本申请公开了一种用于制作在成型或铸造工艺中使用的芯的组合物，包含所述组合物的芯，以及用于通过高压压铸或半固态铸造来生产制品的模具。该组合物包含颗粒耐火材料、包含至少一种亲水性聚合物的粘结剂组合物以及以下各项中的一种或多种：i)至少一种火山灰质添加剂，和ii)至少一种表面活性剂。模具包括用于限定制品的内腔的芯，并且芯包含凝固的芯组合物。凝固的芯组合物包含颗粒耐火材料和粘结剂组合物，在水中退化，使得最大高度为80mm且最大直径为50mm的凝固的芯组合物的圆筒状物在被浸入到温度为20℃的水中并且以60rpm的速度搅拌时在不超过10分钟内崩解，并且其挠曲强度为至少300N/cm2。本发明专利技术还在于用于通过高压压铸或半固态铸造来生产制品的方法。铸或半固态铸造来生产制品的方法。铸或半固态铸造来生产制品的方法。
【技术实现步骤摘要】
用于铸造和成型工艺的组合物、芯和模具
[0001]本专利技术涉及作为在铸造或成型工艺中使用的芯使用的组合物、包含该组合物的芯、包括芯的铸造模具和用于使用芯生产制品的方法。特别地，本专利技术涉及可以使用水从铸造或成型制品的内腔中洗出的芯。
技术介绍
[0002]在典型的铸造工艺中，将熔融金属(或金属合金)倒入限定铸件的形状的预先形成的模具腔中，其中熔融金属在重力下填充模具腔。铸件的中空部分或内腔的形状可以通过一次性芯进行限定，所述一次性芯通常由硬化的树脂粘结的砂制成。在铸造期间，来自熔融金属的极端热量使芯中的树脂粘结剂热分解，使得在已经将熔融金属冷却和凝固时芯能够被破坏并且容易地从制成铸件中落砂。然而，在其中金属非常快速地冷却或铸件的壁较薄的压铸(die casting)工艺中，芯在铸造过程期间可能不暴露于足以使粘结剂分解的热量中，使得芯在铸件已经凝固后非常难以去除。这样的压铸工艺的实例包括高压压铸、低压压铸、高真空压铸、半固态铸造(比如流变铸造和触变铸造)、永久性或半永久性模具铸造和挤压铸造。在这样的工艺中，芯可能典型地仅暴露于高达300℃的温度并持续有限的时间量，这不足以使常规树脂粘结剂热分解。
[0003]在高压压铸(HPDC)中，将熔融金属注入到在高压(一般为大约10
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175MPa)下的模具腔中，并且通过压缩力保持在适当位置，直到金属凝固。与在重力下的流动浇注相比，HPDC是极快速的，因为注入压力使熔融金属在数秒(或甚至数毫秒)内填满模具腔，并且可以主动地将铸件冷却，例如通过在压模内的内部水管冷却。HPDC对于具有薄壁的铸造制品尤其有用，在此情况下，高压迫使液体金属进入到无法通过重力浇注达到的狭窄空间中。因此，此技术可以用于通过使制品能够被铸造为具有更薄的壁和中空的内部而减轻金属制品的重量。
[0004]半固态铸造涉及类似的工艺，其中将金属(或金属合金)以半固态而不是完全熔融的状态注入到压模中。在此半固态下，金属获得球状微管结构，其改善了动态粘度和金属流动性，因此改善了最终铸件的品质。在流变铸造中，在注入之前，将金属从完全熔融的状态冷却到半固态，而在触变铸造中，将固体金属部分地熔化到半固态。半固态铸造一般用于需要高品质成品的高端应用。
[0005]用于常规重力浇注铸造工艺的模具典型由砂制成，并且可以是一次性的。另一方面，用于压铸的模具通常由金属(比如钢)制成，并且可能需要经受高压和金属速度(metal velocities)。用于压铸的模具还可以包括注入系统、水冷却系统和/或真空系统。由于与常规砂模具系统相比，压铸模具系统的复杂度增加，压铸模具通常是永久性或半永久性的模具，其中使用一次性芯来在铸件中产生内部形状。
[0006]除了在使用之后难以或不可能去除以外，常规的砂芯可能没有足够的强度来经受在一些压铸工艺(比如HPDC或半固态铸造)中涉及的压力和金属速度，并且可能在这样的使用期间粉碎。因此，常规的树脂粘结的砂芯不适用于这样的压铸工艺。
