一种用于生产导电件的3D打印材料制造技术

本发明专利技术提供一种用于生产导电件的3D打印材料，其组成成分以及各成分所占质量百分比分别为：粘土料：32～47%、导电纤维：21～31%、聚苯胺：10～20%、聚苯乙烯：6～15%、辅助剂：7～17%；粘土料的组成分以及各成分所占粘土料质量百分比分别为：凹凸棒土：45～67%、膨润土：26～41%、石墨粉：7～15%。本发明专利技术能够适用于对导电性以及精度要求较高同时形状结构复杂的导电件的制作；制备工艺简单、成本适中；通过3D打印成型之后经久耐用，使用稳定。

A 3D printing material for producing conductive parts

The present invention provides a method for the production of 3D printing materials conductive parts, its composition and the percentage of each component are: clay material: 32 ~ 47%, 21 ~ 31%, conductive fiber: polyaniline: 10 ~ 20%, 6 ~ 15% PS: auxiliary agent: 7 ~ 17%; the composition of clay material as well as the component for clay material quality percentage: 45 to 67%: attapulgite, bentonite, graphite powder: 26 ~ 41%: 7 ~ 15%. The present invention can be applied to electrical conductivity and high precision and complex shape and structure of conductive parts made; the preparation process is simple and the cost is moderate; after 3D printing molding durable, stable use.

