CN108912666A - 一种用于3d复合打印材料及其制备方法 - Google Patents

一种用于3d复合打印材料及其制备方法 Download PDF

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赵轩
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Abstract

本发明提供一种用于3D复合打印材料及其制备方法，将聚有机硅氧烷以及二氧化钛纳米粉加入，加热后再加入乙二醛滴以及热塑性弹性体，降至室温，再加入有机钛酸脂以及抗氧化剂，搅拌后混合得到一定粘度的复合3D复合打印材料；本发明制备的3D复合打印材料应用领域广泛，可代替大部分有色金属，用于汽车、机床、仪表内件、轴承、紧固件、齿轮、弹簧片、管道、运输带配件制造等；本发明提供的3D复合打印材料进行3D打印，打印成型后的材料具有耐疲劳、耐蠕变、耐磨、耐冲击等优良的性能。

Description

一种用于3D复合打印材料及其制备方法
技术领域
本发明涉及3D复合打印材料技术领域，具体地讲，本发明涉及一种用于3D复合打印材料及其制备方法。
背景技术
3D 打印是新型快速成型制造技术。它通过多层叠加生长原理制造产品。它能克服传统机械加工无法实现的特殊结构障碍。可以实现任意复杂结构部件的简单化生产，目前，3D打印技术大致分为下列几种技术：光固化型、熔融沉积成型、层状物体制造、选择性激光烧结、选择性激光熔化等几种。
3D 打印机是一种将金属、陶瓷、树脂、塑料或者砂等打印原材料通过层层叠加的方式，最终使智能电子设备( 如计算机或者服务器等) 中的设计蓝图变成实物的设备。通俗的说，3D 打印机是能够打印出真实的3D 物体的一种设备。利用3D 打印机打印出的3D物体可以具体为模具、玩具以及机器零件等等，有些3D 打印机甚至可以打印出食物。
随着科技发展和社会进步，3D打印产品开始不仅限于工业设计、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、枪支等领域，也开始走进人们的日常生活。本发明制备的3D复合打印材料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。
发明内容
为了解决现有技术的问题，本发明提供了一种用于3D复合打印材料及其制备方法，将磷酸二氢钾溶于聚氨酯丙烯酸树脂中形成混合溶液，将聚有机硅氧烷以及二氧化钛纳米粉加入，加热后再加入乙二醛滴以及热塑性弹性体，降至室温，再加入有机钛酸脂以及抗氧化剂，搅拌后混合得到3D复合打印材料；本发明制备的3D复合打印材料应用领域广泛，可代替大部分有色金属，用于汽车、机床、仪表内件、轴承、紧固件、齿轮、弹簧片、管道、运输带配件、电水煲、泵壳、沥水器、水龙头等。
本发明专利提供了一种3D复合打印材料，包括以下各重量份数的原料组分：
聚氨酯丙烯酸树脂 30-40份；
磷酸二氢钾 10-20份；
聚有机硅氧烷 5-10份；
二氧化钛纳米粉 5-15份；
乙二醛 5-15份；
热塑性弹性体 5-10份；
有机钛酸脂 10-15份；
抗氧化剂 2-5份。
优选的，所述热塑性弹性体为TPU、TPEE、SBS中的一种或多种的混合物。
优选的，所述有机钛酸酯包括钛酸异丙酯、钛酸四丁酯或钛酸四甲酯。
优选的，所述抗氧剂为2，6-三级丁基-4-甲基苯酚、双(3，5-三级丁基-4-羟基苯基)硫醚、季戊四醇酯、双十二碳醇酯、双十四碳醇酯和双十八碳醇酯中的一种或多种。
制备3D复合打印材料的方法，包括如下步骤：
步骤S01、按重量配比称取原料，将磷酸二氢钾溶于聚氨酯丙烯酸树脂中形成混合溶液,高速搅拌、超声分散混合浆料；
步骤S02、将聚有机硅氧烷以及二氧化钛纳米粉加入步骤S01中进行搅拌混合，在40-50℃条件下搅拌20-30min，制成半成品待用；
步骤S03、将步骤S02中的半成品加热至60-80℃，再将乙二醛滴以及热塑性弹性体加入半成品中，待滴加完毕后继续反应10-20min；
步骤S04、将步骤S03中的混合溶液降至室温，加入有机钛酸脂以及抗氧化剂，充分搅拌密封即可。
优选的，搅拌混合通过搅拌机中均匀混合，搅拌机转速为1600RPM，搅拌时间为20min。
优选的，所述混合气体中的CO2的体积分数为5-20%。
本发明提供的技术方案带来的有益效果是:
1.本发明将聚有机硅氧烷以及二氧化钛纳米粉加入，加热后再加入乙二醛滴以及热塑性弹性体，降至室温，再加入有机钛酸脂以及抗氧化剂，搅拌后混合得到一定粘度的复合3D复合打印材料；本发明制备的3D复合打印材料应用领域广泛，可代替大部分有色金属，用于汽车、机床、仪表内件、轴承、紧固件、齿轮、弹簧片、管道、运输带配件制造等；
2.本发明制备的3D复合打印材料是一种流体材料，打印过程中不会堵塞3D打印机喷头，适用现有的多数3D打印机；
3.本发明提出的制备方法工艺简单，容易操作，生产成本低，极大地保护了环境，特别适于工业化生产。
具体实施方式
