本发明涉及一种基于亲油性微米石墨的填料型熔模铸造蜡及其制备方法。
背景技术：
失蜡精密铸造法，也称铂杜涂蜡过程。在失蜡精密铸造法中，耐火材料包裹在蜡模周围，再加热、融化、排蜡，然后用于所需的对象。
熔模铸造是在可溶性模的表面重复浸涂上数层耐火涂料，并经逐层撒沙、干燥和硬化后，用蒸汽和热水等加热方法将其中的熔模熔去而制成整体型壳，然后进行高温焙烧、浇注而获得铸件的一种铸造方法。由于用这种方法所得到铸件的尺寸精确、棱角清晰、表面光滑、接近于零挂件的最终形态，因而是一种近净形铸造工艺方法，故又称为精密铸造。
在熔模铸造中，当蜡模料注入到模具中时，模料需要在一个较高高温度下注入，以便蜡具有一定的流动性填充到所需铸造物体模具的每一个角落。另外，在一定的压力下，注入的蜡的流动性更好，因此，精密铸造蜡一般都在一定的温度和压力下注入蜡模。当模料注入到区域厚度不同的复杂模型中时，厚度不同降温的速率也不一样，薄的区域降温相对较快，产品有较高的精度，厚的区域相对较慢，收缩大，产品精度差。另外厚薄区域之间也因降温速率的差别产生扭曲力，使产品变形。另外在同一厚度区域内，蜡模料的固化收缩率越大，蜡模的内应力就越大，蜡模越易产生翘曲甚至破裂。因此对于蜡模料而言，收缩率越小，导热性能越好，产品的精度越高。
一种提高模料导热率和降低收缩率的方法就是在蜡模料中加入“填充材料”如有机酸、惰性聚合物树脂等。“填充材料”一般在熔模铸造过程中不熔化，以分散的固体颗粒存在，填充材料的应用改善了熔模铸造过程中的一些缺点，但同时也带来一些新的问题。比如，有机酸像富马酸，己二酸，对苯二甲酸，间苯二甲酸等，它们都有较高热导率，添加后即使是很厚的区域也能使模料快速冷却下来，但是缺点是它能和制壳材料发生反应，影响铸件的反应精度。另外，惰性的高分子聚合物如聚苯乙烯和聚苯丙烯等虽然和制壳材料不发生反应，但是热导率比有机酸差。另外填充材料由于在模料中以颗粒形式存在，熔融后容易沉降，影响产品质量。
技术实现要素：
本发明的目的在于提供一种基于亲油性微米石墨的填料型熔模铸造蜡及其制备方法。
本发明所采取的技术方案是：
一种基于亲油性微米石墨的填料型熔模铸造蜡，其包括基本组分，所述的基本组分由以下质量百分比的原料组成：40～60％的石蜡、6～10％的松香或松香树脂、3～10％的pe蜡、25～35％的石油树脂、5-15％的亲油性微米石墨。
亲油性微米石墨的制备方法包括以下步骤：
1)将微米石墨加入到水中超声分散，干燥，得到微米石墨粉；
2)将微米石墨粉加入到有机溶剂中，再加入油性浸润剂，超声分散，干燥，得到亲油性微米石墨。
亲油性微米石墨制备方法的步骤1)中，微米石墨与水的质量比为(1～10)：(90～99)；水的温度为60～70℃，超声分散的时间为20～30min；干燥的温度为110～130℃，干燥的时间为12～24h。
亲油性微米石墨制备方法的步骤2)中，微米石墨粉、有机溶剂和油性浸润剂的质量比为(1～10)：(90～99)：(0.1～1)；超声分散的时间为30～60min；干燥的温度为70～90℃，干燥的时间为4～8h。
亲油性微米石墨制备方法的步骤2)中，有机溶剂为醇类、醚类、酮类、醇醚类、酯类、酰胺类、烃类溶剂中的至少一种；油性浸润剂为石蜡油、脱氧胆酸钠中的至少一种。
石蜡的熔点为60～75℃；松香或松香树脂的熔点为95～110℃；pe蜡的软化点为110～120℃，数均分子量为1000～2000。
基于亲油性微米石墨的填料型熔模铸造蜡，还包括占基本组分0～0.5wt％的颜料。
这种基于亲油性微米石墨的填料型熔模铸造蜡的制备方法，包括以下步骤：
1)混合蜡料：将石蜡加热熔化后，依次加入松香或松香树脂、pe蜡、石油树脂和亲油性微米石墨，搅拌均匀，得到蜡模料；
2)蜡模成型：将蜡模料转移至压蜡机，压入模具，脱模，冷却，得到基于亲油性微米石墨的填料型熔模铸造蜡。
