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一种用于3d打印的树脂组合物、3d打印产品及其制备方法和应用 Download PDF

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Abstract

本发明属于3D打印制造技术领域，具体涉及一种用于3D打印的树脂组合物、3D打印产品及其制备方法和应用。该树脂组合物包括以下组分：无氮呋喃树脂、降粘剂、消泡剂、解胶剂、助剂和高分子聚合物。通过无氮呋喃树脂、降粘剂、消泡剂、解胶剂、助剂以及高分子聚合物的相互协同作用，使得该树脂组合物用于3D打印铸造砂型，气味低可改善3D打印环境、降低对喷头底座的腐蚀性可延长喷头的使用期限、发气量低、防潮性能好、喷墨效果好以及制备工艺简单、易于产业化实现等优点。

Description

一种用于3D打印的树脂组合物、3D打印产品及其制备方法和 应用
技术领域
本发明属于3D打印制造技术领域，具体涉及一种用于3D打印的树脂组合物、3D打印产品及其制备方法和应用。
背景技术
目前3D砂型打印用的呋喃树脂为中、低氮呋喃树脂，应用于铸铝件和铸铁件，具有与喷墨打印设备的配合性较好、体系稳定性好、粘度低、砂型强度比较高的优点。但在应用于铸钢、合金钢等产品，浇注时存在发气量大、铸件易产生气孔和针孔、粘砂、清砂工艺繁琐以及会对3D打印设备用喷头底座造成腐蚀导致漏墨现象，缩短喷头的使用寿命至6-10个月，增加打印成本等缺点。
因此，迫切需要开发一种适于3D打印铸钢和合金钢，且向下兼容铸铝、铸铁件，同时能减少对喷头腐蚀的树脂材料。
发明内容
本发明旨在至少解决上述现有技术中存在的技术问题之一。为此，本发明提出一种用于3D打印的树脂组合物、3D打印产品及其制备方法和应用，以改善以上存在的问题。
本发明的第一方面提供一种用于3D打印的树脂组合物，所述树脂组合物包括以下组分：无氮呋喃树脂、降粘剂、消泡剂、解胶剂、助剂和高分子聚合物。
需要说明的是，此处的无氮呋喃树脂并非表示氮含量为0的呋喃树脂，为行业标准JB/T 7526-2008铸造用自硬呋喃树脂中所规定的无氮呋喃树脂，其对应的氮含量为低于0.5%。
在所述树脂组合物中，降粘剂用于急速降低树脂的粘度；消泡剂用于消除气泡、降低树脂的表面张力；解胶剂用于调节树脂的极性，避免出现树脂晶体析出的问题；助剂用于增强3D打印设备中喷头的润湿效果，缓解喷头树脂挥发，防止喷头堵塞的发生；高分子聚合物用于提高树脂的稳定性。
根据本发明的一些实施例，所述无氮呋喃树脂符合以下参数：氮含量为0.1%-0.2%，游离甲醛含量小于0.01%，含水量小于1%；粘度为30-35cps，表面张力为40-45mN/m，电导率小于30μS/cm。
根据本发明的一些实施例，所述降粘剂为烷烃、乙烯基醚或烯丙基醚中的至少一种。
根据本发明的一些实施例，所述烷烃为碳原子数为13-25的直链烷烃或支链烷烃。
根据本发明的一些实施例，所述烷烃为3#白油、5#白油、7#白油、9#白油中的至少一种。优选地，所述烷烃为5#白油。
根据本发明的而一些实施例，所述解胶剂为丙二醇。
根据本发明的一些实施例，所述助剂为十二酸异丙酯、十六酸异丙酯、脂肪酸、(2-乙基己基)酯或辛基十二醇中的至少一种。优选地，所述助剂为十二酸异丙酯。
根据本发明的一些实施例，所述高分子聚合物为聚氢化蓖麻油高分子聚合物或聚蓖麻油高分子聚合物。
根据本发明的一些实施例，按重量份数计，所述树脂组合物包括以下组分：80-90份的无氮呋喃树脂、5-8份的降粘剂、0.03-0.05份的消泡剂、1-2份的解胶剂、1-2份的高分子聚合物和2-3份的助剂。
本发明的第二方面提供上述的树脂组合物的制备方法，所述制备方法包括以下步骤：将所述组分混合，加热，得所述树脂组合物。
根据本发明的一些实施例，所述加热过程中持续进行搅拌，使得树脂混合得更加均匀。
根据本发明的一些实施例，在所述加热后还包括过滤步骤；优选地，采用1μm滤芯（PE材质）进行过滤。
根据本发明的一些实施例，所述加热的温度为50-65℃。优选地，所述加热的温度为60℃。
根据本发明的一些实施例，所述加热的时间为0.5-3h。优选地，所述加热的时间为1-2h。
根据本发明的第三方面提供一种固化剂，该固化剂为上述任一项所述的树脂组合物用的固化剂，所述固化剂为苯磺酸类固化剂。
根据本发明的一些实施例，该固化剂的总酸度为10%-40%。
根据本发明的一些实施例，所述固化剂对应的游离硫酸的含量为0%-15.0%。
