本发明涉及熔模铸造
技术领域：
，特别是涉及一种手工雕刻模型材料及其制备方法和应用。
背景技术：
：将金属或其合金加热熔化后浇铸到与艺术品、饰件或其零件的形态、尺寸相对应的铸型空腔中，待其冷却凝固，以获得艺术品、饰件或其零件毛坯的生产方法，称为铸造或者浇铸。这种方法可以一次性铸造许多饰品或工艺品，生产效率极高，而且可以制造形状复杂，特别是具有复杂内腔的饰品，铸件的大小几乎不受限制。雕蜡工艺是近年来广泛用于艺术品和饰品加工行业的一种起版工艺方法，该工艺是在对熔模铸造工艺加以改良，充分发挥铸造工艺的优势的基础上，与雕刻起版造型结合的一种艺术铸造模式。现代的雕蜡工艺主要可分为模型材料的雕刻和失蜡铸造两个过程，其中模型材料的雕刻过程是整个雕蜡工艺最为核心的部分，它是最具表现力的工艺过程，也是直接体现设计者个性化设计思想的过程，不同的方法运用可以产生不同的工艺效果。模型材料的雕刻又可分为cnc雕刻加工和手工雕刻两种，cnc雕刻加工主要用于形制较规则，形状较大的模型，而手工雕刻则不受模型形状大小和复杂程度的影响，适用于高精密且复杂的模型制作。cnc机加工对模型材料的硬度，强度等有更高的要求；手工雕刻主要用于制作各种形状复杂，存在各种细小的边角的产品，因此，要求手工雕刻模型材料具有较好的耐变形能力，需要考虑其手加工性，硬度相对要低一些，同时也需要保证其较好的韧性，避免导致在进行手工雕刻一些复杂的边边角角断裂。好的模型的诞生，除了需要设计设的巧思秒想和高超的雕刻技术之外，最重要的是需要给到设计者一件优质的雕刻模型材料。优质的雕刻模型材料既需要满足手工雕刻的要求(硬度适中，韧性好，不留痕)，而且还要满足熔模铸造的要求(熔点，粘度适中，灰分低)。一件硬度适中，韧性优良，而又不沾刀的雕刻模型材料是雕刻各类精密复杂的饰品或工艺品的关键。由于cnc雕刻加工和手工雕刻的要求不同，二者所用的雕刻模型材料并不通用。另外，3d打印蜡模技术也是目前较为常见的制作模型的方法，该技术所用到的材料既可以是光敏树脂也可以是铸造蜡。3d打印出来的蜡模具有精度高，可打印各类复杂的模型的特点。但光敏树脂材料价格昂贵，固化时间长，3d打印蜡材熔点和硬度等力学性能偏低，而且加入了增粘树脂，导致蜡材粘性大，容易留痕，均无法满足设计者所需的雕刻蜡模的要求，无法用于手工雕刻。技术实现要素：本发明旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一。为此，本发明提出一种手工雕刻模型材料，韧性好，不沾刀，硬度适中，易雕刻。同时，本发明还提供所述手工雕刻模型材料的制备方法和应用。具体地，本发明采取如下的技术方案：本发明的第一方面是提供一种手工雕刻模型材料，包括如下制备原料：蜡料硬脂酸马来酸酐烯烃共聚物。根据本发明第一方面的手工雕刻模型材料，至少包括如下有益效果：本发明通过将马来酸酐烯烃共聚物加入手工雕刻模型材料中，可有效提高材料的韧性，减小材料的拉伸屈服强度和刚性损失，从而使材料具有良好的粘着性，增强材料的可雕刻性。在本发明的一些实施方式中，所述马来酸酐烯烃共聚物为马来酸酐与乙烯-辛烯共聚物(poe)的接枝共聚物。poe具有很窄的相对分子质量分布和短支链，因而具有优异的力学性能(高弹性、高强度、高伸长率)和良好的低温性能，而通过使用马来酸酐对poe进行接枝改性，赋予了poe极性基团，增强了poe的相容性和韧性，相比于直接加入乙烯-辛烯共聚物进行增韧，通过马来酸酐接枝改性，可在用量很少的条件下可达到增韧效果，这意味着模型材料的拉伸屈服强度和刚性损失更小；图片美国时间哦极性基团的加入降低了poe的熔融指数，为手工雕刻模型材料提供了良好的粘着性，增强了手工雕刻模型材料的可雕刻性。在本发明的一些实施方式中，所述乙烯-辛烯共聚物的熔融指数为25g/10min～35g/10min(190℃，2160g)。