CN105665620A - 一种3d打印砂型用水基流涂涂料的制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及3D打印砂型铸造技术领域，尤其是涉及一种3D打印砂型用水基流涂涂料及其制备方法。该水基流涂涂料包括以下组分：锆英粉、白刚玉、高铝细粉、铬铁矿粉、叶腊石粉、硅线石粉、蓝晶石粉、红柱石粉、锂辉石粉、钠基膨润土、海泡石粉、聚乙烯醇、聚醋酸乙烯乳液、磷酸盐、硅溶胶、磺化琥珀酸二辛酯钠盐、防腐剂、消泡剂、萤石、氧化铁红和水。本发明的3D打印砂型用水基流涂涂料具有优越的流动性、适当的渗透性、良好的流平性、高效的悬浮稳定性、合适的涂层厚度、超强的抗粘砂性以及环保、无污染、高效率的优点。

Description

一种3D打印砂型用水基流涂涂料的制备方法

技术领域

本发明涉及3D打印砂型铸造技术领域，尤其是涉及一种3D打印砂型用水基流涂涂料及其制备方法。

背景技术

随着技术进步，生产、生活方式的改变，铸造业也必须考虑可持续化发展。未来的铸造发展，从产品需求上呈现“品种多样性、现结构复杂化、更新换代快”等特点，从铸造生产上要求优质可靠、高效智能、绿色低碳，从对铸件产品的质量和生产效率上要求越来越高，把3D打印技术应用到铸造工艺设计中，实现了设计、分析、制造过程的一体化，大大提高了铸造工艺研发的效率、降低了企业研发成本、提高了铸件质量。3D打印砂型技术与传统铸造紧密融合，有利于改造和提升传统铸造行业的核心竞争力，同时，巨大的市场容量也将砂型3D打印技术带入快速发展通道。

与传统制芯方式相比，3D打印砂型技术无需模具，可制作复杂的砂型/砂芯，尤其是模具难以成型的型芯。实现复杂砂芯的一体成型，提高造型精度，打印砂芯尺寸大，精度高，速度快，成本低，而且自动化控制工作，劳动强度低，噪音、粉尘污染小，剩余原料可回收再利用。3D打印技术在快速成形铸造型（芯）方面具有广阔的应用前景。

但是，由于砂型3D打印技术所用的砂粒比传统制芯所用砂粒目数较细，常规涂料的渗透性很难满足使用需求；由于3D打印的砂型内腔结构较为复杂，对涂料的流平性要求较高，使用常规涂料时流痕较大，堆积、滴挂严重，后续处理麻烦，严重影响铸件质量。如果通过调低涂料的波美度来满足渗透性和流平性，流痕、堆积、滴挂会有所解决，但是涂料的涂层厚度不够，铸件粘砂严重；如果通过多流几遍解决涂层厚度问题，那么在多次烘干的过程中对砂型的强度影响较大，有时砂型还会开裂，而且砂型在转运过程中容易损坏。现有技术中，公开号为CN103878302A的专利文献，公开了一种水基自干/快干砂型铸造涂料及其制备方法，具体公开了一种水基自干/快干砂型铸造涂料，干燥速度快、少/无污染、使用安全、制造成本低、烧结剥离率高。目前传统的铸造用涂料还没有解决上述问题的方法。

因此，开发3D打印砂型用水基流涂涂料，对于拓宽砂型3D打印技术在铸造生产中的应用具有较大的现实意义，而且这对提高铸件的质量具有重要意义。

发明内容

本发明的目的是克服现有技术的不足，提供一种具有优越的流动性、适当的渗透性、良好的流平性、高效的悬浮稳定性、合适的涂层厚度、超强的抗粘砂性以及环保、无污染、高效率的3D打印砂型用水基流涂涂料制备方法。

为了实现发明目的，本发明通过如下方式实现：

一种3D打印砂型用水基流涂涂料，其特征在于，包括以下组分：锆英粉、白刚玉、高铝细粉、铬铁矿粉、叶腊石粉、硅线石粉、蓝晶石粉、红柱石粉、锂辉石粉、钠基膨润土、海泡石粉、聚乙烯醇、聚醋酸乙烯乳液、磷酸盐、硅溶胶、磺化琥珀酸二辛酯钠盐、防腐剂、消泡剂、萤石、氧化铁红和水。

