一种3D打印覆膜砂的制备方法及制得的3D打印覆膜砂技术

本发明专利技术涉及一种3D打印覆膜砂的制备方法及制得的3D打印覆膜砂。该覆膜砂通过以下步骤制备：将石英砂、硅砂、铬铁矿砂进行混合，用酸溶液浸泡后在高温炉中煅烧，冷却得原砂；将原砂、偶联剂、催化剂加入混料机中，高速搅拌后得到第一混合物，再将第一混合物、第一粘结剂和润滑剂加入混料机中，高速搅拌后补加第一粘结剂和第二粘结剂，再进行搅拌，冷却筛分得改性原砂；将改性原砂、耐高温剂、增韧剂、润滑剂、固化剂在混砂机中混合后搅拌，冷却后筛分，即得3D打印覆膜砂。本发明专利技术通过丙烯酸酯类粘结剂对原砂改性，使原砂与粘结剂之间通过化学键连接，提高了覆膜砂的强度，使得该覆膜砂可制作对强度有较高要求的产品，扩大了3D打印型砂的适用范围。

Preparation method of 3D printing coated sand and 3D printing coated sand produced

The invention relates to a preparation method of 3D printing coated sand and a 3D printing coated sand. The coated sand is prepared through the following steps: mixing quartz sand, silica sand and ferrochrome ore, calcining in high temperature furnace with acid solution and cooling raw sand, adding raw sand, coupling agent and catalyst into the mixing machine and getting the first mixture after high speed stirring, and then the first mixture, first binder and lubricant. In the mixing machine, the first binder and second binder are added after high speed agitation, and then the modified raw sand is mixed with cooling and sieving. The modified raw sand, high temperature agent, toughening agent, lubricant and curing agent are mixed and stirred in the mixer, and the film is screened after cooling, that is, 3D film mulching sand is obtained. The invention improves the strength of the coated sand through the modification of the raw sand through the acrylic binder, which improves the strength of the coated sand, so that the coated sand can make the products with high requirements for the strength and expand the scope of application of the 3D printing sand.

