一種3d打印覆膜砂及其制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0002] 本發(fā)明涉及一種用于鑄造領(lǐng)域中的覆膜砂，尤其涉及一種3D打印覆膜砂及其制 備方法。
【背景技術(shù)】
[0003] 3D打印，是快速成型技術(shù)的一種，它是一種以數(shù)字模型文件為基礎(chǔ)，運(yùn)用粉末狀金 屬、砂?；蛩芰系瓤烧澈喜牧?，通過逐層打印的方式來構(gòu)造物體的技術(shù)。常在模具制造、工 業(yè)設(shè)計(jì)等領(lǐng)域被用于制備模型。傳統(tǒng)鑄造行業(yè)開發(fā)新產(chǎn)品需要先開模具、制芯、組芯、澆鑄 等過程，耗時(shí)長，成本高，效率低；新型的3D打印技術(shù)，不需要開模具，制芯等工序大大縮短 了新產(chǎn)品開發(fā)周期，提高效率。由于傳統(tǒng)覆膜砂在強(qiáng)度、穩(wěn)定性、均勻性及砂性等性能方面 的不足，3D打印覆膜砂替代傳統(tǒng)覆膜砂使用在3D打印技術(shù)上成為勢在必行的趨勢。
[0004] 專利CN103272997A公開了鐵鑄件用覆膜砂，包括原砂、粘結(jié)劑、烏洛托品、酚醛樹 脂以及添加劑A，所述原砂是由55-60份剛玉砂、60-70份錯研^土砂、10-20份娃藻土組成， 所述原砂的粒度為100-150目，所述的粘接劑是由將3-5份硼酸、2-4份水玻璃、1-2份水溶 性尚分子膠粉、3_5份淀粉、0. 5-0. 8份松香、4-5份糊精加4-6份水反應(yīng)，反應(yīng)后烘干得到； 所述添加劑A是由將4-6份水泥渣、2-4份鋸末、5-8份水混合燒煅處理，水泥渣的粒度為 0. 5-0. 8_，燒煅產(chǎn)物與2-4份蒙脫石粉、3-4份水玻璃混合造粒，再焙燒3-4小時(shí)，焙燒溫度 控制在300-400°C，粉碎后得到添加劑A;該發(fā)明抗吸濕性較好、粗糙度較小、不易在鑄件粘 砂。專利CN101934346A公開了一種覆膜砂，包括原砂、粘結(jié)劑、固化劑與偶聯(lián)劑，所述固化 劑的用量為粘結(jié)劑總質(zhì)量的40-60%，偶聯(lián)劑的用量為粘結(jié)劑總質(zhì)量的0. 2-0. 5%，粘結(jié)劑 的用量為原砂總質(zhì)量的1-1. 5%，原砂的粒度為100-150目，原砂的組成成分及其重量份比 例為：黃砂70-80,硅藻土 10-20,高溫水泥5-15,粘結(jié)劑的組成成分及其重量份比例為：熱 固性酚醛樹脂5-10,熱塑性酚醛樹脂90-95。本發(fā)明不僅耐熱性較好、粗糙度較小，而且透 氣性較好、可避免于鑄件上粘砂。專利CN104190854A公開了一種再生覆膜砂，其組分及重 量比為：廢棄覆膜砂：55%~65%;異丙醇：10~15%;水：10~15%;娃砂：8~15%;烏洛 托品：2~5%;酚醛樹脂：0. 5%~1%;固化劑：0. 1%~0. 2%;硬脂酸鈣：0. 05%~0. 1%， 本發(fā)明還公開了一種再生覆膜砂制備方法，通過將廢棄覆膜砂破碎后投入攪拌機(jī)內(nèi)，加熱 至120°C并添加異丙醇和水進(jìn)行混合，混合均勻依次添加硅砂、烏洛托品、硬脂酸鈣、酚醛樹 脂和固化劑進(jìn)行均勻攪拌，達(dá)到不用高溫脫脂即可生成再生覆膜砂，該再生覆膜砂具有強(qiáng) 度高、韌性高、耐高溫、發(fā)氣量低、結(jié)殼速度快和產(chǎn)品不粘砂的優(yōu)點(diǎn)。
