CN109648850A - 一种3d打印喷嘴及液晶聚合物薄膜的成型方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种3D打印喷嘴及液晶聚合物薄膜的成型方法，3D打印喷嘴包括外壳，还包括内芯，所述内芯位于所述外壳内，所述内芯的中心轴与所述外壳的中心轴重合，且所述内芯相对于所述外壳可转动设置。喷嘴的内芯相对于外壳可转动设置，在对熔体进行混炼塑化的同时，可以提高成型压力，很好地实现原材料从零维到三维的转变；用所述喷嘴成型液晶聚合物薄膜时，可显著改善液晶聚合物薄膜在2D平面上的取向问题，使得到的液晶聚合物薄膜在各方向上的机械性能相当。

Description

一种3D打印喷嘴及液晶聚合物薄膜的成型方法
技术领域
本发明涉及材料加工技术领域，尤其涉及一种3D打印喷嘴及液晶聚合物薄膜的成型方法。
背景技术
目前商用热致型的液晶聚合物(LCP)较聚酰亚胺(PI)材料具有更好的高频性能，介电损耗更低，良好尺寸稳定性和低的吸水率(小于0.4％)等优势，但其薄膜或板材制作非常困难。
液晶聚合物在熔融状态下，其液晶分子受剪切力的作用容易取向。在平面型的薄膜或板材中，液晶分子取向会造成明显的各向异性，因此，在LCP薄膜成型过程中要尽量避免液晶分子取向。
有国外文献报道有多种方法改变LCP分子取向性的方法，如在模头内部增加静态混合装置，通过多层共挤的方式使聚合物分子以特定的角度进行交织在一起。
传统的减材制造技术一般采用切割、磨削、腐蚀和熔融等方法，以得到特定形状的制品，再通过后期的模压等方法进行加工，其制作周期较长，工序复杂，产品废率高，成本高。在此背景下，3D打印快速成型技术逐渐发展起来，在成型复杂结构、简化工艺过程和提高产品良率等方面均具有优势。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是：提供一种3D打印喷嘴及液晶聚合物薄膜的成型方法，可以显著改善液晶聚合物薄膜的取向问题。
为了解决上述技术问题，本发明采用的技术方案为：
一种3D打印喷嘴，包括外壳，还包括内芯，所述内芯位于所述外壳内，所述内芯的中心轴与所述外壳的中心轴重合，且所述内芯相对于所述外壳可转动设置。
本发明采用的另一技术方案为：
一种液晶聚合物薄膜的成型方法，根据所述的3D打印喷嘴3D打印成型。
本发明的有益效果在于：喷嘴的内芯相对于外壳可转动设置，在对熔体进行混炼塑化的同时，可以提高成型压力，很好地实现原材料从零维到三维的转变；用所述喷嘴成型液晶聚合物薄膜时，可显著改善液晶聚合物薄膜在2D平面上的取向问题，使得到的液晶聚合物薄膜在各方向上的机械性能相当。
附图说明
图1为本发明实施例一的3D打印喷嘴的剖视图。
标号说明：
1、外壳；2、内芯；3、隔热层。
具体实施方式
为详细说明本发明的技术内容、所实现目的及效果，以下结合实施方式并配合附图予以说明。
本发明最关键的构思在于：喷嘴的内芯相对于外壳可转动设置，在对熔体进行混炼塑化的同时，可以提高成型压力，很好地实现原材料从零维到三维的转变。
请参照图1，一种3D打印喷嘴，包括外壳1，还包括内芯2，所述内芯2位于所述外壳1内，所述内芯2的中心轴与所述外壳1的中心轴重合，且所述内芯2相对于所述外壳1可转动设置。
从上述描述可知，本发明的有益效果在于：喷嘴的内芯相对于外壳可转动设置，在对熔体进行混炼塑化的同时，可以提高成型压力，很好地实现原材料从零维到三维的转变。
进一步的，所述内芯2的外表面上设有螺旋线。
进一步的，所述螺旋线与所述内芯2的中心线之间的夹角为40～50°。
由上述描述可知，设置倾斜的螺旋线可以提高对熔体的剪切效果。
进一步的，所述外壳1的内表面上设有隔热层3。
