CN111391190B - 一种复合树脂铸造模具及其制作方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种复合树脂铸造模具及其制作方法，其特征在于：包括基模、底涂层和耐磨层，所述底涂层材料为环氧树脂；所述耐磨层采用材料为改性聚氨酯。与现有技术相比，本发明的有益效果是：省去了由阴模和/或阳模构成的母模的过程，可直接数控机床加工铸造木模或和其它非金属模具的基模（即铸造翻砂模具），在聚氨酯中添加稀释剂、增硬剂和纳米氧化铝，在提高聚氨酯耐磨性、硬度的同时，又能降低聚氨酯粘度，延长凝胶时间，还仍保持邵氏硬度可高达65~70D，这一优越的性能使得所有的有气和无气喷涂设备甚至是普通喷壶都可以顺利实施喷涂。对耐磨层进行二次数控精加工的过程中，聚氨酯材料产生的是削、丝，无粉尘，环境友好无污染。
Description
技术领域
本发明属于模具加工技术领域，具体涉及一种复合树脂铸造模具。
背景技术
目前，国内外铸造行业使用的模具大都是金属模、树脂模、木模、泡沫模四大类，木模虽制作周期短、生产成本低，但木模铸造的使用寿命短，翻砂造型次数仅约在200次左右，尤其是木模表层喷/刷的大都是硝基、醇酸等油漆类，都无耐磨性能；金属模具虽然耐磨，但不防腐、防潮，尤其是有冬季发凉易粘沙、制作周期长、制作成本太高等缺点；聚氨酯模具（树脂模）虽耐磨、防腐防潮、冬季不粘沙等优点，但也存在制作工艺流程繁琐、环境污染大、周期长、制作成本高等劣势，其繁琐的由阴模和/或阳模构成的母模，制作的时间、材料、交货周期长等缺点；密度板加工和制作全过程产生粉尘，污染环境。
如将原有的非金属铸造模具表面涂覆聚氨酯能够有效弥补上述各种常规模具的不足，但是现有技术所采用的聚氨酯材料，A、B料混合后的粘度大约在5000-5500mPa s，粘度很高，凝胶时间也只有15~20分钟，因此，想用聚氨酯直接涂覆在非金属的铸造模具表面上，只能手工涂刷，费事费力。目前有气和无气喷涂设备都是无法实施完成喷涂的。如在聚氨酯中添加稀释剂，虽能够喷涂，但硬度和耐磨性又不够。当前，国内外聚氨酯或聚脲虽然种类繁多，但适用于铸造模具喷刷且保持性能的聚氨酯仍未发现。
发明内容
为了上述现有技术中存在的技术问题，本发明为实现上述目的所采用的技术方案是：
一种复合树脂铸造模具，包括基模、底涂层和耐磨层，所述底涂层材料为环氧树脂；所述耐磨层采用材料为改性聚氨酯，所述改性聚氨酯包括A、B 两种组份，所述A组份为异氰酸酯；所述B组份为多元醇，所述A组份和B组份按重量比为100:5~100:40混合使用，所述A组份中还包括稀释剂、增硬剂和纳米氧化铝。
进一步的，所述基模为非金属材料，具体为木质、塑料、树脂发泡材料或可再回收纸板。
进一步的，所述稀释剂、增硬剂和纳米氧化铝与A、B组份混合后的质量比分别为20~25%、0.8~1%和2~3%。
进一步的，所述稀释剂为张家港源邦化工市售的产品，型号为PU-10新一代环保稀释改性剂；所述增硬剂为东莞鸿瑞化工市售的产品，型号为增硬耐磨抗刮剂HR-8501；所述纳米氧化铝为采用硅烷偶联剂KH-550进行表面接枝改性处理后的50纳米氧化铝，生产厂家为南京埃普瑞纳米材料。
进一步的，所述环氧树脂为邵氏硬度90~95D的E-44/6101环氧树脂。由于铸造木模等非金属模，因本身基材材质较软，为了加强其硬度，采用高硬度的E-44/6101环氧树脂（邵氏硬度90~95D）喷或刷，环氧树脂可作为木模等非金属模的表面与改性聚氨酯的底涂层，解决了聚氨酯附着力差的问题。
