CN109746382A - 一种三维打印用覆膜砂及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种三维打印用覆膜砂及其制备方法，覆膜砂由以下重量份的原料制备而成：铬铁矿砂70～250份、硅酸铝砂7～25份、锆砂7～25份、耐火微粒8～16份、氢氧化镁4～8份、硬脂酸钙0.2～1份、硬脂酸镁0.2～1份、粘结剂5～15份、增强剂4～8份、溃散剂4～8份、固化剂1～10份。本发明的三维打印用覆膜砂，通过加入硅酸铝砂、锆砂、耐火微粒和氢氧化镁阻燃剂，提高了覆膜砂的耐高温性和稳定性，使制得的覆膜砂在3300℃时仍未出现融化现象，而市售普通覆膜砂在2750℃已经完全融化。同时加入硬脂酸钙、硬脂酸镁、增强剂、溃散剂，与铬铁矿砂、硅酸铝砂、锆砂结合，显著提高了覆膜砂的流动性、透气性和强度。

Description

一种三维打印用覆膜砂及其制备方法

技术领域

本发明涉及一种覆膜砂，具体地说是涉及一种三维打印用覆膜砂及其制备方法。

背景技术

砂型铸造是个古老的生产技术，几千年来一直是生产铸件的主导工艺。近些年来，随着科技进步，增材制造、数字化制造正逐步进入传统制造领域。其中，利用三维打印(简称3D打印)铸造砂型，可以实现无模铸造，极大地缩短了铸造周期并提高了铸件尺寸精度，实现了数字化制造。

覆膜砂在三维打印中用来造型的材料。覆膜砂一般有铸造用原砂、型砂粘结剂和辅加物等造型材料按一定的比例混合而成。覆膜砂按所用粘结剂不同，可分为粘土砂、水玻璃砂、水泥砂、树脂砂等。以粘土砂、水玻璃砂及树脂砂用的最多。覆膜砂在铸造生产中的作用极其重要，因覆膜砂的质量不好而造成的铸件废品约占铸件总废品的30～50％。通常对覆膜砂的要求是：具有较高的强度和热稳定性，以承受各种外力和高温的作用；良好的流动性，即覆膜砂在外力或本身重力作用下砂粒间相互移动的能力；一定的可塑性，即覆膜砂在外力作用下变形，当外力去除后能保持所给予的形状的能力；较好的透气性，即覆膜砂孔隙透过气体的能力；高的溃散性，又称出砂性，即在铸件凝固后覆膜砂是否容易破坏，是否容易从铸件上清除的性能。

目前常规的覆膜砂由于在高温时的热稳定性差、强度低，只适用于相对温度不是太高的成型技术，对于特殊要求类，需要高温融化再进行成型或对于高精密度的铸件，难以实现有效利用。公开号为CN105234342A的发明专利中提供了一种耐高温高强度覆膜砂及其制备方法，通过加入短切玻璃纤维增强相，来加倍提高酚醛树脂粘结桥的热稳定性和强度，进而提高覆膜砂的耐热性能。但该方案制得的覆膜砂所能承受的高温能力有限，仍不能满足部分特殊产品的需求。

发明内容

为此，本发明所要解决的技术问题在于克服现有覆膜砂热稳定性差、强度低等技术瓶颈，开发一种耐高温性能强、产品精密度高、不易变形的耐高温三维打印用覆膜砂及其制备方法。

本发明的目的是通过以下技术方案实现的：

一种三维打印用覆膜砂，由以下重量份的原料配制而成：铬铁矿砂70～250份、硅酸铝砂7～25份、锆砂7～25份、耐火微粒8～16份、氢氧化镁4～8份、硬脂酸钙0.2～1份、硬脂酸镁0.2～1份、粘结剂5～15份、增强剂4～8份、溃散剂4～8份、固化剂1～10份。

