[发明专利]一种用于3D打印快速成型环氧树脂覆膜砂制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种覆膜砂的制备方法，属于快速成型的材料领域，特别涉及一种用于3D打印快速成型环氧树脂覆膜砂制备方法及应用。

背景技术

环氧树脂是泛指分子中含有两个或两个以上环氧基团的有机化合物，除个别外，它们的相对分子质量都不高。环氧树脂的分子结构是以分子链中含有活泼的环氧基团为其特征，环氧基团可以位于分子链的末端、中间或成环状结构。由于分子结构中含有活泼的环氧基团，使它们可与多种类型的固化剂发生交联反应而形成不溶的具有三向网状结构的高聚物。凡分子结构中含有环氧基团的高分子化合物统称为环氧树脂。固化后的环氧树脂具有良好的物理、化学性能，它对金属和非金属材料的表面具有优异的粘接强度，介电性能良好，变定收缩率小，制品尺寸稳定性好，硬度高，柔韧性较好，对碱及大部分溶剂稳定，因而广泛应用于国防、国民经济各部门，作浇注、浸渍、层压料、粘接剂、涂料等用途。

覆膜砂（coatedsand）。砂粒表面在造型前即覆有一层固体树脂膜的型砂或芯砂。有冷法和热法两种覆膜工艺：冷法用乙醇将树脂溶解，并在混砂过程中加入乌洛托品，使二者包覆在砂粒表面，乙醇挥发，得覆膜砂；热法把砂预热到一定温度，加树脂使其熔融，搅拌使树脂包覆在砂粒表面，加乌洛托品水溶液及润滑剂，冷却、破碎、筛分得覆膜砂。用于铸钢件、铸铁件。

覆膜砂是由德国克洛宁博士于二次大战期间发明的，其工艺过程是将粉状的热固性酚醛树脂与宝珠砂机械混合，加热时固化。后发展成用热塑性酚醛树脂加潜伏性固化剂（乌洛托品）和润滑剂通过一定的覆膜工艺配制成覆膜砂，当覆膜砂受热时包覆在砂粒表面的树脂熔融，在乌洛托品分解出的亚甲基的作用下，熔融的树脂由线性结构迅速转变成不熔融的体型结构，从而使覆膜砂固化成型。中国的覆膜砂技术始于20世纪50年代中期，60年代曾经一度停用。进入80年代，由于汽车工业的迅速发展和机械产品出口的需要，对铸件的质量提出了更高的要求，从而促进了覆膜砂生产和应用技术的快速发展。90年代初期全国各地的覆膜砂厂迅速发展起来，新产品、新技术不断涌现，到21世纪，我国覆膜砂行业的年产销量已经达到90万吨以上，广泛用于汽车缸体、缸盖、进气歧管，各类管件等各种复杂铸件的生产。

宝珠砂又名电熔陶粒，是石英砂的高级替代品。石英砂的优点是分布广泛，成本低廉；但其缺点也相当明显：一是膨胀系数大，铸件精度低；二是铸件表面粘砂严重，清砂困难。究其因，是石英在不同的温度下会有多种同质异晶体生成，体积变化大；受耐火度(石英砂的耐火度在1400-1700℃之间)的限制，铸件局部（孔、槽、及热节集中的部位）粘砂严重，清理十分困难。上述缺点在大型铸钢件的生产中尤为严重。宝珠砂能克服这些缺点，从而大大提高了铸件的质量。宝珠砂是以优质铝钒土为原料，经煅烧、电熔、造粒、分筛等工艺而制成的。

3D打印（3Dprinting），是一种以数字模型文件为基础，运用流体状、粉末状、丝（棒）状等可固化、粘合、熔合材料，通过逐层固化、粘合、熔合的方式来构造物体的技术。常在模具制造、工业设计等领域被用于制造模型，后逐渐用于一些产品的直接制造，已经有使用这种技术打印而成的零部件。该技术在珠宝、鞋类、工业设计、建筑、工程和施工（AEC）、汽车，航空航天、牙科和医疗产业、教育、地理信息系统、土木工程、枪支以及其他领域都有所应用。3D打印技术出现在20世纪90年代中期，实际上是利用光固化和纸层叠等技术的最新快速成型装置。它与普通打印工作原理基本相同，打印机内装有液体或粉末等“打印材料”，与电脑连接后，通过电脑控制把“打印材料”一层层叠加起来，最终把计算机上的蓝图变成实物。这打印技术称为3D立体打印技术。传统制造业一般需要对原材料进行切割或钻孔，即减材制造，可大规模生产；3D打印是将材料一层层堆叠粘合、熔合，即增材制造；可实现快速个性化制造，可制造出传统制造业无法完成的形状。

在现有的成型材料领域中，由于SLS(选择性激光烧结)快速成型技术具有原料来源多样和零件的构建时间较短等优点，故在快速成型领域有着较广泛的应用。中国发明专利CN1379061A中公开了一种用于激光烧结成型制品的尼龙粉末材料，通过化学合成和工艺的改进，对尼龙粉末材料的表面进行处理，得到了烧结性能优良，成型制品强度高，韧性好的产品，简化了激光烧结尼龙材料的制备工艺，降低了成本；中国发明专利CN103567352A中公开了一种选择性激光烧结快速成型覆膜砂的生产工艺，通过热塑性酚醛树脂、乌洛托品、硬脂酸钙和偶联剂KH-550采用热涂膜的方法制备的。