CN104923712A - 一种3d打印覆膜砂及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于铸造领域中的覆膜砂，具体的是一种3D打印覆膜砂，包含以下含量的组分：腰果壳5-8wt%，三聚氰胺甲醛树脂1-2wt%，腰果壳液改性酚醛树脂1-5wt%，乌洛托品0.6-0.8wt%，润滑剂0.1-0.4wt%，粘结剂0.1-0.8wt%，偶联剂0.1-0.4wt%，分散剂0.5-1wt%和原砂余量。本发明所制备的3D打印覆膜砂具有高强度、耐高温、低发气量及低膨胀率。

Description

一种3D打印覆膜砂及其制备方法

技术领域

本发明涉及一种用于铸造领域中的覆膜砂，尤其涉及一种3D打印覆膜砂及其制备方法。

背景技术

3D打印，是快速成型技术的一种，它是一种以数字模型文件为基础，运用粉末状金属、砂粒或塑料等可粘合材料，通过逐层打印的方式来构造物体的技术。常在模具制造、工业设计等领域被用于制备模型。传统铸造行业开发新产品需要先开模具、制芯、组芯、浇铸等过程，耗时长，成本高，效率低；新型的3D打印技术，不需要开模具，制芯等工序大大缩短了新产品开发周期，提高效率。由于传统覆膜砂在强度、稳定性、均匀性及砂性等性能方面的不足，3D打印覆膜砂替代传统覆膜砂使用在3D打印技术上成为势在必行的趋势。

专利CN103272997A公开了铁铸件用覆膜砂，包括原砂、粘结剂、乌洛托品、酚醛树脂以及添加剂A，所述原砂是由55-60份刚玉砂、60-70份铝矾土砂、10-20份硅藻土组成，所述原砂的粒度为100-150目，所述的粘接剂是由将3-5份硼酸、2-4份水玻璃、1-2份水溶性高分子胶粉、3-5份淀粉、0.5-0.8份松香、4-5份糊精加4-6份水反应，反应后烘干得到；所述添加剂A是由将4-6份水泥渣、2-4份锯末、5-8份水混合烧煅处理，水泥渣的粒度为0.5-0.8mm，烧煅产物与2-4份蒙脱石粉、3-4份水玻璃混合造粒，再焙烧3-4小时，焙烧温度控制在300-400℃，粉碎后得到添加剂A；该发明抗吸湿性较好、粗糙度较小、不易在铸件粘砂。专利CN101934346A公开了一种覆膜砂，包括原砂、粘结剂、固化剂与偶联剂，所述固化剂的用量为粘结剂总质量的40-60％，偶联剂的用量为粘结剂总质量的0.2-0.5％，粘结剂的用量为原砂总质量的1-1.5％，原砂的粒度为100-150目，原砂的组成成分及其重量份比例为：黄砂70-80，硅藻土10-20，高温水泥5-15，粘结剂的组成成分及其重量份比例为：热固性酚醛树脂5-10，热塑性酚醛树脂90-95。本发明不仅耐热性较好、粗糙度较小，而且透气性较好、可避免于铸件上粘砂。专利CN104190854A公开了一种再生覆膜砂，其组分及重量比为：废弃覆膜砂：55％～65％；异丙醇：10～15％；水：10～15％；硅砂：8～15％；乌洛托品：2～5％；酚醛树脂：0.5％～1％；固化剂：0.1％～0.2％；硬脂酸钙：0.05％～0.1％，本发明还公开了一种再生覆膜砂制备方法，通过将废弃覆膜砂破碎后投入搅拌机内，加热至120℃并添加异丙醇和水进行混合，混合均匀依次添加硅砂、乌洛托品、硬脂酸钙、酚醛树脂和固化剂进行均匀搅拌，达到不用高温脱脂即可生成再生覆膜砂，该再生覆膜砂具有强度高、韧性高、耐高温、发气量低、结壳速度快和产品不粘砂的优点。