基于亲油性微米石墨的填料型熔模铸造蜡的制备方法步骤1)中，石蜡加热的温度为120～130℃，搅拌的时间为3～4h。
基于亲油性微米石墨的填料型熔模铸造蜡的制备方法步骤2)中，蜡模成型具体为：将蜡模料转移至压蜡机保温缸中在98～102℃保温1.5～2.5小时，再在55～60℃保温1.5～2.5小时，调节压入压力至1.5～3mpa，射蜡时间为90～120s，将蜡模料压入模具中，脱模，自然冷却至室温，得到基于亲油性微米石墨的填料型熔模铸造蜡。
本发明的有益效果是：
本发明的填料型熔模铸造蜡软化点适中，针入度和线收缩率较小，抗弯强度较大，灰分小，能够很好地满足精密铸件高尺寸精度和高表面质量的要求，满足实际生产的需要。
具体而言：
1)亲油性微米石墨作为一种良好的蜡组分填充材料，这种材料能安全的处理，能够方便地融化，和燃烧模具同时提高蜡模导热系数，可以降低蜡模灰度，而且在常温下使用时能经受住温度的剧烈变化而不致破坏，温度突变时，蜡模料的体积变化不大，不会产生裂纹。因此，对于要求高尺寸精度的零件，以亲油性微米石墨作为填充材料的蜡组分效果明显。
2)亲油性微米石墨应用在熔模铸造蜡模料中，不仅导热率高，能够稳定分散在蜡模料体系中，而且是一种惰性材料不和制壳材料发生反应，另外也很容易燃烧，不影响模料的灰分。
具体实施方式
一种基于亲油性微米石墨的填料型熔模铸造蜡，其包括基本组分，所述的基本组分由以下质量百分比的原料组成：40～60％的石蜡、6～10％的松香或松香树脂、3～10％的pe蜡、25～35％的石油树脂、5-15％的亲油性微米石墨。
所述的松香或松香树脂，可以为松香或者松香树脂中的其中一种，也可以为两者的混合物。
优选的，亲油性微米石墨的制备方法包括以下步骤：
1)将微米石墨加入到水中超声分散，干燥，得到微米石墨粉；
2)将微米石墨粉加入到有机溶剂中，再加入油性浸润剂，超声分散，干燥，得到亲油性微米石墨。
优选的，亲油性微米石墨制备方法的步骤1)中，微米石墨与水的质量比为(1～10)：(90～99)；水的温度为60～70℃，超声分散的时间为20～30min；干燥的温度为110～130℃，干燥的时间为12～24h。
优选的，亲油性微米石墨制备方法的步骤1)中，微米石墨为微米隐晶质状体石墨。
优选的，亲油性微米石墨制备方法的步骤2)中，微米石墨粉、有机溶剂和油性浸润剂的质量比为(1～10)：(90～99)：(0.1～1)；超声分散的时间为30～60min；干燥的温度为70～90℃，干燥的时间为4～8h。
优选的，亲油性微米石墨制备方法的步骤2)中，有机溶剂为醇类、醚类、酮类、醇醚类、酯类、酰胺类、烃类溶剂中的至少一种；进一步优选的，有机溶剂为环己烷、丙酮、甲苯、氯仿中的其中一种。
优选的，亲油性微米石墨制备方法的步骤2)中，油性浸润剂为石蜡油、脱氧胆酸钠中的至少一种。
优选的，石蜡的熔点为60～75℃；松香或松香树脂的熔点为95～110℃；pe蜡的软化点为110～120℃，数均分子量为1000～2000。
进一步的，基于亲油性微米石墨的填料型熔模铸造蜡，还包括占基本组分0～0.5wt％的颜料。
这种基于亲油性微米石墨的填料型熔模铸造蜡的制备方法，包括以下步骤：
1)混合蜡料：将石蜡加热熔化后，依次加入松香或松香树脂、pe蜡、石油树脂和亲油性微米石墨，搅拌均匀，得到蜡模料；
2)蜡模成型：将蜡模料转移至压蜡机，压入模具，脱模，冷却，得到基于亲油性微米石墨的填料型熔模铸造蜡。
优选的，基于亲油性微米石墨的填料型熔模铸造蜡的制备方法步骤1)中，石蜡加热的温度为120～130℃，搅拌的时间为3～4h。
优选的，基于亲油性微米石墨的填料型熔模铸造蜡的制备方法步骤2)中，蜡模成型具体为：将蜡模料转移至压蜡机保温缸中在98～102℃保温1.5～2.5小时，再在55～60℃保温1.5～2.5小时，调节压入压力至1.5～3mpa，射蜡时间为90～120s，将蜡模料压入模具中，脱模，自然冷却至室温，得到基于亲油性微米石墨的填料型熔模铸造蜡。
