CN108587136A - 一种光响应4d打印的材料及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

一种光响应4D打印材料及其制备方法，本发明涉及4D打印材料及其制备方法。本发明是要解决现有的适用于4D打印材料较少的技术问题。本发明的光响应4D打印的材料具有皮芯结构，芯为尼龙/乙烯‑醋酸乙烯共聚物塑料，皮为光热转换材料；皮芯结构是利用3D打印技术打印的。方法：将尼龙、乙烯‑醋酸乙烯共聚物、相容剂POE‑G‑MAH、ABS树脂、钙锌稳定剂混合后挤出，得到尼龙/乙烯‑醋酸乙烯共聚物塑料；将丙烯酸树脂、导热硅胶、多异氰酸酯、偶联剂DC6040和ABS树脂混合后，再加入普鲁士蓝，挤出，得到光热转换材料；再进行3D打印得到光响应4D打印部件。该材料对激光照射响应灵敏，可用光致制动器、人造肌肉等领域。

Description

一种光响应4D打印的材料及其制备方法
技术领域
本发明涉及4D打印材料及其制备方法。
背景技术
4D打印技术是未来技术的先锋，主要原理是在3D打印技术基础上，以可变形材料作为驱动执行单元，利用材料的可变形特性，将成型构件的设计参数、成型工艺、变形行为和最终结构目标等信息设计到初始构型中。成型后利用外场激励介质刺激，通过弯曲、扭曲、膨胀等自我变形获得预设三维空间构型，是一种集成产品设计、制造、装配为一体的创新技术。
适用于4D打印的材料为记忆材料，如果记忆合金，目前适用于4D打印材料少，限制了4D打印技术的发展。
发明内容
本发明是要解决现有的适用于4D打印材料较少的技术问题，而提供一种光响应4D打印的材料及其制备方法。
本发明的光响应4D打印的材料具有皮芯结构，其中内部的芯为尼龙/乙烯-醋酸乙烯共聚物塑料，表层的皮为光热转换材料；尼龙/乙烯-醋酸乙烯共聚物塑料是按重量份数比由35～45份的尼龙、15～20份的乙烯-醋酸乙烯共聚物、5～8份的相容剂POE-G-MAH、6～8份的ABS树脂和1～3份的钙锌稳定剂混合均匀后用螺杆挤出机挤出得到的；光热转换材料是按重量份数比由30～50份的丙烯酸树脂、25～45份的导热硅胶、5～8份的多异氰酸酯、 3～6份的偶联剂DC6040和3～6份的ABS树脂的混合物和占混合物质量的1％～2％的普鲁士蓝，混合均匀后用螺杆挤出机挤出得到的；皮芯结构是利用3D打印技术打印的。
本发明的光响应4D打印的材料制备方法，按以下步骤进行：
步骤一：按重量份数比将35～45份的尼龙、15～20份的乙烯-醋酸乙烯共聚物、5～8份的相容剂POE-G-MAH、6～8份的ABS树脂和1～3份的钙锌稳定剂混合均匀，得到混合物Ⅰ；
步骤二：将步骤一得到的混合物Ⅰ在温度200～260℃条件下用长径比为(38～42)：1 的螺杆挤出机挤出，得到尼龙/乙烯-醋酸乙烯共聚物塑料；
步骤三：按重量份数比将30～50份的丙烯酸树脂、25～45份的导热硅胶、5～8份的多异氰酸酯、3～6份的偶联剂DC6040和3～6份的ABS树脂混合均匀，得到混合物Ⅱ；
步骤四：将占混合物Ⅱ质量的1％～2％的普鲁士蓝加入到混合物Ⅱ中混合均匀，然后加入到挤出机中，在温度为140～180℃的条件下挤出成型，得到光热转换材料；
步骤五：将步骤二制备的尼龙/乙烯-醋酸乙烯共聚物塑料和步骤四制备的光热转换材料加入双喷头3D打印机中，设置打印部件的程序，以尼龙/乙烯-醋酸乙烯共聚物塑料为内层，以光热转换材料为表层进行熔融沉积成型法3D打印，得到光响应4D打印部件。