根据本发明的一些实施例，所述固化剂在20℃下对应的粘度为30mPa·s。
根据本发明的一些实施例，所述固化剂对应的水含量为24%-32%。
根据本发明的一些实施例，所述固化剂为淡黄色至深棕色的液体，无肉眼可见的不溶物，在零下15℃以上无结晶析出。
根据本发明的一些实施例，所述固化剂符合以下参数：总酸度为15.0%-20.0%；游离硫酸为0%-5.0%；密度为1.15-1.25g/cm3；粘度为小于20mP·s；水含量为28%-32%。
根据本发明的一些实施例，所述固化剂符合以下参数：总酸度为21.0%-28.0%；游离硫酸为5.0%-10.0%；密度为1.20-1.30g/cm3；粘度为小于20mP·s；水含量为26%-30%。
根据本发明的一些实施例，所述固化剂符合以下参数：总酸度为29.0%-35.0%；游离硫酸为10.0%-15.0%；密度为1.25-1.35g/cm3；粘度为小于30mP·s；水含量为24%-28%。
本发明的第四方面提供上述的树脂组合物在铸造砂型产品中的应用。
本发明的第五方面提供一种3D打印产品，所述3D打印产品由上述的树脂组合物制得。
相对于现有技术，本发明的有益效果如下：
（1）本发明的树脂组合物，通过无氮呋喃树脂、降粘剂、消泡剂、解胶剂、助剂以及高分子聚合物的相互协同作用，适于3D打印铸造砂型，对喷头底座的腐蚀性低，可延长喷头的使用寿命；
（2）本发明的树脂组合物应用于3D打印砂模工艺，相应的发气量较低，符合铸钢及合金刚要求；
（3）应用本发明的树脂组合物3D的砂模产品具有更佳的防潮性能，放置一段时间后树脂强度基本不变；
（4）本发明的树脂组合物应用于3D打印设备，具有较好的喷墨效果；
（5）本发明的树脂组合物的制备工艺简单、易于产业化实现。
具体实施方式
为了让本领域技术人员更加清楚明白本发明技术方案，现列举以下实施例进行说明。需要指出的是，以下实施例对本发明要求的保护范围不构成限制作用。
以下实施例中所用的原料、试剂或装置如无特殊说明，均可从常规商业途径得到，或者可以通过现有已知方法得到。
实施例1
本实施例提供一种树脂组合物，按重量份数计，包括87份的无氮呋喃树脂、6.5份的降粘剂、0.03份的消泡剂、2份的解胶剂、2份的高分子聚合物和2.47份的助剂。
具体地，该无氮呋喃树脂满足以下参数：氮含量为0.15%、游离甲醛含量为0.009%、粘度为33cps、表面张力为44mN/m、电导率为27μS/cm；该降粘剂为5#白油；该消泡剂为有机硅消泡剂；该解胶剂为丙二醇；该高分子聚合物为聚氢化蓖麻油高分子聚合物，该助剂为十二酸异丙酯。该树脂组合物的制备方法为，将无氮呋喃树脂、降粘剂、消泡剂、解胶剂、高分子聚合物和助剂混合，加热至60℃，保温1.5h；然后进行冷却；冷却至室温后测量树脂理化参数，并在满足表1的相关要求后经1μm的滤芯过滤，得该树脂组合物。
表1树脂组合物各理化参数的测量标准
主要技术指标 标准值
常温抗拉强度（MPa） ≥1.2
密度g/cm3 （25 ℃） 1.10～1.25
PH值（25℃） 6.5～7.5
粘度 mPa﹒s （25 ℃） 6.0～15.0
氮含量（质量分数，%） ≤0.5
游离甲醛（质量分数，%） ≤0.3
水分（质量分数，%） ≤2.0
杂质含量（质量分数，%） ≤0.1
电导率us/cm (25 ℃) ≤30
表面张力mN/m (20 ℃) ≤45
发气量ml/g ≤15
外观 红色至棕红色透明均匀液体
该树脂组合物用的固化剂为苯磺酸类固化剂，满足以下参数：总酸度为21.0%-28.0%；游离硫酸含量为5.0%-10.0%；密度为1.20-1.30g/cm3；粘度为小于20mP·s；水含量为26%-30%，外观上为淡黄色液体、无肉眼可见的不溶物，在-15℃以上无结晶析出。
实施例2
本实施例提供一种树脂组合物，按重量份数计，包括以下组分： 90份的无氮呋喃树脂、5份的降粘剂、0.05份的消泡剂、1.95份的解胶剂、1份的高分子聚合物、2份的助剂。
具体地，该无氮呋喃树脂满足以下参数：氮含量为0.15%、游离甲醛含量为0.009%、粘度为33cps、表面张力为44mN/m、电导率为27μS/cm；该降粘剂为5#白油；该消泡剂为有机硅消泡剂；该解胶剂为丙二醇；该高分子聚合物为聚氢化蓖麻油高分子聚合物，该助剂为十二酸异丙酯。该树脂组合物的制备方法为，将无氮呋喃树脂、降粘剂、消泡剂、解胶剂、高分子聚合物和助剂混合，加热至60℃，保温1.5h；然后进行冷却；冷却至室温后测量树脂理化参数，并在满足表1的相关要求后经1μm的滤芯过滤，得该树脂组合物。
