一种用于3D打印的高填充量微纳粉体/聚合物复合材料及其制备方法和制品技术

技术编号:10312129 阅读:204 留言:0更新日期:2014-08-13 14:56
本发明专利技术涉及一种用于3D打印的高填充量微纳粉体/聚合物复合材料及其制备方法和制品,所述材料的原料包括:聚合物10-30重量份,微纳粉体90-70重量份,辐照敏化剂0.05-0.2重量份,抗氧剂0.01-0.02重量份。本发明专利技术使用微纳粉体作为主体材料,聚合物树脂作为粘接剂,通过3D打印的方式打印成型,同时加入了辐照敏化剂,经电子束辐照后聚合物树脂形成三维交联网络,提高了树脂粘结后的强度、耐热性以及耐化学腐蚀性。高填充量的微纳粉体赋予了成型材料优异的机械性能。此外,根据产品使用的环境与需求的变化,改变微纳粉体的种类,可得到具有特殊功能性的材料,如优异的导电性,导热性,阻燃性及抗冲击性等。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种用于3D打印的材料及其制备方法和制品,具体涉及一种用于3D打印的高填充量微纳粉体/聚合物复合材料及其制备方法和制品。
技术介绍
3D打印是一种新兴的快速成型技术,通过计算机建模设置三维模型程序,利用激光烧结、加热熔融、紫外固化等方式将金属、陶瓷粉末或聚合物等材料,通过计算机数字软件程序控制,逐层堆积粘结成型,从而制造出实体产品。3D打印简单来说,可以看作是2D打印技术在空间上的叠加。使用固体粉末或聚合物熔体等材料作为打印“油墨”,通过计算机建模设计,精确控制产品的精度和尺寸。这种打印技术相比于传统的成型技术,不需要复杂的模具和工艺,设备小巧,程序由计算机控制,操作简便,因而受到的关注越来越多,逐渐在生物、医学、建筑、航空等领域开拓了广阔的应用空间,尤其适合小批量,个性化,结构复杂的中空部件。 目前所用的3D打印最常用的聚合物材料为尼龙、ABS、聚碳酸酯和聚亚苯基砜等,这些材料成型时需要较高温度,不仅成型速度慢,而且成品在强度、韧度等性能方面较差。相比之下,其它3D打印材料的开发非常罕见,这也使得3D打印的实用性、普适性受到了限制。因此,开发新的3D打印材料来弥补以上材料的不足是非常重要的。
技术实现思路
本专利技术的目的在于克服上述现有技术的不足,提供一种用于3D打印的高填充量微纳粉体/聚合物复合材料。r> 本专利技术的另一个目的在于提供一种上述复合材料的制备方法。 本专利技术的再一个目的在于提供一种由上述的用于3D打印的高填充量微纳粉体/聚合物复合材料制备的制品,所述制品具有高强度和特殊功能。 本专利技术的第四个目的在于提供一种上述制品的制备方法。 本专利技术的第五个目的在于提供一种上述复合材料的用途。 为实现上述目的,本专利技术采用如下技术方案: 一种用于3D打印的高填充量微纳粉体/聚合物复合材料,所述材料以微纳粉体作为主体原料,聚合物树脂作为粘结剂,所述材料的原料及其含量(重量份)包括: 微纳粉体     90-70份, 聚合物树脂   10-30份, 辐照敏化剂   0.05-0.2份。 根据本专利技术,所述复合材料通过包括原料的混合和螺杆挤出机挤出造粒的方法制得。 本专利技术所述的微纳粉体是指粒径介于1纳米和100微米之间的颗粒物质。优选地,所述微纳粉体是无机微纳粉体;更优选地,所述无机微纳粉体选自金属单质粉体、金属氧化物粉体、非金属单质粉体、卤化银粉体、碳酸盐粉体、磷酸盐粉体、硅酸盐粉体以及粘土类粉体中的一种或多种。