一种基于磁流变泡沫的3D打印材料及制备方法技术

本发明专利技术提出一种基于磁流变泡沫的3D打印材料及制备方法，将纳米磁性粒子由表面活性剂润滑后分散附着在石墨烯微片表面，再分散于环氧树脂预聚体中，再与多孔聚合物微球在高压容器中混合，通过冷等静压成型制成致密填充的磁流变泡沫。本发明专利技术提供上述方法有效克服了常规磁流变泡中磁流变液容易沉降，造成打印过程中磁流变液易流出，影响成型精度和打印质量的缺陷，其显著效果在于制成同时能导电和导磁的磁流变泡沫，避免了磁流变液在多空载体内沉降，解决了其在流动过程中易发生脱落、造成制品尺寸精度较差、影响打印质量等问题。

A 3D printing material based on Magnetorheological foam and its preparation method

The invention provides a 3D printing material and preparation method based on the magnetorheological foam. The nano magnetic particles are lubricated and attached to the surface of the graphene microchip, then dispersed in the epoxy prepolymer, and then mixed with the porous polymer microspheres in the high-pressure container, and the dense filling is made by cold isostatic pressing. The magnetorheological foam. The invention provides the above method effectively to overcome the easy settlement of magnetorheological fluid in the conventional magnetorheological bubble, resulting in the easy outflow of magnetorheological fluid in the printing process, which affects the molding precision and the printing quality, and its remarkable effect is to make the magnetorheological foam that can simultaneously conduct and conduct the magnetic flux and avoid the settlement of the magnetorheological fluid in the multi load body. It solves the problem that it is easy to fall off during the flow process, resulting in poor dimensional accuracy and printing quality.