进一步制作一种复合树脂铸造模具的方法，包括如下步骤：（1）加工基模：采用三维设计，对木质、塑料、树脂发泡材料或可再回收纸板材料进行数控加工，将尺寸缩减0.2-5mm，对基模进行修饰，封孔抹腻；
（2）喷刷底涂层：在基模的表面喷刷环氧树脂，厚度为0.1-2mm；
（3）喷刷耐磨层：制备改性聚氨酯，将A组份在40℃恒温1小时后，按照与A、B组份混合后的重量比分别为20~25%、0.8~1%和2~3%向A组份中添加稀释剂、增硬剂和纳米氧化铝，采用60~1500 r/min搅拌器与A组份混合均匀搅拌，B组份常温（18℃~35℃）下使用， A、B组份按重量比100:5~100:40混合搅拌均匀；在底涂层上喷刷改性聚氨酯，厚度为0.1-6mm，制成复合树脂铸造模具；
（4）抛光：对制作完成的复合树脂铸造模具进行擦蜡、精准抛光处理，达到光滑如镜。
进一步制作耐磨防腐0.2-0.5mm涂层的复合树脂铸造模具的方法，包括如下步骤：
（1）加工基模：采用三维设计，对木质、塑料、树脂发泡材料或可再回收纸板材料进行数控加工，将尺寸缩减0.2-0.5mm，对基模进行修饰，封孔抹腻并打磨抛光；
（2）喷刷底涂层：在基模的表面喷刷环氧树脂，厚度为0.1-0.2mm；
（3）喷刷耐磨层：制备改性聚氨酯，将A组份在40℃恒温1小时后，按照与A、B组份混合后的重量比分别为20~25%、0.8~1%和2~3%向A组份中添加稀释剂、增硬剂和纳米氧化铝，采用60~1500 r/min搅拌器与A组份混合均匀搅拌，B组份常温（18℃~35℃）下使用，按重量比A、B组份100:10混合搅拌均匀；在底涂层上喷刷改性聚氨酯，厚度为0.1-0.4mm，制成复合树脂铸造模具；尺寸缩减0.2~0.5mm的厚度得到了拟补；
（4）抛光：对制作完成的复合树脂铸造模具进行擦蜡、精准抛光处理，达到光滑如镜。
进一步制作防腐耐磨性能超过合金钢、高碳钢的3-5mm涂层的复合树脂铸造模具的方法，包括如下步骤：
（1）加工基模：采用三维设计，对木质、塑料、树脂发泡材料或可再回收纸板材料进行数控加工，将尺寸缩减3~5mm，对基模进行修饰，封孔抹腻，基模粗加工，表面带毛面，可增强其对环氧树脂的附着力；
（2）喷刷底涂层：在基模的表面喷刷环氧树脂，厚度为0.5-2mm；
（3）喷刷耐磨层：制备改性聚氨酯，将A组份在40℃恒温1小时后，按照与A、B组份混合后的重量比分别为20~25%、0.8~1%和2~3%向A组份中添加稀释剂、增硬剂和纳米氧化铝，采用60~1500 r/min搅拌器与A组份混合均匀搅拌，B组份常温（18℃~35℃）下使用，按重量比A、B组份按质量比100:12混合搅拌均匀；
在底涂层上喷刷改性聚氨酯，厚度为2.5-6mm，制成复合树脂铸造模具，超厚涂层多余的0.5~1mm为精加工余量；
（4）精加工：采用PCD高光铣刀对初步制成的复合树脂铸造模具进行第二次数控精细加工；由于聚氨酯属于弹性体高分子材料，模具高速加工时产生12000~24000的转速，采用金属加工刀具，如合金刀、高速钢铣刀等都会产生粘刀、蹦刀的现象，选用富耐克超硬材料股份有限公司提供的PCD高光铣刀可解决聚氨酯加工时粘刀、蹦刀的现象，且聚氨酯模具的表观光泽极高；
（5）抛光：对制作完成的复合树脂铸造模具进行擦蜡、精准抛光处理，达到光滑如镜。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：省去了由阴模和/或阳模构成的母模的过程，可直接数控机床加工铸造木模或和其它非金属模具的基模（即铸造翻砂模具），在聚氨酯中添加稀释剂、增硬剂和纳米氧化铝，在提高聚氨酯耐磨性、硬度的同时，又能降低聚氨酯粘度，延长凝胶时间，还仍保持邵氏硬度可高达65~70D，这一优越的性能使得所有的有气和无气喷涂设备甚至是普通喷壶都可以顺利实施喷涂。对耐磨层进行二次数控精加工的过程中，聚氨酯材料产生的是削、丝，无粉尘，环境友好无污染。
