一种3D型砂打印热硬酚醛树脂用硬化促进剂及其制备方法

摘要

本发明涉及铸造辅助材料领域，具体涉及一种3D型砂打印热硬酚醛树脂用硬化促进剂配方及其制备方法。其中，所述促进剂包括以下重量百分比的组成成分：对甲苯磺酸、酒石酸、甲酸、苹果酸、丙烯酸、甲醇、乙醇和航空煤油。制备方法为：将对甲苯磺酸、酒石酸、苹果酸、甲醇和乙醇用真空泵抽入搪瓷反应釜，启动搅拌，搅拌60min；加入甲酸和丙烯酸，继续搅拌30min；加入航空煤油，继续搅拌30min，制得3D型砂打印热硬酚醛树脂用硬化促进剂，检测、包装。该硬化促进剂具有低粘度、低游离酸、低水分、低酸度、能够实现低温快速硬化和性能稳定等优点。

说明书

技术领域

本发明涉及铸造辅助材料领域，具体涉及一种3D型砂打印热硬酚醛树脂用硬化促进剂配方及其制备方法。

背景技术

3D 打印技术与机器人、互联网一起被称为第三次工业革命的主要标志。目前，已有部分工业级3D打印机应用于铸造生产服务，主要用于铸件的快速成型、翻制模具、打印模壳、砂芯等。目前国内外铸造企业普遍使用的3D型砂打印用粘结剂系统为有机树脂，如呋喃树脂。呋喃树脂粘结剂系统虽然可以实现常温快速固化，满足工业3D型砂打印的基本技术要求，但由于其常温强度较低、耐高温性能较差，导致后期浇注时铸件粘砂和脉纹缺陷严重，这种缺陷在浇注薄壁类铸钢件时表现的尤其明显，限制了呋喃树脂粘结剂系统在工业3D型砂打印领域的进一步发展，如公开号为CN101722272U的专利文献，公开了一种自硬呋喃树脂砂的固化剂及其制备方法，温度较低，反应硬化时间过长，导致效率低下。3D型砂打印机属于非常昂贵的精密设备，对其配套的树脂粘结剂、硬化促进剂和清洗剂产品具有严苛的要求，产品性能指标达不到3D型砂打印机的软、硬件技术要求时，很容易造成打印机的损坏。因此，如何开发了一种低粘度、低游离酸、低水分、低酸度、能够实现低温快速硬化、性能稳定的3D型砂打印热硬酚醛树脂用硬化促进剂成为本领域亟需解决的问题。

发明内容

本发明针对现有技术的不足，提出了一种3D型砂打印热硬酚醛树脂用硬化促进剂及其制备方法。该促进剂低粘度、低游离酸、低水分、低酸度、能够实现低温快速硬化和性能稳定，降低了热硬酚醛粘结剂对于3D型砂打印机的要求，为3D型砂打印技术在铸造行业的进一步发展奠定了基础。

为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案为：一种3D型砂打印热硬酚醛树脂用硬化促进剂，包括以下重量百分比的组成成分：对甲苯磺酸23%-47%、酒石酸2%-8%、甲酸3%-9%、苹果酸2%-8%、丙烯酸6%-18%、甲醇10%-30%、乙醇4%-20%和航空煤油3%-7%。

进一步的，所述3D型砂打印热硬酚醛树脂用硬化促进剂的使用量占酚醛树脂的5.0%-40%。

进一步的，所述3D型砂打印热硬酚醛树脂用硬化促进剂含水量低于0.5%，总酸度低于15%，游离酸低于1.0%。

此外,本发明提供了一种3D型砂打印热硬酚醛树脂用硬化促进剂的制备方法,包括以下步骤：

A.将对甲苯磺酸、酒石酸、苹果酸、甲醇和乙醇用真空泵抽入搪瓷反应釜，启动搅拌，搅拌一段时间；

B.加入甲酸和丙烯酸，继续搅拌一段时间；

C.加入航空煤油，继续搅拌一段时间，制得3D型砂打印热硬酚醛树脂用硬化促进剂；

D.对3D型砂打印热硬酚醛树脂用硬化促进剂进行检测；

E.对检测后符合生产标准的3D型砂打印热硬酚醛树脂用硬化促进剂进行包装。

进一步的，步骤A中所述搅拌时间为60min，步骤B和步骤C中所述搅拌时间为30min。

进一步的，所述3D型砂打印热硬酚醛树脂用硬化促进剂与热硬化3D打印用热硬酚醛树脂的硬化成型温度为40-80℃。

进一步的，所述3D型砂打印热硬酚醛树脂用硬化促进剂使用量占酚醛树脂的5.0%-40%。

进一步的，所述3D型砂打印热硬酚醛树脂用硬化促进剂含水量低于0.5%，总酸度低于15%，游离酸低于1.0%。

进一步的，所述3D型砂打印热硬酚醛树脂用硬化促进剂25℃时粘度低于20mpa.s。

进一步的，所述3D型砂打印热硬酚醛树脂用硬化促进剂可使用时间为5-15min。

具体实施方式

为了使本领域技术人员更好地理解本发明的技术方案，下面结合具体实施例对本发明作进一步的详细说明。总体而言，本发明提供了一种3D型砂打印热硬酚醛树脂用硬化促进剂及其制备方法，下面通过以下示例来具体说明本发明的特点。

