CN104212148A - 3d打印用聚碳酸酯复合材料及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了3D打印用聚碳酸酯复合材料及其制备方法。该聚碳酸酯复合材料的制备方法为将N-氨乙基-γ-氨丙基三乙氧基硅烷与丙烯酸乙酯混合，加入甲基丙烯酸乙酯，再依次加入环糊精、二茂铁甲酸，然后加入聚碳酸酯颗粒，加热搅拌，冷却即可。其中聚碳酸酯的含量为40~50%，N-氨乙基-γ-氨丙基三乙氧基硅烷含量为5~20%，丙烯酸乙酯含量为5~20%，甲基丙烯酸乙酯含量为10~30%，环糊精含量为0.5~2%，二茂铁甲酸含量为0.5~2%。本发明制备工艺简单，制备的聚碳酸酯复合材料可在50~70℃的温度范围内进行3D打印，不会堵塞3D打印机喷头，可用于汽车制造、医疗器械、航空、航天、电子电器等领域。

Description

3D打印用聚碳酸酯复合材料及其制备方法

技术领域

    本发明属于复合材料技术领域，涉及一种3D打印用聚碳酸酯复合材料及其制备方法。

背景技术

3D打印成型材料种类十分广泛，根据物质类型来分，可以是陶瓷(如氧化铝、氧化锆、硅酸锆、碳化硅)、金属、塑料、石膏、淀粉、或复合材料等。粉末材料的物质成分和比例对3D打印成形的精度、强度、表面质量以及成形过程的可靠性有着重要的影响。粉末成分配方是一个多元系统，除了存在配方材料成分各自对制件性能的主要影响外，还存在各个因素之间交互效应的影响，是一个多因素、多水平的影响问题。以色列OBJET公司的光固化3D打印设备使用的是高分子光敏树脂，即FullCure系列丙烯酸酯基光敏树脂，FullCure模型材料和支持性材料被搅拌在完全密封的材料盒中中提供，这些材料在环境方面安全，无需皮肤接触。材料的装载与卸载类似于打印机墨盒的流程。因此可以制作外观逼真的模型，模型材料也可以进行加工、钻孔、镀铬或者用作模具。

聚碳酸酯(简称PC)是分子链中含有碳酸酯基的高分子聚合物，根据酯基的结构可分为脂肪族、芳香族、脂肪族-芳香族等多种类型。其中由于脂肪族和脂肪族-芳香族聚碳酸酯的机械性能较低，从而限制了其在工程塑料方面的应用。目前仅有芳香族聚碳酸酯获得了工业化生产。由于聚碳酸酯结构上的特殊性，现已成为五大工程塑料中增长速度最快的通用工程塑料。

Stratasys公司发展了以聚碳酸酯为主体的3D打印耗材，采用熔融堆积成型工艺，用于功能性测试，例如棘轮机构、电动工具、汽车零件等。或者与ABS复合，用于玩具以及电子产业3D打印。但由于3D打印温度较高，不能用于有机电子器件等需要低温制备的领域。

发明内容

本发明属于复合材料技术领域，涉及一种3D打印用聚碳酸酯复合材料及其制备方法。该聚碳酸酯复合材料的制备方法的特征为将N-氨乙基-γ-氨丙基三乙氧基硅烷与丙烯酸乙酯混合，加入甲基丙烯酸乙酯，室温搅拌，再依次加入环糊精、二茂铁甲酸，室温搅拌，然后加入聚碳酸酯颗粒，加热搅拌，冷却得3D打印用聚碳酸酯复合材料。本发明制备的聚碳酸酯复合材料应用领域广泛，包括：汽车制造、医疗器械、航空、航天、电子电器等，特别适用于需要较低温度的制程工艺。

本发明提出的3D打印用聚碳酸酯复合材料，其特征在于：

①由下列重量比的原料组成：

聚碳酸酯                     40~50%，

N-氨乙基-γ-氨丙基三乙氧基硅烷  5~20%，

丙烯酸乙酯                  5~20%，

甲基丙烯酸乙酯              10~30%，

环糊精                      0.5~2%，

二茂铁甲酸                   0.5~2%。

②制备步骤如下：

1）将粘均分子量为10000-40000的聚碳酸酯粉碎成100~120目的颗粒；

2）按重量配比称取原料；

3）在氮气氛围下，将N-氨乙基-γ-氨丙基三乙氧基硅烷与丙烯酸乙酯混合，加入甲基丙烯酸乙酯，室温搅拌30~60分钟，再依次加入环糊精、二茂铁甲酸，室温搅拌30~60分钟，然后加入聚碳酸酯颗粒，加热至40~60℃，搅拌120~180分钟，冷却至室温，得3D打印用聚碳酸酯复合材料。

将该材料在50~70℃进行3D打印，测试成型后材料的密度、拉伸强度、收缩率及介电常数。

本发明的优点在于：（1）将聚碳酸酯制成100~120目的微小颗粒，使聚碳酸酯与N-氨乙基-γ-氨丙基三乙氧基硅烷、丙烯酸乙酯、甲基丙烯酸乙酯等复合，添加环糊精、二茂铁甲酸等辅助剂，配置成具有一定粘度的复合材料，在50~70℃的温度范围内进行3D打印，复合材料固化成型，得3D打印产品，可用于有机电致发光器件、有机场效应晶体管器件、有机太阳能电池等的制备。（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。

