CN107610803A - 一种3d打印用复合导电线材及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种3D打印用复合导电线材及其制备方法，由如下重量份的组分制成：热熔性树脂45～60份；片状银粉40～55份。所用的导电填料为自制的厚度尺度在纳米级、径向尺度在微米级且表面平整光滑的片状银粉。在较低的片状银粉填充率（55wt%）下，复合导电线材的体积电阻率达到7.02×10‑4Ω∙cm，远优于其它３D打印导电线材；所选热熔性树脂对底材具有良好的粘结性能，通过3D打印技术可打印出导电性能优良、粘结性能良好的电子电路。

Description

一种3D打印用复合导电线材及其制备方法
技术领域
本发明涉及一种3D打印用复合导电线材及其制备方法。
背景技术
3D打印技术是一种快速成型的先进制造技术，通过逐层打印和层层堆叠的方式生产出三维立体实物，广泛应用在消费电子产品、航空航天、汽车、医学及工业和艺术设计等行业领域中。3D打印的方法较多，熔融沉积式（Fused Deposition Modeling，简称FDM）是应用最广泛的3D打印技术。
打印材料是3D打印技术的关键。随着电子制造业的迅猛发展，3D打印电路成为重要发展方向，但具有导电特性的3D打印材料报道不多。专利CN201510411123.9（一种3D打印用导电ABS/PC复合材料及其制备方法和应用）报道以碳基材料（多壁碳纳米管和石墨烯微片）为导电相，辅以树脂和功能助剂，通过混合挤出工艺制备3D打印用复合导电线材。但碳基复合导电线材存在体积电阻率偏大(˃102 Ω∙cm)的缺陷，导电性不能满足通常的导电要求；专利CN201110140156.6（一种液态金属印刷电路板及其制备方法）报道使用液态金属（镓、镓铟合金和镓锡合金等）打印电路，但电流的热效应容易造成打印电路不稳定的问题，而且液态金属的导电性较低；专利CN201510398916.1（一种光敏固化型透明导电打印墨水）按比例将纳米石墨烯、纳米银颗粒、分散剂及助剂加入光敏树脂型溶剂中，混合均匀制备出可3D打印的透明导电墨水，但墨水呈液态状，不利于储存和使用，印刷过程排放VOC，且需专门的烘烤装置。
片状银粉因具有导电性高、比表面积大和化学稳定性好等优点，被作为导电相广泛应用于导电银浆中。但液态的导电银浆贮存性能十分不稳定，且含有易燃易爆的有机溶剂，使用时还须配置专门的烘烤系统，一定程度上制约其应用。
发明内容
本发明的目的是克服现有技术的不足，提供一种3D打印用复合导电线材及其制备方法。
为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
本发明选用热操作温度低、熔融流动性和润湿性好的热熔性树脂与片状银粉混合均匀，通过挤压成型工艺制备出3D打印用复合导电线材。该复合导电线材室温下为固体，加热后可熔融挤出，可满足一般的导电性需求，特别适合于3D打印电子电路。
一种3D打印用复合导电线材，由如下重量份的组分制成：
热熔性树脂45～60份；
片状银粉40～55份。
作为优选的，在上述的3D打印用复合导电线材中，所述热熔性树脂为丙烯腈-丁二烯-苯乙烯（ABS）、聚碳酸酯（PC）、丙烯酸树脂、环氧改性丙烯酸树脂、饱和聚酯或聚乙烯醇缩丁醛（PVB）。其具有较低的操作温度、较好的熔融流动性和润湿性。
作为优选的，在上述的3D打印用复合导电线材中，所述片状银粉是指厚度尺度在纳米级、径向尺度在微米级且表面平整光滑的片状银粉。
作为优选的，在上述的3D打印用复合导电线材中，所述二价酸酯、醋酸乙酯、醋酸丁酯、二氯甲烷、乙醇或正丁醇。
上述3D打印用复合导电线材的制备方法，包括以下步骤：
1）将热熔性树脂溶解于溶剂中，制备出固含量为20～40%的热熔性树脂溶液；
2）将片状银粉和热熔性树脂溶液混合，搅拌，得到导电银浆；
3）将导电银浆印刷至聚四氟乙烯板上，置于140～160℃烤箱中，烘烤1～2h，控制固化膜厚度在1～2mm之间；
4）待温度降至80℃，将固化膜从聚四氟乙烯板上剥离；固化膜冷却至室温后，采用切割机切割成小片；
5）将小片倒入螺杆挤出机中，在150～180℃下挤出并自然冷却之。经螺杆挤出机挤出后可获得直径Φ1.75mm±0.05mm的复合导电线材，体积电阻率介于1.13×10-2Ω∙cm～7.02×10-4Ω∙cm。
与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：
1）所用的导电填料为自制的厚度尺度在纳米级、径向尺度在微米级且表面平整光滑的片状银粉。
2）在较低的片状银粉填充率（55wt%）下，复合导电线材的体积电阻率达到7.02×10-4Ω∙cm，远优于其它３D打印导电线材；
3）所选热熔性树脂对底材具有良好的粘结性能，通过3D打印技术可打印出导电性能优良、粘结性能良好的电子电路。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明进行详细说明。
实施例1
1）将聚乙烯醇缩丁醛树脂溶解于乙醇中，制备出固含量为30%的树脂溶液，树脂溶液用于与片状银粉混合制备导电银浆；
2）向烧杯中加入40克（绝干质量）片状银粉和含60克（绝干质量）聚乙烯醇缩丁醛的树脂溶液，混合搅拌1h，制备出导电银浆；
3）完成步骤2）后，通过丝网印刷工艺将导电银浆印刷至聚四氟乙烯板上，随后放置于160℃的烤箱中，烘烤2h，控制固化膜厚度在1～2mm之间；
4）将聚四氟乙烯板取出，待温度降至80℃时将固化膜剥离。固化膜通过切割机切割成3mm×3 mm的片状颗粒；
5）将片状颗粒倒入螺杆挤出机中，在168℃下挤出后自然冷却之。
通过上述方法制出的复合导电线材，直径为Φ1.75mm±0.05mm，体积电阻率1.12×10-2Ω∙cm。
实施例2
1）将饱和聚酯树脂溶解于醋酸丁酯中，制备出固含量为40%的树脂溶液，树脂溶液用于与片状银粉混合制备导电银浆；
2）向烧杯中加入45克（绝干质量）片状银粉和含55克（绝干质量）饱和聚酯树脂的树脂溶液，混合搅拌1h，制备出导电银浆；
3）完成步骤2）后，通过丝网印刷工艺将导电银浆印刷至聚四氟乙烯板上，随后放置于150℃的烤箱中，烘烤1.5h，控制固化膜厚度在1～2mm之间；
4）将聚四氟乙烯板取出，待温度降至80℃时将固化膜剥离。固化膜采用切割机切割成3mm×3 mm的片状颗粒；
5）将片状颗粒倒入螺杆挤出机中，在155℃下挤出后自然冷却之。
通过上述方法制出的复合导电线材，直径为Φ1.75mm±0.05mm，体积电阻率2.94×10-3Ω∙cm。
实施例3
1）将丙烯酸树脂溶解于正丁醇中，制备出固含量为30%的树脂溶液，树脂溶液用于与片状银粉混合制备导电银浆；
2）向烧杯中加入50克（绝干质量）片状银粉和含50克（绝干质量）丙烯酸树脂的树脂溶液，混合搅拌2h，制备出导电银浆；
3）完成步骤2）后，通过丝网印刷工艺将导电银浆印刷至聚四氟乙烯板上，随后放置于140℃的烤箱中，烘烤2h，控制固化膜厚度在1～2mm之间；
4）将聚四氟乙烯板取出，待温度降至80℃时将固化膜剥离，固化膜采用切割机切割成3mm×3 mm的片状颗粒；
5）将片状颗粒倒入螺杆挤出机中，在160℃下挤出后自然冷却之。
通过上述方法制出的复合导电线材，直径为Φ1.75mm±0.05mm，体积电阻率9.08×10-4Ω∙cm。
实施例4
1）将聚乙烯醇缩丁醛树脂溶解于二价酸酯中，制备出固含量为25%的树脂溶液，树脂溶液用于与片状银粉混合制备导电银浆；
2）向烧杯中加入55克（绝干质量）片状银粉和含45克（绝干质量）树脂的树脂溶液，混合搅拌2h，制备出导电银浆；
3）完成步骤2）后，通过丝网印刷工艺将导电银浆印刷至聚四氟乙烯板上，随后放置于150℃的烤箱中，烘烤1h，控制固化膜厚度在1～2mm之间；
4）将聚四氟乙烯板取出，待温度降至80℃时将固化膜剥离。固化膜采用切割机切割成3mm×3 mm的片状颗粒；
5）将片状颗粒倒入螺杆挤出机中，在171℃下挤出后自然冷却之。
通过上述方法制出的复合导电线材，直径为Φ1.75mm±0.05mm，体积电阻率7.02×10-4Ω∙cm。