[0007]在缓解这些问题的尝试中，在压铸中使用的一些芯由盐制成，所述盐然后可以通过溶解于热水中而从已完成的铸件中去除。然而，盐仅可以在熔融形式时成型为所需的芯形状，并且通常在高压下，如此生产盐芯是复杂且昂贵的。
[0008]用于生产成型制品的其他低温工艺(比如碳复合材料成型)也可能在去除芯时遭遇类似问题。碳复合材料制品一般在高压釜中在高达200℃的温度固化，所述温度不足以使一般的树脂粘结的砂芯中的粘结剂分解，使得在碳复合材料制品已经定型后，非常难以从内腔去除芯。
[0009]EP 2564951 A1描述了一种通过可生物降解的聚合物粘结剂粘结的型砂或芯砂。然而，此文中公开的型砂/芯砂配制用于高温铸造应用，并且要求粘结剂进行高温或微波诱导的交联以用于硬化。因此，粘结剂依赖于粘结剂的热降解以使得芯能够从已完成的铸件中落砂，并且依赖于聚合物的交联来获得强度。这样，对于其中芯在使用时可能不经历足够高的温度以使聚合物粘结剂交联的应用来说，EP 2564951 A1中公开的芯没有所需的强度。
[0010]WO 2020/146452 A1描述了一种生产用于碳复合材料成型的冲刷工具的方法，其要求将粉末状硅砂和含胺的粘合剂聚合物的混合物3D打印。粘结剂仅在高达180℃下是水溶性的，因此仅适合于非常低温的应用，比如碳复合材料成型，而不适合于其他应用，比如其中芯可能暴露于高达300℃的温度的压铸。
[0011]本专利技术寻求克服与从铸件或成型制品去除内部芯相关联的上述问题，或至少提供一种有用的替代方案。
技术实现思路
[0012]组合物
[0013]根据本专利技术的第一方面，提供了一种用于制作在成型(moulding)或铸造(casting)工艺中使用的芯的组合物。该组合物包含：颗粒耐火材料、包含至少一种亲水性聚合物的粘结剂组合物以及至少一种火山灰质添加剂，其中所述至少一种亲水性聚合物包括至少一种多糖或多糖衍生物。
[0014]本专利技术的专利技术人已经发现，由第一方面的组合物制成的芯具有足够的强度以经受在铸造或成型工艺期间经历的力，同时还能够仅使用水就从铸件或成型制品的内腔洗掉。要理解的是，组合物的仅一些组分本身可溶于水，而其他组分(比如颗粒耐火材料)不可溶于水。然而，由第一方面的组合物制成的芯由于将颗粒耐火材料(和任何其他不溶组分)粘结到一起的组分的退化而可以在水中崩解，因为粘结性组分溶解或水合，因此出于本公开的目的，芯可以被称为“水溶性”。因此，术语“水溶性的”和“水溶性”在本文中用于描述包含第一方面的组合物的芯在水中崩解的能力，而不是组合物在水中形成溶液的能力。
[0015]在一些实施方案中，使用该组合物制成的芯甚至在被加热到至少200℃之后还是水溶性的。在一些实施方案中，使用该组合物制成的芯在被加热到200至350℃的温度之后是水溶性的。
[0016]在一些实施方案中，该组合物用于制作在压铸工艺和/或碳复合材料成型工艺中使用的芯。
[0017]第一方面的组合物一般会是粒状固体，根据组合物中使用的液体含量以及粘结剂组合物与颗粒耐火材料的相对比例，其可以是基本干燥的或者部分湿润的。优选地，该组合
物是可流动的粒状固体。在使用时，该组合物被形成为要铸造或成型的制品的内腔的形状的芯。芯通常通过将芯组合物在模具中压实，然后使组合物硬化(例如通过干燥)而形成为所需形状。这可以使用射芯(core
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shooting)装置来实现。备选地，芯可以通过增材制造工艺(3D打印)来生产。不希望受理论束缚，认为粘结剂组合物可以通过与颗粒耐火材料的物理相互作用(例如，通过互锁或通过将颗粒耐火材料保持在基质内)以及或者代替通过化学粘合将芯中的颗粒耐火材料粘结。
