CN114082888A - 低成本环保型水溶性砂芯模及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种低成本环保型水溶性砂芯模及其制备方法，该水溶性砂芯模包括包括基材与水溶性胶粘剂，所述基材包括河沙，所述水溶性胶粘剂包括聚乙烯醇水溶液，所述河沙与聚乙烯醇水溶液的质量比为(5～10):1。该制备方法包括脱模剂涂刷、聚乙烯醇溶液配置、砂浆混合、填充和固化、脱模；本发明水溶性砂芯模的室温平均压缩强度为9.7～19.9MPa，150℃平均压缩强度为3.6～7.5MPa，平均密度为1.66～1.75g/cm3，室温水中溶解时间为5～6min，起到降低生产成本、提高生产效率与产品质量的效果。
Description
技术领域
本发明涉及水溶性砂芯模材料技术领域，具体涉及一种低成本环保型水溶性砂芯模及其制备方法。
背景技术
水溶性砂芯模由于强度高、模量高、脱模简单、易加工等优点，广泛应用于缠绕壳体的成型。它是将水溶性胶黏剂和无机材料按照一定比例混合粘结在一起，然后采用合适的工艺技术来成型，壳体成型后通过水溶的方法完成壳体脱模。国内外使用的水溶性胶黏剂主要有聚乙烯醇、聚丙烯酸酯类，填料主要有昂贵的石英砂、尿素等。张芳等人(张芳,殷永霞,谭放,水溶性芯模性能和应用研究[J]，航天制造技术,2012(6),53-60)使用石英砂作为基材制备了一种水溶性芯模，并且对比颗粒大小可知，目数越大，力学性能更优。王新玲等人(王新玲,付成龙,李彩林,谢济民,聚合物基复合材料用耐高温水溶性砂芯模性能研究[J],塑料工业,2019,47(4),105-109)采用石英砂作为基材，制备了一种低成本易成型水溶性芯模，该芯模既能满足树脂基复合材料成型时的温度要求,又能在复合材料成型完成后进行水溶脱除。
目前以聚乙烯醇为胶黏剂粘合剂的填料主要是石英砂，但是石英砂价格昂贵，在批量化生产过程中经济性较差，另一方面，石英砂体系存在粉尘大、脱模工艺性差等问题，对现场操作者职业卫生健康造成较大影响，因此需要寻找一种成本更低的无机填料来制作高力学性能的水溶性砂芯模，以降低生产成本、提高生产效率，并改善操作环境。
基于上述情况，本发明提出了一种低成本环保型水溶性砂芯模及其制备方法，可有效解决以上问题。
发明内容
针对上述现有技术不足的问题，本发明提出了一种低成本环保型的轻质、高强的水溶性芯模材料以及制备的方法，采用本发明的材料制作的试样，室温平均压缩强度为9.7～19.9MPa，150℃平均压缩强度为3.6～7.5MPa，平均密度为1.66～1.75g/cm3，室温水中溶解时间为5～6min，起到降低生产成本、提高生产效率与产品质量的效果。
为解决上述技术问题，本发明通过下述技术方案实现：
第一方面，本发明提供一种低成本环保型水溶性砂芯模，包括基材与水溶性胶粘剂，所述基材包括河沙，所述水溶性胶粘剂包括聚乙烯醇水溶液，所述河沙与聚乙烯醇水溶液的质量比为(5～10):1。若比例低于5:1则水含量太高，形成的砂浆混料在砂芯模成型过程中流动性太高，无法将砂浆混料压实；若比例高于10:1则含水量降低，同时聚乙烯醇含量降低，在搅拌时容易导致砂浆混料不均匀，导致砂芯模型面修整后容易形成孔洞，影响砂芯模使用。最佳值为7:1。
优选的是，所述河沙的目数范围为50～80目。该目数范围是根据砂芯模表面光滑度、砂芯模强度以及购买成本得到的，若目数过小，芯模表面粗糙，砂芯模强度会有所降低，若目数太大，则购买成本较高。
优选的是，所述聚乙烯醇水溶液的质量分数范围为10％～20％。若选择较大的质量分数则溶解时间过长，影响效率，若质量分数过小，则强调有所下降，该数据以及在实施例中有所体现。