[0005] 3D打印是將覆膜砂一層一層采用重力疊加通過激光燒制使其固化成型的過程，與 普通制芯工藝相比3D打印技術(shù)采用是重力疊加的方式且是激光燒制成型，而普通制芯工 藝采用壓力射制成型且制芯溫度一般在200-260度，且3D打印覆膜砂都是用在比較復(fù)雜、 要求比較高的鑄件上；3D打印覆膜砂無論是制芯還是澆鑄對覆膜砂的性能要求極高。上述 專利所公開的覆膜砂各具優(yōu)點(diǎn)，但仍然無法滿足在3D打印的要求。從而導(dǎo)致采用3D打印 技術(shù)鑄造產(chǎn)品的周期長，效率低以及成本高等不足。
[0006]

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007] 本發(fā)明提供一種具有良好的附著力、光滑度、強(qiáng)度及韌性的3D打印覆膜砂及其制 備方法。
[0008] -種3D打印覆膜砂，包含以下含量的組分： 腰果殼 5-8 wt % 三聚氰胺甲醛樹脂 1-2 wt % 腰果殼液改性酚醛樹脂 1-5 wt % 烏洛托品 0? 6-0. 8 wt % 潤滑劑 0. 1-0. 4 wt % 粘結(jié)劑 0. 1-0. 8 wt % 偶聯(lián)劑 0. 1-0. 4 wt % 分散劑 0. 5-1wt% 原砂 余量。
[0009] 所述原砂為陶粒砂、高鋁礬土砂、鋯英砂和鉻鐵礦砂的兩種或多種混合料。
[0010] 優(yōu)選的，所述原砂和腰果殼的粒度為110-130目，并打磨至顆粒圓整。
[0011] 所述偶聯(lián)劑為氨基硅烷、硼酸酯和聚乙烯蠟中的一種或幾種偶聯(lián)劑的復(fù)配物。
[0012] 所述粘結(jié)劑為聚乙烯醇、聚丙烯酸鈉、聚丙烯酰胺和氯酸鹽中的一種或多種。優(yōu) 選的，所述粘結(jié)劑為聚乙烯醇和氯酸鹽，其重量比為2 :3。
[0013] 所述分散劑為三聚磷酸鈉、十二烷基硫酸鈉和甲基戊醇中的一種或多種。
[0014] 優(yōu)選的，一種3D打印覆膜砂，包含以下含量的組分： 腰果殼 6wt % 三聚氰胺甲醛樹脂 1.5 wt % 腰果殼液改性酚醛樹脂 3wt % 烏洛托品 0. 7wt % 潤滑劑 0? 2wt % 聚乙稀醇 0? 2wt % 氯酸鹽 0. 3wt% 硼酸酯 0? 25wt % 甲基戊醇 0. 8 % 原砂 余量； 一種3D打印覆膜砂的制備方法，包括以下步驟： (1) 將原砂和腰果殼水洗，去除其中的泥沙和其他雜物及碎石料，然后對其粉碎，過 篩； (2) 將上述處理的原砂和腰果殼預(yù)熱至80-95°C，然后加入到混砂機(jī)中，混合均勻； (3) 向混砂機(jī)中加入三聚氰胺甲醛樹脂、腰果殼液改性酚醛樹酯和粘結(jié)劑，攪拌1-2分 鐘后，加入烏洛托品，攪拌反應(yīng)5-8分鐘； (4)向步驟（3)得到的混合料中加入潤滑劑、偶聯(lián)劑和分散劑，混合攪拌5-10分鐘；即 得覆膜砂。
[0015]優(yōu)選的，所述步驟（1)經(jīng)粉碎后的原砂和腰果殼過110-130目的篩，并打磨至顆粒 圓整。
[0016]優(yōu)選的，所述步驟（3)加入烏洛托品后，混合料攪拌加熱至155-165°c，然后攪拌 反應(yīng)5-8分鐘。
