CN104177748A - 纳米铜基3d打印用复合导电材料及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了纳米铜基3D打印用复合导电材料的制备方法，该复合材料制备方法为将α-氰基丙烯酸甲酯与丙酮混合，加入二乙烯三胺，室温搅拌，再依次加入γ―氨丙基三乙氧基硅烷、聚乙炔颗粒，然后加入平均粒径为50纳米的铜粉，加热搅拌，冷却至室温，得纳米铜基3D打印用复合导电材料，纳米铜粉含量为20~30%，α-氰基丙烯酸甲酯含量15~20%，二乙烯三胺含量为15~20%，γ―氨丙基三乙氧基硅烷含量为15~20%，聚乙炔含量为5~10%，丙酮含量为20~30%。本发明制备的导电材料可在30~40℃的温度范围内进行3D打印，且打印成型后的纳米铜基复合导电材料的导电稳定性好，导电率高。

Description

纳米铜基3D打印用复合导电材料及其制备方法

技术领域

本发明属于复合材料技术领域，涉及一种纳米铜基3D打印用复合导电材料及其制备方法。

背景技术

3D打印通常是采用数字技术材料打印机来实现的。过去其常在模具制造、工业设计等领域被用于制造模型，现正逐渐用于一些产品的直接制造，已经有使用这种技术打印而成的零部件。该技术在珠宝、鞋类、工业设计、建筑、工程和施工(AEC)、汽车，航空航天、牙科和医疗产业、教育、地理信息系统、土木工程、枪支以及其他领域都有所应用。

3D打印技术需要依托多个学科领域的尖端技术，主要包括：信息技术，有先进的设计软件及数字化工具，辅助设计人员制作出产品的三维数字模型，并根据模型自动分析出打印的工序，自动控制打印器材的走向；精密机械，3D打印技术以“每层的叠加”为加工方式，产品的生产要求高精度，必须对打印设备的精准程度、稳定性有较高的要求；材料科学，用于3D打印的原材料较为特殊，必须能够液化、粉末化、丝化，在打印完成后又能重新结合起来，并具有合格的物理、化学性质。

当前的3D打印大多只能打印模型自身，还不能打出包含电子功能在内的器件，纳米铜基3D打印用复合导电材料将显著扩展3D打印技术的应用范围。

发明内容

本发明属于复合材料技术领域，涉及一种纳米铜基3D打印用复合导电材料及其制备方法。该复合材料制备方法的特征为将α-氰基丙烯酸甲酯与丙酮混合，加入二乙烯三胺，室温搅拌，再依次加入γ―氨丙基三乙氧基硅烷、聚乙炔颗粒，室温搅拌，然后加入平均粒径为50纳米的铜粉，加热搅拌，冷却至室温，得纳米铜基3D打印用复合导电材料。本发明制备的复合导电材料应用领域广泛，包括可卷曲电致发光器件、有机太阳能电池、智能服装等。

本发明提出的纳米铜基3D打印用复合导电材料：

由下列重量比的原料组成：

纳米铜粉                        20~30%，

α-氰基丙烯酸甲酯                  15~20%，

二乙烯三胺                      15~20%，

γ―氨丙基三乙氧基硅烷           15~20%，

聚乙炔                          5~10%，

丙酮                            20~30%。

所述的纳米铜基3D打印用复合导电材料其制备步骤如下：

1）将重均分子量为2~4万的聚乙炔粉碎成100~120目的颗粒；

2）按重量配比称取原料；

3）在氮气氛围下，将α-氰基丙烯酸甲酯与丙酮混合，加入二乙烯三胺，室温搅拌10~15分钟，再依次加入γ―氨丙基三乙氧基硅烷、聚乙炔颗粒，室温搅拌30~45分钟，然后加入平均粒径为50纳米的铜粉，加热至60~70℃，搅拌30~40分钟，冷却至室温，得纳米铜基3D打印用复合导电材料。