在本发明的一些实施方式中，所述蜡料包括石蜡、费托蜡、天然蜡中的任意一种或多种。在本发明的一些实施方式中，所述蜡料为石蜡、费托蜡、天然蜡的组合物。在本发明的一些实施方式中，所述手工雕刻模型材料包括如下质量百分比的制备原料：石蜡30％～50％费托蜡10％～20％天然蜡20％～30％硬脂酸10％～20％马来酸酐烯烃共聚物5％～10％。在本发明的一些实施方式中，所述手工雕刻模型材料的制备原料还包括颜料，所述颜料在手工雕刻模型材料的制备原料中的质量百分比为0.1％～0.5％。优选地，所述颜料为有机颜料。在本发明的一些实施方式中，所述石蜡包括64#、66#、68#石蜡中的任意一种或多种。石蜡是原油裂解产生的副产品，其价格低廉，具有低粘度、低表面张力、低熔点和高熔化热等特点，增强了手工雕刻模型材料的流动性，辅以硬脂酸，费托蜡和天然蜡，很好地补充了石蜡熔点过低，收缩大，硬度和光泽度不足的缺点。在本发明的一些实施方式中，所述费托蜡的熔点为105～115℃。费托蜡具有高熔点，很好地解决了石蜡体系熔点过低和硬度的问题，在本发明的一些实施方式中，所述天然蜡包括巴西棕榈蜡、小烛树蜡、褐煤蜡、蜂蜡中的任意一种或多种；优选地，所述天然蜡为巴西棕榈蜡。天然蜡的高光洁度和硬度进一步为雕刻模型材料良好的雕刻效果提供了保障。在本发明的一些实施方式中，所述硬脂酸的熔点为67～70℃，酸值为205～212mgkoh/g。硬脂酸作为辅助材料可以很好的提高石蜡体系的润滑性能和收缩性能。本发明的第二方面是提供上述手工雕刻模型材料的制备方法，包括如下步骤：(1)将蜡料、硬脂酸混合，加热熔融；(2)加入马来酸酐烯烃共聚物，混合得到手工雕刻模型材料。在本发明的一些实施方式中，步骤(1)中，所述加热熔融的温度为150～170℃，时间为15～30min，加热熔融过程辅以搅拌，搅拌速度为600～1000r/min。在本发明的一些实施方式中，所述马来酸酐烯烃共聚物的制备方法为，将乙烯-辛烯共聚物、马来酸酐、引发剂和抗氧化剂熔融混合，反应得到马来酸酐烯烃共聚物。在本发明的一些实施方式中，所述乙烯-辛烯共聚物、马来酸酐、引发剂和抗氧化剂熔融混合后，还包括纯化步骤。在本发明的一些实施方式中，所述纯化步骤具体为，将乙烯-辛烯共聚物、马来酸酐、引发剂和抗氧化剂熔融混合得到的物料与第一有机溶剂加热回流，然后将回流后的溶液趁热过滤到第二溶剂中，在第二溶剂中形成絮状物；过滤收集沉淀，干燥即得马来酸酐烯烃共聚物。在本发明的一些实施方式中，所述乙烯-辛烯共聚物、马来酸酐、引发剂和抗氧化剂的比例为95～110：1～3：0.15～0.45：0.1～0.3。在本发明的一些实施方式中，所述引发剂包括过氧化二异丙苯(dcp)、双叔丁基过氧异丙基苯(bi-pb)、过氢化苯甲酰(bpo)、偶氮二异丁腈(aibn)中的任意一种或多种。在本发明的一些实施方式中，所述抗氧化剂包括抗氧化剂1010、抗氧化剂264、抗氧化剂2246、抗氧化剂1076中的任意一种或多种。在本发明的一些实施方式中，所述乙烯-辛烯共聚物、马来酸酐、引发剂和抗氧化剂熔融混合的温度为170～210℃，时间为0.5～1h。在本发明的一些实施方式中，所述加热回流的温度为130～150℃，加热回流的时间为1～3h。在本发明的一些实施方式中，所述第一有机溶剂包括二甲苯、甲苯中的任意一种或多种；所述第二有机溶剂包括丙酮、甲醇、乙醇、异丙醇中的任意一种或多种。所述第一有机溶剂和第二有机溶剂的用量可根据实际进行调整。作为举例，其中所述乙烯-辛烯共聚物、马来酸酐、引发剂和抗氧化剂熔融混合得到的物料与第一有机溶剂的质量比为1：20～30；所述第二有机溶剂的用量至少能够浸没絮状物。本发明的第三方面是提供上述手工雕刻模型材料在制作金属饰品、工艺品、艺术雕塑、金属手板中的应用。