CN104177550B - 3d打印用聚苯胺导电复合材料及其制备方法 - Google Patents

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本发明属于复合材料技术领域，涉及3D打印用聚苯胺导电复合材料及其制备方法。该聚苯胺导电复合材料的制备方法的特征为将烯丙基缩水甘油醚与乙醇混合，加入磷钨酸，室温搅拌，再依次加入过硫酸铵、α‑氰基丙烯酸正丁酯，室温搅拌，然后加入聚苯胺颗粒，加热搅拌，冷却得3D打印用聚苯胺导电复合材料。本发明的优点是：1、制备的聚苯胺导电复合材料可在40~50℃的温度范围内进行3D打印，不会堵塞3D打印机喷头；2、制备工艺简单，生产成本低，便于推广和应用；3、打印成型后的聚苯胺导电复合材料的导电率分布区间广，从半导体到导体，且导电稳定性好。

Description

3D打印用聚苯胺导电复合材料及其制备方法
技术领域
本发明属于导电复合材料技术领域，涉及一种3D打印用聚苯胺导电复合材料及其制备方法。
背景技术
3D打印技术是一项革命性技术。3D打印制造不需在工厂进行操作，也就意味着无需机械加工或者任何模具。这毫无疑问将大大缩短产品的研制周期，提高生产效率并降低生产所需的人力资源成本。以目前加式制造的发展情况判断，3D打印机之后，必将是社会制造的迅猛发展。筒单地说，“社会制造”就是利用3D打印、网络技术和社会媒体，通过众包等方式让社会民众充分参与产品的全生命制造过程，实现个性化、实时化、经济化的生产和消费模式。因此，社会制造必将极大地刺激社会需求，同时有效地提升整个社会的参与程度，其直接结果就是社会就业率的大幅度提高，而传统的企业将转变为能主动感知并且响应用户大规模个性化需求的智能企业。3D打印技术必将改变人类未来的生产与生活方式。
聚苯胺(Polyaniline，PANI)是导电高聚物家族中被研究最多的成员之一。PANI具有优良的氧化还原能力、可逆的酸掺杂碱去掺杂特性、高导电性、荧光性、电致变色性以及良好的热稳定性，在二次电池、传感器、电容器、防腐、电致变色器件、气体分离薄膜等领域具有广泛的应用价值。纳米结构的PANI除了具有PANI的特性外，还具有纳米材料的独特性能，所以具有更广泛的应用前景。PANI具有独特的掺杂机制，在用质子酸掺杂时，PANI链上的电子数不发生变化，且不同质子酸掺杂的PANI其结构、性质各有差异。
本发明的优点在于：(1)将聚苯胺制成100～120目的微小颗粒，使聚苯胺与α-氰基丙烯酸正丁酯、烯丙基缩水甘油醚、乙醇等复合，添加磷钨酸、过硫酸铵等辅助剂，配置成具有一定粘度的导电复合材料，在40～50℃的温度范围内进行3D打印，导电复合材料固化成型，得3D打印产品，从而实现导电复合材料的低温打印制造。(2)本发明制备的3D打印材料是一种流体材料，打印过程不会堵塞3D打印机喷头，适用于现有的多数3D打印机。(3)制备工艺简单，生产成本低，便于推广和应用。(4)打印成型后的复合材料的导电率分布区间广，从半导体到导体，且导电稳定性好。
本发明制备的聚苯胺导电复合材料还可制成各种功能性的薄膜、涂层和功能复合材料，在光电材料、航空航天以及可穿戴电子产品等领域获得应用，市场前景广阔。
发明内容
本发明属于复合材料技术领域，涉及一种3D打印用聚苯胺导电复合材料及其制备方法。该聚苯胺导电复合材料的制备方法的特征为将烯丙基缩水甘油醚与乙醇混合，加入磷钨酸，室温搅拌，再依次加入过硫酸铵、α-氰基丙烯酸正丁酯，室温搅拌，然后加入聚苯胺颗粒，加热搅拌，冷却得3D打印用聚苯胺导电复合材料。本发明制备的聚苯胺导电复合材料应用领域广泛，包括汽车防眩后视镜、光信息储存组件、太阳眼镜、军事用途护目镜、飞机驾驶舱遮篷及智能窗、可反复充放电电池、气体检测器等。
本发明提出的3D打印用聚苯胺导电复合材料，其特征在于：
①由下列重量比的原料组成：
其中聚苯胺的重均分子量为2-5万、颗粒目数为100～120目。
②制备步骤如下：
1)将重均分子量为2-5万的聚苯胺粉碎成100～120目的颗粒；
2)按重量配比称取原料；