进一步的，所述的3D打印砂型用水基流涂涂料，其特征在于，所述的锆英粉、白刚玉、高铝细粉、铬铁矿粉、叶腊石粉、硅线石粉、蓝晶石粉、红柱石粉、锂辉石粉中的一种或几种为耐火填料，所述的钠基膨润土及海泡石粉作为复合悬浮剂，所述的聚乙烯醇、聚醋酸乙烯乳液、磷酸盐及硅溶胶中的两种或两种以上作为复合粘结剂，所述的磺化琥珀酸二辛酯钠盐作为渗透剂，所述的萤石、氧化铁红作为助熔剂，采用DY-防腐剂、KST-202消泡剂，水作为载液。

进一步的，所述的3D打印砂型用水基流涂涂料，其特征在于，各个组分的质量百分比为：耐火骨料55-70%、钠基膨润土2-3%、海泡石粉1-2%、聚乙烯醇0.4-0.6%、聚醋酸乙烯乳液0-0.2%、磷酸盐0-0.2%、硅溶胶0-0.2%、磺化琥珀酸二辛酯钠盐0.1-0.3%、DY-防腐剂0.1-0.2%、萤石0.3-2.0%、氧化铁红1.0-2.0%、KST-202消泡剂0.1-0.2%和水23-38%。

进一步的，所述的3D打印砂型用水基流涂涂料，其特征在于，所述的锆英粉、白刚玉、高铝细粉、铬铁矿粉、叶腊石粉、硅线石粉、蓝晶石粉、红柱石粉目数均为400-600目。

进一步的，所述的3D打印砂型用水基流涂涂料，其特征在于，可以根据涂料的粘度及悬浮性调节悬浮剂钠基膨润土和海泡石粉比例，钠基膨润土：海泡石的比例控制在3:1-1:1。

同时，本发明提供了一种3D打印砂型用水基流涂涂料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

（1）钠基膨润土及海泡石粉预处理：在搅拌下将膨润土及海泡石与水进行1：1混合，完全分散均匀，静置12-24小时，制得预处理复合悬浮剂浆；

（2）聚乙烯醇的预处理：称4倍聚乙烯醇质量的水倒入桶中，搅拌条件下缓慢加入聚乙烯醇，然后充分搅拌至其完全溶解，并用筛网过滤要现配现用；

（3）向分散釜中加入总水量3/5的水及处理好的复合悬浮剂浆，开启搅拌，调节转速为1200-1500r/min，然后加入粘结剂、渗透剂、防腐剂、助熔剂和消泡剂，最后加入预处理好的聚乙烯醇溶液，搅拌10-15分钟；

（4）将搅拌速度调至500-600r/min，向分散釜中依次耐火骨料，加料完毕后调节转速为1200-1500r/min，分散15-20分钟；

（5）用水调波美度，将波美度控制在70-80°Bé，出料包装。

本发明的有益效果如下：

（1）所选材料均为无毒材料，环保、无污染，安全系数高，改善了现场使用的环境；

（2）本涂料具有优越的流动性、适当的渗透性、良好的流平性、高效的悬浮稳定性、合适的涂层厚度及超强的抗粘砂性；

（3）与常规涂料相比，本涂料使用过程中，只需流一遍就能解决渗透深度和涂层厚度的问题，而且无流痕、无滴挂、无堆积；

（4）本发明提供的涂料具有高耐火度、低烧结温度的特点，适应不同壁厚、不同浇注温度、大小不一的各类铸铁件；

（5）本流涂涂料颜色为浅红色，容易识别，可避免漏涂。铸件落砂时，呈陶瓷态的涂料自动剥落或轻轻敲击后剥落，不产生粉尘，消除了常规粉涂料对生产环境的污染，改善了铸造作业环境。

具体实施方式

本发明的目的是克服现有技术的不足，提供一种具有优越的流动性、适当的渗透性、良好的流平性、高效的悬浮稳定性、合适的涂层厚度、超强的抗粘砂性以及环保、无污染、高效率的3D打印砂型用水基流涂涂料制备方法。

