CN1050786C - 蜡状物质和使用蜡状物质的造型方法 - Google Patents
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Abstract
一种蜡状物质,主要成分为饱和链烃,碳和氢的重量比(C/H)是5.839~6.018、碳和氢合计的重量百分比是98.5~100%、数均分子量(Mn)是3.0×103~1.0×104,重均分子量(Mw)是1.0×104~5.0×104、Mw/Mn是1.0~5.0。可用于雕刻、铸造,能反复使用、加工性优良、从型材脱蜡容易。使用该蜡状物质的造型步骤为:加工该蜡状物质制成母模,用型材包覆母模后再使之脱蜡,再将熔融金属注入上述型材,使之冷却固化成成形品。适于制造精细装饰物、工艺美术品等。
Description
本发明涉及雕刻用的、铸造用的或用作标记材料的蜡状物质以及使用这种蜡状物质的造型方法。
以往,像有非常精细图案的装饰物、有复杂立体形状的服饰品等成形品的造型方法都用所谓蜡型铸造法。
上述蜡形铸造法是使用蜡状物质按下述程序制造成形品的方法。即首先使用木工用的雕刻刀、刀具、锯、锉等加工工具将块形的蜡状物质加工成所要求的形状。再将通过上述加工制得的母模用耐热的型材包覆,所包覆的耐热型材上要形成用以脱蜡和浇铸的流道。接着从该型材外部加热使母模的蜡状物质熔化从流道流出(脱蜡)。随后,再使在型材中残留的蜡状物质汽化,并使所要求的金属从流道流入其内部已成空洞的型材(铸型)。然后使金属与型材一起冷却固化。最后将型材破坏取出由金属制成的成形品。这样,就能利用蜡状物质制造出所要求的成形品。
但是,上述蜡状物质加工的难易程度、脱蜡的难易程度等使用情况与蜡状物质所具有的各物理特征密切相关。所以,上述各物理特性的微妙变化就能使蜡状物质加工的难易程度、脱蜡的难易程度发生很大变化。也就是说在上述蜡状物质所具有的各物理特性超过某个范围,即超过良好的使用情况所要求的适当范围的情况下,使用蜡状物质制造成形品时,就要发生下述这样的问题。即:
(1)在蜡状物质的粘度高于适当粘度范围的情况下,加工蜡状物质制造母模时,加工所产生的切屑等碎屑有粘性。这就使加工用的雕刻刀刀尖或锯、锉等的孔隙易被碎屑塞满。也就是使蜡状物质的加工性降低。
(2)在蜡状物质的熔点高于适当温度范围的情况下,使蜡状物质(母模)从型材脱蜡时,必须将型材加热到更高的温度。这就使脱蜡作业变困难。而且由于要把型材加热到高温,型材易产生裂缝。一发生裂缝,型材就坏了,就不能用其制造成形品了。
(3)在蜡状物质的硬度低于适当硬度范围的情况下,加工成的母模易塌型。而且由于容易发生塌型,母模的表面不能磨光。在这种情况下为防止母模的塌型,要使工作场地的温度保持一定,这就需要调整作为环境。
(4)在蜡状物质的硬度高于适当硬度范围的情况下,粘度容易比适当粘度范围低。这就使蜡状物质的加工性降低。
上述蜡型铸造法所用的以往的蜡形物质已知有蜜蜡、石蜡等。而且石蜡,有例如由日本蜡株式会社、菲利斯社(Ferris;美国)生产的市售产品。
然而,上述以往的蜡状物质(即可从市场上买到的石蜡)所具有的各物理特性随温度的差异其变化率很大。这就使以往的蜡状物质的各物理特性在冬季、夏季时容易超过良好的使用情况所要求的适当范围。即以往的蜡状物质,其加工难易程度、脱蜡难易程度等所说的使用情况要变坏。
而且,以往的蜡状物质经反复加热和冷却后要变质,其物理性质发生了变化。因而,即使再将加工产生的碎屑、脱蜡回收的蜡状物质熔化并固化成块形,也因物理性质已变化而不能再使用。
另外,迄今为止,已知向例如纸等被书写物上书写文字、绘图、画线等使用的书写用具有蜡笔等。已知向例如石、沥青、混凝土等被书写物上书写文字、绘图、画线等使用的书写用具有粉笔等。而且上述蜡笔、粉笔,其整体形状都做成棒形。
然而上述的蜡笔、粉笔,因为柔软而极易摩擦损耗,也容易折断。由于不能长期使用所以也不经济。而且蜡笔、粉笔因其柔软,在握持时还容易将手弄脏。蜡笔还易发生褪色,将其曝露在高温下(例如夏季等)还会发生变形或塌型。此外,蜡笔、粉笔还存在这样的缺点,即:用其在被书写物上写出的文字、图形、线条等被其它被书写物或手等摩擦后就被抹散而变得模糊,不易看清。
由于上述蜡笔、粉笔其整体都做成棒形,故因书写而磨损后其端部变圆。因而在向被书写物上书写文字、绘图、画线等时,文字、图形的大小或线条等的粗细就难以调节。
也就是说,上述蜡笔、粉笔其使用情况是不令人满意的。因此,要求有一种能向例如纸、木材、石、沥青、混凝土、金属、玻璃等各种被书写物上书写文字、绘图、画线等的书写用具,即作标记的材料。
本发明的第一个目的是提供一种在例如用来进行雕刻、铸造时能反复使用的、并具有良好的加工性而又容易从型材脱蜡的,即使用情况良好的蜡状物质。
