本發(fā)明屬于鑄造造型，具體涉及一種復合泡沫塑料微珠制備鑄造消失模的方法。

背景技術：

1、傳統(tǒng)鑄造工藝，如砂型鑄造，往往需要復雜的模具制作和脫模工序，且鑄件精度有限。在追求高精度、復雜結構鑄件以及提高生產效率的工業(yè)需求推動下，消失模鑄造技術應運而生。

2、消失模鑄造的起源可以追溯到20世紀50年代。最初，它主要應用于一些小型、簡單鑄件的生產。當時的技術面臨諸多挑戰(zhàn)，泡沫模樣的制作材料性能不穩(wěn)定，在鑄造過程中容易產生大量氣體，導致鑄件出現(xiàn)氣孔等缺陷。而且，早期的工藝控制手段相對落后，難以精確把握澆注速度、溫度和壓力等關鍵參數(shù)，使得鑄件質量參差不齊。

3、隨著材料科學的發(fā)展，新型泡沫材料的研發(fā)取得了顯著進展。聚苯乙烯（eps）、聚甲基丙烯酸甲酯（pmma）等材料逐漸成為主流的消失模制作材料。這些材料具有良好的成型性、低發(fā)氣量和一定的強度，能夠更好的滿足鑄造工藝要求。同時，鑄造工藝的自動化水平不斷提高，先進的傳感器技術和計算機控制系統(tǒng)被引入到消失模鑄造過程中。通過實時監(jiān)測和精確控制澆注過程中的各項參數(shù)，有效減少了鑄件缺陷的產生，提高了產品質量的穩(wěn)定性。

4、在工業(yè)領域，汽車制造是消失模鑄造技術的重要應用方向之一。汽車發(fā)動機缸體、缸蓋等零部件采用消失模鑄造工藝，不僅能夠實現(xiàn)復雜內部結構的一次性成型，減少機械加工余量，還能提高生產效率，降低生產成本。航空航天領域對高精度、高性能鑄件的需求也促使消失模鑄造技術不斷創(chuàng)新。

5、盡管消失模鑄造已經取得了長足的進步，但仍然面臨一些問題。例如，對于大型、薄壁鑄件的生產，如何進一步提高成型精度和質量穩(wěn)定性仍是研究的重點。此外，在環(huán)保方面，需要研發(fā)更加環(huán)保的泡沫材料和涂料，以減少鑄造過程中的有害氣體排放和廢棄物處理難度。

技術實現(xiàn)思路

1、針對現(xiàn)有消失模鑄造對于大型、薄壁鑄件的生產，成型精度和質量穩(wěn)定性方面仍滿足不了生產要求，以及環(huán)保性需要不斷提高。本發(fā)明提供一種復合泡沫塑料微珠制備鑄造消失模的方法，本發(fā)明利用pmma和pei的尺寸穩(wěn)定性與苯乙烯-甲基丙烯酸甲酯樹脂粉的粘結作用相結合，使微珠之間的相對位置更加固定，大大提高了消失模的尺寸精度，使消失模表面更加光滑平整，降低粗糙度，顯著增強了消失模的抗壓強度，使其能夠更好的承受外部壓力，提高了消失模在鑄造高溫環(huán)境下的整體熱穩(wěn)定性。本發(fā)明設計hdi-ppg-聚己內酯交聯(lián)聚合物和hdi-三羥甲基己基內酯交聯(lián)聚合物配合使用，同時包裹微珠，從不同角度限制微珠的移動和變形，更有效的提高了消失模的尺寸精度，使微珠表面更加光滑，增強了微珠之間的連接強度，更高效的傳遞和分散外部壓力，大大提高了消失模的抗壓強度，更穩(wěn)固的保護微珠不受熱變形，顯著提高了消失模的熱穩(wěn)定性。制備的鑄造消失模質量高，不僅適用于普通鑄件制備，還特別適用于，大型、薄壁鑄件的生產，保證鑄件質量，且環(huán)保性好。其具體技術方案如下：

