CN112916793B - 一种用于选择性激光烧结成形的轻质保温覆膜材料及其制备方法 - Google Patents

一种用于选择性激光烧结成形的轻质保温覆膜材料及其制备方法 Download PDF

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Abstract

一种用于选择性激光烧结成形的轻质保温覆膜材料及其制备方法，包含粉煤灰漂珠、复合粘结剂、复合粘结剂、偶联剂、固化剂、润滑剂。步骤：1)将130～150℃粉煤灰漂珠及室温的复合粘结剂颗粒相继倒入混砂机中，搅拌均匀后，加入硅烷偶联剂。2)当漂珠温度下降至90～115℃时，加入乌洛托品溶液。3)当漂珠温度在75～90℃时，加入硬脂酸钙。4)当上述混料温度在40～50℃时，出料并破碎，经过筛分后获得目标粒径的覆膜粉末。本发明提供覆膜材料具有耐高温、低导热系数、低体积密度及高比强度等特点，采用粉煤灰中的漂珠作为轻质材料研发的原料，材料来源广泛，实现废弃污染物再利用；并且在打印制造异形铸造保温冒口或打印制造轻质文化创意产品的领域上具有重要的应用价值。

Description

一种用于选择性激光烧结成形的轻质保温覆膜材料及其制备 方法
技术领域
本发明属于新型材料领域，涉及一种选择性激光烧结用轻质保温覆膜材料及其制备方法。
背景技术
粉煤灰是火力发电厂煤燃烧后烟气中收捕下来的固体废弃物，我国电厂每年排放大量粉煤灰，约年产3～5亿吨，其重复使用率很低，且主要限于道路工程、建筑材料、采空区回填等方面，其余大部分被堆积废弃，造成环境污染废渣废灰的处理耗费巨大的社会资源，产生的环境污染负面效应则更是亟需解决的问题。其中，漂珠是粉煤灰中的一种空心陶瓷颗粒，其具有比表面积大、质轻、细度均一、耐高温、耐酸碱、高比刚度、高比强度等优良特性，可以作为一种良好的轻质载体材料，漂珠也被称为“城市矿产”，它的工程价值还尚未被充分的挖掘。长期以来，漂珠主要的用途如生产水泥、隔音板等建筑材料，作为吸附剂处理污水防治噪声，制作耐火砖、铸造保温冒口以及耐火保温隔热材料等。
选择性激光烧结(Selective Laser Sintering,SLS)是3D打印技术中的研究及应用较为火热的一种，在汽车、航天、模具制造及铸造等领域有着广泛的应用。该技术是采用激光为热源对粉体材料进行扫描烧结，可实现复杂结构的快速成形。虽然SLS技术适用的材料种类非常广泛，具有满足不同使用需求的潜力。然而，目前真正能在SLS技术中得到广泛应用的材料仍然十分缺乏，尤其是轻质保温材料方面的研究及应用鲜有报道。
因此，围绕漂珠研究一种可用于SLS制造轻质保温冒口的覆膜粉体材料，既可以实现复杂形状保温冒口的SLS制备，又可以消耗电厂副产品，是一种节能减排、绿色制造的有效途径，对SLS轻质材料研发及应用有着重要指导意义。
发明内容
本发明目的在与提供一种选择性激光烧结用轻质保温覆膜材料，其SLS成形件质量较轻、强度较高、耐火度较高、保温性较好，可用于成形大尺寸及具有精细复杂结构的轻质保温样件。本发明还提供了该轻质保温覆膜材料的制备方法。
为了达到上述目的，本发明采用的技术方案为：
一种用于选择性激光烧结成形的轻质保温覆膜材料，包括轻质保温骨料、复合粘结剂、偶联剂、固化剂、润滑剂。
所述轻质保温骨料为粉煤灰漂珠，粒径为100～200目。
所述复合粘结剂由快聚合中强度酚醛树脂和慢聚合高强度酚醛树脂复合而成，其中，所述快聚合中强度酚醛树脂为PF-1171、慢聚合高强度酚醛树脂为PF-1350，快聚合中强度酚醛树脂和慢聚合高强度酚醛树脂的质量比为3:2。
所述的偶联剂为硅烷偶联剂HK550。
所述固化剂为乌洛托品。
所述的润滑剂为硬脂酸钙。
以轻质保温覆膜材料100％计：所述复合粘结剂的质量为轻质保温骨料质量的10～30％，所述偶联剂为复合粘结剂的质量的5～10％，所述固化剂为复合粘结剂质量的15～20％，所述润滑剂为复合粘结剂质量的4～7％，其余为轻质保温骨料。
一种用于选择性激光烧结成形的轻质保温覆膜材料的制备方法，包括以下步骤：
1)先将漂珠加热至130～150℃，再将130～150℃温度的粉煤灰漂珠(热塑性酚醛树脂颗粒在130-150℃时会熔融，与漂珠混合可以使熔融树脂包覆漂珠表面)及室温的复合粘结剂颗粒相继倒入混砂机中，并开始搅拌，搅拌速度为100～140r/min，待搅拌10～15s后，加入硅烷偶联剂。利用漂珠的热量将树脂熔融，通过搅拌使其均匀包覆在漂珠表面。