为达到此目的,在本发明中这样的蜡状物质其主要成分由饱和链烃组成,其特征是碳、氢的重量比(C/H)是5.839~6.018,碳和氢的重量百分比为98.5~100%,数均分子量(Mn)是3.0×103~1.0×104,重均分子量(Mw)是1.0×104~5.0×104,Mw/Mn是1.0-5.0。
按照上述的构成,即使在例如100-120℃的低温下反复加热和冷却也不变质,具有良好的稳定性。而且蜡状物质所具有的物理性质,例如熔点、粘度、硬度等各物理性质都处于使加工性优良并容易从铸型的型材脱蜡所要求的适当范围内。也就是说,蜡状物质能简单地进行加工,而且不易软化或塌型。因此,能提供一种在例如用作雕刻、铸造时能反复使用的、加工性优良,并容易从型材脱蜡的,即所谓使用情况良好的蜡状物质。
本发明的第二个目的是提供一种使用上述蜡状物质的造型方法。
为达到此第二个目的,本发明的使用这样蜡状物质的造型方法的特征是通过下述步骤进行:加工上述蜡状物质做成母模;用型材包覆此母模;然后使上述母模脱蜡;将熔融金属浇铸进已铸型的型材;使之冷却固化而成为成形品。
用上述方法,可适合于使用蜡状物质制造所要求的成形品,例如,有非常精细图案的装饰物、有复杂的立体形状的服饰用品、工艺美术品等。而且,用一个母模只能制造一个成形品。所制造的成形品极少,所以价值也高。
本发明的第三个目的是用上述的本发明的蜡状物质制成使用情况良好的标记用材料。
为达到此第三个目的,可将本发明的蜡状物质的整体形状制成大体为楔形,与被书写物接触的前端部的上面和下面所构成的角度是10°-30°。
这样制成的书写材料不易损坏、切断、褪色、变形,有很好的书写效果。
本发明的其它目的、特征和优点可从下文中清楚地了解。本发明的益处通过下面参照附图的说明就完全清楚了。
图1(a)~(d)是说明造型方法的程序的说明图,该造型方法使用本发明一实施例中的蜡状物质,其中图1(a)是用型材包覆母模的步骤,图1(b)是使母模熔化从型材脱蜡的步骤,图1(c)是使熔融金属流进型材内的步骤,图1(d)是破坏型材取出成型品的步骤。
图2是表示蜡状物质制造装置的一实施例的概略截面图。
图3是使用蜡状物质的标记材料的投影图。
图4是表示上述标记材料使用状态的概略说明图。
下面将按照图1~图4对本发明的一实施例进行说明。
在本实施例中这种蜡状物质是通过例如使作为原料物质的已加热熔融的合成树脂发生热分解反应而得到的。上述合成树脂例如有无交联、低交联或高交联的聚乙烯树脂、聚丙烯树脂等的聚烯烃、聚苯乙烯树脂等。而所说的合成树脂,只要由热分解反应能得到蜡状物质的树脂就可以,并无特殊限制。例如,蜡状物质可由聚乙烯树脂、聚丙烯树脂等合成树脂的废弃物廉价制造。对蜡状物质的制造方法将在下文详细叙述。
下面,将对本发明中这样的蜡状物质与以往的蜡状物质进行比较的情况加以说明。
首先,对蜡状物质所具有的各物理性质进行说明。按照下述方法进行蜡状物质的元素分析后,再按下述方法测定蜡状物质的分子量及其分子量分布,进而测定蜡状物质所具有的各物理性质。即用下述方法测定蜡状物质的熔点和比重,同时用下述方法进行流动试验、硬度试验、拉伸试验、弯曲试验。为了使本发明的蜡状物质与以往的日本精蜡株式会社制造的蜡状物质(下文中称为已有产品A)和菲利斯社(Ferris;美国)制造的蜡状物质(下文中称为已有产品B)进行比较,同时测定这些已有产品A和B所具有的各物理性质。所得的结果归纳整理在表1中。
[元素分析]测定碳、氢、氮和硫各自的重量百分比(wt%)和总铬、镉和铅各自的含量(μg/g)。用碳、氢、氮计量器测定碳、氢和氮各自的重量百分比。硫的重量百分比是按照日本工业标准K2541,在用燃烧管式石英管氧化法燃烧后,通过比浊法来测定。总铬、镉和铅各自的含量用原子吸光法来测定。各种测定都是在实验室温度为19℃的条件下进行的。
[分子量和分子量分布]用凝胶渗透色谱法(GPC)测定数均分子量(Mn)和重均分子量(Mw)。测定条件是:
柱:AD80M/S
移动相:邻二氯苯
检测器:红外检测器(IR)(3.42μm)
温度:140℃
流量:1.0ml/min
试料浓度:2.0mg/ml
测定是在实验室温度为22℃条件下进行的。
[熔点]按照日本工业标准JIS K 7122用差分扫描测热(DSC)法测定熔融峰值温度(℃)。试验机器是使用精工电子工业株式会社制造的DSS-220C。测定条件是升温速度为10℃/min。测定是在实验室温度为21℃的条件下进行的。
[比重]按照日本工业标准JIS K 7112用水中置换法测定。测定是在实验室温度为21℃的条件下进行的。