优选地，所述覆膜砂的粒度为150～300目；

优选地，所述铬铁矿砂、硅酸铝砂、锆砂的比例为10∶1∶1；

优选地，所述铬铁矿砂的粒度为50～200目；

优选地，所述硅酸铝砂的粒度为50～150目；

优选地，所述锆砂的粒度为50～150目；

优选地，所述耐火微粒的组成成分及其重量份比例为：铬铁矿砂20～30份、顽辉石砂10～20份、耐火纤维4～10份、石墨粉4～10份；

优选地，所述耐火微粒的组成成分及其重量份比例为：铬铁矿砂25份、顽辉石砂15份、耐火纤维7份、石墨粉7份；

优选地，所述粘结剂为环氧树脂粘结剂、聚氨酯粘结剂、丙烯酸粘结剂、丙烯酸聚氨酯厌气性粘结剂中的至少一种。

优选地，所述增强剂为DH-1增强剂、DH-2增强剂、DH-5增强剂、DH-6增强剂中的至少一种。

优选地，所述溃散剂为WK型溃散剂、LK型溃散剂、JDM型溃散剂、JDA型溃散剂中的至少一种。

优选地，所述固化剂为二氨基环己烷固化剂、二氨基二苯基甲烷固化剂、130改性固化剂、592改性固化剂中的至少一种。

本发明还涉及所述覆膜砂的制备方法，包括以下步骤：

(1)将铬铁矿砂、硅酸铝砂、锆砂加入混砂机中进行低速搅拌，搅拌转速为300～600rpm；

(2)搅拌过程中混砂机进行加热升温，当温度升至100～200℃时停止加热并保持恒温1～4h，然后加入耐火微粒，并开启高速搅拌，高速搅拌转速为600-1000rpm；

(3)从混砂机的加料口喷洒氢氧化镁至上述混合物料中，喷洒完毕后再搅拌5～10min，之后调节搅拌转速至300～400rpm，当物料温度降至100-200℃时，依次加入硬脂酸钙、硬脂酸镁、粘结剂、增强剂、溃散剂、固化剂，加料完全后再搅拌10～20min；

(4)待混合物料冷却至室温后取出，粉碎成粒径大小为150～300目的颗粒，包装，即为三维打印用覆膜砂。

与现有技术相比，本发明具有如下的有益效果：

(1)本发明的三维打印用覆膜砂中，含有良好导热散热效果的硅酸铝砂、锆砂，同时制备过程中添加有耐火微粒和氢氧化镁阻燃剂，提高了覆膜砂的耐高温性能，能够确保覆膜砂耐火性的持久，使得本发明制得的覆膜砂在3300℃时仍未出现融化现象，而市售普通覆膜砂在2750℃已经完全融化。

(2)本发明的三维打印用覆膜砂中，加入了硬脂酸钙、硬脂酸镁、增强剂、溃散剂，与铬铁矿砂、硅酸铝砂、锆砂结合，显著提高了覆膜砂的流动性、透气性和强度，且性质稳定，利用该覆膜砂可以打印微小零部件，且产品强度好、精度高。

具体实施方式

下面将结合具体实验数据，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。

以下实施例提供了一种三维打印用覆膜砂，所述覆膜砂包括以下重量份的组分：铬铁矿砂70～250份、硅酸铝砂7～25份、锆砂7～25份、耐火微粒8～16份、氢氧化镁4～8份、硬脂酸钙0.2～1份、硬脂酸镁0.2～1份、粘结剂5～15份、增强剂4～8份、溃散剂4～8份、固化剂1～10份。