由上述描述可知，设置隔热层可以减少热量的损失，提高模内温度。
进一步的，所述隔热层3的材质为气凝胶陶瓷复合材料，所述隔热层3的导热系数为0.018～0.025W/(m·K)。
由上述描述可知，采用气凝胶陶瓷复合材料，其隔热效果好，且使用寿命长。
进一步的，所述外壳1与内芯2之间的间隙大小为0.1～0.5mm。
由上述描述可知，外壳与内芯之间的间隙大小可以根据需要进行调整。
本发明涉及的另一技术方案为：
一种液晶聚合物薄膜的成型方法，根据所述的3D打印喷嘴3D打印成型。
由上述描述可知，用所述喷嘴成型液晶聚合物薄膜时，可显著改善液晶聚合物薄膜在2D平面上的取向问题，使得到的液晶聚合物薄膜在各方向上的机械性能相当。
进一步的，对用于成型液晶聚合物薄膜的原料进行热处理，将热处理后的原料进行挤出成型，得到线材，将所述线材进行3D打印成型，得到所述液晶聚合物薄膜。
进一步的，在真空条件下对所述原料进行热处理，所述热处理的温度为140～160℃，所述热处理的时间为4～18h。
由上述描述可知，对原料在真空条件下进行热处理，可以去除低分子杂质。
进一步的，还包括对所述液晶聚合物薄膜进行退火处理。
由上述描述可知，进行退火处理可以进一步改善横向和纵向的取向，使其在横向和纵向上的机械性能趋于平衡。
实施例一
请参照图1，本发明的实施例一为：
一种3D打印喷嘴，包括外壳1和内芯2，所述内芯2位于所述外壳1内，所述内芯2的中心轴与所述外壳1的中心轴重合，且所述内芯2相对于所述外壳1可转动设置，即内芯2可绕其中心轴自转。所述内芯2的外表面上设有螺旋线，优选的，所述螺旋线与所述内芯2的中心线之间的夹角为40～50°，进一步优选所述螺旋线与所述内芯2的中心线之间的夹角为45°。所述外壳1的内表面上设有隔热层3，优选所述隔热层3的材质为气凝胶陶瓷复合材料，具体的，可采用商用的气凝胶隔热毡，型号为CTB650，所述隔热层3的导热系数为0.018～0.025W/(m·K)。本实施例中，所述外壳1与内芯2之间的间隙大小为0.1～0.5mm，可以根据需要进行设置。
实施例二
本发明的实施例二为一种液晶聚合物薄膜的成型方法，根据实施例一所述的3D打印喷嘴3D打印成型。所述液晶聚合物薄膜的成型过程具体包括：
1、对用于成型液晶聚合物薄膜的原料进行热处理。本实施例中，在真空条件下对所述原料进行热处理，所述热处理的温度为140～160℃，所述热处理的时间为4～18h。所用的原料可以为多苯环刚性分子单体之间通过共聚、分子结构中导入萘环、分子链中使用脂肪族链段等合成的LCP树脂，树脂熔点在250～380℃范围。本实施例中，所用的原料的密度为1.3～1.5g/cm3。
2、将热处理后的原料进行挤出成型，得到线材。挤出成型可以采用平行三螺杆挤出机，挤出螺杆的直径在20mm左右；所用的熔体管线系统可承受300～450℃的高温；所用高温流延模头模口为直径0.5～4mm的直径口；所用过滤装置包含粗过滤和精过滤装置，粗过滤器的孔径在15～40μm，精过滤器的孔径控制在3～10μm。根据树脂的熔点进行调整挤出机温度和线管温度，控制熔体温度在熔点±15℃附近，线管压力控制在3MPa以上，挤出机转速为80～200转/分钟。
本实施例中，挤出成型的过程具体包括：
第一步：挤出机、管线和高温模头升温至低于树脂熔点10～30℃进行整机清洗，所用料为熔点较低的常用树脂，在此温度下不会发生碳化；
第二步：提高挤出机、管线和高温模头至树脂熔点±15℃附近，进行排料，调整挤出速度；
第三步：将挤出的线材通过冷水冷却后再进行收卷。
通过上述方式得到的线材直径可达到0.5～2mm范围，挤出线材致密，塑化均匀，气孔极少。