2、一種復合泡沫塑料微珠制備鑄造消失模的方法，方法包括如下步驟：

3、s1，原料準備：

4、按質量份數(shù)準備原料，聚苯乙烯泡沫塑料微珠（eps）45份～55份、聚甲基丙烯酸甲酯泡沫塑料微珠（pmma）18份～22份、苯乙烯-甲基丙烯酸甲酯樹脂粉12份～16份、聚醚酰亞胺泡沫微珠（pei）12份～16份、納米二氧化硅6份～10份、碳化硅納米晶須4份～8份、hdi-ppg-聚己內酯交聯(lián)聚合物3份～6份、hdi-三羥甲基己基內酯交聯(lián)聚合物3份～6份、硬脂酸鈣1.5份～3.5份、偶氮二甲酰胺0.3份～1份、二甲基硅油0.5份～1份、六偏磷酸鈉0.3份～0.8份和受阻酚抗氧劑1010?0.1份～0.3份；

5、s2，原料預處理：

6、s2.1：將聚苯乙烯泡沫塑料微珠（eps）、聚甲基丙烯酸甲酯泡沫塑料微珠（pmma）、苯乙烯-甲基丙烯酸甲酯樹脂粉、聚醚酰亞胺泡沫微珠（pei）分別進行干燥；將納米二氧化硅和碳化硅納米晶須分別進行干燥；

7、s2.2：將納米二氧化硅分散在納米二氧化硅5倍～10倍質量的乙醇中，得到納米二氧化硅分散液；將碳化硅納米晶須分散在碳化硅納米晶須6倍～10倍質量的丙酮中，得到碳化硅納米晶須分散液；將六偏磷酸鈉溶解在六偏磷酸鈉5倍～8倍質量的去離子水中，得到六偏磷酸鈉溶液；

8、s3，預混料：

9、s3.1：依次將干燥后的聚苯乙烯泡沫塑料微珠（eps）、聚甲基丙烯酸甲酯泡沫塑料微珠（pmma）、苯乙烯-甲基丙烯酸甲酯樹脂粉、聚醚酰亞胺泡沫微珠（pei）加入到混合機中，先以300rpm～500rpm低速攪拌3min～5min，使微珠體系混合均勻；

10、s3.2：依次將納米二氧化硅分散液、碳化硅納米晶須分散液加入到混合機中，繼續(xù)以800rpm～1000rpm中速攪拌5min～8min，使納米材料均勻分散在微珠體系中；

11、s3.3：將六偏磷酸鈉溶液加入到混合機中，以1200rpm～1500rpm高速攪拌3min～5min；

12、s4，交聯(lián)和助劑混合：

13、s4.1：依次將hdi-ppg-聚己內酯交聯(lián)聚合物、hdi-三羥甲基己基內酯交聯(lián)聚合物加入到混合機中，在60℃～80℃溫度下，以800rpm～1000rpm中速攪拌20min～30min，使交聯(lián)聚合物均勻包裹在微珠表面并發(fā)生交聯(lián)反應，且蒸發(fā)去除多余的乙醇、丙酮和去離子水，降至室溫；

14、s4.2：依次將硬脂酸鈣、偶氮二甲酰胺、二甲基硅油加入到混合機中，以300rpm～500rpm低速攪拌3min～5min；最后加入受阻酚抗氧劑1010，繼續(xù)以300rpm～500rpm低速攪拌2min～5min，得到混合料；

15、s5，發(fā)泡成型：

16、s5.1：將混合料加入到模具中，模具溫度設定為60℃～80℃，在模具中以5mpa～10mpa的壓力進行壓制，壓制時間為3min～5min，使混合料在模具中發(fā)泡成型為消失模初坯；

17、s5.2：將成型后的消失模初坯保留在模具中，并在60℃～70℃進行保溫處理12h～24h，進一步完成交聯(lián)反應，提高消失模的強度和尺寸穩(wěn)定性，降溫、脫模后得到鑄造消失模。

18、上述方法的s1中，所述聚苯乙烯泡沫塑料微珠（eps）、聚甲基丙烯酸甲酯泡沫塑料微珠（pmma）、聚醚酰亞胺泡沫微珠（pei）的粒度范圍均為0.1mm～1mm；所述苯乙烯-甲基丙烯酸甲酯樹脂粉的粒度范圍均為0.3mm以下。

19、上述方法的s1中，所述納米二氧化硅的粒度范圍為150nm以下；所述碳化硅納米晶須的直徑范圍為0.2μm～0.7μm，碳化硅納米晶須的長度范圍為10μm～35μm。

20、上述方法的s2.1中，所述聚苯乙烯泡沫塑料微珠（eps）、聚甲基丙烯酸甲酯泡沫塑料微珠（pmma）、苯乙烯-甲基丙烯酸甲酯樹脂粉、聚醚酰亞胺泡沫微珠（pei）的干燥溫度均為40℃～50℃，干燥時間均為2h～3h。

