CN108296415A - 一种超低发气3d打印覆膜砂 - Google Patents

一种超低发气3d打印覆膜砂 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种超低发气3D打印覆膜砂，由以下重量份的原料配制而成：原砂100‑150份，粘结剂10‑20份，分散剂1‑2份，乙二酸1‑2份，辅助料2‑3份；粘结剂由有机溶剂、丁二胺、丙二酸、引发剂按200‑250：100‑120：60‑100:1‑2的重量比配制而成。采用聚丁二胺二丙酸粘结剂溶液配合乙二酸喷洒在原砂中，搅拌过程中原砂与粘结剂发生交联反应，提高了粘结剂的粘结强度；采用非树脂类粘结剂，使得制备得到的覆膜砂发气量低，小于13ml/g，有效避免了产品出现针孔、表面粗糙等缺陷，提高了产品的精密度和表面光泽度。

Description

一种超低发气3D打印覆膜砂
技术领域
本发明涉及覆膜砂领域，尤其涉及一种超低发气3D打印覆膜砂。
背景技术
3D打印是快速成型的一种，是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。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。覆膜砂是砂粒表面在造型前即覆有一层固体树脂膜的型砂或芯砂。目前大多3D打印材料覆膜砂使用的是传统技术生产的覆膜砂，即通过酚醛树脂作为包覆剂进行生产。由于树脂使用量较大，并使用了氮含量较高的物质，使得覆膜砂在使用时会有大量气体产生，对产品的尺寸、表面光泽度等造成了严重的威胁。申请号为201410837464.8的发明专利申请提供一种快固型耐高温粘结剂及其覆膜砂，采用钼改性的高邻位酚醛树脂制备覆膜砂，利用钼元素封锁了苯环上的酚羟基，防止酚羟基氧化，减少气体的产生，来降低覆膜砂的发气量。但该方案仍采用树脂类粘结剂，虽一定程度降低了发气量，却存在在制备过程中释放甲醛等有害气体的可能，污染环境并危害人体健康。
发明内容
本发明的目的就是提供一种发气量低、具有良好的产品精密度和表面光泽度，同时安全环保的超低发气3D打印覆膜砂，以解决背景技术中提到的问题。
本发明采取的技术方案为：
一种超低发气3D打印覆膜砂，由以下重量份的原料配制而成：原砂100-150份，粘结剂10-20份，分散剂1-2份，乙二酸1-2份，辅助料2-3份；其中，所述粘结剂由有机溶剂、丁二胺、丙二酸、引发剂按200-250：100-120：60-100:1-2的重量比配制而成。
进一步的，覆膜砂粒度为150-250目。
进一步的，辅助料为二氧化锰、氯化钙、氧化铜、氧化钙、甲基丙烯酸甲脂树脂、醋酸乙烯酯树脂、甲基丙烯酸乙酯树脂、已基丙烯酸乙酯、石棉纤维、玻璃纤维、石墨烯中的一种或几种。
进一步的，引发剂为有机锡、AIBN(偶氮二异丁腈)、丁基锂中的一种或几种。
进一步的，覆膜砂通过以下步骤制备：
(1)原砂预处理：将硅砂粉碎至60-100目，用清水清洗2-3次，清洗后再在醇溶液中浸泡，之后进行固液分离取出砂粒并置于干燥器中干燥，干燥后加入球磨机中研磨，得到粒径大小为150-250目的处理后的原砂；
(2)粘结剂的配制：按粘结剂配方称取一定量的有机溶剂、丁二胺和丙二酸加入到装有机械搅拌器的三口烧瓶反应釜中，控制温度在30-40℃下进行低速搅拌，之后缓慢加入引发剂，加入完全后提高转速进行高速搅拌1-2h，之后冷却至室温得到聚丁二胺二丙酸粘结剂溶液；
(3)覆膜砂制备：将步骤(1)中处理后的原砂加入混砂机中，通入热空气对原砂进行搅拌和烘干2-3h，之后按原料组分加入分散剂，再将步骤(2)中制得的粘结剂和乙二酸混合均匀后喷洒在原砂中，再加入辅助料，待反应原砂干燥后停止搅拌，冷却后粉碎筛分，得到150-250目的覆膜砂。
进一步的，步骤(1)中醇溶液浓度为1-10mol/L，浸泡时间为2-5h。
进一步的，步骤(2)中低速搅拌的转速为200-300rpm，高速搅拌的转速为300-400rpm。
