国标-》消失模铸造模样专用料的性能及应用.doc

消失模铸造模样专用料的性能及应用 唐锁云，韩晓红，陆国华，唐书明 (杭州凯斯特化工有限公司，浙江杭州311106)摘要：本文介绍了消失模铸造对模样材料的要求重点介绍了STMMA共聚树脂的 优点和应用关键词：消失模铸造，可发性树脂，模样材料，预发泡，模样成型The Properties and Application of the Special Pattern Materials for EPCTANG Suoyun，HAN Xiaohong，LU Guohua，TANG Shuming(Hangzhoukasturchemical engineeringCo．，Ltd．，Hangzhou 311106，Zhejiang)Abstract：In this paper the requirements of EPC on pattern materials were introduced，in which the advantages and application of interpolymer,STMMA were in仃oduced mainly．Key words：EPC，expendable resin，pattern material，prefoam，pattern formation消失模铸造是一种近无余量的精确成型的铸造工艺，由于它采用易汽化的泡沫塑料 作模样，模样材料的性能就成为影响铸件质量的关键因素。

因此模样原材料的性能和制 造密度低、尺寸精确、表面光洁的模样是获得优质消失模铸件的前提通常用于消失模 铸造的模样材料要满足以下要求：(1)气化温度和发气量低； (2)气化迅速、完全、残留物要少； (3)密度小、强度和表面刚性好，以使模样在制造、搬运和干砂充填过程中不易损伤，确保模样尺寸和形状稳定 (4)品种规格齐全，以适应不同材质及结构铸件铸造和制模需要 EPS是消失模铸造最常用的模样材料，它的优点是易成型加工，价格低但是EPS模样材料最大的缺点是高温下的热解产物主要是氢和固体碳，大量的碳渣残存于模样消 失后的型腔内对于铝合金铸件易出现表面皱皮、重叠缺陷，对于铸铁件易形成表面亮 碳及夹渣缺陷特别是球铁件，由于球铁中碳量是饱和的，EPS分解产生的热解碳不能 被铁水吸收，容易形成亮碳(片状碳)夹渣，这对于那些要求承受动态(交变)应力的 铸件容易引起潜在的疲劳破坏的危险对于钢铸件主要是表面增碳、夹渣等严重影响铸 件的组织和性能的缺陷135为了克服EPS模样材料的缺点，美国、日本等国开始研究新一代模样材料作为新 一代的模样材料，人们期望达到如下要求：(1)树脂的性能：保存期长，珠粒直径小，模样刚性好，发气量低，危险性小； (2)造型时的性能：成型设备与造型设备各自独立，造型周期短，尺寸稳定的时间短，模样有较强的弹性； (3)铸造性能：不形成碳黑缺陷，碳质附着少。

上世纪80年代，美国DOW化学公司研制成功可发性聚甲基丙烯酸甲酯即EPMMA珠粒，开始使用F113／F114混合物作发泡剂，因其价格高，且是消耗臭氧物质，后使用 异己烷发泡剂美国GM公司的中央汽车开发研究所为了评价它，作了许多试验研究工 作，确认EPMMA不仅对铸铁特别有用，消除了碳黑缺陷，而且也浇铸成功低碳钢、不 锈钢件对于这种合金，来自模样裂解产生的碳易被熔融的钢水粘附，用EPS模样使钢 水的含碳量增加O．1％～O．3％(甚至更高)，其结果是碳含量比各种规格的钢都高而采 用EPMMA模样(229／1～29鲫)，增碳量低于0．05％，于是EPMMA模样给铡铸件表面 质量带来了好处EPMMA珠粒(XUS45002．00)的主要性能如表1所示表1 EPMMA珠粒(XUS45002．00)的主要性能 聚合物 聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA—PolyMethyl MethAcrylate)发泡剂 异己烷(Fll3／FIl4) 珠粒直径(目) 30～50和40～70 保存期 6个月 模样密度 17 g，1～349／1预发泡条件 温度130℃，蒸汽压力0．18MPa 典型成型条件 蒸汽压力0．086MPa～0．18MPa，时间与EPS相同，冷却时间比EPS长一倍成型后的EPMMA模样尺寸稳定快；当模样受到外力变形后，一旦外力消除，它就 恢复原来形状，即它的弹性恢复率比EPS高。

