本发明属于铸造砂型3d打印，具体涉及一种铸造砂型3d打印用水基固化剂及其制备方法和应用。
背景技术：
1、在砂型3d打印中，综合成本、工艺、性能等多方面因素考虑，目前使用最广泛的还是呋喃树脂作为粘结剂。3d打印砂型的性能和质量除了和呋喃树脂的性能有关系外，还与呋喃树脂配套使用的固化剂体系有很大的关系。因此，研究不同固化体系的固化行为，优选高性价比和便于调节固化速度的固化剂体系是非常必要的。
2、在铸造砂型3d打印过程中，铺砂器铺一层硅砂，打印头在设计位置喷射呋喃树脂粘结剂，砂箱下降一定高度，然后继续铺砂、喷粘结剂，周而复始，直到完成砂型打印工作。两次铺砂之间时间间隔大约十几秒钟，因此要求固化剂有较高的活性，能快速固化，达到一定的初强度，能够支撑后续铺砂过程，保证砂型不变形，保持尺寸精度。
3、当前铸造砂型3d打印过程中与呋喃树脂配套使用的固化剂主要是二甲苯磺酸醇基固化剂，使用醇基固化剂能够较好地适应环境温度和湿度变化。但是，在3d打印过程中，使用醇基固化剂时，固化剂中通常含有较多的甲醇，不仅易燃，而且容易释放刺激性气味，直接恶化了铸造3d打印车间的环境，影响操作工人的身体健康，并且，从价格方面考虑，醇基固化剂价格相对较高，在当前铸造砂型3d打印市场竞争加剧、普遍追求性价比的情况下，较高的固化剂价格在一定程度上阻碍了市场推广。基于这两个问题，本申请提出了一种3d打印水基固化剂及其制备方法。
技术实现思路
1、本发明的目的在于：提供一种铸造砂型3d打印用水基固化剂及其制备方法和应用。为了实现上述目的，本发明提供如下技术方案：
2、一种铸造砂型3d打印用水基固化剂，所述铸造砂型3d打印用水基固化剂由氯化铜、有机酚磺酸、苯磺酸及稀释剂混合制备而成，铸造砂型3d打印用水基固化剂的总酸值以硫酸计为25%-40%；按照重量份数计，所述铸造砂型3d打印用水基固化剂组成为：5份~15份氯化铜、60份~80份有机酚磺酸、5份~10份苯磺酸、40份~60份稀释剂。
3、进一步，所述有机酚磺酸是硫酸、二甲苯及苯酚共同反应生成的产物；其中硫酸是浓度为98%的浓硫酸；二甲苯是对二甲苯、间二甲苯、邻二甲苯的混合物，混合物中的对二甲苯：间二甲苯：邻二甲苯重量比为2:7:1。
4、进一步，所述稀释剂为乙醇和水的混合物，乙醇和水按重量比1：9混合。
5、进一步，一种铸造砂型3d打印用水基固化剂制备方法，制备所述的铸造砂型3d打印用水基固化剂，包括以下步骤：
6、步骤1：制备有机酚磺酸：按照重量份数计，将10份~30份二甲苯、20份~40份硫酸加入反应釜中，以小于1℃/min的速度升温，在130℃~150℃下保温90分钟~150分钟；加入10份~20份苯酚，在120℃~130℃下保温30~60分钟；
7、步骤2：降温至60℃，加入40份~60份稀释剂，升温至90℃~100℃，保温30~60分钟；
8、步骤3：降温至60℃，加入5份~15份氯化铜、5~10份苯磺酸；
9、步骤4：降温至40℃以下，出料，备用。
10、进一步，一种铸造砂型3d打印用水基固化剂应用，采用所述的铸造砂型3d打印用水基固化剂，所述铸造砂型3d打印用水基固化剂与铸造砂型3d打印用呋喃树脂配套使用，使用时铸造砂型3d打印用水基固化剂的加入量为铸造砂型3d打印用呋喃树脂加入量的20wt.%-30 wt.%。
11、本发明的有益效果为：
12、1、3d打印用水基固化剂的溶剂主要是水，在砂型3d打印过程中，可以减少醇类溶剂散发出的刺激性气味，车间环境友好性增加；
13、2、3d打印用水基固化剂固化剂加入量一般为呋喃树脂加入量的20 wt.%～30wt.%，与传统自硬呋喃树脂磺酸固化剂相比，加入量大幅度减少，有利于减少砂型发气量，尤其适合于精密复杂铸件；
14、3、在较低的3d打印用水基固化剂加入量条件下，固化剂活性高、固化速度快，能够使3d打印呋喃树脂砂型具有良好的硬化特性，砂型强度高（抗弯强度在5.0mpa以上），发气量低（1000℃时发气量小于10.0ml/g），尤其适合于复杂砂型3d打印。3d打印的水基固化剂既满足3d打印设备对固化剂理化性能指标要求，同时在粘结强度、固化速度、砂型发气量等铸造工艺性能方面也满足精密复杂铸件生产应用要求。
1.一种铸造砂型3d打印用水基固化剂，其特征在于：所述铸造砂型3d打印用水基固化剂由氯化铜、有机酚磺酸、苯磺酸及稀释剂混合制备而成，铸造砂型3d打印用水基固化剂的总酸值以硫酸计为25%-40%;所述铸造砂型3d打印用水基固化剂组成为：5份~15份氯化铜、60份~80份有机酚磺酸、5份~10份苯磺酸、40份~60份稀释剂。
2.按照权利要求1所述铸造砂型3d打印用水基固化剂，其特征在于：所述有机酚磺酸是硫酸、二甲苯及苯酚共同反应生成的产物；其中硫酸是浓度为98%的浓硫酸；二甲苯是对二甲苯、间二甲苯、邻二甲苯的混合物，混合物中的对二甲苯：间二甲苯：邻二甲苯重量比为2:7:1。
3.按照权利要求1所述铸造砂型3d打印用水基固化剂，其特征在于：所述稀释剂为乙醇和水的混合物，乙醇和水按重量比1：9混合。
4.一种铸造砂型3d打印用水基固化剂制备方法，其特征在于，制备如权利要求2所述的铸造砂型3d打印用水基固化剂，包括以下步骤：
5.一种铸造砂型3d打印用水基固化剂应用，采用如权利要求1所述的铸造砂型3d打印用水基固化剂，其特征在于：所述铸造砂型3d打印用水基固化剂与铸造砂型3d打印用呋喃树脂配套使用，使用时铸造砂型3d打印用水基固化剂的加入量为铸造砂型3d打印用呋喃树脂加入量的20 wt.%-30 wt.%。
