一種3D砂型列印用高強度耐高溫酚醛樹脂及其製備方法與流程
2024-02-22 04:45:15
本發明涉及鑄造輔助材料領域，具體涉及一種3D砂型列印用高強度耐高溫酚醛樹脂配方及其製備方法。
背景技術：
三維列印（ThreeDimensionalPrinting，3DP)由E.Sachs等人於1992年提出，是根據噴墨印表機原理，從噴嘴噴射出材料微滴，按一定路徑逐層固化成型。3D列印技術與機器人、網際網路一起被稱為第三次工業革命的主要標誌。目前，已有部分工業級3D印表機應用於鑄造生產服務，主要用於鑄件的快速成型、翻制模具、列印模殼、砂芯等。目前，德國、日本等發達國家已經將3D列印技術廣泛應用於鑄造行業。而在國內，3D列印技術正處於起步階段，尤其在鑄造行業，採用3D列印技術製造高端精密鑄件的企業寥寥無幾。目前，國內外鑄造企業普遍使用的3D砂型列印用粘結劑為有機樹脂，如公開號為CN104086734A的專利文獻，公開了一種用作鑄造行業中3D砂型列印用粘結劑，該粘結劑是呋喃樹脂。呋喃樹脂粘結劑雖然可以實現常溫快速固化，滿足工業3D砂型列印的基本技術要求，但由於其常溫強度較低、耐高溫性能較差，導致後期澆注時鑄件粘砂和脈紋缺陷嚴重，這種缺陷在澆注薄壁類鑄鋼件時表現的尤其明顯，限制了呋喃樹脂粘結劑在工業3D砂型列印領域的進一步發展。傳統的酚醛樹脂粘結劑粘度大、強度低、耐高溫性能差，而3D砂型列印要求粘結劑的粘度低且能夠實現快速硬化，同時還要保證型砂強度。傳統的酚醛樹脂粘結劑無法滿足3D砂型列印的需求，直接阻礙了酚醛樹脂粘結劑在3D砂型列印領域的應用。因此，開發一種常溫強度高、粘度低、耐高溫性能好的新型酚醛樹脂粘結劑是整個工業3D砂型列印行業共同關注的課題。
技術實現要素：
本發明針對現有技術中呋喃樹脂粘結劑在3D砂型列印後期澆注時導致鑄件粘砂和脈紋缺陷嚴重和傳統酚醛樹脂粘結劑粘度大、強度低、耐高溫性能差的問題，提供了一種3D砂型列印用高強度耐高溫酚醛樹脂及其製備方法，所述的新型3D砂型列印用高強度耐高溫酚醛樹脂具有常溫強度高、粘度低、耐高溫性能優異的性能，能夠實現快速硬化。為了解決上述技術問題，本發明採用的技術方案為：一種3D砂型列印用高強度耐高溫酚醛樹脂，其特徵在於，包括以下組份：苯酚、多聚甲醛、甲醇、乙醇、二元脂、脫芳白油、桐油、乙酸鋅、乙二醇、矽烷偶聯劑。進一步的，所述的3D砂型列印用高強度耐高溫酚醛樹脂，其特徵在於，各個組份的重量百分比為：苯酚41-51%、多聚甲醛16-24%、甲醇0.5-4.5%、乙醇0.6-2.6%、二元脂2-8%、脫芳白油7-17%、桐油5-15%、乙酸鋅0.01-0.05%、乙二醇0.67-3.67%、矽烷偶聯劑0.5-0.9%。同時，本發明提供了一種3D砂型列印用高強度耐高溫酚醛樹脂的製備方法，其特徵在於，包括如下步驟：①溶解苯酚，加入到搪瓷反應釜中，開動攪拌，加入多聚甲醛、甲醇和乙酸鋅；②打開蒸汽閥，40-50分鐘內升溫至106±1℃，計時保溫30分鐘；③保溫結束後，10-20分鐘內升溫至111±1℃，保溫60分鐘；④保溫結束後，10-20分鐘內升溫至115±1℃，保溫50分鐘，常壓脫水；⑤繼續真空脫水，直至達到設定的標準脫水量；⑥降溫至100℃，加入脫芳白油、桐油、二元脂，攪拌1小時；⑦降溫至40℃，加入矽烷偶聯劑，攪拌15min，加入乙二醇、乙醇，攪拌15min，放料。本發明的技術效果如下：（1）該酚醛樹脂粘結劑系統中，採用甲醇、乙醇和乙二醇等稀釋溶劑，使得酚醛樹脂25℃時粘度降低至15mPa.s以下，粘度低，可以滿足3D砂型列印的要求；（2）該酚醛樹脂粘結劑系統中，引入桐油、脫芳白油和二元脂這種耐高溫的有機溶劑，提高了酚醛樹脂粘結劑的耐高溫性能；（3）該酚醛樹脂粘結劑砂的可使用時間為5min≤t≤15min，可使用時間短、能夠實現快速硬化，符合砂型噴墨列印使用要求；（4）該酚醛樹脂粘結劑的標準砂試塊在1000℃的高溫環境中抗拉強度達到0.8MPa以上，耐高溫性能優異，而相同條件下，呋喃樹脂砂試塊高溫抗拉強度僅為0.15MPa左右；該酚醛樹脂粘結劑在加入量為2.0%（佔標準砂的比重）時，其標準砂試塊常溫抗拉強度達到2.8MPa以上，粘結強度高，相同條件下，呋喃樹脂砂試塊常溫抗拉強度僅為1.5MPa。因此，與呋喃樹脂相比，該酚醛樹脂粘結劑徹底解決了薄壁類鑄鋼件的粘砂和脈紋問題，提高了鑄件質量。具體實施方式為了使本領域技術人員更好地理解本發明的技術方案，下面結合具體實施例對本發明作進一步的詳細說明。實施例一：一種3D砂型列印用高強度耐高溫酚醛樹脂，由下列重量百分比的組分構成：苯酚48%、多聚甲醛18%、甲醇1.5%、乙醇1.2%、二元脂4%、脫芳白油14%、桐油11%、乙酸鋅0.03%、乙二醇1.57%、矽烷偶聯劑0.7%。一種3D砂型列印用高強度耐高溫酚醛樹脂的製備方法，包括如下步驟：Ⅰ.溶解苯酚480kg加入到搪瓷反應釜中，開動攪拌，加入多聚甲醛180kg、甲醇15kg和乙酸鋅0.3kg；Ⅱ.打開蒸汽閥，40-50分鐘內升溫至106±1℃，計時保溫30分鐘；Ⅲ.保溫結束後，10-20分鐘內升溫至111±1℃，保溫60分鐘；Ⅳ.保溫結束後，10-20分鐘內升溫至115±1℃，保溫50分鐘，常壓脫水；Ⅴ.繼續真空脫水，直至脫水量達到100kg；Ⅵ.降溫至100℃，加入脫芳白油140kg、桐油110kg、二元脂40kg，攪拌1小時；Ⅶ.降溫至40℃，加入矽烷偶聯劑7kg，攪拌15min，加入乙二醇15.7kg、乙醇12kg，攪拌15min，放料。經過取樣檢測可得，該酚醛樹脂在25℃時粘度為12mPa.s，可使用時間為5min≤t≤15min；當該酚醛樹脂的加入量為2.0%（佔標準砂的比重）時，其標準砂試塊24h常溫抗拉強度為2.82MPa，其標準砂試塊在1000℃高溫環境中的抗拉強度為0.87MPa。實施例...