进一步的，步骤(3)中热空气的温度为60-70℃。
本发明的超低发气3D打印覆膜砂，具有以下有益效果：
(1)本发明的超低发气3D打印覆膜砂，采用聚丁二胺二丙酸粘结剂溶液配合乙二酸喷洒在原砂中，搅拌过程中使得原砂与粘结剂之间发生交联反应，提高了粘结剂的粘结强度，同时在减少粘结剂用量的条件下也能达到很好的粘结效果；采用非树脂类粘结剂，使得制备得到的覆膜砂发气量低，小于13ml/g，有效避免了产品出现针孔、氮气孔、表面粗糙等缺陷，提高了产品的精密度和表面光泽度。
(2)本发明的超低发气3D打印覆膜砂，采用非树脂类粘结剂，避免了制备过程中甲醛的释放，达到安全环保的效果。
(3)本发明的超低发气3D打印覆膜砂，通过添加玻璃纤维、氧化钙等辅助料，提高了覆膜砂的强度，其常温抗拉伸强度达5.5-6.5MPa，抗弯曲强度达3-3.5MPa，相较于市售普通覆膜砂，强度有较大的提高，进一步提高了3D打印产品的质量。
具体实施方式
下面将结合实验数据，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整的描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通的技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明的保护范围。
实施例1
一种超低发气3D打印覆膜砂，由以下重量份的原料配制而成：原砂150份，粘结剂20份，高级脂肪醇2份，乙二酸2份，玻璃纤维3份；其中，所述粘结剂由四氯化碳、丁二胺、丙二酸、有机锡按250：120：100：2的重量比配制而成。
本实施例中超低发气3D打印覆膜砂，通过以下步骤制备：
(1)原砂预处理：将硅砂粉碎至60-100目，用清水清洗2次，清洗后再在浓度为5mol/L的乙醇溶液中浸泡3h，之后进行固液分离取出砂粒并置于干燥器中干燥，干燥后加入球磨机中研磨，得到粒径大小为150-250目的处理后的原砂；
(2)粘结剂的配制：按粘结剂配方称取一定量的四氯化碳、丁二胺和丙二酸加入到装有机械搅拌器的三口烧瓶反应釜中，控制温度在30℃下进行低速搅拌，转速为300rpm，之后缓慢加入有机锡，加入完全后提高转速进行高速搅拌1h，搅拌转速为400rpm，之后冷却至室温得到聚丁二胺二丙酸粘结剂溶液；
(3)覆膜砂制备：将步骤(1)中处理后的原砂加入混砂机中，通入70℃的热空气对原砂进行搅拌和烘干2h，之后按原料组分加入高级脂肪醇，再将步骤(2)中制得的粘结剂和乙二酸混合均匀后喷洒在原砂中，再加入玻璃纤维，待反应原砂干燥后停止搅拌，冷却后粉碎筛分，得到150-250目的覆膜砂。
实施例2
一种超低发气3D打印覆膜砂，由以下重量份的原料配制而成：原砂120份，粘结剂15份，脂肪酸酯1.6份，乙二酸1.8份，石棉纤维2.5份；其中，所述粘结剂由丙酮、丁二胺、丙二酸、偶氮二异丁腈按220：110：80：1.5的重量比配制而成。
本实施例中超低发气3D打印覆膜砂，通过以下步骤制备：
(1)原砂预处理：将硅砂粉碎至60-100目，用清水清洗3次，清洗后再在浓度为1mol/L的丙醇溶液中浸泡5h，之后进行固液分离取出砂粒并置于干燥器中干燥，干燥后加入球磨机中研磨，得到粒径大小为150-250目的处理后的原砂；
(2)粘结剂的配制：按粘结剂配方称取一定量的丙酮、丁二胺和丙二酸加入到装有机械搅拌器的三口烧瓶反应釜中，控制温度在32℃下进行低速搅拌，转速为280rpm，之后缓慢加入偶氮二异丁腈，加入完全后提高转速进行高速搅拌1.5h，搅拌转速为360rpm，之后冷却至室温得到聚丁二胺二丙酸粘结剂溶液；
(3)覆膜砂制备：将步骤(1)中处理后的原砂加入混砂机中，通入60℃的热空气对原砂进行搅拌和烘干3h，之后按原料组分加入脂肪酸酯，再将步骤(2)中制得的粘结剂和乙二酸混合均匀后喷洒在原砂中，再加入石棉纤维，待反应原砂干燥后停止搅拌，冷却后粉碎筛分，得到150-250目的覆膜砂。
实施例3