3、将所述线材进行3D打印成型，得到所述液晶聚合物薄膜。本实施例中，以2D平面作为基准面，线材熔体挤出后在基板上快速冷却固化，由无数的打印的材料点构成在三维方向无取向差异的液晶聚合物薄膜，其厚度为20～100μm。
4、对所述液晶聚合物薄膜进行退火处理。在高温烘箱中在180～260℃条件下保温30～90min进行退火处理，可以进一步改善其横向和纵向的取向，使横向和纵向的机械性能趋于平衡。
实施例三
本发明的实施例三为一种液晶聚合物薄膜的成型方法，与实施例二的不同之处在于：
所述热处理的温度为150℃，所述热处理的时间为12h。退火处理的温度为220℃，时间为60min。得到的液晶聚合物薄膜的厚度为25μm。
实施例四
本发明的实施例四为一种液晶聚合物薄膜的成型方法，与实施例二的不同之处在于：
所述热处理的温度为140℃，所述热处理的时间为18h。退火处理的温度为180℃，时间为90min。得到的液晶聚合物薄膜的厚度为100μm。
实施例五
本发明的实施例五为一种液晶聚合物薄膜的成型方法，与实施例二的不同之处在于：
所述热处理的温度为160℃，所述热处理的时间为4h。退火处理的温度为260℃，时间为30min。得到的液晶聚合物薄膜的厚度为20μm。
对实施例三至实施例五得到的液晶聚合物薄膜进行了力学性能测试，其测试结果如表1所示。耐弯折次数测试条件为：R＝0.38mm，175rpm/min，±135°，载荷500g。进行耐弯折性能测试时，MD方向与收卷方向垂直，TD方向与收卷方向平行。
表1液晶聚合物薄膜力学性能测试结果
从表1可知，本发明制备得到的液晶聚合物薄膜在MD方向和TD方向上的力学性能相当。
综上所述，本发明提供的一种3D打印喷嘴及液晶聚合物薄膜的成型方法，用所述喷嘴成型液晶聚合物薄膜时，可显著改善液晶聚合物薄膜在2D平面上的取向问题，使得到的液晶聚合物薄膜在各方向上的机械性能相当。
以上所述仅为本发明的实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等同变换，或直接或间接运用在相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。

Claims (10)

1.一种3D打印喷嘴，包括外壳，其特征在于，还包括内芯，所述内芯位于所述外壳内，所述内芯的中心轴与所述外壳的中心轴重合，且所述内芯相对于所述外壳可转动设置。
2.根据权利要求1所述的3D打印喷嘴，其特征在于，所述内芯的外表面上设有螺旋线。
3.根据权利要求2所述的3D打印喷嘴，其特征在于，所述螺旋线与所述内芯的中心线之间的夹角为40～50°。
4.根据权利要求1所述的3D打印喷嘴，其特征在于，所述外壳的内表面上设有隔热层。
5.根据权利要求4所述的3D打印喷嘴，其特征在于，所述隔热层的材质为气凝胶陶瓷复合材料，所述隔热层的导热系数为0.018～0.025W/(m·K)。
6.根据权利要求1所述的3D打印喷嘴，其特征在于，所述外壳与内芯之间的间隙大小为0.1～0.5mm。
7.一种液晶聚合物薄膜的成型方法，其特征在于，根据权利要求1-6任意一项所述的3D打印喷嘴3D打印成型。
8.根据权利要求7所述的液晶聚合物薄膜的成型方法，其特征在于，对用于成型液晶聚合物薄膜的原料进行热处理，将热处理后的原料进行挤出成型，得到线材，将所述线材进行3D打印成型，得到所述液晶聚合物薄膜。
9.根据权利要求8所述的液晶聚合物薄膜的成型方法，其特征在于，在真空条件下对所述原料进行热处理，所述热处理的温度为140～160℃，所述热处理的时间为4～18h。
10.根据权利要求8所述的液晶聚合物薄膜的成型方法，其特征在于，还包括对所述液晶聚合物薄膜进行退火处理。
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