21、上述方法的s2.1中，所述納米二氧化硅和碳化硅納米晶須的干燥溫度均為100℃～120℃，干燥時間均為1h～2h。

22、上述方法的s2.2中，所述納米二氧化硅分散在乙醇中，采用30khz～50khz頻率超聲處理20min～30min。

23、上述方法的s2.2中，所述碳化硅納米晶須分散在丙酮中，采用40khz～60khz頻率超聲處理30min～40min。

24、上述方法的s5.1中，所述發(fā)泡成型的發(fā)泡體積倍率為3倍～5倍。

25、上述方法還包括s6，涂料涂覆：

26、將鑄造消失模采用浸涂方法，涂覆消失模涂料，干燥后，得到覆膜后的鑄造消失模。

27、上述方法的s6中，所述浸涂方法包括如下步驟：每次浸涂時間3s～5s，浸涂2次～4次。

28、上述方法的s6中，所述消失模涂料的涂層厚度為0.5mm～2mm。

29、上述方法的s6中，所述消失模涂料包括如下質量份數(shù)的原料：鋯英粉42份～48份、碳化硅鈦max相陶瓷材料（ti3sic2）12份～18份、酚醛樹脂22份～28份、羧甲基纖維素鈉3.5份～4.5份、乙醇18份～22份、正辛醇0.6份～0.8份、微粉蠟0.5份～1份、六偏磷酸鈉1份～2份和鄰苯二甲酸二丁酯2份～3份。

30、上述消失模涂料中，所述鋯英粉的粒度范圍為5μm～300μm；所述碳化硅鈦max相陶瓷材料（ti3sic2）的粒度范圍為3μm以下；所述微粉蠟的粒度范圍為30μm以下。

31、本發(fā)明提供的一種復合泡沫塑料微珠制備鑄造消失模的方法，有益效果為：

32、一、本發(fā)明鑄造消失模含有特定比例的聚苯乙烯泡沫塑料微珠（eps）、聚甲基丙烯酸甲酯泡沫塑料微珠（pmma）、苯乙烯-甲基丙烯酸甲酯樹脂粉、聚醚酰亞胺泡沫微珠（pei）、納米二氧化硅、碳化硅納米晶須、hdi-ppg-聚己內酯交聯(lián)聚合物、hdi-三羥甲基己基內酯交聯(lián)聚合物、硬脂酸鈣、偶氮二甲酰胺、二甲基硅油、六偏磷酸鈉和受阻酚抗氧劑1010。聚苯乙烯泡沫塑料微珠（eps）、聚甲基丙烯酸甲酯泡沫塑料微珠（pmma）、聚醚酰亞胺泡沫微珠（pei）作為消失模的主體骨架材料，提供基本的形狀和一定的強度，泡沫塑料微珠質輕且能在發(fā)泡過程中膨脹，填充模具空間形成所需形狀。苯乙烯-甲基丙烯酸甲酯樹脂粉起到粘結微珠的作用，在交聯(lián)反應、發(fā)泡等過程中，使微珠之間更好的結合，增強消失模的整體強度。納米二氧化硅分散后能夠填充微珠之間的空隙，起到增強作用，提高消失模的抗壓強度。碳化硅納米晶須能進一步增強材料的力學性能，晶須狀結構能夠在材料內部起到類似“鋼筋”的作用，承受外力。hdi-ppg-聚己內酯交聯(lián)聚合物、hdi-三羥甲基己基內酯交聯(lián)聚合物在微珠表面發(fā)生交聯(lián)反應，形成網絡結構，包裹微珠，使微珠之間連接更緊密，有助于提高消失模的尺寸精度、粗糙度、抗壓強度和熱穩(wěn)定性；通過交聯(lián)，能限制微珠在受熱等情況下的變形。硬脂酸鈣起到潤滑劑的作用，便于材料在混合和成型過程中的流動，使各成分分布更均勻。偶氮二甲酰胺是發(fā)泡劑，在受熱等條件下分解產生氣體，使混合料發(fā)泡，從而達到所需的發(fā)泡體積倍率。二甲基硅油能夠改善混合料的流動性和脫模性能，防止混合料與模具粘連。六偏磷酸鈉用于分散納米材料，使納米二氧化硅和碳化硅納米晶須能更好的分散在體系中。受阻酚抗氧劑1010防止材料在加工和使用過程中因氧化而老化、性能下降，起到抗氧化的作用。