第二方面，本发明提供一种制备低成本环保型水溶性砂芯模的方法，所述制备方法包括：
脱模剂涂刷：在砂芯模成型工装内型面均匀涂刷一层脱模剂，室温固化一段时间后备用；
聚乙烯醇溶液配置：按照设计质量分数称取水和聚乙烯醇倒入容器内，并在水浴中机械搅拌均匀，直到聚乙烯醇溶解完全，然后冷却至室温；
砂浆混合：将干燥的河沙与上述配置好的聚乙烯醇水溶液按照设计质量比倒入混砂机中，混合搅拌均匀；
填充和固化：将上述混合均匀的砂浆倒入上述砂芯模成型工装中压实，然后填充至成型工装开口端面，最后将其放入烘箱中进行加热固化处理，再随炉冷却至室温；
脱模：将冷却后的砂芯模从砂芯模成型工装中脱出，即可获得水溶性砂芯模。
优选的是，所述聚乙烯醇溶液的配置步骤中，水和聚乙烯醇的质量比为(4～9):1。
优选的是，所述聚乙烯醇溶液的配置步骤中，水浴温度为100℃。
优选的是，所述砂浆混合的步骤中，混合搅拌时长为20～30min。
优选的是，所述填充和固化的步骤中，烘箱内的温度由室温逐步升温至130℃，固化时长为20h。
本发明与现有技术相比，具有以下优点及有益效果：
1、选用与石英砂目数相差不大，但价格只有其大概1/3的河沙作为基材，降低了生产成本。
2、自然河沙颗粒较机械粉碎得到的石英砂更圆，与水溶性胶粘剂之间的粘接面积更大，使得其在较小目数下依旧可以制备出致密的高强度芯模。
3、河沙制备的砂芯模在机加过程中不会产生大量的粉尘，降低了职业病危害。
具体实施方式
为更方便解释该发明，下面结合以下实施例来进一步解释该发明，但并不局限与下面所述的内容。
实施例1：
一种低成本环保型水溶性砂芯模通过以下方法得到：
(1)脱模剂涂刷：在砂芯模成型工装内型面均匀涂刷一层室温硫化硅橡胶脱模剂，室温固化24h以上；
(2)聚乙烯醇溶液配置：按质量比自来水：聚乙烯醇＝5:1准确称取倒入不锈钢桶中，并在100℃水浴中机械搅拌均匀，直到聚乙烯醇溶解完全，然后冷却至室温，保存备用；
(3)砂浆混合：将干燥的50～80目河沙与上述配置的聚乙烯醇溶液按质量比7:1倒入机械混砂机中，混合均匀，搅拌时间20min；
(4)填充、固化：将上述混合的砂浆倒入上述砂芯模成型工装中，要求分批倒入，分批气动压实，最后填充至成型工装开口端面，然后将其放入烘箱中，由室温逐步升温至130℃，固化时长为20h，然后随炉冷却至室温；
(5)脱模：将冷却后的砂芯模从砂芯模成型工装中脱出，即可获得水溶性砂芯模。
将制得的水溶性砂芯模机加为压缩试样，试样尺寸为40mm×40mm×62mm，数量为5个。测得其室温平均压缩强度为19.9MPa，150℃平均压缩强度为7.5MPa，平均密度为1.75g/cm3，室温水中溶解时间为6min。
实施例2：
一种低成本环保型水溶性砂芯模通过以下方法得到：
(1)脱模剂涂刷：在砂芯模成型工装内型面均匀涂刷一层室温硫化硅橡胶脱模剂，室温固化24h以上；
(2)聚乙烯醇溶液配置：按质量比自来水：聚乙烯醇＝6:1准确称取倒入不锈钢桶中，并在100℃水浴中机械搅拌均匀，直到聚乙烯醇溶解完全，然后冷却至室温，保存备用；
(3)砂浆混合：将干燥的50～80目河沙与上述配置的聚乙烯醇溶液按质量比7:1倒入机械混砂机中，混合均匀，搅拌时间20min。
(4)填充、固化：将上述混合的砂浆倒入上述砂芯模成型工装中，要求分批倒入，分批气动压实，最后填充至成型工装开口端面，然后将其放入烘箱中，由室温逐步升温至130℃，固化时长为20h，然后随炉冷却至室温；
(5)脱模：将冷却后的砂芯模从砂芯模成型工装中脱出，即可获得水溶性砂芯模。
将制得的水溶性砂芯模机加为压缩试样，试样尺寸为40mm×40mm×62mm，数量为5个。测得其室温平均压缩强度为15.8MPa，150℃平均压缩强度为5.6MPa，平均密度为1.70g/cm3，室温水中溶解时间为6min。