本发明的本发明的光响应4D打印的材料的内部为尼龙/乙烯-醋酸乙烯共聚物塑料，表层为光热转换材料。这种结构的材料可以对激光产生响应，用激光照射时相对于无激光照射时产生弯曲位移。本发明的光响应4D打印的材料制备步骤简单，所用的材料成本低，该材料对激光感应灵敏度高，使用方便，运动效果好。利用3D打印技术制备的光响应4D 打印材料时，按输入的部件的结构进行打印，即得到光响应4D打印部件。
本发明可用于光致制动器部件、人造肌肉等领域。
附图说明
图1是实施例1打印的长方形样条的照片；
图2是实施例1打印的长方形样条在激光照射下发生位移的照片。
具体实施方式
具体实施方式一：本实施方式的光响应4D打印的材料具有皮芯结构，其中内部的芯为尼龙/乙烯-醋酸乙烯共聚物塑料，表层的皮为光热转换材料；尼龙/乙烯-醋酸乙烯共聚物塑料是按重量份数比由35～45份的尼龙、15～20份的乙烯-醋酸乙烯共聚物、5～8份的相容剂POE-G-MAH、6～8份的ABS树脂和1～3份的钙锌稳定剂混合均匀后用螺杆挤出机挤出得到的；光热转换材料是按重量份数比由30～50份的丙烯酸树脂、25～45份的导热硅胶、5～8份的多异氰酸酯、3～6份的偶联剂DC6040和3～6份的ABS树脂的混合物和占混合物质量的1％～2％的普鲁士蓝，混合均匀后用螺杆挤出机挤出得到的；皮芯结构是利用 3D打印技术打印的。
具体实施方式二：本实施方式的光响应4D打印的方法，按以下步骤进行：
步骤一：按重量份数比将35～45份的尼龙、15～20份的乙烯-醋酸乙烯共聚物、5～8份的相容剂POE-G-MAH、6～8份的ABS树脂和1～3份的钙锌稳定剂混合均匀，得到混合物Ⅰ；
步骤二：将步骤一得到的混合物Ⅰ在温度200～260℃条件下用长径比为(38～42)：1 的螺杆挤出机挤出，得到尼龙/乙烯-醋酸乙烯共聚物塑料；
步骤三：按重量份数比将30～50份的丙烯酸树脂、25～45份的导热硅胶、5～8份的多异氰酸酯、3～6份的偶联剂DC6040和3～6份的ABS树脂混合均匀，得到混合物Ⅱ；
步骤四：将占混合物Ⅱ质量1％～2％的普鲁士蓝加入到混合物Ⅱ中混合均匀，然后加入到挤出机中，在温度为140～180℃的条件下挤出成型，得到光热转换材料；
步骤五：将步骤二制备的尼龙/乙烯-醋酸乙烯共聚物塑料和步骤四制备的光热转换材料加入双喷头3D打印机中，设置打印部件的程序，以尼龙/乙烯-醋酸乙烯共聚物塑料为内层，以光热转换材料为表层进行熔融沉积成型法3D打印，得到光响应4D打印部件。
具体实施方式三：本实施方式与具体实施方式二不同的是步骤三中所述的多异氰酸酯为甲苯-2,4-二异氰酸酯(TDI)、4，4`-二苯基甲烷二异氰酸酯(MDI)或多亚甲基多苯基多异氰酸酯(PAPI)。其它与具体实施方式二相同。
具体实施方式四：本实施方式与具体实施方式二或三不同的是步骤一中按重量份数比将38～40份的尼龙、18～19份的乙烯-醋酸乙烯共聚物、6～7份的相容剂POE-G-MAH、7～8 份的ABS树脂和1.5～2份的钙锌稳定剂混合2～3小时。其它与具体实施方式二或三相同。
具体实施方式五：本实施方式与具体实施方式二至四之一不同的是步骤二中螺杆挤出机的挤出温度230～250℃。其它与具体实施方式二至四之一相同。
