CN110396266A - 3d打印用光敏树脂 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了3D打印用光敏树脂，包括光敏树脂和纳米填料复合而成所得到的最终产物，所述光敏树脂的制作材料包括质量份数为聚合物单体原料20‑30份、丙烯酸树脂原料10‑50份、环氧树脂原料20‑50份、助剂8‑12份；所述最终产物的制作步骤为：S1：纳米填料的制备，将无机纳米颗粒经过表面改性剂改性，得到表面有机改性的10nm～0.1μm粒径的纳米填料；S2：光敏树脂的制备，将聚合物单体原料20‑30份、丙烯酸树脂原料10‑50份。本发明在传统的光敏树脂上添加的纳米材料，在其表面的有机改性剂能够参与反应，以共价键的形式存在于聚合物网络之间；同时纳米填料自身较高的硬度和较好的分散效果，能够增强交联后的光敏树脂的力学性能，提高所打印工件的强度和模量。

Description

3D打印用光敏树脂
技术领域
本发明涉及3D打印技术领域，尤其涉及3D打印用光敏树脂。
背景技术
快速成型技术，也称为3D打印技术，是一项诞生于20世纪80年代后期的制造技术，它集机械工程、计算机辅助设计、材料科学等多项技术于一身，可以快速地将计算机设计好的模型文件转变为实体。与传统的注塑成型技术和减材制造技术相比，快速成型技术具有较高的近些年，随着快速成型技术的发展，紫外光固化树脂作为一种重要的3D打印原材料，在工业界和学术界受到了广泛的关注。
在众多3D打印技术中，光固化成型技术依靠其较高的成型精度、高效的制作效率和较低的使用成本而出类拔萃。与传统的注塑成型法相比，光固化在制备工件的过程可以完全不受几何尺寸的限制，因此，光固化快速成型技术现阶段被广泛应用于建模、电子电器、生物医学和航空航天技术。
现有的3D打印用光敏树脂在低温情况下，其材料的力学性能受到严重的影响，存在低温情况下强度不足，模量不足等问题，而传统上的光敏树脂也存在收缩过大，会导致完全固化后3D打印的部件发生形变，强度不够使得3D打印部件不能满足工业化使用的要求，因此，亟需3D打印用光敏树脂来解决上述问题。
发明内容
基于背景技术存在的现有的3D打印用光敏树脂在低温情况下，其材料的力学性能受到严重的影响，存在低温情况下强度不足，模量不足等问题，而传统上的光敏树脂也存在收缩过大，会导致完全固化后3D打印的部件发生形变，强度不够使得3D打印部件不能满足工业化使用的要求的技术问题，本发明提出了3D打印用光敏树脂。
本发明提出的3D打印用光敏树脂，包括光敏树脂和纳米填料复合而成所得到的最终产物，所述光敏树脂的制作材料包括质量份数为聚合物单体原料20-30份、丙烯酸树脂原料10-50份、环氧树脂原料20-50份、助剂8-12份。
进一步地，所述最终产物的制作步骤为：
S1：纳米填料的制备，将无机纳米颗粒经过表面改性剂改性，得到表面有机改性的10nm～0.1μm粒径的纳米填料；
S2：光敏树脂的制备，将聚合物单体原料20-30份、丙烯酸树脂原料10-50份、环氧树脂原料20-50份、助剂8-12份混合，并且搅拌均匀，放置烘箱加热至90℃后搅拌至透明状态，加入自由基型光引发剂1-10份，利用紫外光照射下立刻引起聚合反应，完成固化搅拌1h，得到光敏树脂；
S3：最终产物的制备，将S1和S2所制得的纳米填料和光敏树脂按重量比1-100：100混合，搅拌时并超声分散，得到由纳米填料和光敏树脂复合的最终产物。
进一步地，采用的紫外光照射的紫外线波长为250-300纳米。