为了实现发明目的，本发明通过如下方式实现：

本发明提供了一种独特的环保、无污染、高效率的3D打印砂型用水基流涂涂料，生产原料为：锆英粉、白刚玉、高铝细粉、铬铁矿粉、叶腊石粉、硅线石粉、蓝晶石粉、红柱石粉、锂辉石粉、钠基膨润土、海泡石粉、聚乙烯醇、聚醋酸乙烯乳液、磷酸盐、硅溶胶、磺化琥珀酸二辛酯钠盐、DY-防腐剂、KST-202消泡剂、萤石、氧化铁红和水。其中，以锆英粉、白刚玉、高铝细粉、铬铁矿粉、叶腊石粉、硅线石粉、蓝晶石粉、红柱石粉、锂辉石粉中的一种或几种为耐火填料；钠基膨润土及海泡石粉作为复合悬浮剂，可以根据涂料的悬浮性、粘度及其它性能的需要，调节二者比例，都不会影响涂料的使用；聚乙烯醇、聚醋酸乙烯乳液、磷酸盐及硅溶胶中的两种或两种以上作为复合粘结剂，其对各种耐火材料均有良好的适应性，用其配制的涂料不仅常温强度和高温强度均高，抗裂性好，而且具有良好的悬浮性和流平性等工艺性能；磺化琥珀酸二辛酯钠盐作为渗透剂，无毒性，具有优良的润湿性和很高的渗透力，渗透性快速均匀，而且对水没有要求，能在硬水中稳定存在；萤石、氧化铁红作为助熔剂，能有效降低涂料的烧结温度，在铁水浇注时能快速的形成陶瓷状的剥离层，增强了涂料抗粘砂性；采用DY-防腐剂、KST-202消泡剂；水作为载液。并且，各个组分的比例（质量百分比）为耐火骨料55-70%、钠基膨润土2-3%、海泡石粉1-2%、聚乙烯醇0.4-0.6%、聚醋酸乙烯乳液0-0.2%、磷酸盐0-0.2%、硅溶胶0-0.2%、磺化琥珀酸二辛酯钠盐0.1-0.3%、DY-防腐剂0.1-0.2%、萤石0.3-2.0%、氧化铁红1.0-2.0%、KST-202消泡剂0.1-0.2%、水23-38%；锆英粉、白刚玉、高铝细粉、铬铁矿粉、叶腊石粉、硅线石粉、蓝晶石粉、红柱石粉目数均为400-600目；可以根据涂料的粘度及悬浮性调节悬浮剂钠基膨润土和海泡石粉比例，钠基膨润土：海泡石的比例控制在3:1-1:1。

本发明所述的独特的环保、无污染、高效率的3D打印砂型用水基流涂涂料的生产工艺，包括如下步骤：

a.钠基膨润土及海泡石粉预处理：在搅拌下将膨润土及海泡石与水进行1:1混合，完全分散均匀，静置12-24小时，制得预处理复合悬浮剂浆；

b．聚乙烯醇的预处理：称4倍聚乙烯醇质量的水于桶中，搅拌条件下缓慢加入PVA，然后充分搅拌至其完全溶解，并用筛网过滤要现配现用；

c.向分散釜中加入总水量3/5的水及处理好的复合悬浮剂浆，开启搅拌，调节转速为1200-1500r/min，然后加入粘结剂、渗透剂、防腐剂、助熔剂和消泡剂，最后加入预处理好的聚乙烯醇溶液，搅拌10-15分钟；

d.将搅拌速度调至500-600r/min，向分散釜中依次耐火骨料，加料完毕后调节转速为1200-1500r/min，分散15-20分钟；

e.用水调波美度，将波美度控制在70-80°Bé，出料包装。

实施例一

一种3D打印砂型用水基流涂涂料的生产原料为：锆英粉耐火骨料70%、钠基膨润土3%、海泡石粉1%、聚乙烯醇0.5%、磷酸盐0.2%、磺化琥珀酸二辛酯钠盐0.1%、DY-防腐剂0.2%、萤石0.3%、氧化铁红1.0%、KST-202消泡剂0.2%、水23.5%。