3D打印是将覆膜砂一层一层采用重力叠加通过激光烧制使其固化成型的过程，与普通制芯工艺相比3D打印技术采用是重力叠加的方式且是激光烧制成型，而普通制芯工艺采用压力射制成型且制芯温度一般在200-260度，且3D打印覆膜砂都是用在比较复杂、要求比较高的铸件上；3D打印覆膜砂无论是制芯还是浇铸对覆膜砂的性能要求极高。上述专利所公开的覆膜砂各具优点，但仍然无法满足在3D打印的要求。从而导致采用3D打印技术铸造产品的周期长，效率低以及成本高等不足。

发明内容

本发明提供一种具有良好的附着力、光滑度、强度及韧性的3D打印覆膜砂及其制备方法。

一种3D打印覆膜砂，包含以下含量的组分：

腰果壳                          5-8 wt %

三聚氰胺甲醛树脂                1-2 wt %

腰果壳液改性酚醛树脂            1-5 wt %

乌洛托品                        0.6-0.8 wt %

润滑剂                          0.1-0.4 wt %

粘结剂                          0.1-0.8 wt %

偶联剂                          0.1-0.4 wt %

分散剂                          0.5-1 wt %

原砂                            余量。

所述原砂为陶粒砂、高铝矾土砂、锆英砂和铬铁矿砂的两种或多种混合料。

优选的，所述原砂和腰果壳的粒度为110-130目，并打磨至颗粒圆整。

所述偶联剂为氨基硅烷、硼酸酯和聚乙烯蜡中的一种或几种偶联剂的复配物。

所述粘结剂为聚乙烯醇、聚丙烯酸钠 、聚丙烯酰胺和氯酸盐中的一种或多种。优选的，所述粘结剂为聚乙烯醇和氯酸盐，其重量比为2：3。

所述分散剂为三聚磷酸钠、十二烷基硫酸钠和甲基戊醇中的一种或多种。

优选的，一种3D打印覆膜砂，包含以下含量的组分：

腰果壳                          6 wt %

三聚氰胺甲醛树脂                1.5 wt %

腰果壳液改性酚醛树脂            3 wt %  

乌洛托品                        0.7 wt %

润滑剂                          0.2 wt %

聚乙烯醇                        0.2 wt %

氯酸盐                          0.3wt %

硼酸酯                          0.25 wt %

甲基戊醇                        0.8 %

原砂                            余量；

一种3D打印覆膜砂的制备方法，包括以下步骤：

（1）将原砂和腰果壳水洗，去除其中的泥沙和其他杂物及碎石料，然后对其粉碎，过筛；

（2）将上述处理的原砂和腰果壳预热至80-95℃，然后加入到混砂机中，混合均匀；

（3）向混砂机中加入三聚氰胺甲醛树脂、腰果壳液改性酚醛树酯和粘结剂，搅拌1-2分钟后，加入乌洛托品，搅拌反应5-8分钟；

（4）向步骤（3）得到的混合料中加入润滑剂、偶联剂和分散剂，混合搅拌5-10分钟；即得覆膜砂。

优选的，所述步骤（1）经粉碎后的原砂和腰果壳过110-130目的筛，并打磨至颗粒圆整。

优选的，所述步骤（3）加入乌洛托品后，混合料搅拌加热至155-165℃ ，然后搅拌反应5-8分钟。

优选的，所述步骤（4）中，待步骤（3）得到的混合料风冷至100-110℃，加入润滑剂、偶联剂和分散剂。

所制备的覆膜砂的粒度：115-140目；热抗弯强度：5-7MPa；冷抗弯强度：15-18MPa；发气量13-16vm/g；熔点：100-110℃；急热膨胀率小于0.1%。

本发明中的三聚氰胺甲醛树脂与腰果壳液改性酚醛树脂配合使用，对覆膜砂表面的光滑度及韧性有很好增强作用。本发明所使用的三聚氰胺甲醛树脂与腰果壳液改性酚醛树脂与覆膜砂的其他成分能够相互融合，从而更好的发挥其性能。尤其当三聚氰胺甲醛树脂与腰果壳液改性酚醛树脂的质量比为1：2时，对覆膜砂性能的增强作用更为明显。