优选地,所述微纳粉体的粒径介于50nm和10μm之间。 优选的,所述的微纳粉体,是经过表面改性剂改性的微纳粉体。 优选的,所述的表面改性剂选自多巴胺以及硅烷偶联剂中的一种或多种,所述硅烷偶联剂例如是KH550,KH560,KH570,KH792或DL602。 根据本专利技术,所述的聚合物树脂为热塑性树脂。所述热塑性树脂选自聚烯烃(PE、PP、PVC、PS)、聚酰胺(PA)、聚碳酸酯(PC)、聚甲醛(POM)、乙烯-醋酸乙烯共聚物(EVA)、聚酯(PET、PBT、PCL、PLA)、丙烯腈-苯乙烯-丁二烯共聚物(ABS)、苯乙烯-丁二烯-苯乙烯嵌段共聚物(SBS)、苯乙烯-异戊二烯-苯乙烯嵌段共聚物(SIS)、丁苯透明抗冲树脂(K树脂)、聚丙烯酸酯中的一种或多种。 根据本专利技术,所选用的聚合物树脂的熔融指数至少大于10。 根据本专利技术,所述的辐射敏化剂选自三烯丙基氰脲酸酯、三烯丙基异氰脲酸酯、三甲代丙烯基异氰酸酯、三羟甲基丙烷三甲基丙烯酸酯、三羟甲基丙烷三丙烯酸酯、苯均三酸三烯丙酯、二烯丙基异氰酸酯、间苯二甲酸二丙烯酯、双马来酰亚胺、二甲基丙烯酸三甘醇酯、二甲基丙烯酸二甘醇酯中的一种或多种。 根据本专利技术,所述原料中还包括: 抗氧剂   0.01-0.02份。 根据本专利技术,所述的抗氧剂为受阻酚类抗氧剂和/或亚磷酸酯类辅助抗氧剂。优选地,选自抗氧剂1010:四[β-(3,5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸]季戊四醇酯;抗氧剂1096:IRGANOX B-1096;主抗氧剂1098:(N,N'-双-(3-(3,5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酰基)己二胺)与亚磷酸酯类抗氧剂互配物;和抗氧剂168:三[2,4-二叔丁基苯基]亚磷酸酯中的一种或多种。 根据本专利技术,所述材料的原料及其含量(重量份)为: 微纳粉体     90-70份, 聚合物树脂   10-30份, 辐照敏化剂   0.05-0.2份, 抗氧剂       0.01-0.02份。 本专利技术还提供如下技术方案: 上述用于3D打印的高填充量微纳粉体/聚合物复合材料的制备方法,其包括原料的混合和螺杆挤出机挤出造粒的步骤。 根据本专利技术,所述方法具体包括: 1)微纳粉体的改性; 2)各个原料的混合; 3)螺杆挤出机挤出造粒。 根据本专利技术,上述步骤1)具体为:将100重量份的所述微纳粉体用5-20份的所述表面改性剂在溶液中进行表面改性。 根据本专利技术,所述步骤2)具体为:将10-30重量份的聚合物树脂,90-70份的改性后的微纳粉体,0.05-0.2份的辐照敏化剂,0.01-0.02份的抗氧剂在室温下混合均匀,送入长径比为36的双螺杆挤出机中挤出造粒,挤出机转速为20-100r/min,挤出机各段的温度范围为:加料段150-170℃、熔融段190-200℃、混炼段190-200℃、排气段170-190℃、均化段160-180℃。 本专利技术还提供如下的技术方案: 一种制品,其由上述的用于3D打印的高填充量微纳粉体/聚合物复合材料通过3D打印制得。 上述制品的制备方法,包括将上述的用于3D打印的高填充量微纳粉体/聚合物复合材料通过3D打印的步骤。 