【技术实现步骤摘要】
一种3D打印覆膜砂的制备方法及制得的3D打印覆膜砂
本专利技术涉及覆膜砂领域，尤其涉及一种3D打印覆膜砂的制备方法及制得的3D打印覆膜砂。
技术介绍
覆膜砂是铸件模具必不可少的原材料，是砂粒在造型前覆有一层树脂型砂或芯砂。3D打印是将覆膜砂一层一层采用重力叠加通过激光烧制使其固化成型的过程。3D打印覆膜砂相对于传统覆膜砂来说，其在覆膜砂的流动性能、强度、抗压能力等方面都有了很高的要求，普通的覆膜砂已经不能满足现在3D打印技术对覆膜砂材料性能的需要。公开号为CN105215281A的专利中，提供了一种用于3D打印石英覆膜砂的制备方法，通过对石英砂预处理，再加入环氧树脂、硬脂酸酰胺、油酸酰胺等进行搅拌制得。该申请中树脂粘结剂与石英砂之间通过分子间作用力连接，制得的覆膜砂的强度难以满足部分3D打印产品的需求。因此，急需提供一种内部作用力强、力学性能好的满足3D打印要求的覆膜砂，以解决上述技术问题。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种强度高、流动性好且安全环保，符合绿色化学标准的3D打印覆膜砂的制备方法及制得的覆膜砂。本专利技术采取以下技术方案：一种3D打印覆膜砂的制备方法，包括以下步骤：(1)原砂制备：将石英砂、硅砂、铬铁矿砂进行混合后，用质量分数为70-90％的酸溶液在180-200℃下浸泡20-25h，过滤取出砂粒，在1000-1200℃高温炉中煅烧5-8h，之后冷却至室温，筛分得到原砂；(2)原砂改性：将原砂、偶联剂、催化剂加入混料机中，在120-150℃下高速搅拌20-30min后取出，得到第一混合物，再将100-120份第一混合物、12-15份第一粘结剂和1-2份润滑剂加入混料机中，在240-260℃下高速搅拌60-75min后，补加3-5份第一粘结剂和8-10份第二粘结剂，在300-320℃下高速搅拌60-75min后，调节至低速搅拌20-30min，逐渐冷却至室温，筛分得到改性原砂；(3)覆膜砂制备：将改性原砂、耐高温剂、增韧剂、润滑剂、固化剂在混砂机中混合后，在280-320℃下低速搅拌20-30min后，再高速搅拌60-80min，物料冷却后破碎筛分，即得3D打印覆膜砂；其中，步骤(3)中改性原砂、耐高温剂、增韧剂、润滑剂和固化剂按质量比为100-120:3-5:2-3:0.3-0.5:1-2进行混合。进一步的，步骤(1)中石英砂、硅砂、铬铁矿砂按质量比为6-8:5-6:3-4进行混合。进一步的，步骤(2)中原砂、偶联剂和催化剂按100-120:3-5:0.2-0.3的质量比进行混合。进一步的，步骤(2)中的第一粘结剂按以下方法制备：将20-40份玻璃化转化温度较低的丙烯酸酯类单体、80-120份玻璃化转化温度较高的丙烯酸酯类单体、8-10份含有卤素原子的丙烯酸酯类单体、0.1-0.3份引发剂均匀混合得到第二混合物，再取第二混合物总量的十分之一与100份乙酸乙酯混合后加入反应釜中，控制反应釜温度在65-70℃，搅拌速度为160-200rpm，反应25-30min后逐滴加入剩余的第二混合物，保温反应7-8h后，取出物料，用正己烷萃取三次后，烘干至恒重，得到第一粘结剂。进一步的，步骤(2)中的第二粘结剂按以下方法制备：将20-40份玻璃化转变温度较低的丙烯酸酯类单体、120-150份玻璃化转变温度较高的丙烯酸酯类单体、3-5份含羟基丙烯酸酯类单体、0.3-0.5份引发剂均匀混合得到第三混合物，再取第三混合物总量的十分之一与100份乙酸乙酯混合后加入反应釜中，控制反应釜温度在65-70℃，搅拌速度为160-200rpm，反应25-30min后逐滴加入剩余的第三混合物，保温反应7-8h后，取出物料，用正己烷萃取三次后，烘干至恒重，得到第二粘结剂。进一步的，玻璃化转变温度较低的丙烯酸酯类单体为甲基丙烯酸己酯、丙烯酸丁酯、丙烯酸正辛酯中的一种或几种；玻璃化转变温度较高的丙烯酸酯类单体为甲基丙烯酸异冰片酯、甲基丙烯酸、甲基丙烯酸甲酯中的一种或几种；含有卤素原子的丙烯酸酯类单体为氯化丙烯酸甲酯、氟化丙烯酸丁酯、氯化甲基丙烯酸甲酯中的一种或几种；含羟基丙烯酸酯类单体为丙烯酸-2-羟乙酯、丙烯酸-2羟丙酯、丙烯酸中的一种或几种。进一步的，步骤(3)中改性硅砂、耐高温剂、增韧剂、润滑剂、固化剂按质量比100-120:3-5:2-3:0.3-0.5:1-2进行混合。进一步的，高速搅拌的转速为600-800rpm，低速搅拌的转速为200-300rpm。本专利技术还提供一种由上述制备方法制得的3D打印覆膜砂，该覆膜砂用作3D打印快速成型的型砂。进一步的，覆膜砂的粒径为150-180目。本专利技术的3D打印覆膜砂的制备方法，具有以下有益效果：(1)本专利技术的3D打印覆膜砂的制备方法，通过对原砂进行改性，原砂与粘结剂在不同温度及搅拌速度下反应，使得原砂与粘结剂之间通过化学键连接，与常规覆膜砂通过范德华力连接相比，本专利技术中原砂与粘结剂之间的结合力大大增加，从而使得覆膜砂的强度也获得大幅度提高，其常温抗拉伸强度达5.5-7.5MPa，抗弯曲强度达3-4.5MPa，从而使得本专利技术的覆膜砂可用于对强度有较高要求的产品制作上，扩大了3D打印型砂的适用范围。(2)本专利技术的3D打印覆膜砂的制备方法，采用丙烯酸酯类单体对原砂进行改性，同时丙烯酸酯类单体和原砂通过分子键连接，使得改性后的原砂与添加树脂的溶解度参数近似，进而提高了覆膜砂的流动性，覆膜砂更易加工，利用该型砂制得的产品更易成型。(3)本专利技术的3D打印覆膜砂的制备方法，采用具有较好散热导热性能和激冷效果的铬铁矿砂作原砂的一部分，同时添加了耐高温剂，提高了覆膜砂的耐高温性能。(4)本专利技术的3D打印覆膜砂的制备方法，生产工艺中的原材料容易获得，且材料的原子高效利用，经济性好，且制备过程中没有副产物产生，符合绿色化学的标准。具体实施方式下面将结合具体实施例，对本专利技术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专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，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，都属于本专利技术的保护范围。实施例1一种3D打印覆膜砂的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：(1)原砂制备：将石英砂、硅砂、铬铁矿砂按质量比为8:6:4进行混合后，用质量分数为70％的酸溶液在180℃下浸泡24h，过滤取出砂粒，在1000℃高温炉中煅烧8h，之后冷却至室温，筛分得到原砂；(2)原砂改性：将原砂、钛酸酯偶联剂、二醋酸二丁基锡按100:3:0.3的质量比加入混料机中，在150℃温度及600rpm搅拌转速下搅拌30min后取出，得到第一混合物，再将120份第一混合物、15份第一粘结剂和2份硬脂酸醇加入混料机中，在250℃温度及800rpm搅拌转速下搅拌60min后，补加5份第一粘结剂和10份第二粘结剂，在300℃温度及800rpm搅拌转速下搅拌60min后，调节至300rpm转速下搅拌20min，逐渐冷却至室温，筛分得到改性原砂；(3)覆膜砂制备：将改性原砂、聚乙烯、丙烯酸酯橡胶、硬脂酸醇、二苯基甲烷二异氰酸酯按质量比为120:5:3:0.5:2在混砂机中混合后，在300℃温度及300rpm搅拌转速下搅拌20min后，再在800rpm本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种3D打印覆膜砂的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：(1)原砂制备：将石英砂、硅砂、铬铁矿砂进行混合后，用质量分数为70‑90％的酸溶液在180‑200℃下浸泡20‑25h，过滤取出砂粒，在1000‑1200℃高温炉中煅烧5‑8h，之后冷却至室温，筛分得到原砂；(2)原砂改性：将原砂、偶联剂、催化剂加入混料机中，在120‑150℃下高速搅拌20‑30min后取出，得到第一混合物，再将100‑120份第一混合物、12‑15份第一粘结剂和1‑2份润滑剂加入混料机中，在240‑260℃下高速搅拌60‑75min后，补加3‑5份第一粘结剂和8‑10份第二粘结剂，在300‑320℃下高速搅拌60‑75min后，调节至低速搅拌20‑30min，逐渐冷却至室温，筛分得到改性原砂；(3)覆膜砂制备：将改性原砂、耐高温剂、增韧剂、润滑剂、固化剂在混砂机中混合后，在280‑320℃下低速搅拌20‑30min后，再高速搅拌60‑80min，物料冷却后破碎筛分，即得3D打印覆膜砂；其中，步骤(3)中改性原砂、耐高温剂、增韧剂、润滑剂和固化剂按质量比为100‑120:3‑5:2‑3:0.3‑0.5:1‑2进行混合。...