[流动试验]按照日本工业标准JIS K 7210,使用高化式流动点测定器测定粘度和熔融开始温度(℃)。利用定温试验测定粘度在40℃、60℃、80℃、100℃时的值。测定条件:
模直径:1mm
试验负载:10kgf-500kgf
通过升温试验测定熔融开始温度,测定条件:
模直径:1mm
试验负载:10kgf
升温速度3℃/min
测定是在实验室温度为21℃条件下进行的。
[硬度试验]按照日本工业标准JIS K 7215测定硬度(HDD)。测定是在实验室温度为21℃条件下进行的。
[拉伸试验]按照日本工业标准JIS K 7113测定拉伸强度(kgf/cm2)。测定条件:
试验片:1号型
试验速度:50mm/min
测定是在实验室温度为21℃条件下进行的。
[弯曲试验]按照日本工业标准JIS K 7203测定弯曲强度(kgf/mm2)、弯曲弹性率(kgf/mm2)、到损坏时的压下量(mm)、到屈伏点时的压下量。测定条件:
试验片:80mm×10mm×2(t)mm
试验速度:1mm/min
支点间距离:30mm测定是在实验室温度为21℃条件下进行的。
表1
蜡状物质 | 已有产品A | 已有产品B | ||
元素分析 | 碳(wt%)氢氮硫 | 84.514.30.2<0.02 | 未测定 | 84.413.50.3<0.01 |
总铬(μg/g)镉铅 | 检出限(10)以下检出限(2)以下检出限(5)以下 | 检出限(10)以下检出限(2)以下检出限(5)以下 | ||
分子量和分子量分布 | 数均分子量(Mn)重均分子量(Mw)Mw/Mn | 6.1×1032.8×1044.5 | 1.9×1032.1×1031.1 | 8.0×1034.7×1035.9 |
熔融点 | 熔融峰值温度(℃) | 109 | 50 | 106 |
比重 | 0.931 | 0.915 | 0.927 |
表1(续)
蜡状物质 | 已有产品A | 已有产品B | |||
流动试验 | 粘度(泊) | 40℃6080100 | 不能测定4.3×1065.3×1043.5×103 | 4.2×105937.2不能测定 | 不能测定3.4×1062.2×1055.4×103 |
溶融开始温度(℃) | 97 | 46 | 98 | ||
硬度试验 | 硬度(HDD) | 51 | 23 | 48 | |
拉伸试验 | 拉伸强度(kgf/cm2) | 92 | 19 | 79 | |
弯曲试验 | 弯曲强度(kgf/mm2)弯曲弹性率(kgf/mm2)到损坏时的压下量(mm)到屈服时的压下量(mm) | 0.74520.82在0.82时损坏 | 0.2723未损坏1.8 | 1.0331未损坏5.12 |
下面对上述各测定结果进行研究。也就是将本实施例的蜡状物质所具有的各物理性质与已有产品A和B所具有的各物理性质进行比较,对各物理性质的差异进行研究。
首先来看看元素分析的结果。饱和链烃(烷烃系列的烃)的分子式用CnH2n+2表示。因为碳的原子量是12.011,氢的原子量是1.00794,所以碳和氢的重量比(C/H)约为5.958。
蜡状物质的重量比是5.909。碳和氢合计的重量百分比是98.8%。可见蜡状物质的主要成分是由饱和链烃构成。
与此对应,已有产品的重量比是6.252。重量比大意味着与碳重量相应的氢的重量小。碳和氢合计的重量百分比是97.9%。也就是说,已有产品B除含有饱和链烃外,应考虑到还含有带有取代基的链烃杂质,所说的取代基,例如,是羰基、羧基,羟基等含氧的取代基。而且还能从已有产品B的重量比的大小来考虑是否已混入不饱和烃。
再对分子量和分子量分布的测定结果进行研究。蜡状物质的数均分子量(Mn)是6.1×103,重均分子量(Mw)是28×104,Mw/Mn是4.5。图中未示出的分子量分布曲线,其峰值稍微偏向低分子量侧。与此对应,已有产品A的Mn是1.9×103,Mw是2.1×103。也就是说已有产品A与蜡状物质比较,其分子量显然要小。由于已有产品B的Mn是8.0×103,Mw是4.7×104,具有与蜡状物质大体相等的分子量,Mw/Mn是5.9,所以与蜡状物质分子量分布的宽度相比,已有产品B的分子量分布的宽度也要稍微宽些。
蜡状物质(或已有产品A、B),若其成分、分子量和分子量分布不同,则其物理性质也不同。蜡状物质是各种饱和链烃的混合物,其各物理性质体现了碳氢化合物的复杂的结晶结构的综合结果。因而,蜡状物质的物理性质与已有产品A、B的物理性质的不同可以认为是由于它们的成分、分子量和分子量分布分别有微妙的差异而引起的。
接着研究熔点的测定结果。蜡状物质的熔融峰值温度是109℃。与此相应,已有产品A因其分子量小,熔融峰值温度是50℃。由此可知在夏季气温高或室温高时,用已有产品A加工成的母模容易塌型。这就要求在用已有产品A制作母模时要保持操作场所的温度一定,从而必须调整操作环境。