所述覆膜砂的粒度为150～300目；

所述铬铁矿砂、硅酸铝砂、锆砂的比例为10∶1∶1；

所述铬铁矿砂的粒度为50～200目；

所述硅酸铝砂的粒度为50～150目；

所述锆砂的粒度为50～150目；

所述耐火微粒的组成成分及其重量份比例为：铬铁矿砂20～30份、顽辉石砂10～20份、耐火纤维4～10份、石墨粉4～10份；

所述耐火微粒的组成成分及其重量份比例为：铬铁矿砂25份、顽辉石砂15份、耐火纤维7份、石墨粉7份；

所述粘结剂为环氧树脂粘结剂、聚氨酯粘结剂、丙烯酸粘结剂、丙烯酸聚氨酯厌气性粘结剂中的至少一种。

所述增强剂为DH-1增强剂、DH-2增强剂、DH-5增强剂、DH-6增强剂中的至少一种。

所述溃散剂为WK型溃散剂、LK型溃散剂、JDM型溃散剂、JDA型溃散剂中的至少一种。

所述固化剂为二氨基环己烷固化剂、二氨基二苯基甲烷固化剂、130改性固化剂、592改性固化剂中的至少一种。

实施例1

本实施例提供了用于三维打印的覆膜砂，其重量份组成为：铬铁矿砂70份、硅酸铝砂7份、锆砂7份、耐火微粒16份、氢氧化镁8份、硬脂酸钙0.2份、硬脂酸镁0.2份、环氧树脂粘结剂5份、DH-6增强剂4份、JDA型溃散剂4份、592改性固化剂1份；耐火微粒的组成成分及其重量份比例为：铬铁矿砂20份、顽辉石砂20份、耐火纤维4份、石墨粉10份。

本实施例中三维打印用覆膜砂，通过以下步骤制备：

(1)将铬铁矿砂、硅酸铝砂、锆砂加入混砂机中进行低速搅拌，搅拌转速为300rpm；

(2)搅拌过程中混砂机进行加热升温，当温度升至100℃时停止加热并保持恒温1h，然后加入耐火微粒，并开启高速搅拌，高速搅拌转速为600rpm；

(3)从混砂机的加料口喷洒氢氧化镁至上述混合物料中，喷洒完毕后再搅拌10min，之后调节搅拌转速至300rpm，当物料温度降至100℃时，依次加入硬脂酸钙、硬脂酸镁、粘结剂、增强剂、溃散剂、固化剂，加料完全后再搅拌10min；

(4)待混合物料冷却至室温后取出，粉碎成粒径大小为300目的颗粒，包装，即为三维打印用覆膜砂。

实施例2

本实施例提供了用于三维打印的覆膜砂，其重量份组成为：铬铁矿砂250份、硅酸铝砂25份、锆砂25份、耐火微粒8份、氢氧化镁4份、硬脂酸钙1份、硬脂酸镁1份、聚氨酯粘结剂15份、DH-2增强剂8份、WK型溃散剂8份、二氨基环己烷固化剂10份；耐火微粒的组成成分及其重量份比例为：铬铁矿砂30份、顽辉石砂10份、耐火纤维10份、石墨粉4份。

本实施例中三维打印用覆膜砂，通过以下步骤制备：

(1)将铬铁矿砂、硅酸铝砂、锆砂加入混砂机中进行低速搅拌，搅拌转速为600rpm；

(2)搅拌过程中混砂机进行加热升温，当温度升至200℃时停止加热并保持恒温4h，然后加入耐火微粒，并开启高速搅拌，高速搅拌转速为1000rpm；

(3)从混砂机的加料口喷洒氢氧化镁至上述混合物料中，喷洒完毕后再搅拌5min，之后调节搅拌转速至400rpm，当物料温度降至200℃时，依次加入硬脂酸钙、硬脂酸镁、粘结剂、增强剂、溃散剂、固化剂，加料完全后再搅拌20min；

(4)待混合物料冷却至室温后取出，粉碎成粒径大小为150目的颗粒，包装，即为三维打印用覆膜砂。

实施例3

本实施例提供了用于三维打印的覆膜砂，其重量份组成为：铬铁矿砂160份、硅酸铝砂16份、锆砂16份、耐火微粒12份、氢氧化镁6份、硬脂酸钙0.6份、硬脂酸镁0.6份、丙烯酸粘结剂10份、DH-5增强剂6份、LK型溃散剂6份、二氨基二苯基甲烷固化剂5.5份；耐火微粒的组成成分及其重量份比例为：铬铁矿砂25份、顽辉石砂15份、耐火纤维7份、石墨粉7份。