以下通过特定的具体实例说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点与功效。本发明还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本发明的精神下进行各种修饰或改变。
实施例1
本发明提供一种制备3D复合打印材料的方法，包括如下步骤：
步骤S01、按重量配比称取原料，将20份磷酸二氢钾溶于30份聚氨酯丙烯酸树脂中形成混合溶液；
步骤S02、抽真空至压力0.1MPa，注入N2和CO2的混合气体，混合气体中的CO2的体积分数为15%，将聚有机硅氧烷以及15份二氧化钛纳米粉加入步骤S01中进行搅拌混合，在40℃条件下搅拌20min，制成半成品待用；
步骤S03、将步骤S02中的半成品加热至80℃，再将15份乙二醛滴以及5份热塑性弹性体加入半成品中，待滴加完毕后继续反应10min；
步骤S04、将步骤S03中的混合溶液降至室温，加入10份有机钛酸脂以及2份抗氧化剂，充分搅拌密封即可。
其中，有机钛酸酯包括钛酸异丙酯、钛酸四丁酯或钛酸四甲酯；抗氧化剂包括羟丙基纤维素、甲基纤维素、羟丙甲纤维素、或羧甲基纤维素钠中的一种或任意两种以上的组合。
将该材料在50℃进行3D 打印，成型后材料的密度为1.32g/cm3，拉伸强度为4.6MPa，收缩率为2.31%，比刚度为3500MPa。
实施例2
本发明提供一种制备3D复合打印材料的方法，包括如下步骤：
步骤S01、按重量配比称取原料，将20份磷酸二氢钾溶于40份聚氨酯丙烯酸树脂中形成混合溶液；
步骤S02、抽真空至压力0.1MPa，注入N2和CO2的混合气体，混合气体中的CO2的体积分数为20%，将10份聚有机硅氧烷以及5份二氧化钛纳米粉加入步骤S01中进行搅拌混合，在40-60℃条件下搅拌30min，制成半成品待用；
步骤S03、将步骤S02中的半成品加热至70℃，再将15份乙二醛滴以及5份热塑性弹性体加入半成品中，待滴加完毕后继续反应15min；
步骤S04、将步骤S03中的混合溶液降至室温，加入15份有机钛酸脂以及2份抗氧化剂，充分搅拌密封即可。
其中，有机钛酸酯包括钛酸异丙酯、钛酸四丁酯或钛酸四甲酯；抗氧化剂包括羟丙基纤维素、甲基纤维素、羟丙甲纤维素、或羧甲基纤维素钠中的一种或任意两种以上的组合。
将该材料在30℃进行3D 打印，成型后材料的密度为1.25g/cm3，拉伸强度为2.68MPa，收缩率为2.35%，比刚度为2500MPa。
实施例3
本发明提供一种制备3D复合打印材料的方法，包括如下步骤：
步骤S01、按重量配比称取原料，将15份磷酸二氢钾溶于35份聚氨酯丙烯酸树脂中形成混合溶液；
步骤S02、抽真空至压力0.8MPa，注入N2和CO2的混合气体，混合气体中的CO2的体积分数为15%，将8份聚有机硅氧烷以及10份二氧化钛纳米粉加入步骤S01中进行搅拌混合，在50℃条件下搅拌25min，制成半成品待用；
步骤S03、将步骤S02中的半成品加热至60℃，再将10份乙二醛滴以及5份热塑性弹性体加入半成品中，待滴加完毕后继续反应10min；
步骤S04、将步骤S03中的混合溶液降至室温，加入15份有机钛酸脂以及2份抗氧化剂，充分搅拌密封即可。
其中，有机钛酸酯包括钛酸异丙酯、钛酸四丁酯或钛酸四甲酯；抗氧化剂包括羟丙基纤维素、甲基纤维素、羟丙甲纤维素、或羧甲基纤维素钠中的一种或任意两种以上的组合。
将该材料在40℃进行3D 打印，成型后材料的密度为1.11g/cm3，拉伸强度为3.9MPa，收缩率为2.1%，比刚度为2100MPa。
实施例4
本发明还提供一种制备3D复合打印材料的方法，包括如下步骤：
步骤S01、按重量配比称取原料，将10份磷酸二氢钾溶于35份聚氨酯丙烯酸树脂中形成混合溶液；
步骤S02、抽真空至压力0.1MPa，注入N2和CO2的混合气体，混合气体中的CO2的体积分数为20%，将8份聚有机硅氧烷以及12份二氧化钛纳米粉加入步骤S01中进行搅拌混合，在60℃条件下搅拌25min，制成半成品待用；
步骤S03、将步骤S02中的半成品加热至35℃，再将10份乙二醛滴以及8份热塑性弹性体加入半成品中，待滴加完毕后继续反应15min；
步骤S04、将步骤S03中的混合溶液降至室温，加入15份有机钛酸脂以及5份抗氧化剂，充分搅拌密封即可。
其中，有机钛酸酯包括钛酸异丙酯、钛酸四丁酯或钛酸四甲酯；抗氧化剂包括羟丙基纤维素、甲基纤维素、羟丙甲纤维素、或羧甲基纤维素钠中的一种或任意两种以上的组合。
将该材料在45℃进行3D 打印，成型后材料的密度为1.5g/cm3，拉伸强度为5.0MPa，收缩率为3.5%，比刚度为2800MPa。
上述实施例仅例示性说明本发明的原理及其功效，而非用于限制本发明。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本发明的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本发明所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本发明的权利要求所涵盖。