具体实施方式六：本实施方式与具体实施方式二至五之一不同的是步骤三中按重量份数比将35～45份的丙烯酸树脂、30～40份的导热硅胶、6～7份的多异氰酸酯、4～5份的偶联剂DC6040和4～5份的ABS树脂混合2～3小时。其它与具体实施方式二至五之一相同。
具体实施方式七：本实施方式与具体实施方式二至六之一不同的是步骤四中挤出机的挤出温度为150～160℃。其它与具体实施方式二至六之一相同。
用下面的实施例验证本发明的有益效果：
实施例1：本实施例的光响应4D打印的方法，按以下步骤进行：
步骤一：按重量份数比将40份的尼龙、18份的乙烯-醋酸乙烯共聚物、6份相容剂POE-G-MAH、6份的ABS树脂和3份的钙锌稳定剂混合3小时，得到均匀的混合物Ⅰ；
步骤二：将步骤一得到的混合物Ⅰ在温度240℃条件下用长径比为38：1的螺杆挤出机挤出，得到尼龙/乙烯-醋酸乙烯共聚物塑料；
步骤三：按重量份数比将40份的丙烯酸树脂、30份的导热硅胶、6份的甲苯-2,4-二异氰酸酯(TDI)、4份的偶联剂DC6040和4份的ABS树脂混合2小时，得到混合物Ⅱ；
步骤四：将占混合物Ⅱ质量1％的普鲁士蓝加入到混合物Ⅱ中混合1小时，然后加入到挤出机中，在温度为150℃的条件下挤出成型，得到光热转换材料；
步骤五：将步骤二制备的尼龙/乙烯-醋酸乙烯共聚物塑料和步骤四制备的光热转换材料加入双喷头3D打印机中，设置打印长为60mm、宽为2mm、厚为0.2mm的长方形样条的程序，以尼龙/乙烯-醋酸乙烯共聚物塑料为样条内层，以光热转换材料为样条表层进行熔融沉积成型法3D打印，得到光响应4D打印样条。
本实施例打印的长方形样条的照片如图1所示，将样条的一端固定，另一端自由，用 MW-BL-450/1000mW激光器在强度为265mW、激光波长为450nm的条件下进行激光响应试验，在无激光照射时，端自由位于直尺的刻度线10上，用激光照射0.08秒，样品的自由端向右偏移2mm，如图2所示，关掉激光0.08s，样品的自由端又恢复至刻度线10 所在位置，再用激光照射0.08秒，样条又向右偏移，再关掉激光又恢复至刻度线10所在位置，如此反复，随激光的有无，样品的自由端发生摆动，即实现了光响应，而且灵敏度高。
实施例2：本实施例的光响应4D打印的方法，按以下步骤进行：
步骤一：按重量份数比将45份的尼龙、20份的乙烯-醋酸乙烯共聚物、8份的相容剂POE-G-MAH、7份的ABS树脂和2份的钙锌稳定剂混合3小时，得到混合物Ⅰ；
步骤二：将步骤一得到的混合物Ⅰ在温度260℃条件下用长径比为38：1的螺杆挤出机挤出，得到尼龙/乙烯-醋酸乙烯共聚物塑料；
步骤三：按重量份数比将50份的丙烯酸树脂45份的导热硅胶、7份的多异氰酸酯、56份的偶联剂DC6040和5份的ABS树脂混合混合2小时，得到混合物Ⅱ；
步骤四：将占混合物Ⅱ质量2％的普鲁士蓝加入到混合物Ⅱ中混合1小时，然后加入到挤出机中，在温度为160℃的条件下挤出成型，得到光热转换材料；
步骤五：将步骤二制备的尼龙/乙烯-醋酸乙烯共聚物塑料和步骤四制备的光热转换材料加入双喷头3D打印机中，设置打印长为60mm、宽为2mm、厚为0.2mm的长方形样条的程序，以尼龙/乙烯-醋酸乙烯共聚物塑料为样条内核，以光热转换材料为样条表层进行熔融沉积成型法3D打印，得到光响应4D打印样条。