33、二、制備方法中，微珠干燥處理能夠去除原料中的水分等揮發(fā)性成分，提高后續(xù)預混合的均質性，降低混合難度，不易發(fā)生粘連和團聚。通過超聲處理使納米二氧化硅和碳化硅納米晶須在相應溶劑中分散均勻，形成分散液，有利于其在微珠體系中均勻分布，發(fā)揮增強作用，且分散液有助于提高交聯(lián)反應質量。加入交聯(lián)聚合物并在一定溫度下攪拌，使交聯(lián)聚合物在微珠表面發(fā)生交聯(lián)反應，形成穩(wěn)定的網絡結構，包裹微珠，增強消失模的性能，同時蒸發(fā)去除多余的溶劑。發(fā)泡后，在一定溫度下保溫，進一步完成交聯(lián)反應，提高消失模的強度和尺寸穩(wěn)定性。采用浸涂方法將消失模涂料涂覆在鑄造消失模表面，干燥后形成涂層，提高消失模的耐火性、耐磨性和熱穩(wěn)定性等性能，保護消失模在鑄造過程中不受損壞。

34、三、pmma微珠本身尺寸較為穩(wěn)定，在交聯(lián)和發(fā)泡過程中，其形狀變化相對較小，能為消失模提供穩(wěn)定的尺寸基礎，有助于維持消失模的尺寸精度，進而在鑄造過程中能更好的傳遞尺寸信息，使鑄件尺寸精度得到改善。發(fā)泡后表面相對光滑，在與其他微珠混合后，能使消失模表面粗糙度降低，鑄造后能使鑄件表面更光滑，外觀質量更好。pmma具有一定的強度，在微珠體系中能分擔外部壓力，增強消失模的抗壓能力。pmma還具有較好的熱穩(wěn)定性，在受熱時，其結構變化相對較小，能夠承受鑄造過程中的一定溫度變化，從而提高消失模的熱穩(wěn)定性。消失模良好的抗壓強度和熱穩(wěn)定性，在鑄造過程中能夠保持形狀完整，防止因消失模破裂等情況導致鑄件內部出現(xiàn)缺陷，從而提高鑄件內部質量。

35、四、苯乙烯-甲基丙烯酸甲酯樹脂粉作為粘結劑，能使微珠之間緊密結合，減少微珠在加工和使用過程中的位移，有助于保持消失模的尺寸精度，能保證消失模在鑄造過程中的形狀穩(wěn)定性，從而提高鑄件的尺寸精度。能夠填充微珠之間的空隙，使消失模表面更加平整，降低粗糙度，消失模的表面平整度高，鑄造后的鑄件外觀更光滑。通過粘結微珠，將各個微珠的強度整合起來，增強消失模的整體抗壓強度。在高溫下，其粘結作用依然能夠保持，使微珠體系不會因受熱而松散，提高熱穩(wěn)定性。良好的粘結作用使消失模在鑄造過程中有足夠的強度抵抗金屬液的沖刷等，減少因消失模損壞導致的鑄件內部缺陷。

36、五、pei微珠的尺寸穩(wěn)定性良好，在加工過程中能維持自身形狀，有助于提高消失模的尺寸精度，進而有利于提高鑄件的尺寸精度。其表面性質能夠使消失模表面更加細膩，降低粗糙度，由于消失模粗糙度低，鑄造后的鑄件外觀質量更好。具有較高的強度，能夠承受外部壓力，增強消失模的抗壓能力。pei有優(yōu)異的熱穩(wěn)定性，在鑄造過程中的高溫環(huán)境下，能保持結構穩(wěn)定，提高消失模的熱穩(wěn)定性。消失模的高強度和熱穩(wěn)定性能夠防止在鑄造過程中出現(xiàn)變形、破裂等情況，從而改善鑄件內部質量。