3)在氮气氛围下，将烯丙基缩水甘油醚与乙醇混合，加入磷钨酸，室温搅拌60～120分钟，再依次加入过硫酸铵、α-氰基丙烯酸正丁酯，室温搅拌60～120分钟，然后加入聚苯胺颗粒，加热至60～70℃，搅拌60～120分钟，冷却至室温，得3D打印用聚苯胺导电复合材料。
将该材料在40～50℃进行3D打印，测试成型后材料的密度、拉伸强度、弯曲强度及导电率。
具体实施方式
下面通过实施例进一步描述本发明
实施例1
将40g重均分子量为2-5万的聚苯胺粉碎成100～120目的颗粒；在氮气氛围下，将20g烯丙基缩水甘油醚与30g乙醇混合，加入2g磷钨酸，室温搅拌60分钟，再依次加入3g过硫酸铵、5gα-氰基丙烯酸正丁酯，室温搅拌60分钟，然后加入40g聚苯胺颗粒，加热至60℃， 搅拌60分钟，冷却至室温，得3D打印用聚苯胺导电复合材料。
将该材料在40℃进行3D打印，成型后材料的密度为1.13g/cm3，拉伸强度为62.1MPa，弯曲强度为78.4MPa，导电率为2.12S/m。
实施例2
将50g重均分子量为2-5万的聚苯胺粉碎成100～120目的颗粒；在氮气氛围下，将5g烯丙基缩水甘油醚与15g乙醇混合，加入1g磷钨酸，室温搅拌120分钟，再依次加入1g过硫酸铵、28gα-氰基丙烯酸正丁酯，室温搅拌120分钟，然后加入50g聚苯胺颗粒，加热至70℃，搅拌120分钟，冷却至室温，得3D打印用聚苯胺导电复合材料。
将该材料在50℃进行3D打印，成型后材料的密度为1.09g/cm3，拉伸强度为48.3MPa，弯曲强度为71.9MPa，导电率为3813S/m。
实施例3
将40g重均分子量为2-5万的聚苯胺粉碎成100～120目的颗粒；在氮气氛围下，将10g烯丙基缩水甘油醚与18g乙醇混合，加入1g磷钨酸，室温搅拌90分钟，再依次加入1g过硫酸铵、30gα-氰基丙烯酸正丁酯，室温搅拌120分钟，然后加入40g聚苯胺颗粒，加热至60℃，搅拌60分钟，冷却至室温，得3D打印用聚苯胺导电复合材料。
将该材料在45℃进行3D打印，成型后材料的密度为1.11g/cm3，拉伸强度为54.1MPa，弯曲强度为76.1MPa，导电率为367S/m。
实施例4
将45g重均分子量为2-5万的聚苯胺粉碎成100～120目的颗粒；在氮气氛围下，将15g烯丙基缩水甘油醚与20g乙醇混合，加入2g磷钨酸，室温搅拌80分钟，再依次加入2g过硫酸铵、16gα-氰基丙烯酸正丁酯，室温搅拌100分钟，然后加入45g聚苯胺颗粒，加热至70℃，搅拌90分钟，冷却至室温，得3D打印用聚苯胺导电复合材料。
将该材料在40℃进行3D打印，成型后材料的密度为1.03g/cm3，拉伸强度为70.3MPa，弯曲强度为79.9MPa，导电率为72S/m。
实施例5
将49g重均分子量为2-5万的聚苯胺粉碎成100～120目的颗粒；在氮气氛围下，将16g烯丙基缩水甘油醚与15g乙醇混合，加入1g磷钨酸，室温搅拌60分钟，再依次加入2g过硫酸铵、17gα-氰基丙烯酸正丁酯，室温搅拌90分钟，然后加入49g聚苯胺颗粒，加热至70℃，搅拌120分钟，冷却至室温，得3D打印用聚苯胺导电复合材料。
将该材料在50℃进行3D打印，成型后材料的密度为1.07g/cm3，拉伸强度为61.5MPa，弯曲强度为81.3MPa，导电率为991S/m。

Claims (2)

1.一种3D打印用聚苯胺导电复合材料，其特征在于：由下列重量比的原料组成：
聚苯胺 40~50%，
α-氰基丙烯酸正丁酯 5~30%，
烯丙基缩水甘油醚 5~20%，
乙醇 15~30%，
磷钨酸 1~2%，
过硫酸铵 1~3%；
其中聚苯胺的重均分子量为2-5万、颗粒目数为100~120目。
2.权利要求1所述3D打印用聚苯胺导电复合材料的制备方法，其特征在于：其步骤如下：
1）将重均分子量为2-5万的聚苯胺粉碎成100~120目的颗粒；
2）按重量配比称取原料；
3）在氮气氛围下，将烯丙基缩水甘油醚与乙醇混合，加入磷钨酸，室温搅拌60~120分钟，再依次加入过硫酸铵、α-氰基丙烯酸正丁酯，室温搅拌60~120分钟，然后加入聚苯胺颗粒，加热至60~70℃，搅拌60~120分钟，冷却至室温，得3D打印用聚苯胺导电复合材料。
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