本发明制备的复合材料可制成各种功能性的薄膜、涂层和复合材料，在有机显示及可穿戴电子产品等领域获得应用，市场前景广阔。

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50g粘均分子量为10000-40000的聚碳酸酯粉碎成100~120目的颗粒；在氮气氛围下，将5g N-氨乙基-γ-氨丙基三乙氧基硅烷与20g 丙烯酸乙酯混合，加入2g环糊精，室温搅拌60分钟，再依次加入2g二茂铁甲酸、21g甲基丙烯酸乙酯，室温搅拌60分钟，然后加入50g聚碳酸酯颗粒，加热至60℃，搅拌180分钟，冷却至室温，得3D打印用聚碳酸酯复合材料。

将该材料在70℃进行3D打印，成型后材料的密度为1.22g/cm³，拉伸强度为78MPa，收缩率为0.88%，介电常数为3.0。

实施例2

将40g粘均分子量为10000-40000的聚碳酸酯粉碎成100~120目的颗粒；在氮气氛围下，将20g N-氨乙基-γ-氨丙基三乙氧基硅烷与19g 丙烯酸乙酯混合，加入0.5g环糊精，室温搅拌30分钟，再依次加入0.5g二茂铁甲酸、20g甲基丙烯酸乙酯，室温搅拌30分钟，然后加入40g聚碳酸酯颗粒，加热至40℃，搅拌120分钟，冷却至室温，得3D打印用聚碳酸酯复合材料。

将该材料在50℃进行3D打印，成型后材料的密度为1.20g/cm³，拉伸强度为101MPa，收缩率为0.88%，介电常数为3.0。

实施例3

将40g粘均分子量为10000-40000的聚碳酸酯粉碎成100~120目的颗粒；在氮气氛围下，将8g N-氨乙基-γ-氨丙基三乙氧基硅烷与20g 丙烯酸乙酯混合，加入1g环糊精，室温搅拌30分钟，再依次加入1g二茂铁甲酸、30g甲基丙烯酸乙酯，室温搅拌40分钟，然后加入40g聚碳酸酯颗粒，加热至50℃，搅拌150分钟，冷却至室温，得3D打印用聚碳酸酯复合材料。

将该材料在60℃进行3D打印，成型后材料的密度为1.26g/cm³，拉伸强度为84MPa，收缩率为1.08%，介电常数为3.2。

实施例4

将50g粘均分子量为10000-40000的聚碳酸酯粉碎成100~120目的颗粒；在氮气氛围下，将20g N-氨乙基-γ-氨丙基三乙氧基硅烷与16g 丙烯酸乙酯混合，加入2g环糊精，室温搅拌50分钟，再依次加入2g二茂铁甲酸、10g甲基丙烯酸乙酯，室温搅拌40分钟，然后加入50g聚碳酸酯颗粒，加热至50℃，搅拌150分钟，冷却至室温，得3D打印用聚碳酸酯复合材料。

将该材料在70℃进行3D打印，成型后材料的密度为1.21g/cm³，拉伸强度为89MPa，收缩率为1.13%，介电常数为3.0。

实施例5

将45g粘均分子量为10000-40000的聚碳酸酯粉碎成100~120目的颗粒；在氮气氛围下，将20g N-氨乙基-γ-氨丙基三乙氧基硅烷与5g 丙烯酸乙酯混合，加入1.5g环糊精，室温搅拌60分钟，再依次加入0.5g二茂铁甲酸、28g甲基丙烯酸乙酯，室温搅拌30分钟，然后加入45g聚碳酸酯颗粒，加热至55℃，搅拌160分钟，冷却至室温，得3D打印用聚碳酸酯复合材料。

将该材料在50℃进行3D打印，成型后材料的密度为1.18g/cm³，拉伸强度为81MPa，收缩率为1.19%，介电常数为2.8。

Claims (2)

1. 一种3D打印用聚碳酸酯复合材料，其特征在于：由下列重量比的原料组成：

聚碳酸酯                     40~50%，

N-氨乙基-γ-氨丙基三乙氧基硅烷  5~20%，

丙烯酸乙酯                  5~20%，

甲基丙烯酸乙酯              10~30%，

环糊精                      0.5~2%，

二茂铁甲酸                   0.5~2%。

2.一种如权利要求1所述的3D打印用聚碳酸酯复合材料的制备方法，其特征在于：其步骤如下：

1）将粘均分子量为10000-40000的聚碳酸酯粉碎成100~120目的颗粒；

2）按重量配比称取原料；

3）在氮气氛围下，将N-氨乙基-γ-氨丙基三乙氧基硅烷与丙烯酸乙酯混合，加入甲基丙烯酸乙酯，室温搅拌30~60分钟，再依次加入环糊精、二茂铁，室温搅拌30~60分钟，然后加入聚碳酸酯颗粒，加热至40~60℃，搅拌120~180分钟，冷却至室温，得3D打印用聚碳酸酯复合材料。