37、六、?hdi-ppg-聚己內酯交聯(lián)聚合物在微珠表面發(fā)生交聯(lián)反應，形成包裹層，限制微珠的膨脹和移動，從而提高消失模的尺寸精度，進而提高鑄件的尺寸精度。表面光滑，并且交聯(lián)結構填充了部分微珠間的空隙，降低了消失模的表面粗糙度，鑄造后的鑄件外觀更加光滑，尺寸精度更好。交聯(lián)形成的網絡結構增強了微珠之間的連接，能夠有效的傳遞和分散外部壓力，提高消失模的抗壓強度。交聯(lián)聚合物在高溫下能保持結構穩(wěn)定，防止微珠因受熱而變形，從而提高消失模的熱穩(wěn)定性。在鑄造過程中，良好的抗壓強度和熱穩(wěn)定性使消失模能夠更好的抵抗金屬液的沖擊和高溫的影響，減少鑄件內部缺陷，提高鑄件內部質量。

38、七、?hdi-三羥甲基己基內酯交聯(lián)聚合物通過交聯(lián)反應包裹微珠，對微珠的膨脹和位移進行限制，有利于提高消失模的尺寸精度，能夠保證消失模在鑄造過程中的形狀穩(wěn)定性，有利于提高鑄件的尺寸精度。表面光滑，并且其交聯(lián)結構有助于填補微珠間隙，降低消失模的表面粗糙度，消失模的粗糙度和尺寸精度的改善使得鑄造后的鑄件外觀更優(yōu)。形成的交聯(lián)網絡增強了微珠之間的結合力，能夠更好的承受外部壓力，提高消失模的抗壓強度。在高溫環(huán)境下，其結構能夠保持穩(wěn)定，避免微珠受熱變形，從而提高消失模的熱穩(wěn)定性。在鑄造過程中，其良好的抗壓強度和熱穩(wěn)定性有助于防止消失模損壞，從而提高鑄件內部質量。

39、八、碳化硅鈦max相陶瓷材料（ti3sic2）加入消失模涂料中，碳化硅鈦max相陶瓷材料（ti3sic2）能夠顯著提高消失模的熱穩(wěn)定性。ti3sic2具有良好的熱導率和高溫穩(wěn)定性，在鑄造過程中，當消失模受到高溫金屬液的熱沖擊時，它能夠快速傳導熱量，避免局部過熱，同時自身結構在高溫下依然穩(wěn)定，從而有效的提高了消失模的整體熱穩(wěn)定性。

40、碳化硅鈦max相陶瓷材料（ti3sic2）具有孔隙結構，在消失模鑄造中，當消失模受熱分解產生氣體時，ti3sic2孔隙能夠吸收部分氣體。其原理是基于物理吸附作用，這些孔隙提供了額外的空間來容納氣體。當消失模分解產生的氣體進入孔隙后，能夠減少氣體在鑄件內部形成氣孔等缺陷的可能性。而且這種孔隙結構能夠在一定程度上緩沖氣體產生的壓力變化，使氣體釋放過程更加平穩(wěn)。這樣就有助于減少因氣體逸出而導致的鑄件表面缺陷、內部氣孔等問題，從而提高鑄件的質量。

41、綜上，本發(fā)明利用pmma和pei的尺寸穩(wěn)定性與苯乙烯-甲基丙烯酸甲酯樹脂粉的粘結作用相結合，使微珠之間的相對位置更加固定，大大提高了消失模的尺寸精度，使消失模表面更加光滑平整，降低粗糙度，顯著增強了消失模的抗壓強度，使其能夠更好的承受外部壓力，在高溫下的粘結保持作用相互配合，提高了消失模在鑄造高溫環(huán)境下的整體熱穩(wěn)定性。本發(fā)明設計hdi-ppg-聚己內酯交聯(lián)聚合物和hdi-三羥甲基己基內酯交聯(lián)聚合物配合使用，兩種交聯(lián)聚合物同時包裹微珠，從不同角度限制微珠的移動和變形，更有效的提高了消失模的尺寸精度。它們共同作用使微珠表面更加光滑，并且交叉的交聯(lián)網絡更好的填充微珠間隙，進一步降低消失模的粗糙度。兩種交聯(lián)聚合物形成的網絡結構相互交織，增強了微珠之間的連接強度，更高效的傳遞和分散外部壓力，大大提高了消失模的抗壓強度。兩種交聯(lián)聚合物在高溫下的穩(wěn)定結構相互配合，更穩(wěn)固的保護微珠不受熱變形，顯著提高了消失模的熱穩(wěn)定性。制備的鑄造消失模質量高，不僅適用于普通鑄件制備，還特別適用于，大型、薄壁鑄件的生產，保證鑄件質量，且環(huán)保性好。