本发明的技术方案制成的复合树脂铸造模具：表面聚氨酯层对比原聚氨酯的性能得到了彻底改变，（1）超低粘度降低至700~800 mPa s；（2）超长的固化时间，达到50~60min；
（3）耐热温度达到-60~120℃。（4）耐磨性20~25mg，超过合金钢或高碳钢；（5）改性后的聚氨酯出色的抗流挂性能，立面喷涂一道可以施工1mm而不流挂；（6）虽然聚氨酯的粘度低了、凝胶的时间长了，但还仍保持邵氏硬度可高达65~70D；（7）适用于所有的有气、无气喷涂设备或手工刷涂，甚至是普通喷壶也可顺利的完成施工。
铸造木模等非金属模，模体表观增硬、又具超高耐磨、防腐的外衣，聚氨酯以柔克刚的性能，得以彻底体现，模具高耐磨性能超过合金钢或高碳钢，是新兴的耐磨、防腐涂层材料之一，具有极高的市场前景。
具体实施方式
下面将对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例1：
进一步制作耐磨防腐0.2-0.5mm涂层的复合树脂铸造模具的方法，包括如下步骤：
（1）加工基模：采用三维设计，对木质材料进行数控加工成基模，将尺寸缩减0.2-0.5mm，对基模进行修饰，封孔抹腻并打磨抛光；
（2）喷刷底涂层：在基模的表面喷刷E-44/6101环氧树脂，厚度为0.1-0.2mm；环氧树脂为邵氏硬度90~95D的E-44/6101环氧树脂。由于铸造木模等非金属模，因本身基材材质较软，为了加强其硬度，采用高硬度的E-44/6101环氧树脂（邵氏硬度90~95D）喷或刷，环氧树脂可作为木模等非金属模的表面与改性聚氨酯的过渡层，解决了聚氨酯附着力差的问题。
（3）喷刷耐磨层：制备改性聚氨酯，聚氨酯采用美国亨斯迈化工市售的产品，A、B组份为6414A和5117B，将A组份在40℃恒温1小时后，按照A、B组份混合后的重量比分别为22%、0.9%和2.5%添加稀释剂、增硬剂和纳米氧化铝，采用60~1500 r/min搅拌器与A组份混合均匀搅拌，B组份常温（18℃~35℃）下使用， A、B组份按重量比100:10混合搅拌均匀；在底涂层上喷刷改性聚氨酯，厚度为0.1-0.4mm，制成复合树脂铸造模具；尺寸缩减0.2~0.5mm的厚度得到了拟补；
（4）抛光：对制作完成的复合树脂铸造模具进行擦蜡、精准抛光处理，达到光滑如镜。
实施例2：
进一步制作防腐耐磨性能超过合金钢、高碳钢的3-5mm涂层的复合树脂铸造模具的方法，包括如下步骤：
（1）加工基模：采用三维设计，对木质材料进行数控加工，将尺寸缩减3~5mm，对基模进行修饰，封孔抹腻，基模粗加工，表面带毛面，可增强其对环氧树脂的附着力；
（2）喷刷底涂层：在基模的表面喷刷环氧树脂，厚度为0.5-2mm；采用高硬度的E—44/6101环氧树脂（邵氏硬度90~95D）喷或刷，环氧树脂可作为木模等非金属模的表面与改性聚氨酯的过渡层，解决了聚氨酯附着力差的问题；
（3）喷刷耐磨层：制备改性聚氨酯，聚氨酯采用美国亨斯迈化工市售的产品，A、B组份为6414A和5117B，将A组份在40℃恒温1小时后，按照与A、B组份混合后的重量比分别为25%、0.95%和2.7%添加稀释剂、增硬剂和纳米氧化铝，采用60~1500 r/min搅拌器与A组份混合均匀搅拌，B组份常温（18℃~35℃）下使用， A、B组份按重量比100:12混合搅拌均匀使用；