【技术实现步骤摘要】
一种用于生产导电件的3D打印材料
本专利技术属于精密铸造工艺领域，具体涉及一种用于生产导电件的3D打印材料。
技术介绍
聚苯胺作为导电高分子材料之一，因其化学稳定性好、耐候性佳、原料廉价易得、合成方法简单以及导电性能等，被认为是最具有商业应用价值的结构性导电高分子，在电力技术等领域具有巨大的市场需求。聚苯胺本身导电率不高，需要掺杂才能提高导电性，但是聚苯胺在后期的加工处理上具有较大难度，受加工难度以及加工成本的影响，聚苯胺的复合性材料导电性并不是十分理想，同时加工成本也有待降低。3D打印技术作为快速成型领域，能够适用于对精度、形状具有特殊要求导电件的制备，但是目前的打印材料无法应用于实现导电件的制作。因此，为了解决以上问题研制出一种能够用于导电件生产的3D打印材料是本领域技术人员所急需解决的难题。
技术实现思路
为解决上述问题，本专利技术公开了一种用于生产导电件的3D打印材料。为了达到上述目的，本专利技术提供如下技术方案：一种用于生产导电件的3D打印材料，其组成成分以及各成分所占质量百分比分别为：粘土料：32～47%、导电纤维：21～31%、聚苯胺：10～20%、聚苯乙烯：6～15%、辅助剂：7～17%；粘土料的组成分以及各成分所占粘土料质量百分比分别为：凹凸棒土：45～67%、膨润土：26～41%、石墨粉：7～15%。本专利技术提供了一种用于生产导电件的3D打印材料，由粘土料、导电纤维、聚苯胺、聚苯乙烯以及辅助剂组成，以粘土料为打印材料主体，以导电纤维以及聚苯胺作为主要导电基材，配合聚苯乙烯以及辅助剂，获得的打印材料成品具有优秀的导电性，同时制作获得导电件成品具备高精度以及优秀的机械强度。进一步地，制作步骤包括：（1）取用粘土料，烘干后研磨，过150～200目筛，获得粘土料粉末；同时将导电纤维烘干备用；（2）利用聚苯胺、聚苯乙烯以及辅助剂制作导电基体；（3）将粘土料粉末以及导电纤维置于聚乙烯吡咯烷酮蒸汽中活化，获得活化基底；（4）将导电基体融化，并向活化基底中依次添加去离子水以及融化的导电基体，搅拌均匀后，挤出成型，获得3D打印材料成品。进一步地，步骤（2）的具体方法为：（2-1）向预转化器中添加聚苯胺、聚氯乙烯以及辅助剂，进行聚合；生成包含聚苯胺、聚氯乙烯以及聚苯胺—聚氯乙烯聚合物的混合物；聚合进行到形成的聚苯胺—聚氯乙烯聚合物的质量占总混合物质量的66～90%；（2-2）对步骤（2-1）中形成的包含聚苯胺、聚氯乙烯以及聚苯胺—聚氯乙烯聚合物的混合物进行分离，分离成包含步骤（2-1）中混合物的65～85wt%的第一物流以及包含步骤（2-1）中混合物余量的第二物流；（2-3）向第二反应器中添加第一物流，进行进一步聚合；（2-4）将步骤（2-3）中相转化的第一物流以及步骤（2-2）中的第二物流以不高于32/s的剪切速率在静态混合机中混合，获得聚苯胺—聚氯乙烯复合物，即导电基体。进一步地，步骤（3）的具体方法为：将聚乙烯吡咯烷酮溶于水中，并升温至220～230℃生成聚乙烯吡咯烷酮蒸汽；以惰性气体作为载气，使聚乙烯吡咯烷酮蒸汽与粘土料粉末以及导电纤维相接触；进一步升温至600～920℃，保温3～6h后开始降温，同时停止加入聚乙烯吡咯烷酮蒸汽；待降温至室温后，取出活化完成的粘土料粉末以及导电纤维，即活化基底。进一步地，步骤（4）的具体方法为：（4-1）将导电基体按照不高于30℃/min的速度升温至350～370℃，保温0.5～2h使其融化为液态；（4-2）向活化基底中依次添加去离子水以及步骤（4-1）中得到的融化的导电基体，搅拌均匀，并再次保温1h；（4-3）降温至150～180℃后，进行均质，并在48～65r/min的转速下捏合3～5h后，冷却至120℃后，搅拌均匀，导入挤压成型机中，在温度为120～135℃，转速为102～120r/min下进行挤压造粒，获得3D打印材料成品。进一步地，辅助剂的组成成分以及各成分所占质量百分比分别为：胶粘剂：7～15%、增容剂：60～75%、稳定剂：9～18%、分散剂：5～12%。进一步地，导电纤维为聚噻吩纳米纤维。进一步地，聚苯胺与聚苯乙烯的比为5:3。进一步地，惰性气体为He、N2以及Ar中的一种或者任意几种的组合。本专利技术还提供了该3D打印材料的制备方法，首先取用粘土料，烘干研磨获得粘土料粉末备用，同时烘干导电纤维以备用；再以聚苯胺、聚苯乙烯为主要原料，配合辅助剂进行聚合，生成聚苯胺—聚苯乙烯复合导电基体，在保证具有良好加工性的基础上，还具有优秀的导电性能、稳定性以及较低或者适中的制造成本。然后将粘土料粉末以及导电纤维在聚乙烯吡咯烷酮蒸汽中活化，能够与粘土料粉末以及导电纤维中含有的羟基发生接枝反应，分散于其中，改善其后续与导电基体的粘结情况，同时还可以将其中的无机纳米粒子分隔，防止发生团聚，起到分散的作用，同时聚乙烯吡咯烷酮还具有提高导电性的特点，有助于提升导电基体的导电性能，同时活化后还能增大粘土料粉末以及导电纤维的比表面积，增大其吸附量；最后混合搅拌均匀，挤出成型，获得3D打印材料成品。本专利技术中辅助剂由胶粘剂、增容剂、稳定剂以及分散剂组成，其中胶粘剂能够使制得的导电基体在吸附、挤出固化后具有一定的强度，同时能够提高其粘性，使之方便与活化基底结合；添加增容剂能够借助分子间的键合力，使获得的导电基体更为稳定；添加稳定剂能够保持化学平衡，降低最终获得3D打印材料的表面张力，防止由于光、热分解以及氧化分解；添加分散剂能够显著降低本专利技术在制备时，各成分完成分散过程所需的时间，并且提升各成分有效分散性，确保通过本专利技术制得导电件的整体性能的均衡。本专利技术与现有技术相比，能够适用于对导电性以及精度要求较高同时形状结构复杂的导电件的制作；制备工艺简单、成本适中；通过3D打印成型之后经久耐用，使用稳定。具体实施方式以下将结合具体实施例对本专利技术提供的技术方案进行详细说明，应理解下述具体实施方式仅用于说明本专利技术而不用于限制本专利技术的范围。实施例1：一种用于生产导电件的3D打印材料，其组成成分以及各成分所占质量百分比分别为：粘土料：32%、导电纤维：31%、聚苯胺：18%、聚苯乙烯：12%、辅助剂：7%。粘土料的组成分以及各成分所占粘土料质量百分比分别为：凹凸棒土：45%、膨润土：41%、石墨粉：14%。导电纤维为聚噻吩纳米纤维。辅助剂的组成成分以及各成分所占质量百分比分别为：胶粘剂：15%、增容剂：60%、稳定剂：13%、分散剂：12%。制作步骤包括：（1）取用粘土料，烘干后研磨，过150目筛，获得粘土料粉末；同时将导电纤维烘干备用；（2-1）向预转化器中添加聚苯胺、聚氯乙烯以及辅助剂，进行聚合；生成包含聚苯胺、聚氯乙烯以及聚苯胺—聚氯乙烯聚合物的混合物；聚合进行到形成的聚苯胺—聚氯乙烯聚合物的质量占总混合物质量的66%；（2-2）对步骤（2-1）中形成的包含聚苯胺、聚氯乙烯以及聚苯胺—聚氯乙烯聚合物的混合物进行分离，分离成包含步骤（2-1）中混合物的65wt%的第一物流以及包含步骤（2-1）中混合物余量的第二物流；（2-3）向第二反应器中添加第一物流，进行进一步聚合；（2-4）将步骤（2-3）中相转化的第一物流以及步骤（2-2）中的第二物流以32/s的剪切速率在静态混合机中混合，获得聚苯胺—聚氯本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于生产导电件的3D打印材料，其特征在于：其组成成分以及各成分所占质量百分比分别为：粘土料：32～47%、导电纤维：21～31%、聚苯胺：10～20%、聚苯乙烯：6～15%、辅助剂：7～17%；所述粘土料的组成分以及各成分所占粘土料质量百分比分别为：凹凸棒土：45～67%、膨润土：26～41%、石墨粉：7～15%。

