的预成型的水溶性模具进行烘干，干燥温度为150℃，直至该预成型的水溶性模具干燥制成成型的水溶性模具；机械加工：对干燥后的预成型的水溶性模具表面进行机械加工，获得水溶性模具；表面处理：在经机械加工后的水溶性模具的外表面涂一层质量百分比浓度为20％的陶瓷前驱体水溶液，并进行干燥处理，干燥后的涂层在水溶性模具外表面上形成坚硬的保护膜；制得水溶性模具。在步骤(3)中，所述干燥处理温度为150℃。在步骤(5)中，水溶性陶瓷前驱体水溶液的质量百分比浓度为15％。实施例2本实施方式所述水溶性模具用填料为微米级二氧化硅、微米级三氧化二铝以及微米级二氧化钛空心陶瓷微球中的一种或多种混合物。其它组成与具体实施方式一相同。实施例3本实施方式所述水溶性模具用填料由微米级二氧化硅、微米级三氧化二铝以及微米级二氧化钛空心陶瓷微球中的任意两种或两种以上物质按任意比均匀混合构成。实施例4本实施方式所述水溶性高分子聚合物水溶液是质量百分比浓度为25％的主链为有机硅结构的水溶性陶瓷前驱体的水溶液，其余同实施例1。实施例5本实施方式所述主链为有机硅结构的水溶性陶瓷前驱体水溶液中溶质的质量为水溶性模具用填料质量的10％。其余同实施例1。实施例6本实施方式所述水溶性模具材料还包括水溶性模具用辅助填料，所述水溶性模具用辅助填料的质量为水溶性模具用填料质量的25％；所述水溶性模具用辅助填料为微米级石墨粉末。其余同实施例1。实施例7请参见图1，本实施方式所述制作水溶性模具的方法是按照如下步骤实现的：步骤一、配料：先将主链为-O-Ti-O-结构的水溶性陶瓷前驱体溶于水中，配成浓度为10％的水溶液，待完全溶解后，加入水溶性模具用填料，水溶性陶瓷前驱体水溶液的质量为水溶性模具用填料质量的15％，搅拌均匀制成水溶性模具材料；步骤二、预成型：将步骤一制得的水溶性模具材料放入用于制作水溶性模具或芯模的模具中压实以制得所需要的水溶性模具(芯模)的外形形状，这样可以减少机械加工的工作量；或将步骤一制得的水溶性模具材料做成预成型块，再通过各种机械加工手段制得所需要的水溶性模具(芯模)的外形形状；在预成型过程中，对模具材料施加的压力越大，做出的芯模的抗压能力就越强；步骤三、干燥：将步骤三制得的预成本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种树脂基复合材料用水溶性模具材料，其特征在于：由水溶性陶瓷前驱体水溶液和水溶性模具用填料组成；所述水溶性陶瓷前驱体水溶液的质量百分比浓度为10％～30％；所述陶瓷前驱体的结构为

【技术特征摘要】
1.一种树脂基复合材料用水溶性模具材料，其特征在于：由水溶性陶瓷前驱体水溶液和水溶性模具用填料组成；所述水溶性陶瓷前驱体水溶液的质量百分比浓度为10％～30％；所述陶瓷前驱体的结构为构型,其主链为-O-A-O-，A为硅、钛的中的一种，可以和氧形成有机硅、钛酸盐以共价键化合而成的陶瓷类材料前驱体，其侧链B上接枝了水溶性取代基，为羟基、羧基，胺基、酰胺基的化合物或者其聚合物中的一种；陶瓷前驱体水溶液的溶质质量为水溶性模具用填料质量的1％～15％；所述水溶性模具用填料为微米级二氧化硅、微米级三氧化二铝以及微米级二氧化钛空心陶瓷微球中的一种或几种混合。


2.根据权利要求1所述的树脂基复合材料用水溶性模具材料，其特征在于：所述水溶性陶瓷前驱体水溶液是质量百分比浓度为15％的陶瓷前驱体水溶液。


3.根据权利要求1所述的树脂基复合材料用水溶性模具材料，其特征在于：所述水溶性陶瓷前驱体溶质的质量为水溶性模具用填料质量的10％。


4.根据权利要求1-3任意一项所述的水溶性模具材料，其特征在于：所述水溶性模具材料还包括水溶性模具用辅助填料，辅助填料的质量为水溶性模具用填料质量的1-10％；所述水溶性模具用辅助填料为微米级石墨粉末或微米级金属粉末。


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【专利技术属性】
技术研发人员：李晓丹，隋岩，王冠辉，肖琳，刘诚，王玮，丁超，
申请(专利权)人：井冈山大学，
类型：发明
国别省市：江西;36