在底涂层上喷刷改性聚氨酯，厚度为2.5-6mm，制成复合树脂铸造模具，超厚涂层多余的0.5~1mm为精加工余量；
（4）精加工：采用PCD高光铣刀对初步制成的复合树脂铸造模具进行第二次数控精细加工；由于聚氨酯属于弹性体高分子材料，模具高速加工时产生12000~24000的转速，采用金属加工刀具，如合金刀、高速钢铣刀等都会产生粘刀、蹦刀的现象，选用富耐克超硬材料股份有限公司提供的PCD高光铣刀可解决聚氨酯加工时粘刀、蹦刀的现象，且聚氨酯模具的表观光泽极高；对耐磨层进行二次数控精加工的过程中，聚氨酯材料产生的是削、丝，无粉尘，环境友好无污染；
（5）抛光：对制作完成的复合树脂铸造模具进行擦蜡、精准抛光处理，达到光滑如镜。
性能验证：
表1为测试本发明空白组与对照组的性能参数。
第一组为空白组，采用美国亨斯迈化工市售的产品为6414A和5117B，A、B组份按重量比100:40混合后直接涂刷在木模表面；
第二组采用美国亨斯迈化工市售的产品为6414A和5117B，A、B组份按重量比100:40称取，按混合后重量的20~25%在A组份中添加PU-10新一代环保稀释改性剂，A、B组份混合后，用喷壶喷涂在木模表面；
第三组采用美国亨斯迈化工市售的产品为6414A和5117B，A、B组份按重量比100:40称取，按混合后重量的0.8~1%和2~3%在A组份中添加增硬耐磨抗刮剂HR-8501和纳米氧化铝，A、B组份混合后，涂刷在木模表面；
第四组采用美国亨斯迈化工市售的产品为6414A和5117B，A、B组份按重量比100:40称取，按混合后重量的20~25%、0.8~1%和2~3%在A组份中添加PU-10新一代环保稀释改性剂、增硬耐磨抗刮剂HR-8501和纳米氧化铝，A、B组份混合后，采用本发明的技术方案用喷壶喷涂在木模表面。
本发明的技术方案制成的复合树脂铸造模具，表面聚氨酯层对比原聚氨酯的性能得到了彻底改变：（1）超低粘度降低至700~800 mPa s；（2）超长的固化时间，达到50~60min；
（3）耐热温度达到-60~120℃。（4）耐磨性20~25mg，超过合金钢或高碳钢；（5）改性后的聚氨酯出色的抗流挂性能，立面喷涂一道可以施工1mm而不流挂；（6）虽然聚氨酯的粘度低了、凝胶的时间长了，但还仍保持邵氏硬度可高达65~70D；（7）适用于所有的有气、无气喷涂设备或手工刷涂，甚至是普通喷壶也可顺利的完成施工。
| 单位 | 第一组 | 第二组 | 第三组 | 第四组 | |
| 黏度 | mPa s | 5000~5500 | 500~600 | 6000~6500 | 700~800 |
| 可操作时间 | min | 15~20 | 60~70 | 5~10 | 50~60 |
| 耐磨性 (NEMA) | mg | 3~4 | 9~10 | 20~25 | 20~25 |
| 耐热温度 | ℃ | 55~60 | -40~90 | -60~120 | -60~120 |
| 邵氏硬度(D) (ISO868) | - | 65~70 | 45~50 | 70~75 | 65~70 |
表1
尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。
Claims (6)
1.一种复合树脂铸造模具，其特征在于：包括基模、底涂层和耐磨层，所述底涂层材料为环氧树脂，所述环氧树脂厚度为0.1-2mm；所述耐磨层采用材料为改性聚氨酯；所述基模为非金属材料，具体为木质、塑料或可再回收纸板，所述塑料包括树脂发泡材料；所述改性聚氨酯包括A、B 两种组份，所述A组份为异氰酸酯；所述B组份为多元醇，所述A组分和B组分按重量比为100:5~100:40混合使用，所述A组分中还包括稀释剂、增硬剂和纳米氧化铝；所述稀释剂、增硬剂和纳米氧化铝与A、B组分混合后的重量比分别为20~25%、0.8~1%和2~3%。
