01水溶芯的基本概念
水溶性芯模材料，是指通過(guò)各種水溶性膠粘劑將一些填料粘結(jié)在一起，并根據(jù)使用要求制成具有一定形狀的，在使用溫度范圍內(nèi)具有一定的力學(xué)性能并可保持形狀的、在脫模時(shí)使用水等溶劑使其潰散然后脫模獲得產(chǎn)品的一種復(fù)合材料。水溶性芯模材料由于精度高、成本低、效率高、易脫模等特點(diǎn)，在各種高標(biāo)準(zhǔn)要求的鑄造和復(fù)合材料制造工業(yè)中獲得了廣泛的應(yīng)用。
02典型水溶芯的構(gòu)成
最早的可溶芯是1943年L．MARGOT在瑞士專利中報(bào)道的，是全部用K2CO3熔化后澆注而成的可溶性型芯。隨后世界各國(guó)特別是日本對(duì)該法進(jìn)行了廣泛的研究，并把這一類的可溶性型芯推廣到氯化物、硅酸鹽、碳酸鹽、硼酸鹽和磷酸鹽等體系。成型方法也從澆注成型發(fā)展到了冷壓成型和用硅酸鈉、呋哺樹脂及苯酚樹脂縮合物作粘結(jié)劑的粘結(jié)成型?，F(xiàn)在的可溶性型芯的配制方法大概有鹽芯、石膏芯和、陶瓷芯以及在蠟?zāi)Ｖ谱髦兴褂玫哪蛩匦?、聚乙二醇芯等?/p>
下表是一些典型的可溶型芯的特點(diǎn)和應(yīng)用情況：
水溶性芯模材料自問(wèn)世以來(lái)經(jīng)歷了不同的發(fā)展階段，在其整個(gè)發(fā)展過(guò)程中基本上是圍繞著水溶性膠粘劑的不斷發(fā)展而展開的。雖然目前有許多不同種類的水溶性膠粘劑，但是由于它們自身結(jié)構(gòu)帶來(lái)的一些缺陷（例如粘接強(qiáng)度不高，水溶性難以滿足生產(chǎn)要求，水溶處理過(guò)程復(fù)雜等），難以滿足現(xiàn)在高技術(shù)領(lǐng)域?qū)π灸２牧嫌媚z粘劑的嚴(yán)格要求，限制了水溶性芯模材料的應(yīng)用范圍。
芯砂膠粘劑可分為無(wú)機(jī)、有機(jī)兩大類：無(wú)機(jī)膠粘劑包括水玻璃、粘土、水泥等；有機(jī)膠粘劑則包括桐油、脲醛樹脂、酚醛樹脂、呋喃樹脂等。常用的有機(jī)膠粘劑如酚醛樹脂、呋喃樹脂等刺激性氣味較大，公害嚴(yán)重，而且價(jià)格較高；而無(wú)機(jī)膠粘劑如水玻璃又存在其型砂的濕強(qiáng)度、干強(qiáng)度低，且澆注后相當(dāng)堅(jiān)固，很難潰散等嚴(yán)重缺點(diǎn)，這也是水玻璃砂遠(yuǎn)不及樹脂砂的。
水溶性膠粘劑具有無(wú)毒無(wú)害、不刺激皮膚、受熱分解時(shí)不釋放有害氣體、混入砂中能均勻地包裹在砂粒表面，附著力強(qiáng)、粘結(jié)強(qiáng)度高、用量少、易成型、易潰散等優(yōu)點(diǎn)，因此研制綜合性能較理想、成本較低的新型水溶性芯模材料用膠粘劑顯得特別重要。
水溶性高分子化合物，又稱水溶性樹脂或水溶性聚合物，是一種親水性的高分子材料，在水中能溶解或溶脹而形成溶液或分散液。尋找一種具有優(yōu)良綜合性能的水溶性高分子，用來(lái)制造可溶芯已成為當(dāng)今世界各國(guó)熱門研究課題之一。
淀粉是一種可再生的天然高分子化合物，具有良好的粘接性和成膜性能。淀粉是由支鏈淀粉和直鏈淀粉2種不同結(jié)構(gòu)的成分組成的混合物。
淀粉之所以能夠成為一種良好的膠粘劑，就是因?yàn)楹锌扇苊浶纬珊隣钊芤旱闹ф湹矸郏嘞碌闹辨湹矸塾帜艽龠M(jìn)直鏈淀粉發(fā)生膠凝作用的緣故。淀粉分子中含有糖苷鍵和易于發(fā)生化學(xué)反應(yīng)的羥基，所以淀粉能和許多物質(zhì)發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，這一性質(zhì)是制備性能優(yōu)異膠粘劑的理論基礎(chǔ)。
目前，改性淀粉在芯模材料中的應(yīng)用主要有改性α-木薯淀粉水溶性膠粘劑、改性玉米水溶性膠粘劑和其它轉(zhuǎn)化類淀粉水溶性膠粘劑等。
03淀粉類水溶芯的構(gòu)成
淀粉類水溶型芯模的構(gòu)成和其它水溶性芯模一樣，包括膠黏劑、填料和其它助劑等。
作為傳統(tǒng)水溶性膠粘劑的淀粉類高分子，它具有無(wú)毒害、無(wú)污染等特點(diǎn)，同時(shí)成膜性能好，具有優(yōu)良的粘合性能，潰散性好，是一種應(yīng)用前景廣闊的天然水溶性膠粘劑。但是由于其力學(xué)性能的不足，使淀粉類高分子用做水溶性芯模材料的研究比較緩慢。，一度處于停滯狀態(tài)。因此，首先需要對(duì)淀粉進(jìn)行改性。