本发明的有益效果是：本发明所述的一种3D打印覆膜砂同时采用三聚氰胺甲醛树脂、腰果壳液改性酚醛树脂和粘结剂，其与覆膜砂的其他成分能够相互融合，从而更好的发挥其性能，提高覆膜砂的强度和耐温等性能。本发明使用了两种以上的砂粒并配合腰果壳，并控制粒度及颗粒形状，进一步增加了覆膜砂的强度和韧性，具有良好的附着力。本发明还同时使用了润滑剂、偶联剂和分散剂并限定了其配比，使覆砂膜中原材料均匀配置，可塑性增强，质地更均匀。本发明所制备的3D打印覆膜砂具有强度高、耐高温、低发气量及低膨胀率，其应用于3D打印，与传统的覆膜砂相比，可加速产品成型、缩短产品开发周期，提高生产效率。

具体实施方式

实施例1

一种3D打印覆膜砂，包含以下含量的组分：

腰果壳                          5wt %

三聚氰胺甲醛树脂                1wt %

腰果壳液改性酚醛树脂            1wt %

乌洛托品                        0.6wt %

润滑剂                          0.1 wt %

聚丙烯酸钠                      0.1wt %

氨基硅烷                        0.1 wt %

十二烷基硫酸钠                  0.5 wt %

原砂                           余量；

按照上述3D打印覆膜砂的配比，作如下制备，包括以下步骤：

（1）将原砂和腰果壳水洗，去除其中的泥沙和其他杂物及碎石料，然后对其粉碎，过110-130目的筛，并打磨至颗粒圆整；

（2）将上述处理的原砂和腰果壳预热至80-95℃，然后加入到混砂机中，混合均匀；

（3）向混砂机中加入三聚氰胺甲醛树脂、腰果壳液改性酚醛树酯和聚丙烯酸钠，搅拌1-2分钟后，加入乌洛托品，搅拌加热至155-165℃，反应5-8分钟；

（4）待步骤（3）得到的混合料风冷至100-110℃，加入润滑剂、偶联剂和分散剂，混合搅拌5-10分钟；即得覆膜砂。

实施例2

一种3D打印覆膜砂，包含以下含量的组分：

腰果壳                          6 wt %

三聚氰胺甲醛树脂                1.5 wt %

腰果壳液改性酚醛树脂            3 wt %

乌洛托品                        0.7 wt %

润滑剂                          0.2 wt %

聚乙烯醇                        0.2 wt %

氯酸盐                          0.3wt %

硼酸酯                          0.25 wt %

甲基戊醇                        0.8 %

原砂                            余量；

按照上述3D打印覆膜砂的配比，作如下制备，包括以下步骤：

（1）将原砂和腰果壳水洗，去除其中的泥沙和其他杂物及碎石料，然后对其粉碎，过110-130目的筛，并打磨至颗粒圆整；

（2）将上述处理的原砂和腰果壳预热至80-95℃，然后加入到混砂机中，混合均匀；

（3）向混砂机中加入三聚氰胺甲醛树脂、腰果壳液改性酚醛树酯、聚乙烯醇和氯酸盐，搅拌1-2分钟后，加入乌洛托品，搅拌加热至155-165℃，反应5-8分钟；

（4）待步骤（3）得到的混合料风冷至100-110℃，加入润滑剂、偶联剂和分散剂，混合搅拌5-10分钟；即得覆膜砂。

实施例3

一种3D打印覆膜砂，包含以下含量的组分：

腰果壳                         8 wt %

三聚氰胺甲醛树脂               2 wt %

腰果壳液改性酚醛树脂           5 wt %

乌洛托品                       0.8 wt %

润滑剂                         0.4 wt %

聚丙烯酰胺                     0.6wt %

氯酸盐                         0.2wt %

聚乙烯蜡                       0.4 wt %

三聚磷酸钠                     1 wt %

原砂                           余量；

