CN108971419A - 一种3d打印砂型用水基浸涂涂料及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及3D打印砂型铸造技术领域，具体是一种3D打印砂型用水基浸涂涂料及其制备方法。由以下重量百分比计的复合耐火骨料50‑75％、复合悬浮剂3‑6％、复合粘结剂0.8‑1.2％、渗透剂0.1‑0.5％、流平剂0.2‑0.6％、DL‑T201防腐剂0.05‑0.2％、助熔剂2‑5％、消泡剂0.1‑0.3％、水25‑38％混合配置而成。本发明还公开了一种3D打印砂型用水基浸涂涂料的制备方法。本发明涂料性能优异，具有优越的涂挂性、适当的渗透性、良好的流平性、高效的悬浮稳定性、合适的涂层厚度及良好的烧结剥离性、超强的抗粘砂性优。与常规涂料相比，本涂料使用过程中，只需浸涂一遍，渗透深度和涂层厚度就能达到要求，烘干后涂层强度非常高，而且使用过程中无流痕、无滴挂、无堆积。

Description

一种3D打印砂型用水基浸涂涂料及其制备方法

技术领域

本发明涉及3D打印砂型铸造技术领域，具体是一种3D打印砂型用水基浸涂涂料及其制备方法。

背景技术

为推动中国制造业的发展及转型升级，国家推出了“中国制造2025计划”是通过技术创新与引进高端智能设备，使制造业走上创新型企业的道路。

3D打印技术综合了计算机图形处理、数字化信息控制、机电技术和材料技术等多项高技术优势。目前，3D打印技术具体应用于铸造工艺当中的造型及制芯工部，用来快速制造砂型/芯且省去模具。与传统制芯方式相比，3D打印技术在铸造中的产业化应用，不仅大大缩短了新产品的开发周期和成本，缩短铸造生产流程，为公司开拓新的市场抢占了先机，而且3D打印技术可以将零散的小砂型打印为一个整体，避免了手工制芯、造型中组芯过程造成的累积误差，提高了砂型的尺寸精度，避免了因砂型尺寸不符造成了铸件尺寸超差的缺陷，且节省了部分组芯工序，提高铸件质量，提升生产效率。另外，由于3D打印工艺是采用数字文化传输入3D打印设备的方式，故其设计方案修改灵活、及时，且可以完成手工造型无法完成的复杂型腔结构的打印，降低了生产难度。3D打印技术大幅改善了铸造现场的环境，降低了操作人员的劳动强度。用3D打印机替代了人工制芯、造型，节省了人力成本，同时实现了铸造业的智能生产、绿色生产。3D打印技术在铸造领域的产业化应用，对中国铸造行业的转型升级，铸造工序智能化，以及未来铸造智能工厂的建设将产生变革性的意义。

由于使用砂型3D打印技术制芯所用的砂粒比传统制芯所用砂粒数细，同时3D打印砂型具有整体性结构复杂等特点，因此，施涂方式对铸件质量有很重要的影响。使用刷涂和喷涂效率低，而且有时内部无法施涂；使用流涂会出现涂层厚度不一、渗透深度不够、漏涂和流痕较大的现象，影响铸件的精度和产生粘砂情况。最好的施涂方式就是使用浸涂，不但不会出现上述问题，而且效率较高。浸涂涂料的性能是影响3D打印砂型铸件质量的关键，因此，对3D打印砂使用的浸涂涂料性能要求较高，不但要具有良好的烧结剥离性，抗粘砂性、抗高温金属液浸蚀性及足够的耐火度、化学稳定性和热稳定性，而且要无毒、无污染、无刺激味，具有附着强度高、发气量低、优良的悬浮性、良好的涂刷性、涂挂性、流变性外和高透气性、适合的流变性、涂层强度和润湿性。目前，生产采用的水基浸涂涂料都是进口或合资厂家生产的，涂料的各种性能指标高，施涂后，效果较好，无缺陷，但是价格昂贵。国产涂料也有比较好的，但涂料质量却不稳定，整体质量与国外涂料差距比较大。