根据本专利技术,所述步骤具体包括: 将所述复合材料的粒料加入3D打印机的喷头,在喷头内被加热熔化,喷头沿零件截面轮廓和填充轨迹运动,同时将熔化的材料挤出,在计算机控制下挤出后本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于3D打印的高填充量微纳粉体/聚合物复合材料,所述材料以微纳粉体作为主体原料,聚合物树脂作为粘结剂,所述材料的原料及其含量(重量份)包括:微纳粉体     90‑70份,聚合物树脂   10‑30份,辐照敏化剂   0.05‑0.2份。优选地,所述复合材料通过包括原料的混合和螺杆挤出机挤出造粒的方法制得。

【技术特征摘要】
1.一种用于3D打印的高填充量微纳粉体/聚合物复合材料,所述材料以微纳
粉体作为主体原料,聚合物树脂作为粘结剂,所述材料的原料及其含量(重量
份)包括:
微纳粉体     90-70份,
聚合物树脂   10-30份,
辐照敏化剂   0.05-0.2份。
优选地,所述复合材料通过包括原料的混合和螺杆挤出机挤出造粒的方法制
得。
2.根据权利要求1所述的用于3D打印的高填充量微纳粉体/聚合物复合材
料,其特征在于,所述的微纳粉体是指粒径介于1纳米和100微米之间的颗粒
物质;优选地,所述微纳粉体是无机微纳粉体;更优选地,所述无机微纳粉体
选自金属单质粉体、金属氧化物粉体、非金属单质粉体、卤化银粉体、碳酸盐
粉体、磷酸盐粉体、硅酸盐粉体以及粘土类粉体中的一种或多种;优选地,所
述微纳粉体的粒径介于50nm和10μm之间。
优选地,所述的微纳粉体是经过表面改性剂改性的微纳粉体。
优选地,所述的表面改性剂选自多巴胺以及硅烷偶联剂中的一种或多种,所
述硅烷偶联剂例如是KH550,KH560,KH570,KH792或DL602。
优选地,所述的聚合物树脂为热塑性树脂;更优选地,所述热塑性树脂选自
聚烯烃(PE、PP、PVC、PS)、聚酰胺(PA)、聚碳酸酯(PC)、聚甲醛(POM)、
乙烯-醋酸乙烯共聚物(EVA)、聚酯(PET、PBT、PCL、PLA)、丙烯腈-
苯乙烯-丁二烯共聚物(ABS)、苯乙烯-丁二烯-苯乙烯嵌段共聚物(SBS)、苯
乙烯-异戊二烯-苯乙烯嵌段共聚物(SIS)、丁苯透明抗冲树脂(K树脂)、聚
丙烯酸酯中的一种或多种。
优选地,所选用的聚合物树脂的熔融指数至少大于10。
优选地,所述的辐射敏化剂选自三烯丙基氰脲酸酯、三烯丙基异氰脲酸酯、
三甲代丙烯基异氰酸酯、三羟甲基丙烷三甲基丙烯酸酯、三羟甲基丙烷三丙烯
酸酯、苯均三酸三烯丙酯、二烯丙基异氰酸酯、间苯二甲酸二丙烯酯、双马来
酰亚胺、二甲基丙烯酸三甘醇酯、二甲基丙烯酸二甘醇酯中的一种或多种。
3.根据权利要求1或2所述的用于3D打印的高填充量微纳粉体/聚合物复合
材料,其特征在于,所述原料中还包括:
抗氧剂   0.01-0.02份。
优选地,所述的抗氧剂为受阻酚类抗氧剂和/或亚磷酸酯类辅助抗氧剂;更优
选地,选自抗氧剂1010:四[β-(3,5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸]季戊四醇酯;抗
氧剂1096:IRGANOX B-1096;主抗氧剂1098:(N,N'-双-(3-(3,5...

【专利技术属性】
技术研发人员:沈衡朱唐郭靖赵宁徐坚孙文华董金勇李春成符文鑫林学春马永梅
申请(专利权)人:中国科学院化学研究所
类型:发明
国别省市:北京;11

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