本发明涉及熔模精密铸造
技术领域：
，特别是涉及一种填料模型材料及其制备方法。
背景技术：
：熔模铸造是几百年来最广泛使用的工艺。在该铸造技术中，在形成耐火模具的内腔中使用通常由蜡制成的模型。熔模铸造的工作效率很大程度上取决于一次性模型材料的质量，因为其表面质量和尺寸特性会被转移到陶瓷外壳上，从而影响到最后的铸件。熔模精密铸造初期使用的是多为非填料型熔模精密铸造蜡，后期随着更大模型和更复杂的铸件的出现，非填料型熔模精密铸造蜡已无法满足铸件高表面质量和高尺寸精度的要求，填料模型材料开始得到了应用。通过在模型材料中加入填料，可有效的提高模型材料的性能并解决普通的熔模精密铸造蜡存在的问题。如何选择合适的填料，成为了本领域工作者关注的热点问题。技术实现要素：为了克服现有技术存在的问题，本发明的目的之一在于提供一种以大豆粉为填料的填料模型材料，本发明的目的之二在于提供这种填料模型材料的制备方法。本发明的发明构思如下：大豆是一种天然产物，因为它在不同的工业中使用，也可被认为是一种工业材料。大豆中含有大量不同的化学物质，通过添加大豆可将各种化学物质混合到铸造蜡中，这些都是对环境安全无毒的化学物质。与目前使用的模型材料的添加剂相比，大豆的成本非常低廉。大豆的密度适中，可燃且灰分很低。大豆是富含蛋白质的材料(最多约为40％)，而大豆蛋白具有热塑性，这意味着它符合模型材料物理特性。因此，将大豆作为填料引入到精密铸造模型材料中，具备可行性和较大的市场前景。为了实现上述目的，本发明所采取的技术方案是：本发明提供了一种以大豆粉为填料的填料模型材料。一种填料模型材料，包括以下质量百分比的组分：矿物蜡30％～50％，天然蜡10％～20％，增粘树脂10％～30％，胶体电解质5％～15％，高分子聚合物1％～5％，大豆粉10％～30％。优选的，这种填料模型材料中，矿物蜡选自石蜡、地蜡、褐煤蜡中的至少一种；进一步优选的，矿物蜡选自石蜡、褐煤蜡中的至少一种。石蜡可选用56#石蜡、58#石蜡、60#石蜡、62#石蜡、64#石蜡、66#石蜡中的至少一种。在本发明一些优选的具体实施方式中，石蜡选用64#石蜡。优选的，这种填料模型材料中，天然蜡选自蜂蜡、小烛树蜡、巴西棕榈蜡、虫白蜡中的至少一种；最优选的，天然蜡为蜂蜡。优选的，这种填料模型材料中，增粘树脂为氧化石墨烯改性松香树脂；进一步优选的，增粘树脂选用软化点为90℃～105℃的氧化石墨烯改性松香树脂。优选的，这种填料模型材料中，胶体电解质选自阿拉伯胶、硅树脂、硅橡胶、交联聚乙烯吡咯烷酮中的至少一种；进一步优选的，胶体电解质选自阿拉伯胶、硅树脂中的至少一种。优选的，这种填料模型材料中，高分子聚合物选自聚乙烯、聚苯乙烯、聚丙烯、乙烯丙烯酸共聚物、乙烯-丙烯酸乙酯共聚物、乙烯-醋酸乙烯共聚物中的至少一种；进一步优选的，高分子聚合物选自聚苯乙烯、乙烯-醋酸乙烯共聚物(eva)中的至少一种。优选的，这种填料模型材料中，大豆粉的粒径小于100μm。优选的，这种填料模型材料中，大豆粉的蛋白质含量为30％～38％。优选的，这种填料模型材料中，大豆粉的含油量为20％～30％。本发明还提供了上述填料模型材料的制备方法。一种上述填料模型材料的制备方法，包括以下步骤：1)制备大豆粉：将大豆粉碎，过筛，干燥，得到大豆粉；2)制备基础蜡料：将矿物蜡和天然蜡加入反应器中，加热熔化，再依次加入增粘树脂、胶体电解质和高分子聚合物，混合搅拌，得到基础蜡料；3)制备填料模型材料：将基础蜡料与大豆粉混合搅拌，得到填料模型材料。优选的，这种填料模型材料的制备方法步骤1)中，采用研磨机粉碎大豆。优选的，这种填料模型材料的制备方法步骤1)中，过筛是使大豆粉的粒径小于100μm。