CN109553435A - 一种3d打印机用石英砂的制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种3D打印机用石英砂的制备方法，包括以下步骤：1)去杂烘干：称取石英粉在干燥箱中76‑85℃预热干燥1‑3小时，加入占石英粉质量百分比8‑12％的25％氨水溶液，在65‑75℃下搅拌2‑3小时，过滤出石英粉，烘干干燥；2)选用经去杂烘干的石英粉作为核体，并置于混砂机中；将包覆层混合材料加入至混砂机中，在真空度为0.05‑0.1Mpa，80‑100℃的条件下搅拌2‑3小时后制备得到3D打印机用石英砂。本申请所制得的3D打印机用石英砂表面呈光滑的球形体，其含泥量、比表面积、角形系数明显降低，树脂的加入量少，其发气量低，可减少产生气孔、粘砂等缺陷，避免了打印的钢铸件模具表面的凹槽、多孔和裂纹的特征，所生产的钢铸件的表面光滑，质量好。
Description
技术领域
本发明涉及石英砂应用加工领域，具体涉及一种3D打印机用石英砂的制备方法。
背景技术
天然石英砂是一种作为铸造和压裂支撑剂广泛应用的矿产品材料，因其含有一定量比的二氧化硅和三氧化二铝，在自然界中长期受到地层和自然环境的影响和作用形成了具有一定晶相微观结构的矿物质，其主要晶相微观结构是石英相(包括低石英相、高温石英相等多种结构)，这些晶相微观结构使得石英砂具有较稳定的化学特性和物理特性，如较好的抗酸碱性、较好的硬度和抗压强度、较高的抗高温初始熔化温度和抗烧结性(耐火度)等。更由于天然石英砂开采成本相对较低廉，具有很好的经济性，长期以来是铸造和油气田开采的主要材料之一。
铸铁件采用粘土砂湿型铸造占有主导地位，并能在高生产率条件下生产出近终形铸件，型砂质量直接影响着铸件质量，复杂的砂处理系统影响着型砂性能，生产不同铸件型砂性能处于波动状态。造型及制芯成本占铸件成本的一半，铸件废品中有60％是由造型及制芯因素引起的，铸件焊补缺陷70％与造型、制芯材料有关，清铲工作80％的工作量涉及造型材料。
但是作为铸造应用石英砂仍然存在一定的局限性，由于自然环境开采的石英砂或通过石英砂岩破碎制备的石英砂，其表面具有凸凹不平的粗糙特点，外观属于非球形颗粒物，造成砂粒的比表面积和表面光滑度相对球形颗粒物差，在应用于铸造时的应用性需要进一步改善。
国外非常重视树脂砂生产用的铸造原砂，对胺法冷芯盒工艺用砂的选择更为严格，因为它对提高铸件质量、降低废品率、减少树脂粘结剂的用量、提高芯砂的可使用时间并保持较好的流动性、降低铸件的综合成本等都有很大的作用。冷芯盒工艺要求原砂粒形好、粒度分布好，耗酸值、含泥量、含水量低。
发明内容
针对3D打印模具中型砂的问题，导致打印的钢铸件模具表面呈凹槽、多孔和裂纹的特征，严重影响后期钢铸件的表面光滑度的问题，本发明提供了一种3D打印机用石英砂的制备方法。
本发明采用以下的技术方案：
一种3D打印机用石英砂的制备方法，包括以下步骤：
(1)去杂烘干：称取石英粉在干燥箱中76-85℃预热干燥1-3小时，加入占石英粉质量百分比8-12％的25％氨水溶液，在65-75℃下搅拌2-3小时，过滤出石英粉，烘干干燥；
(2)选用经去杂烘干的石英粉作为核体，并置于混砂机中；将包覆层混合材料加入至混砂机中，在真空度为0.05-0.1Mpa，80-100℃的条件下搅拌2-3小时后制备得到3D打印机用石英砂。
优选地，所述石英粉的粒径为0.15-0.30mm。
优选地，所述烘干干燥的温度为100-150℃。
优选地，所述包覆层混合材料与石英粉的质量比为8-15:100。
优选地，所述包覆层混合材料包括微细颗粒物、硅酸钾、硅酸钠、有机酸和表面改性剂。
优选地，所述微细颗粒物包括氧化铝、二氧化硅、氧化钠、氧化钙、氧化钾、氧化镁、氧化钡和氧化铁。
优选地，所述表面改性剂为γ-甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷偶联剂。
本发明具有的有益效果是：
以天然的石英砂为核体，然后在石英砂表面覆盖一层包覆层混合材料，所制备得到的3D打印机用石英砂呈表面光滑的球形体，其含泥量、比表面积、角形系数明显降低，可减少树脂的加入量，因树脂的加入量相对天然石英砂低，其发气量也会降低，可减少产生气孔、粘砂等缺陷，避免了打印的钢铸件模具表面的凹槽、多孔和裂纹的特征，所生产的钢铸件的表面光滑。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明进行具体的说明：
实施例1
一种3D打印机用石英砂的制备方法，包括以下步骤：