本发明提供了一种3D型砂打印热硬酚醛树脂用硬化促进剂，包括以下重量百分比的组成成分：对甲苯磺酸23%-47%、酒石酸2%-8%、甲酸3%-9%、苹果酸2%-8%、丙烯酸6%-18%、甲醇10%-30%、乙醇4%-20%和航空煤油3%-7%。

实施例1：一种3D型砂打印热硬酚醛树脂用硬化促进剂，配方如下：

对甲苯磺酸33%、酒石酸6%、甲酸5%、苹果酸4%、丙烯酸10%、甲醇21%、乙醇15%、航空煤油6%。

所述促进剂的制备方法包括以下步骤：

Ⅰ. 将330kg对甲苯磺酸、60kg酒石酸、40kg苹果酸、210kg甲醇和150kg乙醇用真空泵抽入到搪瓷反应釜中，启动搅拌，搅拌60min；

Ⅱ. 加入50kg甲酸和100Kg丙烯酸，继续搅拌30min；

Ⅲ. 加入60kg航空煤油，继续搅拌30min，制得3D型砂打印热硬酚醛树脂用硬化促进剂；

Ⅳ.对3D型砂打印热硬酚醛树脂用硬化促进剂进行检测；

Ⅴ.对检测后符合生产标准的3D型砂打印热硬酚醛树脂用硬化促进剂进行包装。

根据本发明的具体实施例，优选的，所述3D型砂打印热硬酚醛树脂用硬化促进剂在25℃时粘度为17.5mpa.s，密度为1.03g/ml；游离酸为0.64%；含水量为0.39%；总酸度12.6%；可使用时间为5-15min，外观状态为淡黄色透明液体。

实施例2：一种3D型砂打印热硬酚醛树脂用硬化促进剂，配方如下：

对甲苯磺酸35%、酒石酸5%、甲酸6%、苹果酸5%、丙烯酸12%、甲醇20%、乙醇12%、航空煤油5%。

所述促进剂的制备方法包括以下步骤：

Ⅰ. 将350kg对甲苯磺酸、50kg酒石酸、50kg苹果酸、200kg甲醇和120kg乙醇用真空泵抽入到搪瓷反应釜中，启动搅拌，搅拌60min；

Ⅱ. 加入60kg甲酸和120kg丙烯酸，继续搅拌30min；

Ⅲ. 加入50kg航空煤油，继续搅拌30min，制得3D型砂打印热硬酚醛树脂用硬化促进剂；

Ⅳ.对3D型砂打印热硬酚醛树脂用硬化促进剂进行检测；

Ⅴ.对检测后符合生产标准的3D型砂打印热硬酚醛树脂用硬化促进剂进行包装。

根据本发明的具体实施例，优选的，所述3D型砂打印热硬酚醛树脂用硬化促进剂在25℃时粘度为18mpa.s，密度为1.04g/ml；游离酸为0.8%；含水量为0.45%；总酸度13.5%；可使用时间为5-15min，外观状态为淡黄色透明液体。

实施例3：一种3D型砂打印热硬酚醛树脂用硬化促进剂，配方如下：

对甲苯磺酸39%、酒石酸5%、甲酸7%、苹果酸6%、丙烯酸8%、甲醇18%、乙醇13%、航空煤油4%。

所述促进剂的制备方法包括以下步骤：

Ⅰ. 将390kg对甲苯磺酸、50kg酒石酸、60kg苹果酸、180kg甲醇和130kg乙醇用真空泵抽入到搪瓷反应釜中，启动搅拌，搅拌60min；

Ⅱ. 加入70kg甲酸和80kg丙烯酸，继续搅拌30min；

Ⅲ. 加入40kg航空煤油，继续搅拌30min，制得3D型砂打印热硬酚醛树脂用硬化促进剂；

Ⅳ.对3D型砂打印热硬酚醛树脂用硬化促进剂进行检测；

Ⅴ.对检测后符合生产标准的3D型砂打印热硬酚醛树脂用硬化促进剂进行包装。

根据本发明的具体实施例，优选的，所述3D型砂打印热硬酚醛树脂用硬化促进剂在25℃时粘度为17.6mpa.s，密度为1.02g/ml；游离酸为0.52%；含水量为0.43%；总酸度12.9%；可使用时间为5-15min，外观状态为淡黄色透明液体。