优选的，这种填料模型材料的制备方法步骤1)中，干燥是在45℃下干燥，干燥的时间优选为3h～5h。优选的，这种填料模型材料的制备方法步骤2)中，加热的温度为125℃～135℃，混合搅拌的时间为1h～2h。优选的，这种填料模型材料的制备方法步骤3)中，混合搅拌具体是在连续搅拌基础蜡料的情况下，加入大豆粉搅拌均匀。优选的，这种填料模型材料的制备方法步骤3)中，混合搅拌的温度为105℃～120℃，搅拌的时间为10min～30min。优选的，这种填料模型材料的制备方法步骤3)中，在105℃～120℃下搅拌10min～30min后，还包括降温至90℃～100℃继续搅拌20min～40min的步骤。优选的，这种填料模型材料的制备方法步骤3)中，需搅拌至溶液表面的气泡完全消失。本发明的有益效果是：本发明的填料模型材料具有表面光洁度高，收缩小，强度大，热膨胀系数小，灰分低的优点，可满足大型熔模铸件和较复杂的机械铸件等高表面质量和高尺寸精度的要求。具体来说，本发明采用大豆粉作为填料，大豆粉是一种天然产物，是一种低成本的无害环境材料。大豆粉的加入，使得填料模型材料的表面光洁度，抗弯强度，热膨胀系数和收缩性能有了较为显著的提升。在本发明一些优选的具体实施方式中，还采用了硅树脂。硅树脂是一种具有高度交联结构的热固性聚硅氧烷聚合物，兼具有机树脂及无机材料的双重特性，具有独特的物理、化学性能。因其特殊的结构，与其它有机树脂相比，具有优异的耐热性、耐寒性、耐候性、电绝缘性、疏水性及防粘脱模性等；有机硅的主链十分柔顺，其分子间的作用力比碳氢化合物要弱得多，因此，比同分子量的碳氢化合物粘度低，表面张力弱，表面能小，这种低表面张力和低表面使得硅树脂具有各种优异的性能，提高了模型材料的表面质量。具体实施方式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。实施例和对比例中所用的原料、试剂或装置如无特殊说明，均可从常规商业途径得到。除非特别说明，试验或测试方法均为本领域的常规方法。以下采用的氧化石墨烯改性松香树脂软化点为95℃～100℃。采用的大豆粉经检测，蛋白含量为35％，含油量为25％。实施例1本例的填料模型材料组成如表1所示。表1实施例1的填料模型材料组成原料质量百分比(％)64#石蜡35蜂蜡10褐煤蜡15硅树脂10氧化石墨烯改性松香树脂15聚苯乙烯3大豆粉12本例填料模型材料的制备方法包括以下步骤：1)用研磨机粉碎大豆，过筛使豆粉的粒径小于100μm，将大豆粉在烘箱中在45℃下干燥4小时，取出待用。2)将64#石蜡，褐煤蜡，蜂蜡按比例加入至反应釜中，升温至125℃，加热熔化，再依次加入氧化石墨烯改性松香树脂，硅树脂，聚苯乙烯，搅拌1小时，充分溶解得到均匀的基础蜡料。3)搅拌均匀的基础蜡料降温至105℃，在连续搅拌的情况下加入填料大豆粉，搅拌20min后，降温至95℃低速搅拌至溶液表面的气泡完全消失，将模料倒出到容器中自然冷却至室温，即可得到本例的填料模型材料。实施例2本例的填料模型材料组成如表2所示。表2实施例2的填料模型材料组成原料质量百分比(％)64#石蜡26蜂蜡12褐煤蜡10硅树脂7氧化石墨烯改性松香树脂20聚苯乙烯5大豆粉20本例填料模型材料的制备方法包括以下步骤：1)用研磨机粉碎大豆，过筛使豆粉的粒径小于100μm，将大豆粉在烘箱中在45℃下干燥4小时，取出待用。2)将64#石蜡，褐煤蜡，蜂蜡按比例加入至反应釜中，升温至130℃，加热熔化，再依次加入氧化石墨烯改性松香树脂，硅树脂，聚苯乙烯，搅拌1.5小时，充分溶解得到均匀的基础蜡料。