目前国内外对芯模材料的合成与利用上主要集中在石膏、水玻璃（盐芯）、陶瓷等无机粘结剂，聚乙二醇、聚乙烯醇、聚丙烯酸酯类等有机粘结剂的利用等方法。这些方法都在不同程度上存在着一定的缺陷。淀粉衍生物由于自身的结构特点，在共混成型过程中，可以实现在保持力学性能的基础上，提高芯模材料的水溶性，解决了不能兼顾良好的水溶性和较高的力学性能的矛盾。与此同时，淀粉衍生物的兼容性好，在通过空心玻璃微珠进行增强后能形成良好的界面结合。因此，采用空心玻璃微珠增强淀粉衍生物共混是一种新颖的值得探讨的方法。
该水溶芯材料体系的结构是分散的固体颗粒相（空心玻璃微珠）与连续相（磷酸酯淀粉）结合良好的混合体。在常温下，这种混合体可通过常规的模压工艺成型为水溶芯材料，分散相粒子均匀分布在连续相内，这种结构赋予了其良好的水溶性能和力学性能。
芯模材料的构成和制备
1 构成
在实际应用中，一般对水溶性芯模材料提出了如下要求：
（1）一定的强度与耐热性；
（2）表面光洁、尺寸精度较高；
（3）线膨胀系数小；
（4）采用的原材料无毒、价格适中；
（5）水溶性能优良。
依据上述要求，以改性淀粉（磷酸酯淀粉）为基体，采用空心玻璃微珠为填料，通过常温模压成型工艺，制备出空心玻璃微珠增强改性淀粉基体的新型水溶性芯模材料。
芯模材料的基本构成如下表所示：
2 制备
首先制备5wt％的四硼酸钠溶液，留待备用。
将按照配方称量的磷酸酯淀粉、表面处理过的空心玻璃微珠进行机械混合，制得预混物；向预混物中加入一定量的四硼酸钠溶液对预混物进行机械造粒，获得共混物。
图1 配置不同胶砂质量比的胶砂预混料
将该共混物放入模具中，按照工艺模压成型，然后脱模得到预成型体。
图2 装填捣实胶砂预混料（模具形状由产品形状决定，该图仅为参考）
将所得预成型体自然干燥一段时间后，放入烘箱再次干燥（环境温度为45±5℃），即得该水溶性芯模材料。
图3 不同粒径的水溶性芯模材料（模具形状由产品形状决定，该图仅为参考）
其工艺流程图如下所示：
1）空心玻璃微珠的表面处理
将KH-550偶联剂溶于乙醇中，配成一定浓度的偶联剂溶液；然后将定量的空心玻璃微珠倒入上述配好的溶液中，机械搅拌30min，使空心玻璃微珠与偶联剂溶液充分混合；最后将经过处理的空心玻璃微珠放入烘箱里，在110℃左右干燥处理3h，备用。
各主要组分的作用
1 改性淀粉
淀粉是一种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。淀粉是由支链淀粉和直链淀粉两种不同结构的成分组成的混合物。
作为传统的水溶性胶粘剂的淀粉类高分子，具有无毒害、无污染等特点，同时成膜性能好，具有优良的粘合性能，溃散性好，是一种应用前景广阔的天然水溶性胶粘剂。但是由于其力学性能的不足，使淀粉类高分子用做水溶性芯模材料的研究一度处于停滞状态。因此需要对淀粉进行改性，以满足日益高要求的芯模材料。
磷酸酯淀粉（anionic starch）可通过淀粉与磷酸盐反应制得。磷酸为三价酸，能与淀粉分子中的三个羟基发生反应生成磷酸一酯、二酯和三酯，淀粉磷酸一酯也称为磷酸单酯，是工业上应用最广泛的磷酸酯淀粉，其结构如下图所示。
在磷酸酯淀粉的主链上带有较多亲水基团-OH，与水有很好的热力学兼容性，故磷酸酯淀粉在水中具有良好的分散性和较大的溶解性，粘附性强，成膜性好，粘度稳定性好，低温不凝胶，操作方便，上浆率合适，落浆少，与合成浆有良好的互混性。适宜用做水溶性芯模材料的胶粘剂。
2 空心玻璃微珠
空心玻璃微珠作为复合材料常见的增强填充材料，它的独到之处在于它为球形且表面光滑，因而具有理想填科的孔隙率低、填充量高、高分散等优点，也不存在像加入不规则形状或带有棱角粒料所造成的降低复合材料力学性能的应力集中的现象。同时由于其密度低，能制取较轻的部件，孔隙率和比表面低，珠体吸收树脂少，即使高量填充粘度也不高；具有化学稳定性和惰性：良好的抗龟裂性能，最终的制品易于后处理，如钻孔、切割及打磨等。
空心玻璃微珠是作为填料加入配方中的，其粒径的大小主要影响的是型芯的力学性能。
配方设计
进行配方设计，是为了筛选出比较合适的组分及其用量范围。因此对于每个配方的考察主要着重于从抗压强度、水溶性能（质量水溶速率）等几个方面来比较不同填充量、填充基体和基体材料对水溶性芯模材料性能的影响，最后确定最佳配方。
以下配方是根据实验和查阅的相关文献，最终确定的。
90wt％磷酸酯淀粉+l0wt％空心玻璃微珠+8wt％的浓度为5wt％的四硼酸钠络合剂溶液。
其中络合剂的加入量是磷酸酯淀粉和空心玻璃微珠总重的8％。
当然，这个配方还只是停留在实验室阶段，具体能否满足工业生产的要求，还要做进一步的研究。
图4 某型RTM工艺水溶性芯模制品（已经过表面处理）
后期工作
近些年来，随着能源紧缺和社会对无毒无污染产品的需求，淀粉胶粘剂重新受到人们的高度重视，对淀粉胶粘剂的化学改性已成为热门研究课题。
黄糊精由干熟法制得，是淀粉降解所得产物，水解与重聚两种反应类型的综合结果。黄糊精的主要用途是胶粘剂，可单独应用，也可配合应用。可添加增韧剂、保温剂或滑润剂以改善膜的性质，提高应用效果。常用增韧剂有尿素、硝酸钠、水杨酸、甲醛等，用量1%～10％，能降低糊精粘度，提高稳定性和膜韧性．通过添加硼砂，氢氧化钠、醋酸钠等能提高粘合力，在铸造工业常用黄糊精作为铸模砂的胶粘剂。
相比较而言，黄糊精的价格要比磷酸酯淀粉的价格低，来源也更丰富，如果可行的话，用黄糊精来替代磷酸酯淀粉是一个不错的选择。所以下一步的工作是考虑是否可以用黄糊精来来替代磷酸酯淀粉，作为水溶型芯模的胶黏剂。同时考虑在配方中加入尿素等，以提高芯模材料的水溶性能，这需要在水溶芯模的水溶机理上作进一步的研究。
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