为什么EPMMA模样材料能消除铸件的碳缺陷呢? 通过对泡沫塑料分解产物的观察表明，泡沫塑料的分解机理对碳渣的量和形成有很大影响对聚合物热分解的研究得知，泡沫塑料热解是以三种机理进行的EPS的热分 解是一种无序的(RandomFracture)断裂机理，这种分解方式具有发气量小的优点，但 是它有分解成高粘性(焦油状)液体残渣倾向另外，苯乙烯中的芳香环(苯环)结构 的热裂解具有形成碳素的因素而EPMMA的热裂机理是“拉链式”(unzipping)分解，这种机构的分解产物是分子量较低的气态产物，容易通过涂层和砂子逸出型外另外 EPMMA分子结构中不具有芳香族的苯环结构，且存在二个氧原子，分解时要带走两个碳原子这样碳渣的产生量就大大减少了有人采取快速分析技术，模拟的浇注温度条件对EPS，EPMMA和SAN(苯乙烯与～丙烯睛共聚物)三种材料从低速到高速时的残渣测定，结果如表2所示表2浇注温度对EPS，EPMMA和SAN从低速到高速时的残渣测定结果 残渣量(％)士+蛰l 到1400℃的升温速度：～l*C／s 到1400“12的升温速度：～700℃／s“”晟高温度保持时间7．6min晟高温度保持时间18s 气氛(不流动)：空气气氛(不流动)：氨气 EPS6．215．1 SAN9。

811．55 EPMMA0．83 20在进行低碳钢浇注时，并对铸件的增碳进行检测，其结果如表3所示表3 EPS．EPMMA对铸件增碳检测结果塑整童廑!鲤!笪』：!塑堡量!丝! EPS ．19～26 0．1～O．3EPMMA19～24 <0．05该公司通过大量的试验研究和生产应用，研制成功EPMMA模样材料，并确定了与 此相适应的工艺技术和生产设备(与美国GM公司合作)使用EPMMA可消除铸件的碳黑缺陷，并可大大减少铸钢件的增碳问题，它是一种 优良的消失模铸造模样材料，拓宽了消失模铸造的应用范围，推动了消失模铸造工艺的 发展但是EPMMA模样的成型温度较高，发气量也大，在密度较低时，其刚性尚不如 EPS，而且价格昂贵等，为模样制造和浇注工艺带来一定困难为此，人们就想到用上 述两种材料的单体苯乙烯与甲基丙烯酸甲酯合成可发性共聚树脂用作模样材料，其中比 较突出的有日本三菱牌号为“CLEARPOR”的共聚树脂，据报导这是一种三元共聚物， 其组成为苯乙烯18％，n．甲基苯乙烯7％，甲基丙烯酸甲酯75％，是一种性能优良的消 失模铸造模样材料表4是“CLEARPOR”、EPS及EPMMA在1200C氮气下的热分解 特性。

表4“CLEARPOR”、EPS及EPMMA在1200℃氨气下的热分解特性材料EPS“CLEARPOR” EPMMA 密度g／l22．022．021．5 发气量ml／g 521 884 937 分解速度rnv∥s 68 298．190．4“CLEARPOR”共聚树脂虽然性能优良，但价格仍然比较昂贵，使一般铸造厂难以承受我国是一个铸造大国，近年来，虽然消失模铸造在我国取得了长足的发展，但消失 模技术和产品与国外相比仍然有很大差距，究其原因有很多，其中长期以来主要采用包 装用EPS作模样材料是重要因素为了改变我国模样材料的研究和生产落后面貌，推动 我国消失模铸造技术的发展和提高消失铸铁件质量我们从上世纪90年初，开始，经 过十多年的努力克服了种种技术难关，先后开发成功EPMMA及STMMA共聚系列专 用模样材料，其中“可发性共聚树脂及制备方法”获中国及美国发明专利，使我们国家 有了自己自主知识产权的生产技术，改变了模样材料专用料依靠进口的局面目前 STMMA树脂珠粒不仅在国内许多消失模铸造厂应用，取得了良好的效果，而且已经出 口美国，并在欧洲及美国召开的一些铸造年会上展示上了STMMA共聚珠粒与模样，引 起了极大的关注。

