壳模粘合剂组合物和方法技术

本发明专利技术提供一种形成壳模的方法，包括：提供含０．１至７０ｗｔ％的提供一次熔模的纤维的熔模铸造壳模组合物，将该组合物涂于模具上形成粘合剂涂布的模具，将耐火粉末涂于粘合剂涂布的模具上形成粘合剂和粉末模涂层，其改进中包括粘合剂组合物。本发明专利技术提供一种形成壳模的方法，包括：提供含粘合剂组合物的熔模铸造壳模组合物，该粘合剂组合物包括２０－９８ｗｔ％的含无机颗粒的溶胶和１－２０ｗｔ％有机聚合物的混合物；提供一次熔模，将所述组合物涂于所述模具上形成粘合剂涂布的模具，将耐火粉末涂于所述粘合剂涂布的模具上形成粘合剂和粉末模涂层，其改进中粘合剂组合物包括０．１至７０ｗｔ％的无机纤维。（*该技术在2020年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及包括胶态二氧化硅和聚合物的水基打底(back-up)粘合剂组合物和其用于形成制备壳模的快速加工浆料的用途。本专利技术的打底粘合剂组合物包括纤维并用于快速制备熔模铸造法的陶瓷壳模。现有的粘合剂组合物不包括纤维。本专利技术提供一种组合物，该组合物明显缩短生产陶瓷壳模所需的时间。本专利技术的组合物，当用于生产熔模铸造法的陶瓷壳模时，不仅通过减少壳的浸入(shell dip)次数而提供低加工时间，而且通过高的原始强度提供更好的操作和脱蜡。生产用于熔模铸造的壳模通常包括将蜡模板(或蜡模)浸入含粘合剂和耐火粉末的浆料中。用该浆料涂布蜡，并将过量的浆料排出。将较粗的耐火粉末撒到湿蜡型(wax pattern)上，并将该组合物干燥。用相同方法涂布另一些浆料涂层和耐火粉末，直至模具具有用于进一步加工的的厚度和强度。将底涂层定义为涂于蜡型或蜡模上的头道或二道涂层。底涂层的目的在于对要浇铸并复制模具细节的金属提供高耐火度表面。底粘合剂基于胶态二氧化硅，且通常含其它添加剂如湿润剂、消泡剂和聚合物。耐火粉通常为200-400目，通常为锆石，但也可含有一些熔融二氧化硅。选用锆石的原因在于其优良的耐火性能。用于底涂层的灰泥材料通常更细(50-150目)以有助于捕捉模具的细节。用于底涂层的灰泥材料通常为锆石，但也可为熔融二氧化硅。通常在底涂层后用打底涂料涂于蜡型上。封闭涂料仅为浆料涂料，不涂布灰泥。该封闭涂料通常以工业方法涂布以将疏松的灰泥“封闭”到蜡型上。打底涂料的主要目的是对壳提供足够的强度以承受在生产铸品的方法中对其施加的力和压力。在最终打底涂料后涂布封闭涂料。主应力是由于在除蜡工艺期间由蜡施加到壳上的压力造成的。各壳所需的打底涂料数目取决于整个模具的尺寸，以及注入壳内的合金量。在熔模铸造领域中的惯例是通过3-点弯曲表征壳模的原始(未烧制)性能(烧制之前的性能)，其中将单点载荷逐渐施于支撑在两个静止点的原始壳试片上，直至断裂为止。弯曲试验的主要目的是获得壳材料原始强度的一个测量值断裂模量(MOR)这里使用的断裂模量(MOR)由如下公式定义MOR＝(3xLfxS)/(2xWxT2)其中Lf为断裂时的最大载荷，S为两个静止点之间的间隔，W和T分别为试棒的宽度和厚度，如Investment Casting Institute Ceramic TestProcedure 770-79(1979)中提出的。MOR为材料的固有性能，因此该性能与试棒的尺寸无关。已知当对壳施加外载荷时，壳厚度是确定实际壳性能的主要因素，考虑厚度的调整破裂载荷(AFL)为壳强度的更准确测量值。AFL信息和公式已在很多工业论文中公布。这里使用的调整破裂载荷(AFL)用如下公式定义AFL＝[fx(MOR)xT2]其中f为通过Carl Schwartz of Ransom & Randolph在“Faster andSafer Shell Production”(1988)中提出的弯曲类型测定的常数因子。用于熔模铸造壳模中的“聚合物”通常指通过称为单体的5个或多个相同结合单元的化学结合形成的大分子。本专利技术中使用的聚合物类型称为弹性体。弹性体为具有弹性性能的聚合物。这里使用的耐火材料是指可用于制备熔模铸造的壳模的无机颗粒材料。耐火材料特别在加热期间耐变化。工业中使用的主要耐火材料如下锆石ZrSiO4(硅酸锆)，矾土Al2O3(氧化铝)，硅石SiO2(二氧化硅)和硅铝酸盐xAl2O3·ySiO2，通常已在高温(2500F°)下烧制形成称为富铝红柱石的稳定相并因烧制使收缩最小的氧化铝与二氧化硅的混合物。