2)当漂珠温度下降至90～115℃时，加入乌洛托品溶液；
3)当漂珠温度在75～90℃时，加入硬脂酸钙；
4)当上述混料温度在40～50℃时，出料并破碎，经过筛分后获得目标粒径的覆膜粉末。
进一步的，本发明采用插入式的热电偶检测漂珠温度、混料温度。
所述该覆膜粉末能用于选择性激光烧结成形，该材料特征是在漂珠颗粒表面包覆有少量的热塑性酚醛树脂，在选择性激光烧结过程中，激光热作用可以将树脂熔融粘接，使漂珠颗粒通过树脂而相互粘接成形，由于该覆膜材料的主体成分为耐高温、低导热系数、低密度的粉煤灰漂珠，所以，该材料与SLS技术结合，相比于传统简单结构的保温冒口来说，可实现任意复结构的保温冒口制造。
本发明的有益效果为：本发明提供的选择性激光烧结用轻质保温覆膜材料具有耐高温、低导热系数、低体积密度及高比强度等特点，采用粉煤灰中的漂珠作为轻质材料研发的原料，材料来源广泛，实现了废弃污染物再利用，对经济发展及环境保护有着重要意义，并且在打印制造异形铸造保温冒口或打印制造轻质文化创意产品的领域上具有重要的应用价值。
具体实施方式
以下结合具体实施例对本发明做进一步说明。
实施例1：
准备具有以下质量的原材料：漂珠10000g，快聚合中强度酚醛树脂600g，慢聚合高强度酚醛树脂400g，硅烷偶联剂50g，乌洛托品150g，硬脂酸钙40g。
轻质保温覆膜材料的制备步骤如下：
(1)将130℃的漂珠及室温的复合粘结剂颗粒相继倒入混砂机中，开始搅拌，搅拌速度为100r/min。搅拌10s后，再加入硅烷偶联剂；
(2)检测漂珠温度下降至90℃时，加入乌洛托品溶液；
(3)检测漂珠温度下降至75℃时，加入硬脂酸钙；
(4)当混料温度下降至40℃时，出料并破碎，经过筛分后获得轻质保温覆膜粉末。
采用选择性激光烧结技术对该粉末进行力学性能测试样件的烧结成形并对其进行常规SLS后处理加热强化。经实验测试，其常温抗弯强度约为0.95MPa，体积密度约为0.48g/cm3，导热系数约为0.116W/m·K(307K)，因此，该覆膜粉末可用于SLS打印异形结构且具有轻质保温的产品。
实施例2：
本实施案例与实施案例1的区别在于原材料的配比及制备工艺参数不同：
准备具有以下质量的原材料：漂珠10000g，快聚合中强度酚醛树脂1200g，慢聚合高强度酚醛树脂800g，硅烷偶联剂140g，乌洛托品340g，硬脂酸钙110g。
轻质保温覆膜材料的制备步骤如下：
(1)将140℃的漂珠及室温的复合粘结剂颗粒相继倒入混砂机中，开始搅拌，搅拌速度为120r/min。搅拌13s后，再加入硅烷偶联剂；
(2)检测漂珠温度下降至103℃时，加入乌洛托品溶液；
(3)检测漂珠温度下降至82℃时，加入硬脂酸钙；
(4)当混料温度下降至45℃时，出料并破碎，经过筛分后获得轻质保温覆膜粉末。
采用选择性激光烧结技术对该粉末进行力学性能测试样件的烧结成形并对其进行常规SLS后处理加热强化。经实验测试，其常温抗弯强度约为3.3MPa，体积密度约为0.53g/cm3，导热系数约为0.134W/m·K(307K)，因此，该覆膜粉末可用于SLS打印异形结构且具有轻质保温的产品。
实施例3：
本实施案例与实施案例1、2的区别在于原材料的配比及制备工艺参数不同：
准备具有以下质量的原材料：漂珠10000g，快聚合中强度酚醛树脂1800g，慢聚合高强度酚醛树脂1200g，硅烷偶联剂300g，乌洛托品600g，硬脂酸钙210g。
轻质保温覆膜材料的制备步骤如下：
(1)将150℃的漂珠及室温的复合粘结剂颗粒相继倒入混砂机中，开始搅拌，搅拌速度为140r/min。搅拌15s后，再加入硅烷偶联剂；
(2)检测漂珠温度下降至115℃时，加入乌洛托品溶液；
(3)检测漂珠温度下降至90℃时，加入硬脂酸钙；
(4)当混料温度下降至50℃时，出料并破碎，经过筛分后获得轻质保温覆膜粉末。
采用选择性激光烧结技术对该粉末进行力学性能测试样件的烧结成形并对其进行常规SLS后处理加热强化。经实验测试，其常温抗弯强度约为3.4MPa，体积密度约为0.57g/cm3，导热系数约为0.138W/m·K(307K)，因此，该覆膜粉末可用于SLS打印异形结构且具有轻质保温的产品。
以上所述实施例仅表达本发明的实施方式，但并不能因此而理解为对本发明专利的范围的限制，对于本领域的技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些均属于本发明的保护范围。