实施例4：一种3D型砂打印热硬酚醛树脂用硬化促进剂，配方如下：

对甲苯磺酸41%、酒石酸7%、甲酸7%、苹果酸4%、丙烯酸9%、甲醇22%、乙醇5%、航空煤油5%。

所述促进剂的制备方法包括以下步骤：

Ⅰ. 将410kg对甲苯磺酸、70kg酒石酸、40kg苹果酸、220kg甲醇和50kg乙醇用真空泵抽入到搪瓷反应釜中，启动搅拌，搅拌60min；

Ⅱ. 加入70kg甲酸和90Kg丙烯酸，继续搅拌30min；

Ⅲ. 加入50kg航空煤油，继续搅拌30min，制得3D型砂打印热硬酚醛树脂用硬化促进剂；

Ⅳ.对3D型砂打印热硬酚醛树脂用硬化促进剂进行检测；

Ⅴ.对检测后符合生产标准的3D型砂打印热硬酚醛树脂用硬化促进剂进行包装。

根据本发明的具体实施例，优选的，所述3D型砂打印热硬酚醛树脂用硬化促进剂在25℃时粘度为17.7mpa.s，密度为1.02g/ml；游离酸为0.59%；含水量为0.41%；总酸度13.4%；可使用时间为5-15min，外观状态为淡黄色透明液体。

实施例5：一种3D型砂打印热硬酚醛树脂用硬化促进剂，配方如下：

对甲苯磺酸42%、酒石酸4%、甲酸4%、苹果酸5%、丙烯酸11%、甲醇24%、乙醇6%、航空煤油4%。

所述促进剂的制备方法包括以下步骤：

Ⅰ. 将420kg对甲苯磺酸、40kg酒石酸、50kg苹果酸、240kg甲醇和60kg乙醇用真空泵抽入到搪瓷反应釜中，启动搅拌，搅拌60min；

Ⅱ. 加入40kg甲酸和110kg丙烯酸，继续搅拌30min；

Ⅲ. 加入40kg航空煤油，继续搅拌30min，制得3D型砂打印热硬酚醛树脂用硬化促进剂；

Ⅳ.对3D型砂打印热硬酚醛树脂用硬化促进剂进行检测；

Ⅴ.对检测后符合生产标准的3D型砂打印热硬酚醛树脂用硬化促进剂进行包装。

根据本发明的具体实施例，优选的，所述3D型砂打印热硬酚醛树脂用硬化促进剂在25℃时粘度为18.1mpa.s，密度为1.05g/ml；游离酸为0.63%；含水量为0.44%；总酸度13.2%；可使用时间为5-15min，外观状态为淡黄色透明液体。

本发明所述的一种3D型砂打印热硬酚醛树脂用硬化促进剂及其制备方法的有益效果在于：该3D型砂打印热硬酚醛树脂用硬化促进剂25℃时粘度低于20mpa.s，粘度低，可以满足砂型喷墨打印使用要求；可使用时间为5-15min，其标准砂试块在造型完成后15min左右便可脱模，可使用时间短、能够实现快速硬化，符合型砂喷墨打印使用要求；总酸度为13%左右，性质温和，不会对3D型砂打印机造成腐蚀损坏；游离酸低于1.0%，含水量低于0.5%，性能优异，符合型砂喷墨打印使用要求；该3D型砂打印热硬酚醛树脂用硬化促进剂与3D打印用热硬酚醛树脂相互作用，可以实现酚醛树脂砂在40-60℃的低温环境中硬化成型，改善了高温环境对3D型砂打印机的损伤；该3D型砂打印热硬酚醛树脂用硬化促进剂在生产和使用过程中不会产生对人体和环境有害的物质和刺激性的气味，属于环境友好型材料，所述促进剂低粘度、低游离酸、低水分、低酸度、能够实现低温快速硬化、性能稳定，该硬化促进剂与3D型砂打印用热硬酚醛树脂相互作用，可以降低热硬酚醛树脂砂型的硬化温度，降低了热硬酚醛粘结剂对于3D型砂打印机的要求，为3D型砂打印技术在铸造行业的进一步发展奠定了基础。

以上对本发明所提供的一种3D型砂打印热硬酚醛树脂用硬化促进剂及其制备方法进行了详细介绍，本文中应用了实施例对本申请的制备方法及步骤进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本申请的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本申请的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本申请的限制。