这些耐火材料为两种形式一种形式为粉末形式，另一种形式为粗砂形式，通常称为灰泥。粉末和灰泥的尺寸都可以根据相应的应用而变化。这里使用的耐火粉末(或耐火粉)是指具有这样的颗粒尺寸的耐火粉末颗粒材料至少60％的颗粒小于(细于)100目。耐火粉末(或耐火粉)优选为具有这样的颗粒尺寸的耐火颗粒材料至少90％的颗粒小于(细于)100目。这里使用的耐火砂子(或耐火灰泥)是指具有这样的颗粒尺寸的耐火颗粒材料至少60％的颗粒大于(粗于)100目。耐火砂子(或耐火灰泥)优选为具有这样的颗粒尺寸的耐火颗粒材料至少90％的颗粒大于(粗于)100目。这里使用的“胶乳聚合物”是指在水中的弹性体聚合物。例如，苯乙烯丁二烯(S/B类型)类的弹性体聚合物和丙烯酸类的弹性体聚合物具有如下性能胶乳# PH 固体％比粘度比重类型(厘泊)(g/ml)100 8-953％ 未测 1.01 S/B101 6-750％ 未测 1.01 S/B120 8.550％ 200 1.03 丙烯酸类121 7.050％ 40 1.01 丙烯酸类140 9.547％ 100 1.05 烯酸类在熔模铸造壳模中的“胶态二氧化硅”通常指微小二氧化硅颗粒的水分散体，通常使用少量强碱(例如氨或氢氧化钠)作为生成稳定悬浮液的稳定剂。所得pH通常为8.0-11.0。“脱蜡”是指从未烧制的模涂料中除去蜡形成未烧制的模具，然后将其烧制并用于熔模铸造。“底涂料”是指适应记录微小表面细节并且如现有技术公知的由通过Ransom & Randolph制造的princote粘合剂材料形成的浆料形成的浆料和灰泥材料的头道涂料，通常通过在其浆料中浸涂而将其涂于蜡模上。这里使用的“无机纤维”是指具有长宽比至少10，更优选至少30的包括无机材料，更优选基本由无机材料组成的纤维。本专利技术的一个目的是提供形成壳模的方法，包括提供熔模铸造壳模组合物，其中无聚合物和纤维的粘合剂及粉末的模涂料按粘合剂和粉末的模涂料相同的方式形成，不同的是不含聚合物和纤维，无纤维和聚合物的粘合剂及粉末的模涂料具有无聚合物和纤维的原始MOR及无聚合物和纤维的原始AFL，粘合剂和粉末的模涂料具有含聚合物和纤维的原始MOR和含聚合物和纤维的原始AFL，含聚合物和纤维的原始MOR比无聚合物和纤维的原始MOR高至少50％，含聚合物和纤维的原始AFL在相同涂层数时比无聚合物和纤维的AFL高至少150％，在减少涂层数的至少40％时含聚合物和纤维的原始AFL等于无聚合物和纤维的原始AFL。本专利技术的一个目的是提供形成壳模的方法，包括提供熔模铸造壳模组合物，其中含聚合物但无纤维的粘合剂及粉末的模涂料按粘合剂和粉末的模涂料相同的方式形成，不同的是不含纤维，含聚合物但无纤维的粘合剂及粉末的模涂料具有含聚合物但无纤维的原始MOR及含聚合物但无纤维的原始AFL，粘合剂和粉末的模涂料具有含聚合物和纤维的原始MOR和含聚合物和纤维的原始AFL，含聚合物和纤维的原始MOR比含聚合物但无纤维的原始MOR高至少25％，含聚合物和纤维的原始AFL在相同涂层数时比含聚合但无纤维的原始AFL高至少100％，在减少涂层数至少25％时含聚合物和纤维的原始AFL等于含聚合物但无纤维的原始AFL。本专利技术的一个目的是提供形成壳模的方法，包括提供含0.1至70wt％的提供一次熔模(disposable pattern)的无机纤维的熔模铸造壳模组合物，将该组合物涂于模具上形成粘合剂涂布的模具，将耐火粉涂于粘合剂涂布的模具上，形成粘合剂和粉末模涂层，其改进中包括粘合剂组合物。本专利技术一个目本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种熔模铸造壳模组合物，包含一种粘合剂组合物，该粘合剂组合物包括２０－９８ｗｔ％的含无机颗粒的溶胶、１－２０ｗｔ％有机聚合物和０．１至７０ｗｔ％无机纤维的混合物；其中无机颗粒具有小于６００目的平均颗粒尺寸，并且无机纤维具有大于３０的平均长径比。

【技术特征摘要】