发明内容

针对现有技术中的不足之处，本发明旨在提供一种具有优越的涂挂性、适当的渗透性、良好的流变性、高效的悬浮稳定性、合适的涂层厚度及良好的烧结剥离性、超强的抗粘砂性，而且环保、无毒、无污染、高效率的3D打印砂型用水基浸涂涂料及其制备方法。

为解决上述技术问题，本发明的一种3D打印砂型用水基浸涂涂料，由以下重量百分比计的复合耐火骨料50-75％、复合悬浮剂3-6％、复合粘结剂0.8-1.2％、渗透剂0.1-0.5％、流平剂0.2-0.6％、DL-T201防腐剂0.05-0.2％、助熔剂2-5％、消泡剂0.1-0.3％、水25-38％混合配置而成。

优选的，是由以下重量百分比计的复合耐火骨料60％、复合悬浮剂4.5％、复合粘结剂1％、渗透剂0.3％、流平剂0.4％、DL-T201防腐剂0.1％、助熔剂4％、消泡剂0.2％、水29.5％混合配置而成。

优选的，所述复合耐火骨料是由锆英粉、锂辉石粉、碳化硅粉、镁铝尖晶石粉、镁铬尖晶石粉、铝铬尖晶石粉中的两种或两种以上按照7:1或7:1:0.5的量混合制备而成。

优选的，所述复合悬浮剂是由钠基膨润土、凹凸棒土、聚丙烯酰胺、海藻酸钠中的两种或两种以上按照1：1的比例混合制备而成。

优选的，所述复合粘结剂是由聚乙烯醇、α-淀粉、磷酸盐中的两种或两种以上混合制备而成。

优选的，所述渗透剂为磺化琥珀酸二辛酯钠盐。

优选的，所述流平剂为氟改性的含羟基丙烯酸树脂。

优选的，所述助溶剂是由萤石、氧化铁红制成。

优选的，所述消泡剂为SAF乳液、CSE乳液中的一种或两种。

一种3D打印砂型用水基浸涂涂料的制备方法，包括以下步骤：

a、复合悬浮剂预处理：在搅拌状态下将膨润土及凹凸棒土、聚丙烯酰胺、海藻酸钠与水进行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、复合粘结剂的预处理：准备4倍聚乙烯醇质量的水置于桶中，在搅拌条件下缓慢加入聚脂乙烯醇，然后充分搅拌至其完全溶解，并用筛网过滤，且必须现配现用，将2倍α-淀粉质量的水置于桶中，在搅拌条件下缓慢加入α-淀粉，然后充分搅拌至其完全溶解，并用复筛网过滤，且必须现配现用；

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，开启分散釜进行搅拌，调整转速为1200-1500r/min，搅拌5分钟，然后加入预处理好的复合粘结剂，搅拌5分钟，最后依次加入渗透剂、防腐剂、助熔剂、流平剂和消泡剂，搅拌10-15分钟；

d、将分散釜的搅拌速度调至500-600r/min，向分散釜中依次加入粉碎至300-600目的复合耐火骨料，加料完毕后调节转速为1200-1500r/min，分散15-20分钟；

e、最后，用水调波美度，将波美度控制在70-80出料包装。

本发明在复合耐火骨料里面加入了部分的尖晶石，使涂料具有良好的抗侵蚀、冲击能力强，热震稳定性好，耐高温等性能特点；钠基膨润土、凹凸棒土、聚丙烯酰胺、海藻酸钠作为复合悬浮剂，可以根据涂料的悬浮性、粘度及其它性能的需要，调节这几种悬浮剂的比例，都不会影响涂料的使用。在复合粘剂中加入α-淀粉，其对各种耐火材料均有良好的适应性，使涂料具有更好的涂挂性和悬浮性，而且不开裂，不空鼓，不剥落，有独到的烧结性，使涂层壳剥落；涂料保质期更长，而且不发酵，不分层，粘度不下降，不结块。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。氟改性的含羟基丙烯酸树脂作为流平剂，有效的降低了涂料与砂型之间表面张力，使涂料与砂型具有极佳的润湿性，使涂料涂层平整、光滑、均匀；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；DL-T201防腐剂具有抗菌力高、时效长等特点，具有极好的杀菌防霉功能，不仅能有效地防止料的变质，还能提高涂料的卫生安全性。本发明涂料性能优异，具有优越的涂挂性、适当的渗透性、良好的流平性、高效的悬浮稳定性、合适的涂层厚度及良好的烧结剥离性、超强的抗粘砂性优。与常规涂料相比，本涂料使用过程中，只需浸涂一遍，渗透深度和涂层厚度就能达到要求，烘干后涂层强度非常高，而且使用过程中无流痕、无滴挂、无堆积。