按照上述3D打印覆膜砂的配比，作如下制备，包括以下步骤：

（1）将原砂和腰果壳水洗，去除其中的泥沙和其他杂物及碎石料，然后对其粉碎，过110-130目的筛，并打磨至颗粒圆整；

（2）将上述处理的原砂和腰果壳预热至80-95℃，然后加入到混砂机中，混合均匀；

（3）向混砂机中加入三聚氰胺甲醛树脂、腰果壳液改性酚醛树酯和聚丙烯酰胺，搅拌1-2分钟后，加入乌洛托品，搅拌加热至155-165℃，反应5-8分钟；

（4）待步骤（3）得到的混合料风冷至100-110℃，加入润滑剂、偶联剂和分散剂，混合搅拌5-10分钟；即得覆膜砂。

实施例4

一种3D打印覆膜砂，包含以下含量的组分：

腰果壳                          6 wt %

腰果壳液改性酚醛树脂            3 wt %

乌洛托品                        0.7 wt %

润滑剂                          0.2 wt %

聚乙烯醇                        0.2 wt %

氯酸盐                          0.3wt %

硼酸酯                          0.25 wt %

甲基戊醇                        0.8 %

原砂                            余量；

按照上述3D打印覆膜砂的配比，作如下制备，包括以下步骤：

（1）将原砂和腰果壳水洗，去除其中的泥沙和其他杂物及碎石料，然后对其粉碎，过110-130目的筛，并打磨至颗粒圆整；

（2）将上述处理的原砂和腰果壳预热至80-95℃，然后加入到混砂机中，混合均匀；

（3）向混砂机中加入三聚氰胺甲醛树脂、腰果壳液改性酚醛树酯、聚乙烯醇和氯酸盐，搅拌1-2分钟后，加入乌洛托品，搅拌加热至155-165℃，反应5-8分钟；

（4）待步骤（3）得到的混合料风冷至100-110℃，加入润滑剂、偶联剂和分散剂，混合搅拌5-10分钟；即得覆膜砂。

实施例5

一种3D打印覆膜砂，包含以下含量的组分：

腰果壳                          6 wt %

三聚氰胺甲醛树脂                1.5 wt %

腰果壳液改性酚醛树脂            3 wt %

乌洛托品                        0.7 wt %

润滑剂                          0.2 wt %

聚乙烯醇                        0.4 wt %

氯酸盐                          0.1wt %

硼酸酯                          0.25 wt %

甲基戊醇                        0.8 %

原砂                            余量；

按照上述3D打印覆膜砂的配比，作如下制备，包括以下步骤：

（1）将原砂和腰果壳水洗，去除其中的泥沙和其他杂物及碎石料，然后对其粉碎，过110-130目的筛，并打磨至颗粒圆整；

（2）将上述处理的原砂和腰果壳预热至80-95℃，然后加入到混砂机中，混合均匀；

（3）向混砂机中加入三聚氰胺甲醛树脂、腰果壳液改性酚醛树酯、聚乙烯醇和氯酸盐，搅拌1-2分钟后，加入乌洛托品，搅拌加热至155-165℃，反应5-8分钟；

（4）待步骤（3）得到的混合料风冷至100-110℃，加入润滑剂、偶联剂和分散剂，混合搅拌5-10分钟；即得覆膜砂。

实施例6

一种3D打印覆膜砂，包含以下含量的组分：

腰果壳                          6 wt %

三聚氰胺甲醛树脂                1.5 wt %

腰果壳液改性酚醛树脂            3 wt %

乌洛托品                        0.7 wt %

润滑剂                          0.2 wt %

聚乙烯醇                        0.2 wt %

氯酸盐                          0.3wt %

硼酸酯                          0.25 wt %

甲基戊醇                        0.8 %

原砂                            余量；