一种超低发气3D打印覆膜砂，由以下重量份的原料配制而成：原砂100份，粘结剂20份，硅氧烷润滑剂1.2份，乙二酸1份，氧化钙2份；其中，所述粘结剂由氯仿、丁二胺、丙二酸、丁基锂按200：100：60：1的重量比配制而成。
本实施例中超低发气3D打印覆膜砂，通过以下步骤制备：
(1)原砂预处理：将硅砂粉碎至60-100目，用清水清洗2次，清洗后再在浓度为10mol/L的正丁醇溶液中浸泡2h，之后进行固液分离取出砂粒并置于干燥器中干燥，干燥后加入球磨机中研磨，得到粒径大小为150-250目的处理后的原砂；
(2)粘结剂的配制：按粘结剂配方称取一定量的氯仿、丁二胺和丙二酸加入到装有机械搅拌器的三口烧瓶反应釜中，控制温度在40℃下进行低速搅拌，转速为200rpm，之后缓慢加入丁基锂，加入完全后提高转速进行高速搅拌2h，搅拌转速为300rpm，之后冷却至室温得到聚丁二胺二丙酸粘结剂溶液；
(3)覆膜砂制备：将步骤(1)中处理后的原砂加入混砂机中，通入65℃的热空气对原砂进行搅拌和烘干3h，之后按原料组分加入硅氧烷润滑剂，再将步骤(2)中制得的粘结剂和乙二酸混合均匀后喷洒在原砂中，再加入氧化钙，待反应原砂干燥后停止搅拌，冷却后粉碎筛分，得到150-250目的覆膜砂。
实施例4
一种超低发气3D打印覆膜砂，由以下重量份的原料配制而成：原砂150份，粘结剂20份，高级脂肪醇1份，乙二酸2份，己基丙烯酸乙酯3份；其中，所述粘结剂由乙酸乙酯、丁二胺、丙二酸、有机锡按250：120：100：2的重量比配制而成。
本实施例中超低发气3D打印覆膜砂，通过以下步骤制备：
(1)原砂预处理：将硅砂粉碎至60-100目，用清水清洗3次，清洗后再在浓度为3mol/L的异丁醇溶液中浸泡4h，之后进行固液分离取出砂粒并置于干燥器中干燥，干燥后加入球磨机中研磨，得到粒径大小为150-250目的处理后的原砂；
(2)粘结剂的配制：按粘结剂配方称取一定量的乙酸乙酯、丁二胺和丙二酸加入到装有机械搅拌器的三口烧瓶反应釜中，控制温度在36℃下进行低速搅拌，转速为220rpm，之后缓慢加入有机锡，加入完全后提高转速进行高速搅拌2h，搅拌转速为320rpm，之后冷却至室温得到聚丁二胺二丙酸粘结剂溶液；
(3)覆膜砂制备：将步骤(1)中处理后的原砂加入混砂机中，通入60℃的热空气对原砂进行搅拌和烘干2h，之后按原料组分加入高级脂肪醇，再将步骤(2)中制得的粘结剂和乙二酸混合均匀后喷洒在原砂中，再加入己基丙烯酸乙酯，待反应原砂干燥后停止搅拌，冷却后粉碎筛分，得到150-250目的覆膜砂。
对比例1
一种3D打印覆膜砂，由以下重量份的原料配制而成：原砂150份，酚醛树脂粘结剂20份，高级脂肪醇2份，乙二酸2份，玻璃纤维3份。
本对比例中超低发气3D打印覆膜砂，通过以下步骤制备：
(1)原砂预处理：将硅砂粉碎至60-100目，用清水清洗2次，清洗后再在浓度为5mol/L的乙醇溶液中浸泡3h，之后进行固液分离取出砂粒并置于干燥器中干燥，干燥后加入球磨机中研磨，得到粒径大小为150-250目的处理后的原砂；
(2)覆膜砂制备：将步骤(1)中处理后的原砂加入混砂机中，通入70℃的热空气对原砂进行搅拌和烘干2h，之后按原料组分将高级脂肪醇，再将酚醛树脂粘结剂、乙二酸、玻璃纤维加入混砂机中搅拌，待反应原砂干燥后停止搅拌，冷却后粉碎筛分，得到150-250目的覆膜砂。
对比例2
一种3D打印覆膜砂，由以下重量份的原料配制而成：原砂120份，酚醛树脂粘结剂15份，脂肪酸酯1.6份，乙二酸1.8份，石棉纤维2.5份。
本对比例中超低发气3D打印覆膜砂，通过以下步骤制备：
(1)原砂预处理：将硅砂粉碎至60-100目，用清水清洗3次，清洗后再在浓度为1mol/L的丙醇溶液中浸泡5h，之后进行固液分离取出砂粒并置于干燥器中干燥，干燥后加入球磨机中研磨，得到粒径大小为150-250目的处理后的原砂；