下面重点介绍STMMA共聚树脂系列珠粒的性能和应用1 STMMA共聚树脂系列珠粒1．1 SrIMMA共聚树脂性能’STMMA是专门用于消失模铸造的模样材料的可发性共聚树脂珠粒，它的性能基本 与EPMMA相同，但发气量较低STMMA树脂主要技术指标如表5所示，且与EPS 相比有以下优点：(1)降低了铸件的碳缺陷；’(2)降低了铸铁件的表面增碳缺陷；(3)降低了烟碳； (4)提高了铸件表面光洁度‘ 表5 STMMA树脂主要技术指标 规恪挥发盼含量％粒径范围gm 适宜的预发密度印润滑剂添加量％STMMA一2#7～10 500～600≥19 0．2～O．3 STMMA-3# 7～10350～500≥21 0．3～O．4 STMMA一4#6～9 300～350≥23 0．3～O．4 STMMA．5#5．5～8210～300≥25 0．3～0．4+上述数值是在最佳预发条件下得到的一1．2 S弧心4A珠粒的模样成型工艺参数因为STMMA．FD，STMMA．FC珠粒的模样成型的工艺参与EPS珠粒的预发泡和成’+型工艺参数基本上相同所以不再赘述消失模铸造中，泡沫塑料模样制造是一个非常重要的关键开发前是如何制作模样。

不管使用哪种树脂珠粒，其模样制造过程是相同的，其工艺过程如下：匾垂ii囤一圆一巨蒌!：：i圈一匦垂!i圈一医噩耍!!i!圈1．2．1原始珠粒选用首先根据铸件材质及对铸件的质量要求来选择品种，再根据铸件的最小壁厚来选用 珠粒规格在预发时40二,50倍的发泡倍率，珠粒直径大约增加3倍为了得到模样的 良好表面状态，在二次发泡(成型)时，模样最小壁厚要在最低壁厚方向排列3颗珠粒． 所以一般允许的最大珠粒粒径为最小壁厚的l，9例如要得到5mm壁厚的铸件，那就需 要直径为O．55ram以下的珠粒才行但是这样的薄壁铸件，特别是铸铁件即使使用发泡 倍率20倍那样的硬模样也有可能铸造另外，小粒径珠粒对薄壁件虽然是必要的，但 它的表面积大，发泡剂易挥发，最高发泡倍率的界限也低而厚壁铸件时，璩粒的充填 不太成问题，模样也有相应的强度，有时适当地选用大粒径珠粒以安全促进熔结，则反 而会得到漂亮的铸件表面1．2．2预发泡 (1)珠粒预发泡密度控制 珠粒预发泡的密度的控制是模样制造的重要工艺参数，为了保证模样有足够的强度和刚度，对于薄壁件一般控制在”朗～28卵，对壁厚较大的件采用粒径大些的珠粒， ‘ 密度可控制在19酣～229／1。

2)珠粒预发泡工艺(采用SJ—KF-450蒸汽预发泡机)’预热温度：90℃～95℃，到达90C～95℃后即可加料； 预发泡温度：95℃～105℃，发泡筒内压力控制在O．03 MPa～0．05MPa，压力不要过大；预发泡时间：30s～60s为了获得性能电好的预发泡珠粒，在实际操作中应该注意以下几个问题：_用于预发泡的加热蒸汽总管压力不能小于0．4MPa，来自总管的蒸汽减压并调节 在O．15 MPa～0．2MPa，经过蒸汽缸充分排除冷凝水，进入预发机的加热蒸汽压力可在0．12 MPa～0．15MPa范围内调节通过调节预发泡温度或发泡简内压力来控制预发泡时间在30s～60s之间·预发之后的珠粒内部呈减压状态．且珠粒表面有一层水膜，所以在模样成型前， 需要进行干燥和熟化，使珠粒变得有弹性，未经熟化和熟化不完全的预发珠粒，无法制 取合格的模样珠粒熟化时间一般为8h～12h，最佳熟化时间与环境温度及湿度有关 环境温度高，湿度低，熟化时间短但要注意熟化温度不能太高(25 4C)，时间不能太 长，否则珠粒中的发泡剂损失太多使模样成型困难3)模样成型通常模样成型有两种工艺，即蒸缸成型和压机气室成型，其成型工艺过程如下：_模具预热。