按照上述3D打印覆膜砂的配比，作如下制备，包括以下步骤：

（1）将原砂和腰果壳水洗，去除其中的泥沙和其他杂物及碎石料，然后对其粉碎，过筛；

（2）将上述处理的原砂和腰果壳预热至80-95℃，然后加入到混砂机中，混合均匀；

（3）向混砂机中加入三聚氰胺甲醛树脂、腰果壳液改性酚醛树酯和粘结剂，搅拌1-2分钟后，加入乌洛托品，搅拌反应5-8分钟；

（4）向步骤（3）得到的混合料中加入润滑剂、偶联剂和分散剂，混合搅拌5-10分钟；即得覆膜砂。

对上述实施例1-6所制备的覆膜砂进行性能测试。其性能测试结果见表1。

表1. 覆膜砂的性能

以上对本发明实施例所提供的一种3D打印覆膜砂及其制备方法，进行了详细介绍，本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims (10)

1.一种3D打印覆膜砂，其特征在于，所述覆膜砂包含以下含量的组分：

腰果壳                          5-8 wt %

三聚氰胺甲醛树脂                1-2 wt %

腰果壳液改性酚醛树脂            1-5 wt %

乌洛托品                        0.6-0.8 wt %

润滑剂                          0.1-0.4 wt %

粘结剂                          0.1-0.8 wt %

偶联剂                          0.1-0.4 wt %

分散剂                          0.5-1 wt %

原砂                            余量。

2.根据权利要求1所述的一种3D打印覆膜砂，其特征在于，所述原砂为陶粒砂、高铝矾土砂、锆英砂和铬铁矿砂的两种或多种混合料。

3.根据权利要求1所述的一种3D打印覆膜砂，其特征在于，所述原砂和腰果壳的粒度为110-130目，并打磨至颗粒圆整。

4.根据权利要求1所述的一种3D打印覆膜砂，其特征在于，所述粘结剂为聚乙烯醇、聚丙烯酸钠 、聚丙烯酰胺和氯酸盐中的一种或多种。

5.根据权利要求1所述的一种3D打印覆膜砂，其特征在于，所述分散剂为三聚磷酸钠、十二烷基硫酸钠和甲基戊醇中的一种或多种。

6.根据权利要求1所述的一种3D打印覆膜砂，其特征在于，所述3D打印覆膜砂，包含以下含量的组分：

腰果壳                          6 wt %

三聚氰胺甲醛树脂                1.5 wt %

腰果壳液改性酚醛树脂            3 wt %

乌洛托品                        0.7 wt %

润滑剂                          0.2 wt %

聚乙烯醇                        0.2 wt %

氯酸盐                          0.3wt %

硼酸酯                          0.25 wt %

甲基戊醇                        0.8 %

原砂                            余量。

7.如权利要求1所述的一种3D打印覆膜砂的制备方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：

（1）将原砂和腰果壳水洗，去除其中的泥沙和其他杂物及碎石料，然后对其粉碎，过筛；

（2）将上述处理的原砂和腰果壳预热至80-95℃，然后加入到混砂机中，混合均匀；

（3）向混砂机中加入三聚氰胺甲醛树脂、腰果壳液改性酚醛树酯和粘结剂，搅拌1-2分钟后，加入乌洛托品，搅拌反应5-8分钟；

（4）向步骤（3）得到的混合料中加入润滑剂、偶联剂和分散剂，混合搅拌5-10分钟；即得覆膜砂。

8.根据权利要求7所述的一种3D打印覆膜砂的制备方法，其特征在于，所述步骤（1）经粉碎后的原砂和腰果壳过110-130目的筛，并打磨至颗粒圆整。

9.根据权利要求7所述的一种3D打印覆膜砂的制备方法，其特征在于，所述步骤（3）加入乌洛托品后，混合料搅拌加热至155-165℃ ，搅拌反应5-8分钟。

10.根据权利要求7所述的一种3D打印覆膜砂的制备方法，其特征在于，所述步骤（4）中，待步骤（3）得到的混合料风冷至100-110℃，加入润滑剂、偶联剂和分散剂。