3)搅拌均匀的基础蜡料降温至115℃，在连续搅拌的情况下加入填料大豆粉，搅拌20min后，降温至90℃低速搅拌至溶液表面的气泡完全消失，将模料倒出到容器中自然冷却至室温，即可得到本例的填料模型材料。实施例3本例的填料模型材料组成如表3所示。表3实施例3的填料模型材料组成原料质量百分比(％)64#石蜡16蜂蜡15褐煤蜡20阿拉伯胶5氧化石墨烯改性松香树脂30聚苯乙烯4大豆粉10本例填料模型材料的制备方法包括以下步骤：1)用研磨机粉碎大豆，过筛使豆粉的粒径小于100μm，将大豆粉在烘箱中在45℃下干燥4小时，取出待用。2)将64#石蜡，褐煤蜡，蜂蜡按比例加入至反应釜中，升温至135℃，加热熔化，再依次加入氧化石墨烯改性松香树脂，阿拉伯胶，聚苯乙烯，搅拌2小时，充分溶解得到均匀的基础蜡料。3)搅拌均匀的基础蜡料降温至120℃，在连续搅拌的情况下加入填料大豆粉，搅拌20min后，降温至100℃低速搅拌至溶液表面的气泡完全消失，将模料倒出到容器中自然冷却至室温，即可得到本例的填料模型材料。实施例4本例的填料模型材料组成如表4所示。表4实施例4的填料模型材料组成原料质量百分比(％)64#石蜡27蜂蜡16褐煤蜡11硅树脂14氧化石墨烯改性松香树脂16聚苯乙烯2大豆粉14本例填料模型材料的制备方法包括以下步骤：1)用研磨机粉碎大豆，过筛使豆粉的粒径小于100μm，将大豆粉在烘箱中在45℃下干燥4小时，取出待用。2)将64#石蜡，褐煤蜡，蜂蜡按比例加入至反应釜中，升温至125℃，加热熔化，再依次加入氧化石墨烯改性松香树脂，硅树脂，聚苯乙烯，搅拌1.5小时，充分溶解得到均匀的基础蜡料。3)搅拌均匀的基础蜡料降温至105℃，在连续搅拌的情况下加入填料大豆粉，搅拌20min后，降温至95℃低速搅拌至溶液表面的气泡完全消失，将模料倒出到容器中自然冷却至室温，即可得到本例的填料模型材料。实施例5本例的填料模型材料组成如表5所示。表5实施例5的填料模型材料组成原料质量百分比(％)64#石蜡15蜂蜡20褐煤蜡15硅树脂6氧化石墨烯改性松香树脂25乙烯-醋酸乙烯共聚物4大豆粉15本例填料模型材料的制备方法包括以下步骤：1)用研磨机粉碎大豆，过筛使豆粉的粒径小于100μm，将大豆粉在烘箱中在45℃下干燥4小时，取出待用。2)将64#石蜡，褐煤蜡，蜂蜡按比例加入至反应釜中，升温至135℃，加热熔化，再依次加入氧化石墨烯改性松香树脂，硅树脂，乙烯-醋酸乙烯共聚物，搅拌2小时，充分溶解得到均匀的基础蜡料。3)搅拌均匀的基础蜡料降温至115℃，在连续搅拌的情况下加入填料大豆粉，搅拌20min后，降温至95℃低速搅拌至溶液表面的气泡完全消失，将模料倒出到容器中自然冷却至室温，即可得到本例的填料模型材料。实施例6本例的填料模型材料组成如表6所示。表6实施例6的填料模型材料组成原料质量百分比(％)64#石蜡23蜂蜡14褐煤蜡10硅树脂10氧化石墨烯改性松香树脂20乙烯-醋酸乙烯共聚物3大豆粉20本例填料模型材料的制备方法包括以下步骤：1)用研磨机粉碎大豆，过筛使豆粉的粒径小于100μm，将大豆粉在烘箱中在45℃下干燥4小时，取出待用。2)将64#石蜡，褐煤蜡，蜂蜡按比例加入至反应釜中，升温至130℃，加热熔化，再依次加入氧化石墨烯改性松香树脂，硅树脂，乙烯-醋酸乙烯共聚物，搅拌1.5小时，充分溶解得到均匀的基础蜡料。3)搅拌均匀的基础蜡料降温至110℃，在连续搅拌的情况下加入填料大豆粉，搅拌20min后，降温至95℃低速搅拌至溶液表面的气泡完全消失，将模料倒出到容器中自然冷却至室温，即可得到本例的填料模型材料。实施例7本例的填料模型材料组成如表7所示。