具体实施方式

实施例1

一种3D打印砂型用水基浸涂涂料，是由以下重量百分比计的复合耐火骨料60％、复合悬浮剂4.5％、复合粘结剂1％、渗透剂0.3％、流平剂0.4％、DL-T201防腐剂0.1％、助熔剂4％、消泡剂0.2％、水29.5％混合配置而成。复合耐火骨料是由锆英粉、锂辉石粉、碳化硅粉、镁铝尖晶石粉、镁铬尖晶石粉、铝铬尖晶石粉中的两种或两种以上按照7:1或7:1:0.5的量混合制备而成。其中，复合悬浮剂是由钠基膨润土、凹凸棒土、聚丙烯酰胺按照1：1的比例混合制备而成。复合粘结剂是由聚乙烯醇、α-淀粉混合制备而成。渗透剂为磺化琥珀酸二辛酯钠盐。流平剂为氟改性的含羟基丙烯酸树脂。助溶剂是由萤石、氧化铁红制成。所述消泡剂为SAF乳液。

一种3D打印砂型用水基浸涂涂料的制备方法，包括以下步骤：

a、复合悬浮剂预处理：在搅拌状态下将3％份膨润土及3％份凹凸棒土与水进行1:1混合，完全分散均匀后，静置12-24小时，制得预处理复合悬浮剂浆；

b、复合粘结剂的预处理：准备4倍聚乙烯醇质量的水(即2％份的水)置于桶中，在搅拌条件下缓慢加入0.5％份聚脂乙烯醇，然后充分搅拌至其完全溶解，并用筛网过滤，且必须现配现用，将2倍α-淀粉质量的水(即8％份的水)置于桶中，在搅拌条件下缓慢加入4％份α-淀粉，然后充分搅拌至其完全溶解，并用复筛网过滤，且必须现配现用；

c、向分散釜中加入总水量3/5的(即29.5％份)水及处理好的4.5％份复合悬浮剂浆，开启分散釜进行搅拌，调整转速为1200-1500r/min，搅拌5分钟，然后加入预处理好的1％份复合粘结剂，搅拌5分钟，最后依次加入0.3％份渗透剂、0.4％份流平剂、0.1％份DL-T201防腐剂、4％份助熔剂、0.2％份消泡剂，搅拌10-15分钟；

d、将分散釜的搅拌速度调至500-600r/min，向分散釜中依次加入粉碎至300-600目的60％份复合耐火骨料，加料完毕后调节转速为1200-1500r/min，分散15-20分钟即得。

实施例2

一种3D打印砂型用水基浸涂涂料，是由以下重量百分比计的复合耐火骨料55％、复合悬浮剂5％、复合粘结剂0.8％、渗透剂0.1％、流平剂0.2％、DL-T201防腐剂0.05％、助熔剂2％、消泡剂0.15％、水36.7％混合配置而成。复合耐火骨料是由锆英粉、锂辉石粉、碳化硅粉、镁铝尖晶石粉、镁铬尖晶石粉、铝铬尖晶石粉中的两种或两种以上按照7:1或7:1:0.5的量混合制备而成。其中，复合悬浮剂是由钠基膨润土、凹凸棒土、聚丙烯酰胺按照1：1的比例混合制备而成。复合粘结剂是由聚乙烯醇、α-淀粉混合制备而成。渗透剂为磺化琥珀酸二辛酯钠盐。流平剂为氟改性的含羟基丙烯酸树脂。助溶剂是由萤石、氧化铁红制成。所述消泡剂为SAF乳液。