蜡状物质在熔融状态是无味的。与其相比,已有产品B一旦熔融就发出难闻的气味。由此可知已有产品B除饱和链烃外还含有前述杂质。
下面对流动试验的结果进行研究。蜡状物质在60℃时粘度是4.3×106泊,80℃时是5.3×104泊,100℃时是3.5×103泊(在40℃时因为蜡状物质未完全熔融,故粘度不能测定)熔融开始温度是97℃。
与其相比,已有产品A因其熔融峰值温度低,所以在40℃时粘度是4.2×105泊,60℃时是93泊,80℃时是7.2泊,熔融开始温度是46℃(在100℃因为已有产品A已充分熔融,其粘度已不能用上述方法测定)。由上述可见,用已有产品A加工成的母模容易塌型。而已有产品B在60℃时粘度是3.4×106泊,在80℃时是2.2×105泊,在100℃时是5.4×103泊,熔融开始温度是98℃(在40℃时由于已有产品B未完全熔融,其粘度不能测定)。
通常在用雕刻刀、刀具、锯、锉等加工工具加工蜡状物质(或已有产品A、B)时,蜡状物质与加工工具接触的部分因摩擦而被加热。这就使例如在80℃附近其粘度高,在加工蜡状物质制作母模时,加工产生的切屑等碎屑因摩擦受热而有粘性,就会围绕粘附到加工工具上。也就是说切屑等碎屑容易塞满雕刻刀的刀尖或者锯、锉等的孔隙,而使蜡状物质的加工性降低。在80℃时已有产品B的粘度是2.2×105泊,比蜡状物质的5.3×104泊的粘度高。由此可见蜡状物质比已有产品B容易加工。在80℃时蜡状物质的粘度之所以比已有产品B的粘度低,是因为蜡状物质分子量的分布曲线的峰值稍微偏向低分子量侧的原故。
而且,在100℃时蜡状物质的粘度也比已有产品B低。也就是说,在100℃时蜡状物质也比已有产品B容易流动。这就使蜡状物质比已有产品B更容易从铸型的型材中脱蜡。
下面讨论硬度试验的结果。蜡状物质硬度是51HDD,与其相应,已有产品B的硬度是48HDD。由此可见与已有产品B相比蜡状物质不容易发生塌型。
下面再来讨论拉伸试验的结果。蜡状物质的拉伸强度是92kgf/cm2。与其相应的已有产品B的拉伸强度是79kgf/cm2。
加工蜡状物质(或者已有产品A、B)以制作母模时,如拉伸强度小就会产生小裂纹,进行同样的加工就不能使加工部分修整得很漂亮,也就是说用这样的母模加工不出所要求的漂亮程度。实际上,与已有产品B相比蜡状物质的拉伸强度较大,由此可知与已有产品B相比用蜡状物质更能制成漂亮的母模。
接着再来讨论弯曲试验的结果。蜡状物质的弯曲强度是0.74kgf/mm2,弯曲弹性率是52kgf/mm2。与其对应,产品B的弯曲强度是1.03kgf/mm2,弯曲弹性率是31kgf/mm2。而蜡状物质到损坏时的压下量是0.82mm(由于试验片在压下量为0.82mm时损坏,其到屈服时的压下量不能测定)。
在加工蜡状物质(或者已有产品A、B)制作母模时,如弯曲强度大,将切屑等从蜡状物质上切离时,由于切屑与蜡状物质主体的结合部分延展等,加工部分不能做得很漂亮,而如果弯曲弹性率小,在用雕刻刀、刀具等切割蜡状物质时,在雕刻刀、刀具的刀尖附近,切屑会破裂成碎屑,加工部分无法修整得很漂亮。也就是说母模不能加工到所要求的漂亮程度。与已有产品B相比蜡状物质的弯曲强度小、弯曲弹性率大。由此可见,与已有产品B相比较,蜡状物质能做出更漂亮的母模。
再分别对使用蜡状物质、已有产品A和已有产品B制作母模时它们的加工性的差别即各自的使用情况进行比较。由结果可见,蜡状物质能简单地进行雕刻等加工。与其相比,已有产品B由于其切屑容易粘附在雕刻刀上,虽然也能进行雕刻等加工但是费工费时。加工蜡状物质制成的母模不塌型。与其相比,加工产品A制成的母模会塌型。而且与已有产品B相比蜡状物质硬而不脆,进行上述加工时不发生不良情况。
由上述结果可知,蜡状物质在雕刻加工作业过程中和作业后都不易软化或塌型。这样,对块形蜡状物质,即使普通人也能用雕刻刀等木工用的加工工具简单地进行雕刻加工等。由于即使普通人也容易对蜡状物质进行加工,所以蜡状物能适用于用来进行雕刻、铸造等,即适合于在制造成形品过程中(即造型方法中)使用。
发明者认为蜡状物质与已有产品A、B使用情况的差异起因于它们上述各物理性质微妙的不同。也就是说,使用情况的差异判定为主要是因碳和氢的重量比、碳与氢合计的重量百分比、分子量和分子量分布等的不同而造成。
因此,本申请的发明者专门对将蜡状物质用于雕刻、铸造时能得到良好的使用情况的各物理特性的范围进行了研讨。尽管还不清楚是哪个物理特性与蜡状物质制作母模时的难易程度最相关,但由结果可知,各物理特性如处于下述范围内,蜡状物质的加工性就很好。