进一步地，所述助剂为有机颜料、阻聚剂、触变剂、流平剂、消泡剂、增塑剂、稳定剂中的一种或几种混合物。
进一步地，步骤S2中，所述自由基引发剂为酰基磷氧化物光引发剂，且自由基引发剂为2，4，6-三甲基苯甲酰基-乙氧基-苯基氧化磷、2，4，6-三甲基苯甲酰基-二苯基氧化磷和双2，4，6-三甲基苯甲酰基苯基氧化磷中的一种或几种。
进一步地，步骤S1中，所述纳米填料为无机纳米颗粒经过表面改性剂改性而得，且无机纳米颗粒为自氧化铝、氮化铝、碳化硅、二氧化钛、碳纳米管、气相生长碳纤维、凹凸棒石、蒙脱土、石墨烯纳米片、氧化石墨、氧化锌、二氧化硅中的至少一种。
进一步地，步骤S1中，所述无机纳米颗粒通过机械破碎法、喷雾干燥法或者冷冻干燥法获得有机改性的纳米填料。
进一步地，所述丙烯酸树脂原料为聚氨酯丙烯酸酯、聚酯丙烯酸酯、聚醚丙烯酸酯中的一种或多种混合物。
进一步地，所述聚合物单体原料为丙烯酸月桂酸(LA)、丙烯酸羟乙酯(HEA)、三丙二醇二丙烯酸酯(TPGDA)、三羟甲基丙烷三丙烯酸酯(TMPTA)一种或者多种混合物。
进一步地，所述环氧树脂为双酚A环氧树脂、脂肪族环氧树脂中的一种。
本发明具有以下有益效果：
1、通过在传统的光敏树脂上添加的纳米材料，在其表面的有机改性剂能够参与反应，以共价键的形式存在于聚合物网络之间；同时纳米填料自身较高的硬度和较好的分散效果，能够增强交联后的光敏树脂的力学性能，提高所打印工件的强度和模量。
2、本发明采用的光敏树脂材料，该树脂制品具有中等强度，中等断裂伸长率，具有抗挠曲及成型率高的优点，能满足打印的要求，能够配合多种打印机使用，具有极佳的通用性，不需单独购买打印机即可投入研发和生产过程，降低了企业的研发及生产成本。
附图说明
图1为本发明3D打印用光敏树脂中的光敏树脂和纳米材料复合示意图；
图2为本发明3D打印用光敏树脂中的最终产物强度检测示意图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
需要说明的是，当组件被称为“固定于”另一个组件，它可以直接在另一个组件上或者也可以存在居中的组件。当一个组件被认为是“连接”另一个组件，它可以是直接连接到另一个组件或者可能同时存在居中组件。当一个组件被认为是“设置于”另一个组件，它可以是直接设置在另一个组件上或者可能同时存在居中组件。本文所使用的术语“垂直的”、“水平的”、“左”、“右”以及类似的表述只是为了说明的目的。
除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本发明。本文所使用的术语“及/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。
参照图1-2，3D打印用光敏树脂，包括光敏树脂和纳米填料复合而成所得到的最终产物，所述光敏树脂的制作材料包括质量份数为聚合物单体原料20-30份、丙烯酸树脂原料10-50份、环氧树脂原料20-50份、助剂8-12份。
进一步地，所述最终产物的制作步骤为：
S1：纳米填料的制备，将无机纳米颗粒经过表面改性剂改性，得到表面有机改性的10nm～0.1μm粒径的纳米填料；
S2：光敏树脂的制备，将聚合物单体原料20-30份、丙烯酸树脂原料10-50份、环氧树脂原料20-50份、助剂8-12份混合，并且搅拌均匀，放置烘箱加热至90℃后搅拌至透明状态，加入自由基型光引发剂1-10份，利用紫外光照射下立刻引起聚合反应，完成固化搅拌1h，得到光敏树脂；