一种3D打印砂型用水基浸涂涂料的制备方法，包括以下步骤：

a、复合悬浮剂预处理：在搅拌状态下将3％份膨润土及3％份凹凸棒土与水进行1:1混合，完全分散均匀后，静置12-24小时，制得预处理复合悬浮剂浆；

b、复合粘结剂的预处理：准备4倍聚乙烯醇质量的水(即2％份的水)置于桶中，在搅拌条件下缓慢加入0.5％份聚脂乙烯醇，然后充分搅拌至其完全溶解，并用筛网过滤，且必须现配现用，将2倍α-淀粉质量的水(即8％份的水)置于桶中，在搅拌条件下缓慢加入4％份α-淀粉，然后充分搅拌至其完全溶解，并用复筛网过滤，且必须现配现用；

c、向分散釜中加入总水量3/5的(即36.7％份)水及处理好的5％份复合悬浮剂浆，开启分散釜进行搅拌，调整转速为1200-1500r/min，搅拌5分钟，然后加入预处理好的0.8％份复合粘结剂，搅拌5分钟，最后依次加入0.1％份渗透剂、0.2％份流平剂、0.05％份DL-T201防腐剂、2％份助熔剂、0.15％份消泡剂，搅拌10-15分钟；

d、将分散釜的搅拌速度调至500-600r/min，向分散釜中依次加入粉碎至300-600目的55％份复合耐火骨料，加料完毕后调节转速为1200-1500r/min，分散15-20分钟即得。

实施例3

一种3D打印砂型用水基浸涂涂料，是由以下重量百分比计的复合耐火骨料60％、复合悬浮剂4.5％、复合粘结剂1％、渗透剂0.3％、流平剂0.4％、DL-T201防腐剂0.1％、助熔剂4％、消泡剂0.2％、水29.5％混合配置而成。复合耐火骨料是由锆英粉、锂辉石粉、碳化硅粉、镁铝尖晶石粉、镁铬尖晶石粉、铝铬尖晶石粉中的两种或两种以上按照7:1或7:1:0.5的量混合制备而成。其中，复合悬浮剂是由钠基膨润土、凹凸棒土、聚丙烯酰胺按照1：1的比例混合制备而成。复合粘结剂是由聚乙烯醇、α-淀粉混合制备而成。渗透剂为磺化琥珀酸二辛酯钠盐。流平剂为氟改性的含羟基丙烯酸树脂。助溶剂是由萤石、氧化铁红制成。所述消泡剂为SAF乳液。

一种3D打印砂型用水基浸涂涂料的制备方法，包括以下步骤：

a、复合悬浮剂预处理：在搅拌状态下将3％份膨润土及3％份凹凸棒土与水进行1:1混合，完全分散均匀后，静置12-24小时，制得预处理复合悬浮剂浆；

b、复合粘结剂的预处理：准备4倍聚乙烯醇质量的水(即2％份的水)置于桶中，在搅拌条件下缓慢加入0.5％份聚脂乙烯醇，然后充分搅拌至其完全溶解，并用筛网过滤，且必须现配现用，将2倍α-淀粉质量的水(即8％份的水)置于桶中，在搅拌条件下缓慢加入4％份α-淀粉，然后充分搅拌至其完全溶解，并用复筛网过滤，且必须现配现用；

c、向分散釜中加入总水量3/5的(即29.5％份)水及处理好的4.5％份复合悬浮剂浆，开启分散釜进行搅拌，调整转速为1200-1500r/min，搅拌5分钟，然后加入预处理好的1％份复合粘结剂，搅拌5分钟，最后依次加入0.3％份渗透剂、0.4％份流平剂、0.1％份DL-T201防腐剂、4％份助熔剂、0.2％份消泡剂，搅拌10-15分钟；

d、将分散釜的搅拌速度调至500-600r/min，向分散釜中依次加入粉碎至300-600目的60％份复合耐火骨料，加料完毕后调节转速为1200-1500r/min，分散15-20分钟即得。