Claims (2)

1.一种用于选择性激光烧结成形的轻质保温覆膜材料，其特征在于，所述的轻质保温覆膜材料包括轻质保温骨料、复合粘结剂、偶联剂、固化剂、润滑剂；
所述轻质保温骨料为粉煤灰漂珠，粒径为100~200目；
所述复合粘结剂由快聚合中强度酚醛树脂和慢聚合高强度酚醛树脂复合而成，其中，所述快聚合中强度酚醛树脂为PF-1171、慢聚合高强度酚醛树脂为PF-1350，快聚合中强度酚醛树脂和慢聚合高强度酚醛树脂的质量比为3:2；
所述的偶联剂为硅烷偶联剂KH550；
所述固化剂为乌洛托品；
所述的润滑剂为硬脂酸钙；
以轻质保温覆膜材料100%计：所述复合粘结剂的质量为轻质保温骨料质量的10~30%，所述偶联剂为复合粘结剂的质量的5~10%，所述固化剂为复合粘结剂质量的15~20%，所述润滑剂为复合粘结剂质量的4~7%，其余为轻质保温骨料。
2.权利要求1所述的一种用于选择性激光烧结成形的轻质保温覆膜材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
1）将130~150℃温度的粉煤灰漂珠及室温的复合粘结剂颗粒相继倒入混砂机中，并开始搅拌，搅拌速度为100~140r/min，待搅拌10~15s后，加入硅烷偶联剂，复合粘结剂能够均匀包覆在漂珠表面；
2）当漂珠温度下降至90~115℃时，加入乌洛托品溶液；
3）当漂珠温度在75~90℃时，加入硬脂酸钙；
4）当上述混料温度在40~50℃时，出料并破碎，经过筛分后获得目标粒径的覆膜粉末；所述覆膜粉末在漂珠颗粒表面包覆有热塑性酚醛树脂，能够用于选择性激光烧结成形。
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