【技术特征摘要】
1.一种3D打印覆膜砂的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：(1)原砂制备：将石英砂、硅砂、铬铁矿砂进行混合后，用质量分数为70-90％的酸溶液在180-200℃下浸泡20-25h，过滤取出砂粒，在1000-1200℃高温炉中煅烧5-8h，之后冷却至室温，筛分得到原砂；(2)原砂改性：将原砂、偶联剂、催化剂加入混料机中，在120-150℃下高速搅拌20-30min后取出，得到第一混合物，再将100-120份第一混合物、12-15份第一粘结剂和1-2份润滑剂加入混料机中，在240-260℃下高速搅拌60-75min后，补加3-5份第一粘结剂和8-10份第二粘结剂，在300-320℃下高速搅拌60-75min后，调节至低速搅拌20-30min，逐渐冷却至室温，筛分得到改性原砂；(3)覆膜砂制备：将改性原砂、耐高温剂、增韧剂、润滑剂、固化剂在混砂机中混合后，在280-320℃下低速搅拌20-30min后，再高速搅拌60-80min，物料冷却后破碎筛分，即得3D打印覆膜砂；其中，步骤(3)中改性原砂、耐高温剂、增韧剂、润滑剂和固化剂按质量比为100-120:3-5:2-3:0.3-0.5:1-2进行混合。2.根据权利要求1所述的3D打印覆膜砂的制备方法，其特征在于，步骤(1)中石英砂、硅砂、铬铁矿砂按质量比为6-8:5-6:3-4进行混合。3.根据权利要求1所述的3D打印覆膜砂的制备方法，其特征在于，步骤(2)中原砂、偶联剂和催化剂按100-120:3-5:0.2-0.3的质量比进行混合。4.根据权利要求1所述的3D打印覆膜砂的制备方法，其特征在于，步骤(2)中的第一粘结剂按以下方法制备：将20-40份玻璃化转化温度较低的丙烯酸酯类单体、80-120份玻璃化转化温度较高的丙烯酸酯类单体、8-10份含有卤素原子的丙烯酸酯类单体、0.1-0.3份引发剂均匀混合得到第二混合物，再取第二混合物总量的十分之一与100份乙酸乙酯混合后加入反应釜中，控制反应釜温度在...

【专利技术属性】
技术研发人员：任文强，
申请(专利权)人：柳州市柳晶科技股份有限公司，
类型：发明
国别省市：广西,45