实施例4

一种3D打印砂型用水基浸涂涂料，是由以下重量百分比计的复合耐火骨料50％、复合悬浮剂6％、复合粘结剂1％、渗透剂0.2％、流平剂0.6％、DL-T201防腐剂0.2％、助熔剂5％、消泡剂0.3％、水36.7％混合配置而成。复合耐火骨料是由锆英粉、锂辉石粉、碳化硅粉、镁铝尖晶石粉、镁铬尖晶石粉、铝铬尖晶石粉中的两种或两种以上按照7:1或7:1:0.5的量混合制备而成。其中，复合悬浮剂是由钠基膨润土、凹凸棒土、聚丙烯酰胺按照1：1的比例混合制备而成。复合粘结剂是由聚乙烯醇、α-淀粉混合制备而成。渗透剂为磺化琥珀酸二辛酯钠盐。流平剂为氟改性的含羟基丙烯酸树脂。助溶剂是由萤石、氧化铁红制成。所述消泡剂为SAF乳液。

一种3D打印砂型用水基浸涂涂料的制备方法，包括以下步骤：

a、复合悬浮剂预处理：在搅拌状态下将3％份膨润土及3％份凹凸棒土与水进行1:1混合，完全分散均匀后，静置12-24小时，制得预处理复合悬浮剂浆；

b、复合粘结剂的预处理：准备4倍聚乙烯醇质量的水(即2％份的水)置于桶中，在搅拌条件下缓慢加入0.5％份聚脂乙烯醇，然后充分搅拌至其完全溶解，并用筛网过滤，且必须现配现用，将2倍α-淀粉质量的水(即8％份的水)置于桶中，在搅拌条件下缓慢加入4％份α-淀粉，然后充分搅拌至其完全溶解，并用复筛网过滤，且必须现配现用；

c、向分散釜中加入总水量3/5的(即36.7％份)水及处理好的6％份复合悬浮剂浆，开启分散釜进行搅拌，调整转速为1200-1500r/min，搅拌5分钟，然后加入预处理好的1％份复合粘结剂，搅拌5分钟，最后依次加入0.3％份渗透剂、0.6％份流平剂、0.2％份DL-T201防腐剂、5％份助熔剂、0.3％份消泡剂，搅拌10-15分钟；

d、将分散釜的搅拌速度调至500-600r/min，向分散釜中依次加入粉碎至300-600目的50％份复合耐火骨料，加料完毕后调节转速为1200-1500r/min，分散15-20分钟即得。

实施例5

一种3D打印砂型用水基浸涂涂料，是由以下重量百分比计的复合耐火骨料65％、复合悬浮剂4％、复合粘结剂1％、渗透剂0.3％、流平剂0.3％、DL-T201防腐剂0.1％、助熔剂4％、消泡剂0.2％、水25.1％混合配置而成。复合耐火骨料是由锆英粉、锂辉石粉、碳化硅粉、镁铝尖晶石粉、镁铬尖晶石粉、铝铬尖晶石粉中的两种或两种以上按照7:1或7:1:0.5的量混合制备而成。其中，复合悬浮剂是由钠基膨润土、凹凸棒土、聚丙烯酰胺按照1：1的比例混合制备而成。复合粘结剂是由聚乙烯醇、α-淀粉混合制备而成。渗透剂为磺化琥珀酸二辛酯钠盐。流平剂为氟改性的含羟基丙烯酸树脂。助溶剂是由萤石、氧化铁红制成。所述消泡剂为SAF乳液。

一种3D打印砂型用水基浸涂涂料的制备方法，包括以下步骤：

a、复合悬浮剂预处理：在搅拌状态下将3％份膨润土及3％份凹凸棒土与水进行1:1混合，完全分散均匀后，静置12-24小时，制得预处理复合悬浮剂浆；

b、复合粘结剂的预处理：准备4倍聚乙烯醇质量的水(即2％份的水)置于桶中，在搅拌条件下缓慢加入0.5％份聚脂乙烯醇，然后充分搅拌至其完全溶解，并用筛网过滤，且必须现配现用，将2倍α-淀粉质量的水(即8％份的水)置于桶中，在搅拌条件下缓慢加入4％份α-淀粉，然后充分搅拌至其完全溶解，并用复筛网过滤，且必须现配现用；

c、向分散釜中加入总水量3/5的(即25.1％份)水及处理好的4％份复合悬浮剂浆，开启分散釜进行搅拌，调整转速为1200-1500r/min，搅拌5分钟，然后加入预处理好的1％份复合粘结剂，搅拌5分钟，最后依次加入0.3％份渗透剂、0.3％份流平剂、0.1％份DL-T201防腐剂、4％份助熔剂、0.2％份消泡剂，搅拌10-15分钟；

d、将分散釜的搅拌速度调至500-600r/min，向分散釜中依次加入粉碎至300-600目的65％份复合耐火骨料，加料完毕后调节转速为1200-1500r/min，分散15-20分钟即得。