相对于现有技术，本发明具有如下有益效果：本发明通过在手工雕刻材料中加入特定的马来酸酐烯烃共聚物，起着很好的增韧作用，能够在用量很少的情况下达到增韧效果，减小手工雕刻材料的拉伸屈服强度和刚性损失；马来酸酐烯烃共聚物中极性基团的加入降低了熔融指数，为手工雕刻模型材料提供了良好的粘着性，增强了手工雕刻模型材料的可雕刻性。同时，通过搭配合适的基础蜡料、硬脂酸等，本发明的手工雕刻材料韧性好，不沾刀，硬度适中，易雕刻，能够满足手工雕刻要求。具体实施方式下面将结合实施例对本发明进一步说明。一种手工雕刻模型材料，其原料组成如表1所示。表1.手工雕刻模型材料的原料组成其中，表1中实施例1～5采用的原料信息如下：石蜡：实施例1、实施例4、实施例5、对比例1和对比例2：66#石蜡；实施例2：68#石蜡；实施例3：64#石蜡。纯化改性增塑剂为马来酸酐烯烃共聚物，其制备方法为：将乙烯-辛烯共聚物(poe)、马来酸酐、过氧化二异丙苯(dcp)和抗氧化剂1010按质量比为100：2：0.25：0.2加入到高速混合机中，在高速混合机下190℃熔融混合均匀，混合完成后在双螺杆挤出机中进行挤出成粒，得到接枝改性的增塑剂。将接枝改性的增塑剂与二甲苯溶液以4：100的比例在140℃温度下加热混合回流2小时，并将回流后的溶液趁热通过镍网过滤到过量的丙酮溶液中，纯化的改性增韧剂以白色絮状物的形式漂浮于丙酮溶液中，过滤白色沉淀，并将其放置于真空干燥箱干燥即可得到纯化的改性增塑剂。硬脂酸熔点为70℃，酸值为192～219mgkoh/g。费托蜡为白色颗粒，熔点为105～115℃。上述手工雕刻模型材料的制备方法包括如下步骤：于反应釜中加入石蜡、巴西棕榈蜡、费托蜡和硬脂酸，在800r/min、160℃左右加热熔融30min，再加入改性增塑剂，使其均匀分散于基础蜡中，冷却成型，即可得到手工雕刻模型材料。各实施例在制备手工雕刻模型材料过程中的加热熔融温度和时间如下表2所示：表2.制备工艺参数对比例1本对比例提供一种手工雕刻模型材料，与实施例3的不同之处在于，改性增塑剂没有进行纯化，其他与实施例3相同。具体地，本对比例采用的未纯化改性增塑剂的制备方法为：将乙烯-辛烯共聚物(poe)，马来酸酐、过氧化二异丙苯(dcp)和抗氧化剂1010按质量比为100：2：0.25：0.2加入到高速混合机中，在高速混合机下熔融混合均匀，混合完成后在双螺杆挤出机中进行挤出成粒，得到接枝改性的增塑剂。对比例2本对比例提供一种手工雕刻模型材料，与实施例3的不同之处在于，将纯化改性增塑剂替换为等质量的聚乙烯，聚乙烯为粉末状，目数为100目，熔融指数为30g/10min。其他与实施例3相同。性能测试：对实施例1～5和对比例1、2的手工雕刻模型材料进行性能测试，结果如表3所示。其中，各项性能的测试方法如下：软化点：gb/t4507-2014邵氏硬度d：gb/t2411-2008抗冲击强度：gb/t1843-2008粘度：剪切速率为50s-1，140℃恒定温度下使用mcr72流变仪测试材料的粘度。表3性能测试结果软化点/℃邵氏硬度d粘度(mpa.s)抗冲击强度(kj/m2)实施例1113.148774.562.77实施例2114.350693.902.59实施例3115.349732.082.86实施例4114.850792.632.67实施例5114.151689.302.56对比例1115.246579.251.89对比例2112.443563.091.66根据性能测试结果可知，实施例1～5的手工雕刻模型材料具有合适的软化点，同时硬度和粘度均较高，韧性好；且具有很好的抗冲击强度，能够满足机加工雕刻要求以及熔模铸造要求。相比之下，当马来酸酐烯烃共聚物未经纯化，或者采用聚乙烯替代马来酸酐烯烃共聚物，则所得材料的硬度、粘度和抗冲击强度均明显降低，则在用于手工雕刻制模时，容易引起边角破坏。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