US 1999-8-25 60/150,626;US 1999-9-1 60/151,832;US 1.一种熔模铸造壳模组合物，包含一种粘合剂组合物，该粘合剂组合物包括20-98wt％的含无机颗粒的溶胶、1-20wt％有机聚合物和0.1至70wt％无机纤维的混合物；其中无机颗粒具有小于600目的平均颗粒尺寸，并且无机纤维具有大于30的平均长径比。2.根据权利要求1的组合物，进一步包括1至90wt％的耐火粉末。3.根据权利要求2的组合物，其中耐火粉末具有120至140目的筛目尺寸，并且所述耐火粉末选自硅铝酸盐、熔融二氧化硅、石英二氧化硅、氧化铝、锆石和氧化锆。4.根据权利要求1的组合物，其中所述胶态二氧化硅包括具有3至100纳米平均颗粒尺寸的二氧化硅。5.根据权利要求1的组合物，其中胶态二氧化硅与胶乳聚合物的比例大于1∶1。6.根据权利要求1的组合物，其中所述胶体∶胶乳比例为10∶1至1∶1。7.根据权利要求1的组合物，其中所述胶乳聚合物包括具有如下性能的丙烯酸类聚合物的共混物pH6-11；粘度50-1000厘泊；固含量40-65％；平均颗粒尺寸0.05-1.0微米。8.根据权利要求1的组合物，其中所述胶乳聚合物包括具有如下性能的丙烯酸类聚合物的共混物pH7-10；粘度50-500厘泊；固含量50-60％；平均颗粒尺寸0.1-0.5微米。9.根据权利要求1的组合物，其中聚合物胶乳为丙烯酸类胶乳或苯乙烯丁二烯胶乳。10.根据权利要求1的组合物，其中所述二氧化硅溶胶具有低于30纳米的平均颗粒尺寸。11.根据权利要求1的组合物，其中所述胶乳聚合物为弹性体胶乳聚合物。12.根据权利要求1的组合物，还包括1至98wt％的水。13.一种形成壳模的方法，包括如下步骤提供含粘合剂组合物的熔模铸造壳模组合物，该粘合剂组合物包括20-98wt％的含无机颗粒的溶胶、1-20wt％有机聚合物和0.1至70wt％无机纤维的混合物；所述无机颗粒具有小于600目的平均颗粒尺寸，所述无机纤维具有大于30的平均长径比，提供一次熔模，将耐火粉末与所述粘合剂组合物混合形成浆料组合物，将所述浆料组合物涂于所述模具上以在所述浆料涂布的模具上形成浆料涂层，将耐火灰泥涂于所述浆料涂层上形成浆料和灰泥模涂层。14.权利要求13的方法，其中所述耐火粉末具有120至400目的颗粒尺寸。15.一种形成壳模的方法，包括提供含液体粘合剂组合物的熔模铸造壳模组合物；将耐火粉末与粘合剂混合形成浆料组合物，提供底涂布的一次熔模，将该浆料组合物涂于模具上以在所述模具上形成部分浆料涂层，从所述部分浆料涂层中排出至少一部分所述液体，由此形成排出的部分浆料涂层，将浆料组合物涂于所述排出的部分浆料涂层上形成润湿的浆料涂层，从所述润湿的浆料涂层中排出至少部分所述液体形成排出的浆料涂层，并将耐火灰泥材料涂于所述排出的浆料涂层上，由此形成耐火灰泥和浆料涂层，在其改进中，所述液体粘合剂组合物包括0.1至70wt％无机纤维。16.权利要求15的方法，其中所述液体粘合剂组合物进一步包括20-98wt％的含无机颗粒的溶胶和1-20wt％有机聚合物，所述耐火粉末包括具有小于600目的平均颗粒尺寸的无机颗粒。17.权利要求15的方法，其中所述无机纤维具有大于30的平均长径比。18.权利要求15的方法，其中在干燥后反复将所述组合物涂于所述模具上形成浆料涂布的模具，并将所述耐火灰泥涂于所述浆料涂布的模具上。19.一种形成壳模的方法，包括提供含0.1至70wt％的无机纤维的熔模铸造壳模组合物，提供一次熔模，将所述组合物涂于模具上形成粘合剂涂布的模具，将耐火粉末涂于所述粘合剂涂布的模具上形成粘合剂和粉末模涂层，其改进中包括粘合剂组合物。20.权利要求19的方法，其中所述熔模铸造壳模组合物还包括1至20wt％的有机聚合物。21.一种通过包括如下步骤的方法形成的壳模，所述方法包括提供含粘合剂组合物的熔模铸造壳模组合物，该粘合剂组合物包括20-98wt％的含无机颗粒的溶胶、1-20wt％有机聚合物和0.1至70wt％无机纤维的混合物，将耐火粉末施于粘合剂中形成浆料，提供底涂布的一次熔模，将该浆料组合物涂于模具上形成浆料涂布的模具，排出并涂布干燥的耐火灰泥层。22.一种形成壳模的方法，包括提供含打底粘合剂组合物的熔模铸造壳模组合物，该打底粘合剂组合物包括20-98wt％的含无机颗粒的溶胶和1-20wt％有机聚合...

【专利技术属性】
技术研发人员：MJP王，MJ汉吉克斯，
申请(专利权)人：邓特斯普里国际公司，
类型：发明
国别省市：US[美国]