实施例3：
一种低成本环保型水溶性砂芯模通过以下方法得到：
(1)脱模剂涂刷：在砂芯模成型工装内型面均匀涂刷一层室温硫化硅橡胶脱模剂，室温固化24h以上；
(2)聚乙烯醇溶液配置：按质量比自来水：聚乙烯醇＝4:1准确称取倒入不锈钢桶中，并在100℃水浴中机械搅拌均匀，直到聚乙烯醇溶解完全，然后冷却至室温，保存备用；
(3)砂浆混合：将干燥的50～80目河沙与上述配置的聚乙烯醇溶液按质量比5:1倒入机械混砂机中，混合均匀，搅拌时间30min；
(4)填充、固化：将上述混合的砂浆倒入上述砂芯模成型工装中，要求分批倒入，分批气动压实，最后填充至成型工装开口端面，然后将其放入烘箱中，由室温逐步升温至130℃，固化时长为20h，然后随炉冷却至室温；
(5)脱模：将冷却后的砂芯模从砂芯模成型工装中脱出，即可获得水溶性砂芯模。
将制得的水溶性砂芯模机加为压缩试样，试样尺寸为40mm×40mm×62mm，数量为5个。测得其室温平均压缩强度为10.4MPa，150℃平均压缩强度为4.6MPa，平均密度为1.66g/cm3，室温水中溶解时间为5min。
实施例4：
一种低成本环保型水溶性砂芯模通过以下方法得到：
(1)脱模剂涂刷：在砂芯模成型工装内型面均匀涂刷一层室温硫化硅橡胶脱模剂，室温固化24h以上；
(2)聚乙烯醇溶液配置：按质量比自来水：聚乙烯醇＝9:1准确称取倒入不锈钢桶中，并在100℃水浴中机械搅拌均匀，直到聚乙烯醇溶解完全，然后冷却至室温，保存备用；
(3)砂浆混合：将干燥的50～80目河沙与上述配置的聚乙烯醇溶液按质量比10:1倒入机械混砂机中，混合均匀，搅拌时间25min；
(4)填充、固化：将上述混合的砂浆倒入上述砂芯模成型工装中，要求分批倒入，分批气动压实，最后填充至成型工装开口端面，然后将其放入烘箱中，由室温逐步升温至130℃，固化时长为20h，然后随炉冷却至室温；
(5)脱模：将冷却后的砂芯模从砂芯模成型工装中脱出，即可获得水溶性砂芯模。
将制得的水溶性砂芯模机加为压缩试样，试样尺寸为40mm×40mm×62mm，数量为5个。测得其室温平均压缩强度为9.7MPa，150℃平均压缩强度为3.8MPa，平均密度为1.68g/cm3，室温水中溶解时间为5min。
实施例5：
一种低成本环保型水溶性砂芯模通过以下方法得到：
(1)脱模剂涂刷：在砂芯模成型工装内型面均匀涂刷一层室温硫化硅橡胶脱模剂，室温固化24h以上；
(2)聚乙烯醇溶液配置：按质量比自来水：聚乙烯醇＝6:1准确称取倒入不锈钢桶中，并在100℃水浴中机械搅拌均匀，直到聚乙烯醇溶解完全，然后冷却至室温，保存备用；
(3)砂浆混合：将干燥的50～80目河沙与上述配置的聚乙烯醇溶液按质量比5:1倒入机械混砂机中，混合均匀，搅拌时间25min；
(4)填充、固化：将上述混合的砂浆倒入上述砂芯模成型工装中，要求分批倒入，分批气动压实，最后填充至成型工装开口端面，然后将其放入烘箱中，由室温逐步升温至130℃，固化时长为20h，然后随炉冷却至室温；
(5)脱模：将冷却后的砂芯模从砂芯模成型工装中脱出，即可获得水溶性砂芯模。
将制得的水溶性砂芯模机加为压缩试样，试样尺寸为40mm×40mm×62mm，数量为5个。测得其室温平均压缩强度为10.1MPa，150℃平均压缩强度为3.6MPa，平均密度为1.69g/cm3，室温水中溶解时间为5min。
上述实施例1～5中聚乙烯醇均选择PVA-1788，60度以上水中最大溶解度为380g/L，及质量分数27.5％。
对比例：