将本实施例打印的长方形样条的一端固定，另一端自由，用MW-BL-450/1000mW激光器在强度为265mW、激光波长为450nm的条件下进行激光响应试验，在无激光照射时，端自由竖直，用激光照射0.08s，样品的自由端向右偏移3毫米，关掉激光0.08s又恢复竖直，再用激光照射0.08s，样条又向右偏移，再关掉激光0.08s又恢复竖直，如此反复，随激光的有无，样品的自由端发生摆动，即实现了光响应，同时变化尺度大，反应灵敏。

Claims (7)

1.一种光响应4D打印的材料，其特征在于该材料具有皮芯结构，其中内部的芯为尼龙/乙烯-醋酸乙烯共聚物塑料，表层的皮为光热转换材料；尼龙/乙烯-醋酸乙烯共聚物塑料是按重量份数比由35～45份的尼龙、15～20份的乙烯-醋酸乙烯共聚物、5～8份的相容剂POE-G-MAH、6～8份的ABS树脂和1～3份的钙锌稳定剂混合均匀后用螺杆挤出机挤出得到的；光热转换材料是按重量份数比由30～50份的丙烯酸树脂、25～45份的导热硅胶、5～8份的多异氰酸酯、3～6份的偶联剂DC6040和3～6份的ABS树脂的混合物和占混合物质量的1％～2％的普鲁士蓝，混合均匀后用螺杆挤出机挤出得到的；皮芯结构是利用3D打印技术打印的。
2.一种光响应4D打印材料的制备方法，其特征在于该方法按以下步骤进行：
步骤一：按重量份数比将35～45份的尼龙、15～20份的乙烯-醋酸乙烯共聚物、5～8份的相容剂POE-G-MAH、6～8份的ABS树脂和1～3份的钙锌稳定剂混合均匀，得到混合物Ⅰ；
步骤二：将步骤一得到的混合物Ⅰ在温度200～260℃条件下用长径比为(38～42)：1的螺杆挤出机挤出，得到尼龙/乙烯-醋酸乙烯共聚物塑料；
步骤三：按重量份数比将30～50份的丙烯酸树脂、25～45份的导热硅胶、5～8份的多异氰酸酯、3～6份的偶联剂DC6040和3～6份的ABS树脂混合均匀，得到混合物Ⅱ；
步骤四：将占混合物Ⅱ质量1％～2％的普鲁士蓝加入到混合物Ⅱ中混合均匀，然后加入到挤出机中，在温度为140～180℃的条件下挤出成型，得到光热转换材料；
步骤五：将步骤二制备的尼龙/乙烯-醋酸乙烯共聚物塑料和步骤四制备的光热转换材料加入双喷头3D打印机中，设置打印部件的程序，以尼龙/乙烯-醋酸乙烯共聚物塑料为内层，以光热转换材料为表层进行熔融沉积成型法3D打印，得到光响应4D打印部件。
3.根据权利要求2所述的一种光响应4D打印的方法，其特征在于步骤三中所述的多异氰酸酯为甲苯-2,4-二异氰酸酯、4，4`-二苯基甲烷二异氰酸酯或多亚甲基多苯基多异氰酸酯。
4.根据权利要求2或3所述的一种光响应4D打印的方法，其特征在于步骤一中按重量份数比将38～40份的尼龙、18～19份的乙烯-醋酸乙烯共聚物、6～7份的相容剂POE-G-MAH、7～8份的ABS树脂和1.5～2份的钙锌稳定剂混合2～3小时。
5.根据权利要求2或3所述的一种光响应4D打印的方法，其特征在于步骤二中螺杆挤出机的挤出温度230～250℃。
6.根据权利要求2或3所述的一种光响应4D打印的方法，其特征在于步骤三中按重量份数比将35～45份的丙烯酸树脂、30～40份的导热硅胶、6～7份的多异氰酸酯、4～5份的偶联剂DC6040和4～5份的ABS树脂混合2～3小时。
7.根据权利要求2或3所述的一种光响应4D打印的方法，其特征在于步骤四中挤出机的挤出温度为150～160℃。
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