即碳和氢的重量比(C/H)最好在5.839~6.018;碳和氢的合计重量百分比最好在98.5~100%;数均分子量(Mn)最好在3.0×103~1.0×104;重均分子量(Mw)最好在1.0×104~5.0×104;Mw/Mn最好在1.0~5.0;熔融峰值温度最好在100~120℃;粘度最好在60℃时为2.0×106泊~8.0×106泊,80℃时为2.0×104泊~1.0×105泊,100℃时为1.0×103泊~7.0×103泊;熔融开始温度最好在90~110℃;硬度最好是40HDD~60HDD;拉伸强度最好在80kgf/cm2~100kgf/cm2;弯曲强度最好在0.6kgf/mm2~0.9kgf/mm2;弯曲弹性率最好在40kgf/mm2~60kgf/mm2;到损坏时的压下量最好在0.7~0.9mm。而且最好几乎不具有弹性和回复力。如各物理特性在上述的范围之外,蜡状物质的加工性就变坏。
如上所述,本实施例中这样的蜡状物质,其主要成分由饱和链烃构成,碳和氢的重量比(C/H)约为5.958,碳和氢合计的重量百分比是98.8%。这种构成就能即使在例如100-120℃的低温下反复加热、冷却,蜡状物质也不变质,有良好的稳定性。而且所说的蜡状物质的数均分子量(Mn)是6.1×103,重均分子量(Mn)是2.8×104,Mw/Mn是4.5。这就使蜡状物质具有的物理性质,例如熔点、粘度、硬度等各物理性质也都处在既良好的加工性也容易从铸型的型材中脱蜡所要求的适当范围内。也就是说,蜡状物质能简单地进行加工而且不易软化和塌型。
由此可见,在用蜡状物质进行雕刻、铸造时能反复使用,既有良好的加工性又能容易地从型材中脱蜡,即其使用情况良好。
下面将参照图1说明用上述蜡状物质制造成形品的造型方法(所谓蜡型铸造法)的步骤。
首先用例如雕刻刀、刀具、锯、锉等木工用的加工工具将与要制造的成形品大小相适应的块形等形状的蜡状物质加工成所要求的形状,即成形品的形状。这时,既将蜡状物质先做成成形品的粗坯后再对其进行加工,也可以不加工成粗坯而直接加工蜡状物质。蜡状物质的表面可根据需要用砂纸、布等研磨。研磨过蜡状物质的表面后,成形品的表面可以修整得很光滑。这样就能缩短研磨由金属制成的成形品的时间,节省劳力。
由于用蜡状物质制成的母模不塌型,因而无需调整作业环境(例如使作业场所的温度保持一定等)。所以对加工蜡状物质的作业场地无特殊要求。加工前蜡状物质的形状不限于上述的块形。例如要制造的成形品是盛食品的盘、碗时,可用形状与盘、碗近似的蜡状物质。
再如图1(a)所示,在用上述方法制成的母模10的适当位置处安装上浇铸口(图中未绘出)后,用耐热材料,例如石膏等的浆膏包覆母模10。然后使石膏硬化并取出浇铸口。也就是说用耐热的型材11包覆母模10。在型材11上的曾安装过上述浇铸口的位置处形成了用以脱蜡和浇铸的流道11a。
接着如同图(b)所示,从上述型材11的外部加热使构成母模10的蜡状物质熔融,此熔融的蜡状物质10′从流道11a流出(脱蜡)。加热型材11时,可以使用高压釜等。加热温度在100~120℃就足够。这样在脱蜡作业时就不必担心型材会产生裂纹,而且上述脱蜡作业就变得很容易。
然后使用电炉、煤气炉等焙烧型材11,使残留在型材内部的熔融的蜡状物质10′完全汽化。这样,型材11内部就成为空洞。接着再将成为铸型的型材11的温度慢慢降到适于进行铸造的铸型温度。
随后如同图(c)所示,把将成为成形品12(同图(d))的熔融金属12′从流道11a注入型材11内。然后使熔融金属12′与型材11一起冷却使之固化。对上述金属无特殊要求,例如可以使用泊、金、银、铜、铝及其合金或者不锈钢等所要求的金属。所说的铸造法有离心铸造法、减压铸造法、加压铸造法、真空铸造法等,无须特别限定。
最后如同图(d)所示,用铁锤、木锤等将型11破坏,取出成型品12。在成型品12上,在型材11上的已形成流道11a的地方有时要形成一溢料部分12a。这时可以用锉等将由多余金属构成的溢料部分12a锉掉。
如上所述,使用本实施例中这样的蜡状物质的造型方法是通过下述步骤制造成形品12的方法:加工蜡状物质制成母模10,用型材11包覆此母模10后,将母模10脱蜡,将熔融金属12′注入已成为铸模的型材11,再使之冷却固化。
由此可见,使用蜡状物质可适合制造所要求的成形品,例如有高精细图案的装饰物,有复杂的主体形状的服饰用品、工艺美术品等。所说的成形品具体地说有装饰品,铭牌、餐具、印鉴、饰针、戒指、垂饰、钥匙夹、小零件套、佛像等,但不限于这些。一个母模只能制造一个成形品。所以因所制造的成形品数量稀少而价格较高。还由于母模不塌型,所以还能将母模10本身作为装饰物。
如上所述,本实施例中这种蜡状物质适用于所说的蜡型铸造法,蜡状物质也能适用于所说的失蜡铸造法。这时由于用硅橡胶等制取母模10,使用上述橡胶模能大量生产同一形状的成形品。