一种3D打印砂型用水基流涂涂料的生产工艺，包括如下步骤：

a.钠基膨润土及海泡石粉预处理：在搅拌下将3%膨润土及1%海泡石与水进行1:1混合，完全分散均匀，静置12-24小时，制得预处理复合悬浮剂浆；

b．聚乙烯醇的预处理：称4倍聚乙烯醇质量的水于桶中，搅拌条件下缓慢加入0.5%的聚乙烯醇，然后充分搅拌至其完全溶解，并用筛网过滤（要现配现用）；

c.向分散釜中加入总水量3/5的水及处理好的复合悬浮剂浆，开启搅拌，调节转速为1200-1500r/min，然后加入0.2%的磷酸盐粘结剂、0.1%的磺化琥珀酸二辛酯钠盐渗透剂、0.2%的DY-防腐剂、0.3%的萤石和1.0%的氧化铁红助熔剂和0.2%的KST-202消泡剂，最后加入预处理好的聚乙烯醇溶液，搅拌10-15分钟；

d.将搅拌速度调至500-600r/min，向分散釜中加入70%的锆英粉耐火骨料，加料完毕后调节转速为1200-1500r/min，分散15-20分钟；

e.用水调波美度，将波美度控制在70-80°Bé，出料包装。

实施例二

一种3D打印砂型用水基流涂涂料的生产原料为：锆英粉耐火骨料40.0%、红柱石粉耐火骨料25.0%、钠基膨润土2.5%、海泡石粉1.0%、聚乙烯醇0.6%、硅溶胶0.2%、磺化琥珀酸二辛酯钠盐0.2%、DY-防腐剂0.2%、萤石0.7%、氧化铁红1.4%、KST-202消泡剂0.2%、水28%。

一种3D打印砂型用水基流涂涂料的生产工艺，包括如下步骤：

a.钠基膨润土及海泡石粉预处理：在搅拌下将2.5%膨润土及1%海泡石与水进行1:1混合，完全分散均匀，静置12-24小时，制得预处理复合悬浮剂浆；

b．聚乙烯醇的预处理：称4倍聚乙烯醇质量的水于桶中，搅拌条件下缓慢加入0.6%的聚乙烯醇，然后充分搅拌至其完全溶解，并用筛网过滤（要现配现用）；

c.向分散釜中加入总水量3/5的水及处理好的复合悬浮剂浆，开启搅拌，调节转速为1200-1500r/min，然后加入0.2%的硅溶胶粘结剂、0.2%的磺化琥珀酸二辛酯钠盐渗透剂、0.2%的DY-防腐剂、0.7%的萤石和1.4%的氧化铁红助熔剂和0.2%的KST-202消泡剂，最后加入预处理好的聚乙烯醇溶液，搅拌10-15分钟；

d.将搅拌速度调至500-600r/min，向分散釜中加入40.0%的锆英粉耐火骨料和25.0%的红柱石粉耐火骨料，加料完毕后调节转速为1200-1500r/min，分散15-20分钟；

e.用水调波美度，将波美度控制在70-80°Bé，出料包装。

实施例三

一种3D打印砂型用水基流涂涂料的生产原料为：白刚玉耐火骨料40.0%、高铝细粉耐火骨料25.0%、钠基膨润土2.5%、海泡石粉1.0%、聚乙烯醇0.6%、磷酸盐0.2%、磺化琥珀酸二辛酯钠盐0.2%、DY-防腐剂0.2%、萤石0.7%、氧化铁红1.4%、KST-202消泡剂0.2%、水28%。

一种3D打印砂型用水基流涂涂料的生产工艺，包括如下步骤：

a.钠基膨润土及海泡石粉预处理：在搅拌下将2.5%膨润土及1.0%海泡石与水进行1:1混合，完全分散均匀，静置12-24小时，制得预处理复合悬浮剂浆；

b．聚乙烯醇的预处理：称4倍聚乙烯醇质量的水于桶中，搅拌条件下缓慢加入0.6%的聚乙烯醇，然后充分搅拌至其完全溶解，并用筛网过滤（要现配现用）；

c.向分散釜中加入总水量3/5的水及处理好的复合悬浮剂浆，开启搅拌，调节转速为1200-1500r/min，然后加入0.2%的磷酸盐粘结剂、0.2%的磺化琥珀酸二辛酯钠盐渗透剂、0.2%的DY-防腐剂、0.7%的萤石和1.4%的氧化铁红助熔剂和0.2%的KST-202消泡剂，最后加入预处理好的聚乙烯醇溶液，搅拌10-15分钟；

