[发明专利]一种增材制造型砂专用呋喃树脂及制备方法

说明书

本发明提供了一种增材制造型砂专用呋喃树脂，包括基料、糠醇和硅烷偶联剂，基料、糠醇和硅烷偶联剂的配比为(180～220):(80～120):(0.6～1.0)，其中基料的原料包括以下组分：甲醛、丙酮、氢氧化钠水溶液、苯酚、酸性催化剂、尿素、糠醇、复合碱性催化剂和高温增塑剂。采用本发明提供的方法制备的增材制造型砂专用呋喃树脂，游离甲醛含量较市面常见产品最高下降69.2％，环保性能明显改善，本发明所提供的制备方法操作简单，原料易得，反应条件不苛刻，生产安全性较高，在同等粘度的情况下，较常见产品抗拉强度提高了25.7％，同时在同等抗拉性能的前提下，粘度又比常见产品降低28.9～32.8％，解决了现有技术中呋喃树脂难以满足增材制作型砂要求的问题。

技术领域

本发明属于有机高分子材料及其制备领域，具体涉及一种增材制造型砂专用呋喃树脂及制备方法。

背景技术

增材制造技术出现在上世纪90年代中，近几年来获得较快发展，在诸多领域获得了应用，其中在金属铸造、成型上也取得了重大成绩，目前已经可以制作出一些小金属结构件，但直接大批量产业化制作较大型的金属件上尚有很多难关，故近几年来出现了通过制作铸造的砂型、砂芯，再结合传统铸造的方法，取得了一定的成效。采用增材制造技术之前，生产制作一个金属零件，通常都需要先加工一套模具，而加工一套模具往往需要几个月，周期长，成本高，且模具缺陷修复或改良都较困难。把增材制造技术应用于制作砂型/芯，再结合传统铸造的方式，将使金属铸件实现无模铸造，设计及修改变得简单易行，可实现柔性生产，有望成为未来铸造生产的趋势。

增材制造砂型设备所使用的喷头孔径一般都比较小，大约在3～8mm之间，并且为了达到喷洒均匀的要求，有的喷头内甚至装有一层轻质金属网，用于平均分割喷出的呋喃树脂。这也使得增材制造专用呋喃树脂的粘度必须足够小，否则容易出现喷头堵塞及喷洒不均的情况。但是，若呋喃树脂粘度很小，则树脂聚合度必须要降低。

CN102807661A公开了一种自硬呋喃树脂母液及铸造用自硬呋喃树脂的制备方法，利用丙酮、苯酚、固体甲醛、尿素、糠醇为原料通过加成反应、缩聚反应等步骤，制备出自硬呋喃树脂母液，然后利用母液与用量范围上下大幅度可调的糠醇配合增强剂在常规下搅拌得到铸造用自硬呋喃树脂，该发明的铸造用自硬呋喃树脂的制备方法，制备过程快速且简单，生产效率高、劳动强度低，而且树脂中的糠醇含量可控性强、调整范围较宽，适合制备工业上应用的高呋喃树脂、中呋喃树脂和低呋喃树脂，适合进行工业化推广应用，然而，该发明所制备的呋喃树脂粘度与强度的关系不清晰，是否适用于增材制造领域，尚未可知。CN101423594提供了一种不锈钢铸件用的呋喃树脂的制作方法，步骤包括加料、加热升温、脱水、合成、出料等，通过该发明的方法可以使不锈钢铸件用的呋喃树脂达到无氮、低游离甲醛、高强度和可使用时间长的目的，然而该发明提供的方法不能用于制备低呋喃树脂(糠醇含量小于60％大于40％)。CN107383301A提供了一种铸钢用呋喃树脂及其制备方法，呋喃树脂由，固体甲醛、原料甲、尿素、丙酮、原料乙、固化剂、偶联剂和金属盐按一定比例反应制得，原料甲为苯酚与腰果酚的组合，原料乙为山梨醇与糠醇的组合，该发明的呋喃树脂热拉强度大、氮含量小，具有很好的固化效果，合成方法步骤简单、环保、废水排放少，并较大程度地降低了糠醇的用量，有利于降低生产成本，然而，该发明所制备的呋喃树脂粘度较大，不适用于增材制造。

一方面，增材制造专用呋喃树脂的粘度必须足够小，否则容易出现喷头堵塞及喷洒不均；另一方面，树脂的聚合度降低在一定程度上会直接影响到呋喃树脂的抗拉强度及其他性能。此外，增材制造是铺一层砂(已混入固化剂)，喷一次树脂，连续不断重复这个过程的方法来实现砂型(芯)的制作，而不像传统的以高速混砂机混制型砂的方法。这会使树脂膜不均，耗树脂更多些，并引起发气量等问题。

针对目前增材制造型砂呋喃树脂所遇到的问题，需要制作一种比传统呋喃树脂粘度更低，发气更低，流动性更好，同时粘结性能更优的呋喃树脂。

发明内容