S3：最终产物的制备，将S1和S2所制得的纳米填料和光敏树脂按重量比1-100：100混合，搅拌时并超声分散，得到由纳米填料和光敏树脂复合的最终产物。
进一步地，采用的紫外光照射的紫外线波长为250-300纳米。
进一步地，所述助剂为有机颜料、阻聚剂、触变剂、流平剂、消泡剂、增塑剂、稳定剂中的一种或几种混合物。
进一步地，步骤S2中，所述自由基引发剂为酰基磷氧化物光引发剂，且自由基引发剂为2，4，6-三甲基苯甲酰基-乙氧基-苯基氧化磷、2，4，6-三甲基苯甲酰基-二苯基氧化磷和双2，4，6-三甲基苯甲酰基苯基氧化磷中的一种或几种。
进一步地，步骤S1中，所述纳米填料为无机纳米颗粒经过表面改性剂改性而得，且无机纳米颗粒为自氧化铝、氮化铝、碳化硅、二氧化钛、碳纳米管、气相生长碳纤维、凹凸棒石、蒙脱土、石墨烯纳米片、氧化石墨、氧化锌、二氧化硅中的至少一种。
进一步地，步骤S1中，所述无机纳米颗粒通过机械破碎法、喷雾干燥法或者冷冻干燥法获得有机改性的纳米填料。
进一步地，所述丙烯酸树脂原料为聚氨酯丙烯酸酯、聚酯丙烯酸酯、聚醚丙烯酸酯中的一种或多种混合物。
进一步地，所述聚合物单体原料为丙烯酸月桂酸(LA)、丙烯酸羟乙酯(HEA)、三丙二醇二丙烯酸酯(TPGDA)、三羟甲基丙烷三丙烯酸酯(TMPTA)一种或者多种混合物。
进一步地，所述环氧树脂为双酚A环氧树脂、脂肪族环氧树脂中的一种。
实施例一：
1、最终产物的制作步骤为：
S1：纳米填料的制备，将无机纳米颗粒经过表面改性剂改性，得到表面有机改性的10nm粒径的纳米填料；
S2：光敏树脂的制备，将聚合物单体原料20份、丙烯酸树脂原料10份、环氧树脂原料20份、助剂8份混合，并且搅拌均匀，放置烘箱加热至90℃后搅拌至透明状态，加入自由基型光引发剂1份，利用紫外光照射下立刻引起聚合反应，完成固化搅拌1h，得到光敏树脂；
S3：最终产物的制备，将S1和S2所制得的纳米填料和光敏树脂按重量比10：100混合，搅拌时并超声分散，得到由纳米填料和光敏树脂复合的最终产物。
实施例二：
2、最终产物的制作步骤为：
S1：纳米填料的制备，将无机纳米颗粒经过表面改性剂改性，得到表面有机改性的30nm粒径的纳米填料；
S2：光敏树脂的制备，将聚合物单体原料24份、丙烯酸树脂原料20份、环氧树脂原料30份、助剂10份混合，并且搅拌均匀，放置烘箱加热至90℃后搅拌至透明状态，加入自由基型光引发剂3份，利用紫外光照射下立刻引起聚合反应，完成固化搅拌1h，得到光敏树脂；
S3：最终产物的制备，将S1和S2所制得的纳米填料和光敏树脂按重量比30：100混合，搅拌时并超声分散，得到由纳米填料和光敏树脂复合的最终产物。
实施例三：
3、最终产物的制作步骤为：
S1：纳米填料的制备，将无机纳米颗粒经过表面改性剂改性，得到表面有机改性的0.05μm粒径的纳米填料；
S2：光敏树脂的制备，将聚合物单体原料28份、丙烯酸树脂原料40份、环氧树脂原料30份、助剂11份混合，并且搅拌均匀，放置烘箱加热至90℃后搅拌至透明状态，加入自由基型光引发剂8份，利用紫外光照射下立刻引起聚合反应，完成固化搅拌1h，得到光敏树脂；
S3：最终产物的制备，将S1和S2所制得的纳米填料和光敏树脂按重量比50：100混合，搅拌时并超声分散，得到由纳米填料和光敏树脂复合的最终产物。
实施例四
4、最终产物的制作步骤为：
S1：纳米填料的制备，将无机纳米颗粒经过表面改性剂改性，得到表面有机改性的0.1μm粒径的纳米填料；
