[发明专利]一种水溶性芯模材料及其制备方法

说明书

本发明公开了一种水溶性芯模材料及其制备方法，所述水溶性芯模材料的主要原料包括水溶性胶粘剂，石墨，增容剂和短切纤维，各组分重量配比为(10‑30)：100：(0.5‑1)：(1‑5)，其中水溶性胶粘剂由聚乙烯吡咯烷酮作为主粘合剂，辅以低熔点的醇增塑剂，极性共聚物和极性蜡得到。本发明通过对聚乙烯吡咯烷酮进行改性，降低了其粘度，提高了其润滑性能，强度和韧性。采用增容剂对无机填料石墨进行增容和分散，石墨填料充分分散在水溶性胶粘剂中，提高了水溶性芯模材料的热稳定性，热导率和强度，可应用于制备具有特殊结构满足难以脱模的复合材料构件。

技术领域

本发明涉及复合材料构件领域，特别是涉及一种水溶性芯模材料及其制备方法。

背景技术

随着现代工业技术的迅速发展,尤其是航空航天事业的突飞猛进,铸件的形状日益复杂；对其内腔的复杂程度、尺寸精度及表面光洁度等方面要求越来越高,从而促使了水溶性芯模材料的诞生。水溶性芯模材料,是指通过各种水溶性胶粘剂将一些填料粘结在一起,并根据使用要求制成具有一定形状的,在使用温度范围内具有一定的力学性能并可保持形状的,在脱模时使用水等溶剂使其溃散然后脱模获得产品的一种复合材料。它具有成型精度高、成本低、效率高、易脱模等优点，广泛应用于各种高标准严要求的铸造和复合材料制造工业。

水溶性芯模材料自问世以来，经历了不同的发展阶段，在其整个发展过程中，主要是围绕着水溶性胶粘剂的不断发展而展开的。虽然目前有许多不同种类的水溶性胶粘剂，如今能够达到使用要求的主要是聚乙二醇、聚乙烯醇、聚丙烯酸酯类有机高分子胶粘剂以及天然高分子化合物。淀粉衍生物由于其自身独特的结构特性，可以在保证芯模的力学性能基础上提高芯模材料的水溶性。但是由于这些胶粘剂自身的一些缺陷，例如粘接强度不高、水溶性难以满足生产要求、水溶处理过程复杂、成本较高等等问题，难以满足现在各个领域对水溶性芯模材料用胶粘剂的严格要求，因而限制了水溶性芯模材料的应用范围。

目前为止对水溶性芯模材料的改进,主要是围绕着对使用的胶粘剂的开发进行的,而对芯模材料使用的填料的研究重视不够。这在一定程度上也限制了芯模材料的发展。传统使用的填料由于存在密度较大、形状不规则、易引起应力集中等问题,已经难以满足一些高性能芯模材料的使用要求。选择合适的水溶性胶粘剂及与其相匹配的填料来制作水溶性芯模材料,将是今后主要的发展方向。

发明内容

为了克服上述现有技术的不足，本发明提供了一种水溶性芯模材料及其制备方法。

本发明所采用的技术方案是：

一种水溶性芯模材料，所述水溶性芯模材料由水溶性胶粘剂、石墨、增容剂、短切纤维按重量配比为(10-30)：100：(0.5-1)：(1-5)组成；所述水溶性胶粘剂由聚乙烯吡咯烷酮、醇增塑剂、极性共聚物、极性蜡的按比例100：(15-35)：(10-20)：(1-5)共混制得。

本发明水溶性胶粘剂由聚乙烯吡咯烷酮、醇增塑剂、极性共聚物、极性蜡的按比例100：(15-35)：(10-20)：(1-5)共混制得；聚乙烯吡咯烷酮(PVP)是一种水溶性高分子化合物，PVP是一种性能优良的绿色高分子精细化学品，它具有水溶性高分子化合物的一般性质，如胶体保护作用、成膜性、粘结性、吸湿性、增溶或凝聚作用、与某些化合物的配位能力等，而且热稳定性良好，但其最具特色的是其优异的溶解性能和生理相容性。低分子量的聚乙二醇较低的熔点和柔性链结构，降低了PVP的熔点，提高了韧性。极性蜡的加入，降低了PVP的粘性，同时提高了其强度，极性共聚物的加入则对PVP的轻度和韧性方面均有较大的提升。

优选的，水溶性胶粘剂由聚乙烯吡咯烷酮、醇增塑剂、极性共聚物、极性蜡按重量比例100：(15-35)：(10-20)：(1-5)共混制得。

优选的，醇增塑剂为低分子量的液态聚乙二醇，具体为聚乙二醇200、聚乙二醇400、聚乙二醇600、聚乙二醇800中的任意一种，最优选的醇增塑剂为聚乙二醇600。