本实施例中三维打印用覆膜砂，通过以下步骤制备：

(1)将铬铁矿砂、硅酸铝砂、锆砂加入混砂机中进行低速搅拌，搅拌转速为450rpm；

(2)搅拌过程中混砂机进行加热升温，当温度升至150℃时停止加热并保持恒温2.5h，然后加入耐火微粒，并开启高速搅拌，高速搅拌转速为800rpm；

(3)从混砂机的加料口喷洒氢氧化镁至上述混合物料中，喷洒完毕后再搅拌7.5min，之后调节搅拌转速至350rpm，当物料温度降至150℃时，依次加入硬脂酸钙、硬脂酸镁、粘结剂、增强剂、溃散剂、固化剂，加料完全后再搅拌15min；

(4)待混合物料冷却至室温后取出，粉碎成粒径大小为225目的颗粒，包装，即为三维打印用覆膜砂。

实施例4

本实施例提供了用于三维打印的覆膜砂，其重量份组成为：铬铁矿砂200份、硅酸铝砂20份、锆砂20份、耐火微粒10份、氢氧化镁5份、硬脂酸钙0.5份、硬脂酸镁0.5份、丙烯酸聚氨酯厌气性粘结剂10份、DH-1增强剂5份、JDM型溃散剂5份、130改性固化剂5份；耐火微粒的组成成分及其重量份比例为：铬铁矿砂25份、顽辉石砂15份、耐火纤维7份、石墨粉7份。

本实施例中三维打印用覆膜砂，通过以下步骤制备：

(1)将铬铁矿砂、硅酸铝砂、锆砂加入混砂机中进行低速搅拌，搅拌转速为500rpm；

(2)搅拌过程中混砂机进行加热升温，当温度升至120℃时停止加热并保持恒温2h，然后加入耐火微粒，并开启高速搅拌，高速搅拌转速为800rpm；

(3)从混砂机的加料口喷洒氢氧化镁至上述混合物料中，喷洒完毕后再搅拌6min，之后调节搅拌转速至300rpm，当物料温度降至150℃时，依次加入硬脂酸钙、硬脂酸镁、粘结剂、增强剂、溃散剂、固化剂，加料完全后再搅拌10min；

(4)待混合物料冷却至室温后取出，粉碎成粒径大小为200目的颗粒，包装，即为三维打印用覆膜砂。

对比例1

本对比例提供了用于三维打印的覆膜砂，其重量份组成为：铬铁矿砂200份、耐火微粒3份、氢氧化镁2份、硬脂酸钙0.5份、硬脂酸镁0.5份、丙烯酸粘结剂10份、DH-5增强剂3份、LK型溃散剂3份、二氨基二苯基甲烷固化剂3份；耐火微粒的组成成分及其重量份比例为：铬铁矿砂10份、顽辉石砂5份、耐火纤维3份、石墨粉3份。

本实施例中三维打印用覆膜砂，通过以下步骤制备：

(1)将铬铁矿砂加入混砂机中进行低速搅拌，搅拌转速为100rpm；

(2)搅拌过程中混砂机进行加热升温，当温度升至150℃时停止加热并保持恒温2h，然后加入耐火微粒，并开启高速搅拌，高速搅拌转速为800rpm；

(3)从混砂机的加料口喷洒氢氧化镁至上述混合物料中，喷洒完毕后再搅拌3min，之后调节搅拌转速至300rpm，当物料温度降至150℃时，依次加入硬脂酸钙、硬脂酸镁、粘结剂、增强剂、溃散剂、固化剂，加料完全后再搅拌10min；