d.将搅拌速度调至500-600r/min，向分散釜中加入40.0%的白刚玉耐火骨料和25.0%的高铝细-粉耐火骨料，加料完毕后调节转速为1200-1500r/min，分散15-20分钟；

e.用水调波美度，将波美度控制在70-80°Bé，出料包装。

其他具体实施例的各组分质量配比如表1所示。

表1

最后应说明的是：以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种3D打印砂型用水基流涂涂料，其特征在于，包括以下组分：锆英粉、白刚玉、高铝细粉、铬铁矿粉、叶腊石粉、硅线石粉、蓝晶石粉、红柱石粉、锂辉石粉、钠基膨润土、海泡石粉、聚乙烯醇、聚醋酸乙烯乳液、磷酸盐、硅溶胶、磺化琥珀酸二辛酯钠盐、防腐剂、消泡剂、萤石、氧化铁红和水。

2.如权利要求1所述的3D打印砂型用水基流涂涂料，其特征在于，所述的锆英粉、白刚玉、高铝细粉、铬铁矿粉、叶腊石粉、硅线石粉、蓝晶石粉、红柱石粉、锂辉石粉中的一种或几种为耐火填料，所述的钠基膨润土及海泡石粉作为复合悬浮剂，所述的聚乙烯醇、聚醋酸乙烯乳液、磷酸盐及硅溶胶中的两种或两种以上作为复合粘结剂，所述的磺化琥珀酸二辛酯钠盐作为渗透剂，所述的萤石、氧化铁红作为助熔剂，采用DY-防腐剂、KST-202消泡剂，水作为载液。

3.如权利要求1所述的3D打印砂型用水基流涂涂料，其特征在于，各个组分的质量百分比为：耐火骨料55-70%、钠基膨润土2-3%、海泡石粉1-2%、聚乙烯醇0.4-0.6%、聚醋酸乙烯乳液0-0.2%、磷酸盐0-0.2%、硅溶胶0-0.2%、磺化琥珀酸二辛酯钠盐0.1-0.3%、DY-防腐剂0.1-0.2%、萤石0.3-2.0%、氧化铁红1.0-2.0%、KST-202消泡剂0.1-0.2%和水23-38%。

4.如权利要求1所述的3D打印砂型用水基流涂涂料，其特征在于，所述的锆英粉、白刚玉、高铝细粉、铬铁矿粉、叶腊石粉、硅线石粉、蓝晶石粉、红柱石粉目数均为400-600目。

5.如权利要求1所述的3D打印砂型用水基流涂涂料，其特征在于，可以根据涂料的粘度及悬浮性调节悬浮剂钠基膨润土和海泡石粉比例，钠基膨润土：海泡石的比例控制在3:1-1:1。

6.一种3D打印砂型用水基流涂涂料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

（1）钠基膨润土及海泡石粉预处理：在搅拌下将膨润土及海泡石与水进行1：1混合，完全分散均匀，静置12-24小时，制得预处理复合悬浮剂浆；

（2）聚乙烯醇的预处理：称4倍聚乙烯醇质量的水倒入桶中，搅拌条件下缓慢加入聚乙烯醇，然后充分搅拌至其完全溶解，并用筛网过滤要现配现用；

（3）向分散釜中加入总水量3/5的水及处理好的复合悬浮剂浆，开启搅拌，调节转速为1200-1500r/min，然后加入粘结剂、渗透剂、防腐剂、助熔剂和消泡剂，最后加入预处理好的聚乙烯醇溶液，搅拌10-15分钟；

（4）将搅拌速度调至500-600r/min，向分散釜中依次耐火骨料，加料完毕后调节转速为1200-1500r/min，分散15-20分钟；

（5）用水调波美度，将波美度控制在70-80°Bé，出料包装。