以下通过具体的实施例对本发明的内容作进一步详细的说明。
亲油性微米石墨制备实施例1：
1)把10质量份、粒径为30微米的隐晶质状体石墨添加到90质量份的水(温度为70℃)中超声分散30分钟，去除微米石墨加工过程中残留的酸根离子和金属离子，过滤，在130℃的烘箱中烘烤24小时，得到微米石墨粉末；
2)把10质量份的微米石墨粉加到90质量份的环己烷中，加入1质量份的石蜡油，超声分散60分钟，过滤，在90℃中烘箱中烘烤8小时，去除有机溶剂，得到亲油性微米石墨。
将上述制备方法得到的10质量份亲油性微米石墨添加到90质量份的石蜡中，在100℃超声分散60分钟，得到分散液。经测试，该分散液在800次高低温循环(20℃～100℃～20℃)后，保持良好的分散稳定性，无分层现象。
亲油性微米石墨制备实施例2：
制备方法同亲油性微米石墨制备实施例1，唯一不同的是有机溶剂为丙酮。经测试，该分散液在800次高低温循环(20℃～100℃～20℃)后，保持良好的分散稳定性，无分层现象。
亲油性微米石墨制备实施例3：
制备方法同亲油性微米石墨制备实施例1，唯一不同的是有机溶剂为甲苯。经测试，该分散液在800次高低温循环(20℃～100℃～20℃)后，保持良好的分散稳定性，无分层现象。
亲油性微米石墨制备实施例4：
制备方法同亲油性微米石墨制备实施例1，唯一不同的是有机溶剂为氯仿。经测试，该分散液在800次高低温循环(20℃～100℃～20℃)后，保持良好的分散稳定性，无分层现象。
亲油性微米石墨制备实施例5：
制备方法同亲油性微米石墨制备实施例1，唯一不同的是油性浸润剂为脱氧胆酸钠。经测试，该分散液在800次高低温循环(20℃～100℃～20℃)后，保持良好的分散稳定性，无分层现象。
亲油性微米石墨制备实施例6：
1)把1质量份、粒径为1微米的隐晶质状体石墨添加到99质量份的水(温度为60℃)中超声分散20分钟，去除微米石墨加工过程中残留的酸根离子和金属离子，过滤，在110℃的烘箱中烘烤12小时，得到微米石墨粉末；
2)把1质量份的微米石墨粉加到99质量份的环己烷中，加入0.1质量份的石蜡油，超声分散30分钟，过滤，在70℃中烘箱中烘烤4小时，去除有机溶剂，得到亲油性微米石墨。
将上述制备方法得到的1质量份亲油性微米石墨添加到99质量份的石蜡中，在60℃超声分散30分钟，得到分散液。经测试，该分散液在500次高低温循环(20℃～100℃～20℃)后，保持良好的分散稳定性，无分层现象。
亲油性微米石墨制备实施例7：
制备方法同亲油性微米石墨制备实施例6，唯一不同的是有机溶剂为丙酮。经测试，该分散液在500次高低温循环(20℃～100℃～20℃)后，保持良好的分散稳定性，无分层现象。
亲油性微米石墨制备实施例8：
制备方法同亲油性微米石墨制备实施例6，唯一不同的是有机溶剂为甲苯。经测试，该分散液在500次高低温循环(20℃～100℃～20℃)后，保持良好的分散稳定性，无分层现象。
亲油性微米石墨制备实施例9：
制备方法同亲油性微米石墨制备实施例6，唯一不同的是有机溶剂为氯仿。经测试，该分散液在500次高低温循环(20℃～100℃～20℃)后，保持良好的分散稳定性，无分层现象。
亲油性微米石墨制备实施例10：
制备方法同亲油性微米石墨制备实施例6，唯一不同的是油性浸润剂为脱氧胆酸钠。经测试，该分散液在500次高低温循环(20℃～100℃～20℃)后，保持良好的分散稳定性，无分层现象。
亲油性微米石墨制备实施例11：
1)把5质量份、粒径为16微米的隐晶质状体石墨添加到95质量份的水(温度为65℃)中超声分散25分钟，去除微米石墨加工过程中残留的酸根离子和金属离子，过滤，在120℃的烘箱中烘烤18小时，得到微米石墨粉末；