Claims (7)

1.一种3D复合打印材料，其特征在于，包括以下各重量份数的原料组分：
聚氨酯丙烯酸树脂 30-40份；
磷酸二氢钾 10-20份；
聚有机硅氧烷 5-10份；
二氧化钛纳米粉 5-15份；
乙二醛 5-15份；
热塑性弹性体 5-10份；
有机钛酸脂 10-15份；
抗氧化剂 2-5份。
2.根据权利要求1所述的3D复合打印材料，其特征在于，所述热塑性弹性体为TPU、TPEE、SBS中的一种或多种的混合物。
3.根据权利要求1所述的3D复合打印材料，其特征在于，所述有机钛酸酯包括钛酸异丙酯、钛酸四丁酯或钛酸四甲酯。
4.根据权利要求1所述的3D复合打印材料，其特征在于，所述抗氧剂为2，6-三级丁基-4-甲基苯酚、双(3，5-三级丁基-4-羟基苯基)硫醚、季戊四醇酯、双十二碳醇酯、双十四碳醇酯和双十八碳醇酯中的一种或多种。
5.制备权利要求1-4任一项所述的3D复合打印材料的方法，其特征在于，包括如下步骤：
步骤S01、按重量配比称取原料，将磷酸二氢钾溶于聚氨酯丙烯酸树脂中形成混合溶液,高速搅拌、超声分散混合浆料；
步骤S02、将聚有机硅氧烷以及二氧化钛纳米粉加入步骤S01中进行搅拌混合，在40-50℃条件下搅拌20-30min，制成半成品待用；
步骤S03、将步骤S02中的半成品加热至60-80℃，再将乙二醛滴以及热塑性弹性体加入半成品中，待滴加完毕后继续反应10-20min；
步骤S04、将步骤S03中的混合溶液降至室温，加入有机钛酸脂以及抗氧化剂，充分搅拌密封即可。
6.根据权利要求5所述的3D复合打印材料的制备方法，其特征在于，搅拌混合通过搅拌机中均匀混合，搅拌机转速为1600RPM，搅拌时间为20min。
7.根据权利要求5所述的3D复合打印材料的制备方法，其特征在于，所述混合气体中的CO2的体积分数为5-20%。
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