蜡状物质即使在例如100~120℃低温反复加热冷却,其物理性质也不变化。因而在制作母模时产生的切屑等碎屑或者脱蜡出的蜡状物质通过将其回收熔融后使之流进箱模中,再次固化成所要求大小的块形,能够再使用无数次,所以是十分经济的。即使在加工蜡状物质失败时,通过再将其熔化后流入箱模并固化也能再恢复到原来的块形。因而在使用蜡状物质的造型方法中可以多次地加工、矫正蜡状物质直到制成所要求的母模。
当要制造的成形品是盘、碗等餐具时,可以使用与盘、碗的形状近似的箱模固化蜡状物。由于能将蜡状物质做成与盘、碗近似的形状,所以能缩短加工时间。
上述箱模的材质只要具有蜡状物质熔化温度以上的耐热温度即可,无其它特殊要求。由于蜡状物质不与箱模粘结,所以能方便地从箱模中脱模。而上述已有产品B易与箱模粘结,从箱模脱模困难。
下面举例说明蜡状物质的制造方法。
制造蜡状物质的装置为图2所示,设置有收贮蜡状物质C用的收贮罐1。此收贮罐1用支脚1a......支承。筒状燃烧篮2成一体地装置固定在收贮罐1的上端开口部1b上。在燃烧篮2的侧壁上穿设有无数空气导入孔2b......。燃烧篮2的上端开口部2c呈敞开状态。从上方堵塞燃烧篮2下端开口部2a,将凸状的成为原料接受盘的炉篦3设置在上述燃烧篮2内的下部。在炉篦3上穿设有许多炉篦孔3a......。原料A(后述)装载在炉篦3上。
从下方堵塞上述下端开口部2a,将封闭的箱状触媒槽4安装到燃烧篮2的下部。触媒槽4的整个壁都有网眼状部分4a。将促进熔融物B(后述)的热分解反应的触媒,例如由铂、铜等金属构成的线形触媒4b填充在上述触媒槽4内。上述熔融物B在线形触媒4b之间通过。
为了调节应供给燃烧篮2的空气量,在燃烧篮2的外周上设置有筒状空气平衡器5。此空气平衡器5在距燃烧篮2规定的间隔处设置。而且在空气平衡器5的下部设置用以导入空气的开口部5a。上述空气平衡器5的上部呈开放状态。
在收贮罐1和燃烧篮2之间设置了多条图中未绘出的连通管。这些连通管与泵(图中未绘出)连接,所说的泵用来将在收贮罐1产生的气体送到燃烧篮2。
为使熔融的蜡状物质c的温度上升,将管形加热器6设置在收贮罐1内的底部。此加热器6电加热或高频加热蜡状物质c。检测蜡状物质c的温度用的双金属、热电偶等温度传感器7设置在收贮罐1的内部。用控制装置8对加热器6进行ON/OFF控制或比例控制。控制装置8按照来自上述温度传感器7的信号控制加热器6使之将蜡状物质c保持在规定的温度。
下面说明用上述结构的制造装置制造蜡状物质的方法。
首先将由作为原料物质的合成树脂和高交联聚乙烯树脂、聚丙烯树脂的燃料组成的原料A按规定量投入燃烧篮2内。接着,点燃燃料使之燃烧将合成树脂熔融,同时使合成树脂的一部分热分解,将其低分子化并液化。使那些成为混合物的熔融物B从炉篦孔3a......滴下,在触媒槽4中的线形触媒4b之间通过后向下滴到收贮罐1。
这时,触媒槽4内和收贮罐1内的氧因与熔融物B反应而迅速消耗。就使触媒槽4内和收贮罐1内成为缺氧状态。因此,熔融物B中未热分解的树脂和热分解不充分的树脂主要在触媒槽4内在缺氧状态下进行热分解、低分子化而成为蜡状物质c。蜡状物质c以熔融状态收贮在收贮罐1中。
熔融状态的蜡状物质c用加热器6加热,同时用温度传感器7和控制装置8进行控制,使其熔融温度维持在规定温度。由于上述蜡状物质c成为缺氧状态而且熔融温度稳定,于是可稳定地产生由蜡状物质c的一部分汽化而成的可燃性的乙烯气体等高热气体G。蜡状物质c的熔融温度可设定在600℃左右。
似这样其发生量被控制的高热气体G通过触媒槽4和炉篦3上升,或者通过图中未绘出的连通管和泵而到达作为上述原料A燃烧场所的燃烧篮2。高热气体G与由各空气导入孔2b导入的空气混合、燃烧。这就能将燃烧篮2内的温度控制在规定温度。因此,连续投入燃烧篮2中的原料A能持续地熔融、分解。
燃烧篮2内部的温度最好在1100℃左右。由蜡状物质c生成高热气体G的同时也生成微粒状的碳,所生成的微粒状碳在燃烧篮2内全部被燃烧。这样碳煤就不会粘着在燃烧篮2内。所以碳煤不会混入蜡状物质c中。
用上述方法制造本实施例中这样的蜡状物质。当然蜡状物质的制造方法和制造装置不限于上述例举的制造方法和制造装置。也就是说本实施例中这样的蜡状物质不限于用上述例举的方法制造。只要所制造出的蜡状物质能像上述那样在用作雕刻、铸造时能反复使用,既有良好的加工性又能容易地从型材脱蜡,即有良好的使用情况,用哪种方法制造都可以。
本实施例中这样的蜡状物质除用以进行雕刻、铸造外,还能用作可在各种被书写物上书写文字、图案、线条等的标记材料。下面对蜡状物质制成的标记材料进行说明。