(4)待混合物料冷却至室温后取出，粉碎成粒径大小为200目的颗粒，包装，即为三维打印用覆膜砂。

对比例2

本实施例提供了用于三维打印的覆膜砂，其重量份组成为：铬铁矿砂200份、锆砂20份、氢氧化镁2份、硬脂酸钙0.5份、硬脂酸镁0.5份、丙烯酸粘结剂10份、LK型溃散剂3份、二氨基二苯基甲烷固化剂3份；耐火微粒的组成成分及其重量份比例为：铬铁矿砂10份、顽辉石砂5份、耐火纤维3份、石墨粉3份。

本实施例中三维打印用覆膜砂，通过以下步骤制备：

(1)将铬铁矿砂加入混砂机中进行低速搅拌，搅拌转速为200rpm；

(2)搅拌过程中混砂机进行加热升温，当温度升至150℃时停止加热并保持恒温2h，然后加入耐火微粒，并开启高速搅拌，高速搅拌转速为800rpm；

(3)从混砂机的加料口喷洒氢氧化镁至上述混合物料中，喷洒完毕后再搅拌5min，之后调节搅拌转速至300rpm，当物料温度降至150℃时，依次加入硬脂酸钙、硬脂酸镁、粘结剂、增强剂、溃散剂、固化剂，加料完全后再搅拌15min；

(4)待混合物料冷却至室温后取出，粉碎成粒径大小为200目的颗粒，包装，即为三维打印用覆膜砂。

效果验证：

将实施例1-4及对比例1-2中制得的覆膜砂进行性能测试，其中将各实施例及对比例中的覆膜砂制备成铸膜件进行强度测试，测试结果如表1所示。

表1

本发明具体应用途径很多，以上所述仅是本发明的优选实施方式。应当指出，以上实施例仅用于说明本发明，而并不用于限制本发明的保护范围。对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进，这些改进也应视为本发明的保护范围。

Claims (8)

1.一种三维打印用覆膜砂，其特征在于，所述覆膜砂包括以下重量份的原料组分：铬铁矿砂70～250份、硅酸铝砂7～25份、锆砂7～25份、耐火微粒8～16份、氢氧化镁4～8份、硬脂酸钙0.2～1份、硬脂酸镁0.2～1份、粘结剂5～15份、增强剂4～8份、溃散剂4～8份、固化剂1～10份。

2.如权利要求1所述的三维打印用覆膜砂，其特征在于，所述覆膜砂的粒度为150～300目。

3.如权利要求1所述的三维打印用覆膜砂，其特征在于，所述铬铁矿砂、硅酸铝砂、锆砂的比例为10：1：1。

4.如权利要求1所述的三维打印用覆膜砂，其特征在于，所述铬铁矿砂的粒度为50～200目。

5.如权利要求1所述的三维打印用覆膜砂，其特征在于，所述硅酸铝砂的粒度为50～150目。

6.如权利要求1所述的三维打印用覆膜砂，其特征在于，所述锆砂的粒度为50～150目。

7.如权利要求1所述的三维打印用覆膜砂，其特征在于，所述耐火微粒的组成成分及其重量份比例为：铬铁矿砂20～30份、顽辉石砂10～20份、耐火纤维4～10份、石墨粉4～10份。

8.一种制备权利要求1-7中任一项所述的三维打印用覆膜砂的方法，其特征在于，包括以下步骤：

（1）将铬铁矿砂、硅酸铝砂、锆砂加入混砂机中进行低速搅拌，搅拌转速为300～600rpm；

（2）搅拌过程中混砂机进行加热升温，当温度升至100～200℃时停止加热并保持恒温1～4h，然后加入耐火微粒，并开启高速搅拌，高速搅拌转速为600-1000rpm；

（3）从混砂机的加料口喷洒氢氧化镁至上述混合物料中，喷洒完毕后再搅拌5～10min，之后调节搅拌转速至300～400rpm，当物料温度降至100-200℃时，依次加入硬脂酸钙、硬脂酸镁、粘结剂、增强剂、溃散剂、固化剂，加料完全后再搅拌10～20min；

（4）待混合物料冷却至室温后取出，粉碎成粒径大小为150～300目的颗粒，包装，即为三维打印用覆膜砂。