(2)覆膜砂制备：将步骤(1)中处理后的原砂加入混砂机中，通入60℃的热空气对原砂进行搅拌和烘干3h，之后按原料组分将脂肪酸酯、酚醛树脂粘结剂、乙二酸和石棉纤维加入混砂机中搅拌，待反应原砂干燥后停止搅拌，冷却后粉碎筛分，得到150-250目的覆膜砂。
将实施例1-4及对比例1-2制得的覆膜砂制备成铸膜件进行性能测试，结果如表1所示。
表1 覆膜砂性能测试结果
由表1可知，本发明实施例1-4中的超低发气3D打印覆膜砂制备的铸膜件的常温抗拉伸强度为5.5-6.5MPa，抗弯曲强度为3-3.5MPa，发气量小于13ml/g，而对比例1-2制得的覆膜砂制成的铸膜件，常温抗拉伸强度在3.8MPa左右，抗弯曲强度在2.4MPa左右，发气量在30ml/g左右。与对比例中覆膜砂制成的铸膜件相比，本发明的超低发气3D打印覆膜砂的常温抗拉伸强度提高了45-70％，抗弯曲强度提高了25-50％，发气量减少了55-70％，说明本发明制得的覆膜砂的强度得到了较大提高，同时发气量也得到了有效降低，有效避免了产品出现针孔、氮气孔、表面粗糙等缺陷，提高了产品的精密度和表面光泽度；也提高了3D打印产品的强度，提高了3D打印产品的质量。同时，本发明的覆膜砂的甲醛含量为0.18mg/m3，与测试环境中甲醛含量一致，即本发明制备的覆膜砂是不含有甲醛的，与对比例中制得的覆膜砂中甲醛含量为12.7mg/m3相比，有效避免了甲醛的释放，产品更加安全环保。
以上借助具体实施例对本发明做了进一步描述，但是应该理解的是，这里具体的描述，不应理解为对本发明的实质和范围的限定，本领域内的普通技术人员在阅读本说明书后对上述实施例做出的各种修改，都属于本发明所保护的范围。

Claims (8)

1.一种超低发气3D打印覆膜砂，其特征在于，由以下重量份的原料配制而成：原砂100-150份，粘结剂10-20份，分散剂1-2份，乙二酸1-2份，辅助料2-3份；其中，所述粘结剂由有机溶剂、丁二胺、丙二酸、引发剂按200-250：100-120：60-100:1-2的重量比配制而成。
2.根据权利要求1所述的超低发气3D打印覆膜砂，其特征在于，所述覆膜砂粒度为150-250目。
3.根据权利要求1所述的超低发气3D打印覆膜砂，其特征在于，所述辅助料为二氧化锰、氯化钙、氧化铜、氧化钙、甲基丙烯酸甲脂树脂、醋酸乙烯酯树脂、甲基丙烯酸乙酯树脂、已基丙烯酸乙酯、石棉纤维、玻璃纤维、石墨烯中的一种或几种。
4.根据权利要求1所述的超低发气3D打印覆膜砂，其特征在于，所述引发剂为有机锡、AIBN(偶氮二异丁腈)、丁基锂中的一种或几种。
5.根据权利要求1所述的超低发气3D打印覆膜砂，其特征在于，所述覆膜砂通过以下步骤制备：
(1)原砂预处理：将硅砂粉碎至60-100目，用清水清洗2-3次，清洗后再在醇溶液中浸泡，之后进行固液分离取出砂粒并置于干燥器中干燥，干燥后加入球磨机中研磨，得到粒径大小为150-250目的处理后的原砂；
(2)粘结剂的配制：按粘结剂配方称取一定量的有机溶剂、丁二胺和丙二酸加入到装有机械搅拌器的三口烧瓶反应釜中，控制温度在30-40℃下进行低速搅拌，之后缓慢加入引发剂，加入完全后提高转速进行高速搅拌1-2h，之后冷却至室温得到聚丁二胺二丙酸粘结剂溶液；
(3)覆膜砂制备：将步骤(1)中处理后的原砂加入混砂机中，通入热空气对原砂进行搅拌和烘干2-3h，之后按原料组分加入分散剂，再将步骤(2)中制得的粘结剂和乙二酸混合均匀后喷洒在原砂中，再加入辅助料，待反应原砂干燥后停止搅拌，冷却后粉碎筛分，得到150-250目的覆膜砂。
6.根据权利要求5所述的超低发气3D打印覆膜砂，其特征在于，步骤(1)中醇溶液浓度为1-10mol/L，浸泡时间为2-5h。
7.根据权利要求5所述的超低发气3D打印覆膜砂，其特征在于，步骤(2)中低速搅拌的转速为200-300rpm，高速搅拌的转速为300-400rpm。
8.根据权利要求5所述的超低发气3D打印覆膜砂，其特征在于，步骤(3)中热空气的温度为60-70℃。
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