2.如权利要求1所述的一种复合树脂铸造模具，其特征在于：所述稀释剂为张家港源邦化工市售的产品，型号为PU-10新一代环保稀释改性剂；所述增硬剂为东莞鸿瑞化工市售的产品，型号为增硬耐磨抗刮剂HR-8501；所述纳米氧化铝为采用硅烷偶联剂KH-550进行表面接枝改性处理后的纳米氧化铝。
3.如权利要求1所述的一种复合树脂铸造模具，其特征在于：所述环氧树脂为邵氏硬度90~95D的E-44/6101环氧树脂。
4.如上述权利要求1-3任一所述一种复合树脂铸造模具的制作方法，其特征在于，
包括如下步骤：
（1）加工基模：采用三维设计，对木质、塑料或可再回收纸板材料进行数控加工，所述塑料包括树脂发泡材料，将尺寸缩减0.2-5mm，对基模进行修饰，封孔抹腻；
（2）喷刷底涂层：在基模的表面喷刷环氧树脂，厚度为0.1-2mm；
（3）喷刷耐磨层：制备改性聚氨酯，将A组份在40℃恒温1小时后，按照与A、B组份混合后的重量比分别为20~25%、0.8~1%和2~3%向A组份中添加稀释剂、增硬剂和纳米氧化铝，与A组份混合均匀搅拌，B组份常温下使用，按重量比A、B组份按质量比100:5~100:40混合搅拌均匀；在底涂层上喷刷改性聚氨酯，厚度为0.1-6mm，制成复合树脂铸造模具；
（4）抛光：对制作完成的复合树脂铸造模具进行擦蜡、精准抛光处理。
5.如权利要求4所述的一种复合树脂铸造模具的制作方法，其特征在于，
包括如下步骤：
（1）加工基模：采用三维设计，对木质、塑料或可再回收纸板材料进行数控加工，所述塑料包括树脂发泡材料，将尺寸缩减0.2-0.5mm，对基模进行修饰，封孔抹腻并打磨抛光；
（2）喷刷底涂层：在基模的表面喷刷环氧树脂，厚度为0.1-0.2mm；（3）喷刷耐磨层：制备改性聚氨酯，将A组份在40℃恒温1小时后，按照与A、B组份混合后的重量比分别为20~25%、0.8~1%和2~3%向A组份中添加稀释剂、增硬剂和纳米氧化铝，与A组份混合均匀搅拌，B组份常温下使用，按重量比A、B组份100:10混合搅拌均匀；在底涂层上喷刷改性聚氨酯，厚度为0.1-0.4mm，制成复合树脂铸造模具；
（4）抛光：对制作完成的复合树脂铸造模具进行擦蜡、精准抛光处理。
6.如权利要求4所述的一种复合树脂铸造模具的制作方法，其特征在于，
包括如下步骤：
（1）加工基模：采用三维设计，对木质、塑料或可再回收纸板材料进行数控加工，所述塑料包括树脂发泡材料，将尺寸缩减3~5mm，对基模进行修饰，封孔抹腻；
（2）喷刷底涂层：在基模的表面喷刷环氧树脂，厚度为0.5-2mm；
（3）喷刷耐磨层：制备改性聚氨酯，将A组份在40℃恒温1小时后，按照与A、B组份混合后的重量比分别为20~25%、0.8~1%和2~3%向A组份中添加稀释剂、增硬剂和纳米氧化铝，采用60~1500 r/min搅拌器与A组份混合均匀搅拌，B组份常温下使用， A、B组份按重量比100:12混合搅拌均匀使用；
在底涂层上喷刷改性聚氨酯，厚度为2.5-6mm，制成复合树脂铸造模具；
（4）精加工：采用PCD高光铣刀对初步制成的复合树脂铸造模具进行第二次数控精细加工；（5）抛光：对制作完成的复合树脂铸造模具进行擦蜡、精准抛光处理，达到光滑如镜。
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