采用马娟等人(轻质结构砂芯模成型方法，CN112405959A)制作的石英砂砂芯模试样，测得其室温平均压缩强度为12.3MPa，150℃平均压缩强度为5.8MPa，平均密度为1.64g/cm3，室温水中溶解时间为21min。
由上述实施例1～5以及对比例可知，采用本发明的材料制作的试样，室温平均压缩强度为9.7～19.9MPa，150℃平均压缩强度为3.6～7.5MPa，平均密度为1.66～1.75g/cm3，室温水中溶解时间为5～6min，其各项性能可以到达与石英砂砂芯模相当甚至优于石英砂砂芯模的效果，起到降低生产成本、提高生产效率与产品质量的效果。
以上仅是本发明的优选实施方式，应当指出的是，上述优选实施方式不应视为对本发明的限制，本发明的保护范围应当以权利要求所限定的范围为准。对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明的精神和范围内，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。
Claims (9)
1.一种低成本环保型水溶性砂芯模，包括基材与水溶性胶粘剂，其特征在于：所述基材包括河沙，所述水溶性胶粘剂包括聚乙烯醇水溶液，所述河沙与聚乙烯醇水溶液的质量比为(5～10):1。
2.根据权利要求1所述的低成本环保型水溶性砂芯模，其特征在于：所述河沙与聚乙烯醇水溶液的质量比为7:1。
3.根据权利要求1所述的低成本环保型水溶性砂芯模，其特征在于：所述河沙的目数范围为50～80目。
4.根据权利要求1所述的低成本环保型水溶性砂芯模，其特征在于：所述聚乙烯醇水溶液的质量分数范围为10％～20％。
5.一种制备权利要求1～4任一项所述的低成本环保型水溶性砂芯模的方法，其特征在于，所述制备方法包括：
脱模剂涂刷：在砂芯模成型工装内型面均匀涂刷一层脱模剂，室温固化一段时间后备用；
聚乙烯醇溶液配置：按照设计质量分数称取水和聚乙烯醇倒入容器内，并在水浴中机械搅拌均匀，直到聚乙烯醇溶解完全，然后冷却至室温；
砂浆混合：将干燥的河沙与上述配置好的聚乙烯醇水溶液按照设计质量比倒入混砂机中，混合搅拌均匀；
填充和固化：将上述混合均匀的砂浆倒入上述砂芯模成型工装中压实，然后填充至成型工装开口端面，最后将其放入烘箱中进行加热固化处理，再随炉冷却至室温；
脱模：将冷却后的砂芯模从砂芯模成型工装中脱出，即可获得水溶性砂芯模。
6.根据权利要求5所述的低成本环保型水溶性砂芯模的制备方法，其特征在于：所述聚乙烯醇溶液的配置步骤中，水和聚乙烯醇的质量比为(4～9):1。
7.根据权利要求5所述的低成本环保型水溶性砂芯模的制备方法，其特征在于：所述聚乙烯醇溶液的配置步骤中，水浴温度为100℃。
8.根据权利要求5所述的低成本环保型水溶性砂芯模的制备方法，其特征在于：所述砂浆混合的步骤中，混合搅拌时长为20～30min。
9.根据权利要求5所述的低成本环保型水溶性砂芯模的制备方法，其特征在于：所述填充和固化的步骤中，烘箱内的温度由室温逐步升温至130℃，固化时长为20h。
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2021
- 2021-10-19 CN CN202111215332.8A patent/CN114082888B/zh active Active
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Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
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