[0017]優(yōu)選的，所述步驟（4)中，待步驟（3)得到的混合料風(fēng)冷至100-1KTC，加入潤滑 劑、偶聯(lián)劑和分散劑。
[0018] 所制備的覆膜砂的粒度：115_140目；熱抗彎強(qiáng)度：5_7MPa;冷抗彎強(qiáng)度： 15-18MPa;發(fā)氣量13-16vm/g;熔點(diǎn)：100-110°C;急熱膨脹率小于0? 1%。
[0019]本發(fā)明中的三聚氰胺甲醛樹脂與腰果殼液改性酚醛樹脂配合使用，對覆膜砂表面 的光滑度及韌性有很好增強(qiáng)作用。本發(fā)明所使用的三聚氰胺甲醛樹脂與腰果殼液改性酚醛 樹脂與覆膜砂的其他成分能夠相互融合，從而更好的發(fā)揮其性能。尤其當(dāng)三聚氰胺甲醛樹 脂與腰果殼液改性酚醛樹脂的質(zhì)量比為1 :2時(shí)，對覆膜砂性能的增強(qiáng)作用更為明顯。
[0020] 本發(fā)明的有益效果是：本發(fā)明所述的一種3D打印覆膜砂同時(shí)采用三聚氰胺甲醛 樹脂、腰果殼液改性酚醛樹脂和粘結(jié)劑，其與覆膜砂的其他成分能夠相互融合，從而更好的 發(fā)揮其性能，提高覆膜砂的強(qiáng)度和耐溫等性能。本發(fā)明使用了兩種以上的砂粒并配合腰果 殼，并控制粒度及顆粒形狀，進(jìn)一步增加了覆膜砂的強(qiáng)度和韌性，具有良好的附著力。本發(fā) 明還同時(shí)使用了潤滑劑、偶聯(lián)劑和分散劑并限定了其配比，使覆砂膜中原材料均勻配置，可 塑性增強(qiáng)，質(zhì)地更均勻。本發(fā)明所制備的3D打印覆膜砂具有強(qiáng)度高、耐高溫、低發(fā)氣量及低 膨脹率，其應(yīng)用于3D打印，與傳統(tǒng)的覆膜砂相比，可加速產(chǎn)品成型、縮短產(chǎn)品開發(fā)周期，提 高生產(chǎn)效率。
【具體實(shí)施方式】
[0021] 實(shí)施例1 一種3D打印覆膜砂，包含以下含量的組分： 腰果殼 5wt % 三聚氰胺甲醛樹脂 lwt % 腰果殼液改性酚醛樹脂 lwt % 烏洛托品 0. 6wt% 潤滑劑 0? 1wt% 聚丙稀酸鈉 0.lwt% 氨基硅烷 0. 1wt% 十二烷基硫酸鈉 0. 5wt% 原砂 余量； 按照上述3D打印覆膜砂的配比，作如下制備，包括以下步驟： (1)將原砂和腰果殼水洗，去除其中的泥沙和其他雜物及碎石料，然后對其粉碎，過 110-130目的篩，并打磨至顆粒圓整； (2) 將上述處理的原砂和腰果殼預(yù)熱至80-95°C，然后加入到混砂機(jī)中，混合均勻； (3) 向混砂機(jī)中加入三聚氰胺甲醛樹脂、腰果殼液改性酚醛樹酯和聚丙烯酸鈉，攪拌 1-2分鐘后，加入烏洛托品，攪拌加熱至155-165°C，反應(yīng)5-8分鐘； (4) 待步驟（3)得到的混合料風(fēng)冷至100-1KTC，加入潤滑劑、偶聯(lián)劑和分散劑，混合攪 拌5-10分鐘；即得覆膜砂。
[0022] 實(shí)施例2 一種3D打印覆膜砂，包含以下含量的組分： 腰果殼 6wt% 三聚氰胺甲醛樹脂 1.5wt% 腰果殼液改性酚醛樹脂 3wt% 烏洛托品 0. 7wt % 潤滑劑 0? 2wt % 聚乙稀醇 0? 2wt % 氯酸鹽 0. 3wt% 硼酸酯 0? 25wt % 甲