(1)去杂烘干：称取粒径为0.15-0.30mm的石英粉在干燥箱中76℃预热干燥3小时，加入占石英粉质量百分比8％的25％氨水溶液，在65℃下搅拌3小时，过滤出石英粉，150℃温度下烘干干燥；
(2)选用经去杂烘干的石英粉作为核体，并置于混砂机中；将包覆层混合材料加入至混砂机中，包覆层混合材料与石英粉的质量比为8:100，在真空度为0.05Mpa，80℃的条件下搅拌3小时后制备得到3D打印机用石英砂。
其中，所述包覆层混合材料包括微细颗粒物、硅酸钾、硅酸钠、有机酸和表面改性剂。所述微细颗粒物包括氧化铝、二氧化硅、氧化钠、氧化钙、氧化钾、氧化镁、氧化钡和氧化铁。所述表面改性剂为γ-甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷偶联剂。
实施例2
一种3D打印机用石英砂的制备方法，包括以下步骤：
(1)去杂烘干：称取粒径为0.15-0.30mm的石英粉在干燥箱中85℃预热干燥1小时，加入占石英粉质量百分比12％的25％氨水溶液，在75℃下搅拌2小时，过滤出石英粉，100℃温度下烘干干燥；
(2)选用经去杂烘干的石英粉作为核体，并置于混砂机中；将包覆层混合材料加入至混砂机中，包覆层混合材料与石英粉的质量比为15:100，在真空度为0.1Mpa，100℃的条件下搅拌2小时后制备得到3D打印机用石英砂。
其中，所述包覆层混合材料包括微细颗粒物、硅酸钾、硅酸钠、有机酸和表面改性剂。所述微细颗粒物包括氧化铝、二氧化硅、氧化钠、氧化钙、氧化钾、氧化镁、氧化钡和氧化铁。所述表面改性剂为γ-甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷偶联剂。
实施例3
一种3D打印机用石英砂的制备方法，包括以下步骤：
(1)去杂烘干：称取粒径为0.15-0.30mm的石英粉在干燥箱中80℃预热干燥2小时，加入占石英粉质量百分比10％的25％氨水溶液，在70℃下搅拌2.5小时，过滤出石英粉，120℃温度下烘干干燥；
(2)选用经去杂烘干的石英粉作为核体，并置于混砂机中；将包覆层混合材料加入至混砂机中，包覆层混合材料与石英粉的质量比为10:100，在真空度为0.05-0.1Mpa，90℃的条件下搅拌3小时后制备得到3D打印机用石英砂。
其中，所述包覆层混合材料包括微细颗粒物、硅酸钾、硅酸钠、有机酸和表面改性剂。所述微细颗粒物包括氧化铝、二氧化硅、氧化钠、氧化钙、氧化钾、氧化镁、氧化钡和氧化铁。所述表面改性剂为γ-甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷偶联剂。
当然，上述说明并非是对本发明的限制，本发明也并不仅限于上述举例，本技术领域的技术人员在本发明的实质范围内所做出的变化、改型、添加或替换，也应属于本发明的保护范围。
Claims (7)
1.一种3D打印机用石英砂的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)去杂烘干：称取石英粉在干燥箱中76-85℃预热干燥1-3小时，加入占石英粉质量百分比8-12％的25％氨水溶液，在65-75℃下搅拌2-3小时，过滤出石英粉，烘干干燥；
(2)选用经去杂烘干的石英粉作为核体，并置于混砂机中；将包覆层混合材料加入至混砂机中，在真空度为0.05-0.1Mpa，80-100℃的条件下搅拌2-3小时后制备得到3D打印机用石英砂。
2.根据权利要求1所述的一种3D打印机用石英砂的制备方法，其特征在于，所述石英粉的粒径为0.15-0.30mm。
3.根据权利要求1所述的一种3D打印机用石英砂的制备方法，其特征在于，所述烘干干燥的温度为100-150℃。
4.根据权利要求1所述的一种3D打印机用石英砂的制备方法，其特征在于，所述包覆层混合材料与石英粉的质量比为8-15:100。
5.根据权利要求4所述的一种3D打印机用石英砂的制备方法，其特征在于，所述包覆层混合材料包括微细颗粒物、硅酸钾、硅酸钠、有机酸和表面改性剂。
6.根据权利要求5所述的一种3D打印机用石英砂的制备方法，其特征在于，所述微细颗粒物包括氧化铝、二氧化硅、氧化钠、氧化钙、氧化钾、氧化镁、氧化钡和氧化铁。
7.根据权利要求5或6所述的一种3D打印机用石英砂的制备方法，其特征在于，所述表面改性剂为γ-甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷偶联剂。
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