该树脂组合物用的固化剂为苯磺酸类固化剂，满足以下参数：总酸度为21.0%-28.0%；游离硫酸含量为5.0%-10.0%；密度为1.20-1.30g/cm3；粘度为小于20mP·s；水含量为26%-30%，外观上为淡黄色液体、无肉眼可见的不溶物，在-15℃以上无结晶析出。
实施例3
本实施例提供一种树脂组合物，按重量份数计，包括以下组分： 86份的无氮呋喃树脂、8份的降粘剂、0.04份的消泡剂、2份的解胶剂、1份的高分子聚合物、2.96份的助剂。
具体地，该无氮呋喃树脂满足以下参数：氮含量为0.15%、游离甲醛含量为0.009%、粘度为33cps、表面张力为44mN/m、电导率为27μS/cm；该降粘剂为5#白油；该消泡剂为有机硅消泡剂；该解胶剂为丙二醇；该高分子聚合物为聚氢化蓖麻油高分子聚合物，该助剂为十二酸异丙酯。该树脂组合物的制备方法为，将无氮呋喃树脂、降粘剂、消泡剂、解胶剂、高分子聚合物和助剂混合，加热至60℃，保温1.5h；然后进行冷却；冷却至室温后测量树脂理化参数，并在满足表1的相关要求后经1μm的滤芯过滤，得该树脂组合物。
该树脂组合物用的固化剂为苯磺酸类固化剂，满足以下参数：总酸度为21.0%-28.0%；游离硫酸含量为5.0%-10.0%；密度为1.20-1.30g/cm3；粘度为小于20mP·s；水含量为26%-30%，外观上为淡黄色液体、无肉眼可见的不溶物，在-15℃以上无结晶析出。
性能测试：
1、经测试，实施例1-3提供的树脂组合物气味不浓，有利于改善3D打印环境；
2、将实施例1-3提供的树脂组合物及其配套的固化剂通过3D打印设备进行打印铸造砂型，喷墨过程稳定，发气量降低、浇铸后的铸件可达到铸造要求；
3、将3D打印砂型、芯置于空气中，放置1个月后对该砂型、芯进行检测，经检测防潮效果好；
4、将本发明实施例提供的树脂组合物进行模拟腐蚀测试，检测其对3D打印设备的喷头底座的腐蚀性；经检测，本发明实施例提供的树脂组合物可以长时间浸泡于3D打印设备内，喷头底部未见异常，且没有被腐蚀的痕迹。因此，通过本发明树脂组合物的使用，可延长3D打印设备中喷头部件的使用期限，进而降低3D打印的成本。
上述实施例为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，其他的任何未背离本发明的实质与原理下所做的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方法，都包含在本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种用于3D打印的树脂组合物，其特征在于，按重量份数计，包括以下组分：80-90份的无氮呋喃树脂、5-8份的降粘剂、0.03-0.05份的消泡剂、1-2份的解胶剂、1-2份的高分子聚合物和2-3份的助剂；
所述降粘剂为烷烃、乙烯基醚或烯丙基醚中的至少一种；
所述高分子聚合物为聚氢化蓖麻油高分子聚合物或聚蓖麻油高分子聚合物；
所述解胶剂为丙二醇；
所述助剂为十二酸异丙酯、十六酸异丙酯、脂肪酸或辛基十二醇中的至少一种；
所述消泡剂为有机硅消泡剂。
2.根据权利要求1所述的一种用于3D打印的树脂组合物，其特征在于，所述烷烃为3#白油、5#白油、7#白油、9#白油中的至少一种。
3.根据权利要求1所述的一种用于3D打印的树脂组合物，其特征在于，所述无氮呋喃树脂的氮含量为0.1％-0.2％，游离甲醛含量小于0.01％，含水量小于1％，粘度为30-35cps，表面张力为40-45mN/m，电导率小于30μS/cm。
4.根据权利要求1-3中任一项所述的一种用于3D打印的树脂组合物的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：将所述组分混合，加热，得所述树脂组合物；所述加热的温度为50-65℃，所述加热的时间为0.5-3h；在所述加热后还包括过滤步骤。
5.根据权利要求1-3中任一项所述的一种用于3D打印的树脂组合物用的固化剂，其特征在于，所述固化剂为苯磺酸类固化剂，所述固化剂的总酸度为10％-40％，所述固化剂对应的游离硫酸的含量为0％-15.0％，所述固化剂对应的水含量为24％-32％。
6.根据权利要求1-3中任一项所述的一种用于3D打印的树脂组合物在铸造砂型产品中的应用。
7.一种3D打印产品，其特征在于，由权利要求1-3中任一项所述的一种用于3D打印的树脂组合物制得。
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