[0018]根据本专利技术的第二方面，提供了一种包含第一方面的组合物的芯。该芯可以用于成型或金属铸造工艺以限定成型或铸造制品的内腔。在一些实施方案中，该芯用于与铸造模具、例如压铸模具一起使用。在一些实施方案中，该芯用于在碳复合材料制品的本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种用于制作在成型或金属铸造工艺中使用的芯的组合物，所述组合物包含：颗粒耐火材料；粘结剂组合物，所述粘结剂组合物包含至少一种亲水性聚合物，其中所述至少一种亲水性聚合物包括至少一种多糖或多糖衍生物；以及至少一种火山灰质添加剂。2.权利要求1所述的组合物，其中相对于所述耐火材料的重量，所述组合物包含至少1重量％的所述粘结剂组合物和至少1重量％的所述火山灰质添加剂。3.权利要求1任一所述的组合物，其中所述至少一种亲水性聚合物包括至少一种合成聚合物。4.权利要求3所述的组合物，其中所述至少一种合成聚合物选自由以下各项组成的组：聚丙烯酸盐、聚甲基丙烯酸盐、聚磷酸盐、聚偏磷酸盐、聚乙烯醇、碱金属聚丙烯酸盐、碱金属聚磷酸盐以及它们的混合物。5.权利要求2至4中所述的组合物，其中所述至少一种合成聚合物的分子量不超过1,000,000g/mol。6.前述权利要求中任一项所述的组合物，其中所述至少一种多糖或多糖衍生物选自由以下各项组成的组：淀粉、淀粉衍生物、马铃薯淀粉、糊精、纤维素、纤维素衍生物、羧甲基纤维素以及它们的混合物。7.权利要求1至4中任一项所述的组合物，其中所述至少一种亲水性聚合物处于溶液中，并且任选地，其中所述亲水性聚合物溶液是水溶液。8.权利要求7所述的组合物，其中所述亲水性聚合物溶液的固体含量为10
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80％w/v。9.权利要求1至4中任一项所述的组合物，其中所述粘结剂组合物在23℃的动态粘度为5mPa.s至1Pa
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s。10.权利要求1至4中任一项所述的组合物，其中在将所述组合物加热到200至350℃的温度时，所述至少一种亲水性聚合物不进行交联。11.权利要求1至4中任一项所述的组合物，其中所述粘结剂组合物还包含至少一种增塑剂。12.权利要求11所述的组合物，其中所述至少一种增塑剂包括至少一种多元醇或多元醇衍生物，并且任选地，所述至少一种增塑剂选自由以下各项组成的组：甘油、山梨糖醇、木糖醇、麦芽糖醇、三乙酸甘油酯以及它们的混合物。13.权利要求1至4中任一项所述的组合物，所述组合物还包含至少一种表面活性剂。14.权利要求13所述的组合物，其中所述至少一种表面活性剂选自由以下各项组成的组：阴离子表面活性剂、阳离子表面活性剂、非离子表面活性剂和两性表面活性剂、硫酸盐、甲基硫酸盐、直链醇硫酸酯盐、磺酸盐、琥珀酸酯磺酸盐、磷酸酯、葡萄糖苷以及它们的混合物。15.权利要求13所述的组合物，其中所述至少一种表面活性剂选自由以下各项组成的组：琥珀酸2
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乙基己酯磺酸盐、2
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乙基己基硫酸盐、十二烷基苯磺酸盐、硫酸壬基酚酯盐、月桂醇聚氧乙烯醚硫酸钠、磷酸3
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乙基己酯、甲基硫酸十一烷基酰胺基丙基三甲基铵、甲基硫酸烷基聚二醇醚铵、2
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乙基己基葡萄糖苷、己基葡萄糖苷以及它们的混合物。16.权利要求1至4中任一项所述的组...
【专利技术属性】
技术研发人员：文森特，
申请(专利权)人：福塞科国际有限公司，
类型：发明
国别省市：
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