Claims (5)

1.一种3D打印用复合导电线材，其特征在于由如下重量份的组分制成：
热熔性树脂45～60份；
片状银粉40～55份。
2.根据权利要求1所述的3D打印用复合导电线材，其特征在于，所述热熔性树脂为丙烯腈-丁二烯-苯乙烯、聚碳酸酯、丙烯酸树脂、环氧改性丙烯酸树脂、饱和聚酯或聚乙烯醇缩丁醛。
3.根据权利要求1所述的3D打印用复合导电线材，其特征在于，所述片状银粉是指厚度尺度在纳米级、径向尺度在微米级且表面平整光滑的片状银粉。
4.权利要求1所述3D打印用复合导电线材的制备方法，其特征在于包括以下步骤：
1）将热熔性树脂溶解于溶剂中，制备出固含量为20～40%的热熔性树脂溶液；
2）将片状银粉和热熔性树脂溶液混合，搅拌，得到导电银浆；
3）将导电银浆印刷至聚四氟乙烯板上，置于140～160℃烤箱中，烘烤1～2h，控制固化膜厚度在1～2mm之间；
4）待温度降至80℃，将固化膜从聚四氟乙烯板上剥离；固化膜冷却至室温后，采用切割机切割成小片；
5）将小片倒入螺杆挤出机中，在150～180℃下挤出并自然冷却之。
5.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于所述二价酸酯、醋酸乙酯、醋酸丁酯、二氯甲烷、乙醇或正丁醇。
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