上述的标记材料是通过将蜡状物质和颜料用规定的方法进行混合而得到的。混合蜡状物质和颜料的混合方法可以是使蜡状物质熔融,将颜料加到熔融状态的蜡状物质中,通过搅拌使两者混合;也可以将蜡状物质和颜料使用混合机混合。混合方法不限于上面例举的方法。
如图3和图4所示,标记材料20的整体形状做成大体楔形。也就是说,与标记材料20的应与被书写物30接触的前端部21侧相比,尾端部22侧要粗,上表面20a大体为平面,下表面20b是曲面。上述标记材料20的前端部21呈扁平状,上表面20a和下表面20b所构成的角度θ为10-30°,10~15°较好,最好大体上是20°。
标记材料20的尾端部22的形状,应是容易在被书写物30上书写文字、绘图、划线等的形状,也就是说要形成使用者容易握持的形状。为便于携带和保管标记材料20,例如可在其尾端部22上加工一能穿过细绳的孔。也可在其尾端部22、中央部分23上雕上颜色名称、商品名称等文字。如标记材料20主要供孩子使用时,可在尾端部22、中央部23上加工上动物图案等浮雕。将标记材料20加工成上述形状的加工方法无须特别限定。
上述被书写物30可以是纸、木材、石、沥青、混凝土、金属、玻璃等,但不限于这些。也就是说标记材料20能在上面例举的各种各样被书写物上书写文字、绘图、划线等。
标记材料20所用的颜料可以使用由金属盐构成的无机颜料、染料中的沉淀色料等有机颜料。颜料可以是不与蜡状物质作用、不溶于水、乙醇等溶剂,而且可十分鲜明地呈现所定颜色的无毒物质。而且,颜料要有优良的耐热性、耐光性、耐风化性和蜡状物质的相对分散性,而没有泳移性(所谓移色、褪色)。
蜡状物质与颜料的混合比率,即标记材料20中颜料的含量,可以考虑颜料在被书写物30上的着色情况或者标记材料20书写的难易程度来设定。标记材料20的颜料的含量按重量计可以是40~60%,最好是50%。而颜料含量不受上述重量百分比的限制。
适用于标记材料20的蜡状物质的各物理特性归纳在表2中。
表2
蜡状物质 | ||
元素分析 | 碳(wt%)氢氮硫 | 84.514.30.2<0.02 |
总铬(μg/g)镉铅 | 检出限(10)以下检出限(2)以下检出限(5)以下 | |
分子量与分子量分布 | 数均分子量(Mn)重均分子量(MW)Mw/Mn | 6.5×1032.2×1043.3 |
熔点 | 熔融峰值温度(℃) | 108 |
比重 | 0.935 |
表2(续)
蜡状物质 | |||
流动试验 | 粘度(泊) | 40℃6080100 | 不能测定6.6×1062.3×1043.0×103 |
熔融开始温度(℃) | 97 | ||
硬度试验 | 硬度(HDD) | 48 | |
拉伸试验 | 拉伸强度(kgf/cm2) | 66 | |
弯曲试验 | 弯曲强度(kgf/mm2)弯曲弹性率(kgf/mm2)到损坏时的压下量(mm)到屈服时的压下量(mm) | 0.96461.85在1.85时已损坏 |
由上列各测定结果可知有下述效果。
从熔点、流动试验和硬度试验的测定结果可知,标记材料20即使曝露在高温(如在夏季)下也不发生变形、塌型。由于标记材料20有适当的硬度,所以握持时不会将手弄脏,而且也不会发生褪色。
从拉伸试验和弯曲试验的结果可知,标记材料20,即使承受了在其前端21压在被书写物30上时所产生的压缩应力、拉伸应力等各种应力,其表面上也不会产生微小的裂纹。标记材料20在被书写物30上书写文字、绘图、划线时非常流利。由于标记材料20硬度适当不易磨损,而且也难以折断。此外,蜡状物质硬而不脆,这就使对标记材料20加工时不会发生不适当的情况。
以上结果表明,使用蜡状物质的标记材料20,其使用情况是很好的。而且蜡状物质无毒害。
下面,本申请的发明者将对标记材料20中所用的,与能得到良好的使用情况相应的蜡状物质各物理性质的范围进行研讨。结果表明,尽管还不清楚与标记材料20的使用情况相对应上述哪个物理性质关系最大,例如蜡状物质的各物理性质在下述的范围内,则标记材料20肯定会有良好的使用情况。
即粘度最好在60℃时为3.0×106泊~1.2×107泊,在80℃时为1.0×104泊~5.0×104泊,在100℃时为10×103泊~6.0×103泊;拉伸强度最好在55kgf/cm2~75kgf/cm2;弯曲程度最好在0.8kgf/mm2~1.2kgf/mm2;弯曲弹性率最好在35kgf/mm2~55kgf/mm2;到损坏时的压下量最好在1.7-1.9mm。其它的物理性质在上述范围内是令人满意的。如蜡状物质的各物理性质在以上所示的范围之外,则标记材料20的使用情况就不会好。
如上所述,蜡状物质和颜料混合而成的标记材料20不变质,稳定性好。由于蜡状物质的物理性质,如熔点、粘度、硬度等各物理性质都处在加工性良好、适于用作标记材料20的规定范围内,所以能提供所说的使用情况良好的标记材料20。