S2：光敏树脂的制备，将聚合物单体原料30份、丙烯酸树脂原料50份、环氧树脂原料50份、助剂12份混合，并且搅拌均匀，放置烘箱加热至90℃后搅拌至透明状态，加入自由基型光引发剂10份，利用紫外光照射下立刻引起聚合反应，完成固化搅拌1h，得到光敏树脂；
S3：最终产物的制备，将S1和S2所制得的纳米填料和光敏树脂按重量比100：100混合，搅拌时并超声分散，得到由纳米填料和光敏树脂复合的最终产物。
对上述实施例一、实施例二、实施例三、实施例四所得的最终产物进行强度检测，检测的结果如图2所示，得出最佳的强度为实施例三种所得的最终产物。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.3D打印用光敏树脂，其特征在于，包括光敏树脂和纳米填料复合而成所得到的最终产物，所述光敏树脂的制作材料包括质量份数为聚合物单体原料20-30份、丙烯酸树脂原料10-50份、环氧树脂原料20-50份、助剂8-12份。
2.根据权利要求1所述的3D打印用光敏树脂，其特征在于，所述最终产物的制作步骤为：
S1：纳米填料的制备，将无机纳米颗粒经过表面改性剂改性，得到表面有机改性的10nm～0.1μm粒径的纳米填料；
S2：光敏树脂的制备，将聚合物单体原料20-30份、丙烯酸树脂原料10-50份、环氧树脂原料20-50份、助剂8-12份混合，并且搅拌均匀，放置烘箱加热至90℃后搅拌至透明状态，加入自由基型光引发剂1-10份，利用紫外光照射下立刻引起聚合反应，完成固化搅拌1h，得到光敏树脂；
S3：最终产物的制备，将S1和S2所制得的纳米填料和光敏树脂按重量比1-100：100混合，搅拌时并超声分散，得到由纳米填料和光敏树脂复合的最终产物。
3.根据权利要求2所述的3D打印用光敏树脂，其特征在于，采用的紫外光照射的紫外线波长为250-300纳米。
4.根据权利要求1所述的3D打印用光敏树脂，其特征在于，所述助剂为有机颜料、阻聚剂、触变剂、流平剂、消泡剂、增塑剂、稳定剂中的一种或几种混合物。
5.根据权利要求2所述的3D打印用光敏树脂，其特征在于，步骤S2中，所述自由基引发剂为酰基磷氧化物光引发剂，且自由基引发剂为2，4，6-三甲基苯甲酰基-乙氧基-苯基氧化磷、2，4，6-三甲基苯甲酰基-二苯基氧化磷和双2，4，6-三甲基苯甲酰基苯基氧化磷中的一种或几种。
6.根据权利要求2所述的3D打印用光敏树脂，其特征在于，步骤S1中，所述纳米填料为无机纳米颗粒经过表面改性剂改性而得，且无机纳米颗粒为自氧化铝、氮化铝、碳化硅、二氧化钛、碳纳米管、气相生长碳纤维、凹凸棒石、蒙脱土、石墨烯纳米片、氧化石墨、氧化锌、二氧化硅中的至少一种。
7.根据权利要求2所述的3D打印用光敏树脂，其特征在于，步骤S1中，所述无机纳米颗粒通过机械破碎法、喷雾干燥法或者冷冻干燥法获得有机改性的纳米填料。
8.根据权利要求1所述的3D打印用光敏树脂，其特征在于，所述丙烯酸树脂原料为聚氨酯丙烯酸酯、聚酯丙烯酸酯、聚醚丙烯酸酯中的一种或多种混合物。
9.根据权利要求1所述的3D打印用光敏树脂，其特征在于，所述聚合物单体原料为丙烯酸月桂酸(LA)、丙烯酸羟乙酯(HEA)、三丙二醇二丙烯酸酯(TPGDA)、三羟甲基丙烷三丙烯酸酯(TMPTA)一种或者多种混合物。
10.根据权利要求1所述的3D打印用光敏树脂，其特征在于，所述环氧树脂为双酚A环氧树脂、脂肪族环氧树脂中的一种。
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