一种3d打印覆膜砂及其制备方法
【技术领域】
[0002] 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】
[0003] 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。
[0004] 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份错研^土砂、10-20份娃藻土组成， 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 性尚分子胶粉、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. 8_，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°C，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%;娃砂：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°C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。
[0005] 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。
[0006]
【发明内容】
[0007] 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。
[0008] -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. 5-1wt% 原砂 余量。
[0009] 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。
[0010] 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。
[0011] 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。
[0012] 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。
[0013] 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。
[0014] 优选的，一种3D打印覆膜砂，包含以下含量的组分： 腰果壳 6wt % 三聚氰胺甲醛树脂 1.5 wt % 腰果壳液改性酚醛树脂 3wt % 乌洛托品 0. 7wt % 润滑剂 0? 2wt % 聚乙稀醇 0? 2wt % 氯酸盐 0. 3wt% 硼酸酯 0? 25wt % 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°C，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。
[0015]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。
[0016]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°c，然后搅拌 反应5-8分钟。
[0017]优选的，所述步骤（4)中，待步骤（3)得到的混合料风冷至100-1KTC，加入润滑 剂、偶联剂和分散剂。
[0018] 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°C;急热膨胀率小于0? 1%。
[0019]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。
[0020] 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】
[0021] 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 lwt % 腰果壳液改性酚醛树脂 lwt % 乌洛托品 0. 6wt% 润滑剂 0? 1wt% 聚丙稀酸钠 0.lwt% 氨基硅烷 0. 1wt% 十二烷基硫酸钠 0. 5wt% 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°C，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°C，反应5-8分钟； (4) 待步骤（3)得到的混合料风冷至100-1KTC，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。
[0022] 实施例2 一种3D打印覆膜砂，包含以下含量的组分： 腰果壳 6wt% 三聚氰胺甲醛树脂 1.5wt% 腰果壳液改性酚醛树脂 3wt% 乌洛托品 0. 7wt % 润滑剂 0? 2wt % 聚乙稀醇 0? 2wt % 氯酸盐 0. 3wt% 硼酸酯 0? 25wt % 甲