2)把5质量份的微米石墨粉加到95质量份的环己烷中，加入0.5质量份的石蜡油，超声分散45分钟，过滤，在80℃中烘箱中烘烤6小时，去除有机溶剂，得到亲油性微米石墨。
将上述制备方法得到的5质量份亲油性微米石墨添加到95质量份的石蜡中，在80℃超声分散45分钟，得到分散液。经测试，该分散液在1000次高低温循环(20℃～100℃～20℃)后，保持良好的分散稳定性，无分层现象。
亲油性微米石墨制备实施例12：
制备方法同亲油性微米石墨制备实施例11，唯一不同的是有机溶剂为丙酮。经测试，该分散液在1000次高低温循环(20℃～100℃～20℃)后，保持良好的分散稳定性，无分层现象。
亲油性微米石墨制备实施例13：
制备方法同亲油性微米石墨制备实施例11，唯一不同的是有机溶剂为甲苯。经测试，该分散液在1000次高低温循环(20℃～100℃～20℃)后，保持良好的分散稳定性，无分层现象。
亲油性微米石墨制备实施例14：
制备方法同亲油性微米石墨制备实施例11，唯一不同的是有机溶剂为氯仿。经测试，该分散液在1000次高低温循环(20℃～100℃～20℃)后，保持良好的分散稳定性，无分层现象。
亲油性微米石墨制备实施例15：
制备方法同亲油性微米石墨制备实施例11，唯一不同的是油性浸润剂为脱氧胆酸钠。经测试，该分散液在1000次高低温循环(20℃～100℃～20℃)后，保持良好的分散稳定性，无分层现象。
填料型熔模铸造蜡实施例1：
一种填料型熔模铸造蜡模料，其是由以下质量百分比的原料组成：
60#石蜡：52％；松香树脂：8％；pe蜡：5％；c5石油树脂30％；亲油性微米石墨：5％。
填料型熔模铸造蜡实施例2：
一种填料型熔模铸造蜡模料，其是由以下质量百分比的原料组成：
60#石蜡：49％；松香树脂：8％；pe蜡：5％；c5石油树脂30％；亲油性微米石墨：8％。
填料型熔模铸造蜡实施例3：
一种填料型熔模铸造蜡模料，其是由以下质量百分比的原料组成：
60#石蜡：47％；松香树脂：8％；pe蜡：5％；c5石油树脂30％；亲油性微米石墨：10％。
填料型熔模铸造蜡实施例4：
一种填料型熔模铸造蜡模料，其是由以下质量百分比的原料组成：
60#石蜡：45％；松香树脂：8％；pe蜡：5％；c5石油树脂30％；亲油性微米石墨：12％。
填料型熔模铸造蜡实施例5：
一种填料型熔模铸造蜡模料，其是由以下质量百分比的原料组成：
60#石蜡：47％；松香树脂：8％；pe蜡：5％；c5石油树脂25％；亲油性微米石墨：15％。
填料型熔模铸造蜡实施例1～5所用的亲油性微米石墨为亲油性微米石墨制备实施例1得到的石墨；所用的松香树脂熔点为105℃；所用的pe蜡的软化点为112℃，数均分子量为1500。
填料型熔模铸造蜡具体制备方法举例如下：
1)混合蜡料：将石蜡从室温加热到120～130℃搅拌均匀后，依次加入松香树脂、pe蜡、石油树脂和亲油性微米石墨，搅拌3～4小时，得到蜡模料；
2)蜡模成型：蜡模料转移至压蜡机保温缸中100℃保温两个小时，再将温度调到55～60℃保温两个小时，调节压入压力至1.5～3mpa，射蜡时间为90～120s，将蜡模料压入模具中，脱模，自然冷却至室温，填料型熔模铸造蜡。
填料型熔模铸造蜡对比例1：
一种填料型熔模铸造蜡模料，其是由以下质量百分比的原料组成：60#石蜡：57％；松香树脂：8％；pe蜡：5％；c5石油树脂30％；亲油性微米石墨：0％。其制备方法与填料型熔模铸造蜡实施例的相同。
填料型熔模铸造蜡实施例1～5和对比例1的测试结果如表1所示。
表1填料型熔模铸造蜡测试结果
从表1的结果对比可知，与没有加入亲油性微米石墨的对比例1相比，实施例1～5的填料型熔模铸造蜡其软化点适中，线收缩率小，导热系数大，灰分小，能够很好地满足精密铸件高尺寸精度和高表面质量的要求，满足实际生产的需要。