也就是说,标记材料20能在诸如纸、木材、石、沥青、混凝土、金属、玻璃等多种被书写物30上书写文字、绘图、划线等,而且写起来很流利。标记材料20无毒害,由于硬度适当,握持时不脏手,而且不会发生所谓褪色。标记材料20在被书写物30上所写的文字、图案、线条等即使被其它被书写物或手磨擦了也不会变宽而模糊,被水沾湿也不扩渗。从而使写在被书写物30上的文字、图案、线条等保持清晰可见状态。
这种标记材料20由于硬度适当,所以耐磨损而且不易折断,能长期使用,因而很经济。而且这种标记材料20即使曝露在高温下(如在夏季时),也不会发生变形、塌型。
标记材料20其整体的形状加工成大体呈楔形,应与被书写物30接触的前端部21的上表面20a与下表面20b构成的夹角θ为10~30°。
因此,标记材料20能流利地在被书写物30上书写文字、绘图、划线等,书写时无须太用力。而且标记材料20,即使因书写使前端部慢慢磨损,前端部21的形状和角度θ总是大体上保持一定。这就使标记材料20向被书写物30上书写文字、绘图、画线时,文字、图案的大小或线条的粗细均能很容易地调节。
在要向被书写物30上书写特别小的文字、图案、画特别细的线条时,可以改变图4所示的握持方式,使下表面20b向上,上表面20a向下这样的方式握持。当要被书写物30上书写特别大的文字、图案、绘制特别粗的线条时,可以使用尾端部22侧而不用前端21侧。
在本发明的详细说明中所列举的具体实施情况或实施例,归根结底是用来说明本发明的技术内容,不能只按这些具体实例来狭义地解释本发明。所能进行的各种各样的变更也都在本发明的精神和下述的权利要求的范围内。
Claims (21)
1.一种蜡状物质,其特征在于主要成分由饱和链烃构成,碳和氢的重量比(C/H)是5.839~6.018,碳和氢合计的重量百分比是98.5%~100%,数均分子量(Mn)是3.0×103~1.0×104,重均分子量(Mw)是1.0×104~5.0×104,Mw/Mn是1.0~5.0。
2.按照权利要求1所述的蜡状物质,其特征在于还包括颜料。
3.按照权利要求1所述的蜡状物质,其特征在于还包括按重量计40%~60%的颜料。
4.按照权利要求2所述的蜡状物质,其特征在于它的整体形状大体为楔形,与被书写物接触的前端部的上面和下面所构成的角度是10~30°。
5.按照权利要求1所述的蜡状物质,其特征在于它是通过使合成树脂进行热分解反应得到的。
6.按照权利要求1所述的蜡状物质,其特征在于它是通过使合成树脂的废弃物进行热分解而得到的。
7.按照权利要求1所述的蜡状物质,其特征在于它是通过热分解聚烯烃而得到的。
8.按照权利要求1所述的蜡状物质,其特征在于它是通过热分解聚苯乙烯得到的。
9.按照权利要求1所述的蜡状物质,其特征在于它的粘度在80℃时是2.0×104泊~1.0×105泊。
10.按照权利要求1所述的蜡状物质,其特征在于它的熔融峰值温度是100~120℃。
11.按照权利要求1所述的蜡状物质,其特征在于它的熔融开始温度是90~110℃。
12.按照权利要求1所述的蜡状物质,其特征在于它的硬度是40~60HDD。
13.按照权利要求1所述的蜡状物质,其特征在于它的拉伸强度在80~100kgf/cm2。
14.按照权利要求1所述的蜡状物质,其特征在于它的弯曲强度是0.6~0.9kgf/mm2。
15.按照权利要求1所述的蜡状物质,其特征在于它的弯曲弹性率是40~60kgf/mm2。
16.按照权利要求2所述的蜡状物质,其特征在于它的粘度在80℃时是1.0×104~5.0×104泊。
17.按照权利要求2所述的蜡状物质,其特征在于它的拉伸强度是55~75kgf/cm2。
18.按照权利要求2所述的蜡状物质,其特征在于它的弯曲强度在0.8~1.2kgf/mm2
19.按照权利要求2所述的蜡状物质,其特征在于它的弯曲弹性率在35~55kgf/mm2。
20.一种使用蜡状物质的造型方法,其特征在于包括如下步骤:
对主要成分由饱和链烃构成,其碳和氢的重量比(C/H)是5.839~6.018,碳和氢合计的重量百分比是98.5~100%,数均分子量(Mn)是3.0×103~1.0×104,重均分子量(Mw)是1.0×104~5.0×104,Mw/Mn是1.0~5.0的蜡状物质进行加工制作母模;
用型材包覆此母模后再使上述母模脱蜡;
将熔融金属注入已成铸型的型材中,再使之冷却固化。
21.按照权利要求20所述的使用蜡状物质的造型方法,其特征在于使母模脱蜡时的温度是100~120℃。
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