其次，以前對(duì)水溶性芯模材料的改進(jìn)主要是圍繞對(duì)使用的膠粘劑的開發(fā)而進(jìn)行的，對(duì)芯模材料所使用的填料的研究重視不夠。這在一定程度上也限制了芯模材料的發(fā)展。傳統(tǒng)使用的填料由于存在密度較大、形狀不規(guī)則、易引起應(yīng)力集中等問(wèn)題，已經(jīng)難以滿足一些高性能芯模材料的使用要求，因而需要使用新的填料-空心玻璃微珠。
球形粒子是理想填料的特性之一，空心玻璃微珠作為復(fù)合材料常見的增強(qiáng)填充材料，它的獨(dú)到之處在于它為球形且表面光滑，因而具有理想填科的孔隙率低、填充量高、高分散等優(yōu)點(diǎn)，也不存在像加入不規(guī)則形狀或帶有棱角粒料所造成的降低復(fù)合材料力學(xué)性能的應(yīng)力集中的現(xiàn)象。同時(shí)由于其密度低，能制取較輕的部件，孔隙率和比表面低，珠體吸收樹脂少，即使高量填充粘度也不高；具有化學(xué)穩(wěn)定性和惰性：良好的抗龜裂性能，最終的制品易于后處理，如鉆孔、切割及打磨等。
由于填料屬于無(wú)機(jī)物，與有機(jī)高聚物極性差異非常大，如果直接添加到聚合物中，可能造成分散不均勻，相互間的作用力很小，而且顆粒粒徑較大時(shí)還會(huì)造成復(fù)合材料的應(yīng)力集中點(diǎn)，成為材料中結(jié)構(gòu)的薄弱環(huán)節(jié)。這些問(wèn)題不但限制了填料顆粒在聚合物中的添加量，而且影響復(fù)合材料的性能，所以需要對(duì)填料進(jìn)行比表面改性。填料表面改性，是對(duì)填料的性質(zhì)進(jìn)行優(yōu)化，通過(guò)改變填料表面原有的性質(zhì)如親油性、吸油率、浸潤(rùn)性、聚合物粘度等，改善填料與聚合物的親合性、兼容性以及加工流動(dòng)性、分散性；增強(qiáng)填料和聚合物界面之間的結(jié)合力；使復(fù)合材料的綜合性能得到顯著的提高。
另外，在淀粉類水溶型芯模組成中還要加入尿素等以提高水溶性，使其在常溫下能較快溶解。
不同配比的淀粉類水溶芯原料
04水溶芯的性能測(cè)試主要包括哪些方面
水溶性芯模材料的性能測(cè)試主要包括力學(xué)性能、水溶性能兩個(gè)方面。
力學(xué)性能主要測(cè)試其抗壓強(qiáng)度（按照GT31039-79測(cè)試）。
水溶性能方面則主要測(cè)試其質(zhì)量水溶速率。
水溶性芯模材料的水溶性能的表征目前還沒(méi)有一個(gè)統(tǒng)一的國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)或行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)。在相關(guān)文獻(xiàn)報(bào)道中，普遍采用質(zhì)量水溶速率來(lái)表征水溶性芯模材料的水溶能力，即在一定溫度下，將芯模材料放置于水中，測(cè)試其完全溶解于水所需的時(shí)間，然后計(jì)算在單位時(shí)間內(nèi)該材料溶解于水的質(zhì)量，可用下式表示：
但是上述方法對(duì)水溶性芯模材料的水溶能力的表征不夠準(zhǔn)確，主要因?yàn)橐韵聝蓚€(gè)原因：首先，芯模完全溶解的時(shí)間無(wú)法準(zhǔn)確確定，在芯模材料的溶解過(guò)程中，石英砂脫落后，在重力作用下就堆積在芯模原先所在的位置，因此無(wú)法觀察到芯模完全溶解時(shí)的情況，從而影響到溶解時(shí)間的確定；其次，質(zhì)量水溶速率的表征方法中的芯模溶解狀態(tài)與實(shí)際應(yīng)用中芯模溶解狀態(tài)是不一樣的。在質(zhì)量水溶速率表征方法中，從芯模材料放入水中開始，芯模的所有表面均處在一個(gè)完全與水接觸的環(huán)境下，水對(duì)芯模的溶解是從芯模的各個(gè)方向進(jìn)行的。而在實(shí)際應(yīng)用中，由于制品包覆在芯模表面，水溶性芯模只有部分表面與水接觸，因此按照質(zhì)量水溶速率方法測(cè)得的水溶性芯模的水溶性能相比實(shí)際應(yīng)用中的要高。
05配方
在實(shí)際應(yīng)用中，一般對(duì)水溶性芯模材料提出了如下要求：
（1）一定的強(qiáng)度與耐熱性；
（2）表面光潔、尺寸精度較高；
（3）線膨脹系數(shù)小；
（4）采用的原材料無(wú)毒、價(jià)格適中；
（5）水溶性能優(yōu)良。
依據(jù)上述要求，通過(guò)大量的實(shí)驗(yàn)可以初步篩選出幾種適合用于制各水溶性芯模材料的組成成分。然后通過(guò)實(shí)驗(yàn)對(duì)篩選出的組分進(jìn)行優(yōu)化，確定出最優(yōu)配比。
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