【技术特征摘要】
1.一种用于生产导电件的3D打印材料，其特征在于：其组成成分以及各成分所占质量百分比分别为：粘土料：32～47%、导电纤维：21～31%、聚苯胺：10～20%、聚苯乙烯：6～15%、辅助剂：7～17%；所述粘土料的组成分以及各成分所占粘土料质量百分比分别为：凹凸棒土：45～67%、膨润土：26～41%、石墨粉：7～15%。2.根据权利要求1所述的一种用于生产导电件的3D打印材料，其特征在于：制作步骤包括：（1）取用粘土料，烘干后研磨，过150～200目筛，获得粘土料粉末；同时将导电纤维烘干备用；（2）利用聚苯胺、聚苯乙烯以及辅助剂制作导电基体；（3）将粘土料粉末以及导电纤维置于聚乙烯吡咯烷酮蒸汽中活化，获得活化基底；（4）将导电基体融化，并向活化基底中依次添加去离子水以及融化的导电基体，搅拌均匀后，挤出成型，获得3D打印材料成品。3.根据权利要求2所述的一种用于生产导电件的3D打印材料，其特征在于：所述步骤（2）的具体方法为：（2-1）向预转化器中添加聚苯胺、聚氯乙烯以及辅助剂，进行聚合；生成包含聚苯胺、聚氯乙烯以及聚苯胺—聚氯乙烯聚合物的混合物；所述聚合进行到形成的聚苯胺—聚氯乙烯聚合物的质量占总混合物质量的66～90%；（2-2）对步骤（2-1）中形成的包含聚苯胺、聚氯乙烯以及聚苯胺—聚氯乙烯聚合物的混合物进行分离，分离成包含步骤（2-1）中混合物的65～85wt%的第一物流以及包含步骤（2-1）中混合物余量的第二物流；（2-3）向第二反应器中添加第一物流，进行进一步聚合；（2-4）将步骤（2-3）中相转化的第一物流以及步骤（2-2）中的第二物流以不高于32/s的剪切速率在静态混合机中混合，获得聚苯胺—聚氯乙烯复合物，即导电基体。4.根据权...

【专利技术属性】
技术研发人员：张丹丹，
申请(专利权)人：张丹丹，
类型：发明
国别省市：江苏,32