Claims (10)

1.一种3D打印砂型用水基浸涂涂料，其特征在于：由以下重量百分比计的复合耐火骨料50-75％、复合悬浮剂3-6％、复合粘结剂0.8-1.2％、渗透剂0.1-0.5％、流平剂0.2-0.6％、DL-T201防腐剂0.05-0.2％、助熔剂2-5％、消泡剂0.1-0.3％、水25-38％混合配置而成。

2.根据权利要求1所述一种3D打印砂型用水基浸涂涂料，其特征在于：是由以下重量百分比计的复合耐火骨料60％、复合悬浮剂4.5％、复合粘结剂1％、渗透剂0.3％、流平剂0.4％、DL-T201防腐剂0.1％、助熔剂4％、消泡剂0.2％、水29.5％混合配置而成。

3.根据权利要求1或2所述一种3D打印砂型用水基浸涂涂料，其特征在于：所述复合耐火骨料是由锆英粉、锂辉石粉、碳化硅粉、镁铝尖晶石粉、镁铬尖晶石粉、铝铬尖晶石粉中的两种或两种以上按照7:1或7:1:0.5的量混合制备而成。

4.根据权利要求1或2所述一种3D打印砂型用水基浸涂涂料，其特征在于：所述复合悬浮剂是由钠基膨润土、凹凸棒土、聚丙烯酰胺、海藻酸钠中的两种或两种以上按照1：1的比例混合制备而成。

5.根据权利要求1或2所述一种3D打印砂型用水基浸涂涂料，其特征在于：所述复合粘结剂是由聚乙烯醇、α-淀粉、磷酸盐中的两种或两种以上混合制备而成。

6.根据权利要求1或2所述一种3D打印砂型用水基浸涂涂料，其特征在于：所述渗透剂为磺化琥珀酸二辛酯钠盐。

7.根据权利要求1或2所述一种3D打印砂型用水基浸涂涂料，其特征在于：所述流平剂为氟改性的含羟基丙烯酸树脂。

8.根据权利要求1或2所述一种3D打印砂型用水基浸涂涂料，其特征在于：所述助溶剂是由萤石、氧化铁红制成。

9.根据权利要求1或2所述一种3D打印砂型用水基浸涂涂料，其特征在于：所述消泡剂为SAF乳液、CSE乳液中的一种或两种。

10.一种3D打印砂型用水基浸涂涂料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

a、复合悬浮剂预处理：在搅拌状态下将膨润土及凹凸棒土、聚丙烯酰胺、海藻酸钠与水进行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、复合粘结剂的预处理：准备4倍聚乙烯醇质量的水置于桶中，在搅拌条件下缓慢加入聚脂乙烯醇，然后充分搅拌至其完全溶解，并用筛网过滤，且必须现配现用，将2倍α-淀粉质量的水置于桶中，在搅拌条件下缓慢加入α-淀粉，然后充分搅拌至其完全溶解，并用复筛网过滤，且必须现配现用；

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，开启分散釜进行搅拌，调整转速为1200-1500r/min，搅拌5分钟，然后加入预处理好的复合粘结剂，搅拌5分钟，最后依次加入渗透剂、防腐剂、助熔剂、流平剂和消泡剂，搅拌10-15分钟；

d、将分散釜的搅拌速度调至500-600r/min，向分散釜中依次加入粉碎至300-600目的复合耐火骨料，加料完毕后调节转速为1200-1500r/min，分散15-20分钟；

e、最后，用水调波美度，将波美度控制在70-80出料包装。