将该材料在30~40℃进行3D打印，测试成型后材料的密度、拉伸强度及导电率。

本发明制备的复合导电材料可制成柔性电路、射频天线、精细电极等，在物联网及可穿戴电子产品等领域获得应用，市场前景广阔。

有益效果

与现有技术相比，本发明的优点在于：

（1）将纳米铜粉分散在具有一定粘度的胶体溶液中，铜粉分布均匀，复合导电材料稳定性好。

（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高，达到10⁵S/m量级。

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5g重均分子量为2~4万的聚乙炔粉碎成100~120目的颗粒；在氮气氛围下，将15g α-氰基丙烯酸甲酯与20g丙酮混合，加入15g二乙烯三胺，室温搅拌10分钟，再依次加入15gγ―氨丙基三乙氧基硅烷、5g聚乙炔颗粒，室温搅拌30分钟，然后加入30g平均粒径为50纳米的铜粉，加热至60℃，搅拌30分钟，冷却至室温，得纳米铜基3D打印用复合导电材料。将该材料在30℃进行3D打印，成型后材料的密度为3.96g/cm³，拉伸强度为76.3MPa，导电率为4.3×10⁵S/m。

将10g重均分子量为2~4万的聚乙炔粉碎成100~120目的颗粒；在氮气氛围下，将20g α-氰基丙烯酸甲酯与20g丙酮混合，加入15g二乙烯三胺，室温搅拌15分钟，再依次加入15gγ―氨丙基三乙氧基硅烷、10g聚乙炔颗粒，室温搅拌45分钟，然后加入20g平均粒径为50纳米的铜粉，加热至70℃，搅拌40分钟，冷却至室温，得纳米铜基3D打印用复合导电材料。将该材料在40℃进行3D打印，成型后材料的密度为2.73g/cm³，拉伸强度为142.3MPa，导电率为1.5×10⁵S/m。

将5g重均分子量为2~4万的聚乙炔粉碎成100~120目的颗粒；在氮气氛围下，将15g α-氰基丙烯酸甲酯与20g丙酮混合，加入20g二乙烯三胺，室温搅拌12分钟，再依次加入20gγ―氨丙基三乙氧基硅烷、5g聚乙炔颗粒，室温搅拌40分钟，然后加入20g平均粒径为50纳米的铜粉，加热至65℃，搅拌35分钟，冷却至室温，得纳米铜基3D打印用复合导电材料。将该材料在35℃进行3D打印，成型后材料的密度为2.86g/cm³，拉伸强度为119.1MPa，导电率为1.8×10⁵S/m。

将5g重均分子量为2~4万的聚乙炔粉碎成100~120目的颗粒；在氮气氛围下，将15g α-氰基丙烯酸甲酯与30g丙酮混合，加入15g二乙烯三胺，室温搅拌10分钟，再依次加入15gγ―氨丙基三乙氧基硅烷、5g聚乙炔颗粒，室温搅拌45分钟，然后加入20g平均粒径为50纳米的铜粉，加热至60℃，搅拌30分钟，冷却至室温，得纳米铜基3D打印用复合导电材料。将该材料在30℃进行3D打印，成型后材料的密度为2.59g/cm³，拉伸强度为96.3MPa，导电率为1.1×10⁵S/m。

将6g重均分子量为2~4万的聚乙炔粉碎成100~120目的颗粒；在氮气氛围下，将16g α-氰基丙烯酸甲酯与22g丙酮混合，加入17g二乙烯三胺，室温搅拌12分钟，再依次加入18gγ―氨丙基三乙氧基硅烷、6g聚乙炔颗粒，室温搅拌40分钟，然后加入21g平均粒径为50纳米的铜粉，加热至65℃，搅拌36分钟，冷却至室温，得纳米铜基3D打印用复合导电材料。将该材料在30℃进行3D打印，成型后材料的密度为3.12g/cm³，拉伸强度为137.1MPa，导电率为3.3×10⁵S/m。

Claims (2)

1.一种纳米铜基3D打印用复合导电材料，其特征在于：由下列重量比的原料组成：

 纳米铜粉                        20~30%，

α-氰基丙烯酸甲酯                  15~20%，

二乙烯三胺                      15~20%，

γ―氨丙基三乙氧基硅烷           15~20%，

聚乙炔                          5~10%，

丙酮                            20~30%。

2.权利要求1所述纳米铜基3D打印用复合导电材料，其制备方法包括以下步骤：

1）将重均分子量为2~4万的聚乙炔粉碎成100~120目的颗粒；

2）按重量配比称取原料；

3）在氮气氛围下，将α-氰基丙烯酸甲酯与丙酮混合，加入二乙烯三胺，室温搅拌10~15分钟，再依次加入γ―氨丙基三乙氧基硅烷、聚乙炔颗粒，室温搅拌30~45分钟，然后加入平均粒径为50纳米的铜粉，加热至60~70℃，搅拌30~40分钟，冷却至室温，得纳米铜基3D打印用复合导电材料。