表7实施例7的填料模型材料组成原料质量百分比(％)64#石蜡29蜂蜡12褐煤蜡5硅树脂15氧化石墨烯改性松香树脂12聚苯乙烯2大豆粉25本例填料模型材料的制备方法包括以下步骤：1)用研磨机粉碎大豆，过筛使豆粉的粒径小于100μm，将大豆粉在烘箱中在45℃下干燥4小时，取出待用。2)将64#石蜡，褐煤蜡，蜂蜡按比例加入至反应釜中，升温至130℃，加热熔化，再依次加入氧化石墨烯改性松香树脂，硅树脂，聚苯乙烯，搅拌2小时，充分溶解得到均匀的基础蜡料。3)搅拌均匀的基础蜡料降温至110℃，在连续搅拌的情况下加入填料大豆粉，搅拌20min后，降温至90℃低速搅拌至溶液表面的气泡完全消失，将模料倒出到容器中自然冷却至室温，即可得到本例的填料模型材料。实施例8本例的填料模型材料组成如表8所示。表8实施例8的填料模型材料组成原料质量百分比(％)64#石蜡30蜂蜡20硅树脂9氧化石墨烯改性松香树脂10聚苯乙烯1大豆粉30本例填料模型材料的制备方法包括以下步骤：1)用研磨机粉碎大豆，过筛使豆粉的粒径小于100μm，将大豆粉在烘箱中在45℃下干燥4小时，取出待用。2)将64#石蜡，蜂蜡按比例加入至反应釜中，升温至125℃，加热熔化，再依次加入氧化石墨烯改性松香树脂，硅树脂，聚苯乙烯，搅拌1小时，充分溶解得到均匀的基础蜡料。3)搅拌均匀的基础蜡料降温至105℃，在连续搅拌的情况下加入填料大豆粉，搅拌20min后，降温至90℃低速搅拌至溶液表面的气泡完全消失，将模料倒出到容器中自然冷却至室温，即可得到本例的填料模型材料。对比例1本例的非填料模型材料组成如表9所示。表9对比例1模型材料组成原料质量百分比(％)64#石蜡26蜂蜡15褐煤蜡20阿拉伯胶5氧化石墨烯改性松香树脂30聚苯乙烯4本例非填料模型材料的制备方法包括以下步骤：将64#石蜡，褐煤蜡，蜂蜡按比例加入至反应釜中，升温至135℃，加热熔化，再依次加入氧化石墨烯改性松香树脂，阿拉伯胶，聚苯乙烯，搅拌2小时，充分溶解，冷却得到本例的非填料模型材料。对比例2本例的填料模型材料组成如表10所示。表10对比例2模型材料组成原料质量百分比(％)64#石蜡27蜂蜡16褐煤蜡11硅树脂14氧化石墨烯改性松香树脂16聚苯乙烯2木薯淀粉14本例填料模型材料的制备方法包括以下步骤：1)过筛市面上买到的木薯淀粉。使其粒径小于100μm，将木薯淀粉在烘箱中在45℃下干燥4小时，取出待用。2)将64#石蜡，蜂蜡按比例加入至反应釜中，升温至125℃，加热熔化，再依次加入氧化石墨烯改性松香树脂，硅树脂，聚苯乙烯，搅拌1.5小时，充分溶解得到均匀的基础蜡料。3)搅拌均匀的基础蜡料降温至105℃，在连续搅拌的情况下加入填料大豆粉，搅拌20min后，降温至95℃低速搅拌至溶液表面的气泡完全消失，将模料倒出到容器中自然冷却至室温，即可得到本例的填料模型材料。对实施例1～8和对比例1～2的模型材料进行性能测试，测试结果如表11所示。表11中各测试项目的测试标准说明如下：软化点测试标准：gb/t14235.1-2018；针入度测试标准：gb/t14235.2-2018；表面光洁度测试标准：jb/t7976-2010；热膨胀系数测试标准：gb/t36800.2-2018；抗弯强度测试标准：gb/t14235.2-2018；线收缩率测试标准：gb/t14235.1-2018；灰分测试标准：gb/t14235.1-2018。表11模型材料的性能测试结果从表11的测试结果可以看出，本发明的填料模型材料软化点适中，硬度较大，表面光洁度高，收缩小，强度大，热膨胀系数小，灰分低，可满足大型熔模铸件和较复杂的机械铸件等高表面质量和高尺寸精度的要求，具备较大的市场前景。上述实施例为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。当前第1页12