【技术实现步骤摘要】
一种基于磁流变泡沫的3D打印材料及制备方法
本专利技术涉及3D打印材料领域，具体涉及一种基于磁流变泡沫的3D打印材料及制备方法。
技术介绍
3D打印技术，它是一种以数字模型文件为基础，运用粉末状金属或塑料等可粘合材料，通过逐层打印的方式来构造物体的快速成型技术。3D打印技术不需要机械加工或任何模具，就能直接从计算机图形数据中生成任何形状的零件，从而极大地缩短产品的研制周期，提高生产率，有效降低生产成本，大幅减少材料浪费。中国专利技术专利申请号CN201310120882.0公开了一种基于磁流变材料的3D打印机器人系统及其打印方法，将三维立体成像技术与基于磁流变效应的成型技术相结合，将磁流变材料在磁场下固化构建形成三维实体模型。磁流变材料是一类将微米级的软磁性颗粒分散在不同载体中制备而成的磁敏智能软材料。由于其流变性能可以随外加磁场连续快速可逆地变化，磁流变材料在建筑，振动控制和汽车工业等领域得到了广泛地应用。根据磁流变材料在无外加磁场条件下的物理状态和基体的种类，目前可将磁流变材料大致分为磁流变液、磁流变弹性体和磁流变胶等。磁流变液是一种以微米级磁性颗粒分散于基载液油或水中形成的悬浮液，在外加电场或外加磁场的作用下，能够产生液固两相的可控相互转换，由于其具有体积小、功耗少、阻尼力大、动态范围广、频率响应高、适用面大等特点，特别是它能根据系统的振动特性产生最佳阻尼力，因而在智能结构领域具有广阔的应用前景。磁流变泡沫材料是磁流变液的一种特殊的使用形式，它是将MRF通过毛细管吸附作用吸附在海绵、开孔泡沫塑料、毡或者纤维织物等基质上而成。在施磁场时，这些具有吸附作用的基质可以使保持在设备的有效活动区域。通常将吸附有MRFs的基质置于需要施加磁场的两极之间，工作时，外加磁场使其中的产生应力，抵抗剪切运动。磁流变液由微米量级的铁磁性颗粒性或顺磁性微粒(如铁、钻等)分散在适当的载液(如煤油、合成油、硅油等)中制成。磁流变液中最常用的材料是羰基铁粉颗粒，其具有高饱和磁化强度和低矫顽力，也有铁钻合金、锰锌铁氧体、镍锌铁氧体颗粒等作为分散颗粒进行研究，但由颗粒与基体之间的密度差，存在严重的颗粒沉降性问题。常规磁流变泡沫制备是利用微球简单吸附磁流变液形成，磁流变液容易沉降，造成3D打印过程中磁流变液易流出，影响成型精度和打印质量。为了改善磁流变液的沉降稳定性问题，研究者采用对磁性颗粒的表面进行包裹修饰，或者加入添加剂(如粘土或磁性颗粒等)的方法来提高体系的抗沉降性能。中国专利技术专利公开号200810233984.2公开了一种羰基铁/PMMA复合磁性颗粒基磁流变液的制备方法，将甲基丙烯酸甲酯、羰基铁粉、蒸馏水与十二烷基磺酸钠按一定比例加入反应容器中，在惰性保护气氛下，边搅拌边将引发剂过硫酸铵缓慢滴加到反应体系中引发反应，并将蒸发的甲基丙烯酸甲酯冷凝回流至反应体系中；反应持续数小时，真空干燥得到相对于纯羰基铁粉密度小羰基铁/聚甲基丙烯酸甲酯复合磁性颗粒。但是，由于PMMA自身不导电，制备的复合磁性颗粒削弱了整个系统的导电性能，不适合用于对导电性要求较高的情形。因此，提出一种既能够导电又能够导磁的粒子分散体系，适合应用于3D打印过程中，能够改善磁流变液容易沉降，避免造成打印过程中磁流变液易流出影响成型精度和打印质量，对磁流变材料在3D打印
起到推动作用。
技术实现思路
针对常规磁流变泡沫制备是利用微球简单吸附磁流变液形成，磁流变液容易沉降，造成打印过程中磁流变液易流出，影响成型精度和打印质量的缺陷，本专利技术提出一种基于磁流变泡沫的3D打印材料及制备方法，制成同时能导电和导磁的磁流变泡沫，避免了磁流变液在多空载体内沉降，解决了流动过程中易发生脱落、造成制品尺寸精度较差、影响打印质量等问题。为解决上述问题，本专利技术提供一种基于磁流变泡沫的3D打印材料，所述3D打印材料由多孔聚合物微球为主体材料，通过高压态下所述石墨烯微片发生褶皱形变，包裹负载所述纳米磁性颗粒，压缩进入所述多孔聚合物微球的孔洞中以及粘附在所述多孔聚合物表面，在所述多孔聚合物微球孔洞和所述多孔聚合物表面分散粘附纳米磁性颗粒/石墨烯微片复合磁性纳米材料，形成磁流变泡沫3D打印材料。优选的，所述多孔聚合物微球的粒径为30-120μm，孔径为30-65nm，所述纳米磁性颗粒的粒径为2-10nm，所述石墨烯微片的粒径为10-20μm。另一方面，提供一种基于磁流变泡沫的3D打印材料的制备方法，具体包括以下步骤：（1）按质量份数称取2-5份纳米磁性粒子、1-2份表面活性剂、2-10份石墨烯微片、10-12份环氧树脂预聚体、20-24份多孔聚合物微球、55-68份有机溶液备用；（2）将所述纳米磁性粒子、表面活性剂、有机溶液混合，搅拌分散，再加入石墨烯微片，通过搅拌使石墨烯微片表面粘附纳米磁性粒子，得到复合纳米磁性粒子/石墨烯微片分散液；（3）将所述复合纳米磁性粒子/石墨烯微片分散液与环氧树脂预聚体混合，与多孔聚合物微球一起加入高压容器中，控制冷等静压力为0.2-2.1MPa，石墨烯微片在高压条件下弯曲褶皱，包裹负载所述纳米磁性颗粒，压缩进入所述多孔聚合物微球的孔洞中以及粘附在所述多孔聚合物表面，在所述多孔聚合物微球孔洞和所述多孔聚合物表面分散粘附纳米磁性颗粒/石墨烯微片复合磁性纳米材料，制成致密填充的磁流变泡沫3D打印材料。优选的，所述纳米磁性粒子为铁粉、钴粉、镍粉、四氧化三铁、氧化钴、氧化镍、氧化钐中的一种。优选的，所述多孔聚合物微球为PDVB-co-AAPDVB微球、聚苯乙烯微球、聚氨酯微球、三聚氰胺甲醛树脂微球中的一种。优选的，所述分散剂为十二烷基硫酸钠、十二烷基苯磺酸钠、十二烷基硫酸钠、十二烷基磺酸钠、十二烷基硫酸铵和十四烷基硫酸钠中的一种或两种以上的组合。优选的，所述石墨烯为单层石墨烯和少层石墨烯中一种或两种的混合物，其中石墨烯的纯度在65%-90%。优选的，所述有机溶液为含有0.04质量浓度PEG的DMF溶液。优选的，所述环氧树脂预聚体为双酚A和环氧氯丙烷在氢氧化钠溶液中反应产物，所述双酚A、环氧氯丙烷和氢氧化钠溶液的质量比为1.1：2.6：20-34，其中所述环氧树脂预聚体生成温度为47-59℃的水浴环境，反应时间为30-55分钟，然后经过去离子水冲洗去除反应副产物NaCl，制得环氧树脂预聚体。优选的，所述加压过程中控制整体温度不超过50℃，避免产生有机气体。常规磁流变泡沫制备是利用微球简单吸附磁流变液形成，磁流变液容易沉降，造成打印过程中磁流变液易流出，影响成型精度和打印质量的缺陷。鉴于此，本专利技术一种基于磁流变泡沫的3D打印材料及制备方法，将纳米磁性粒子由表面活性剂润滑后分散附着在石墨烯微片表面，再分散于环氧树脂预聚体中，与多孔聚合物微球在高压容器中混合，通过冷等静压成型制成致密填充的磁流变泡沫。其显著效果在于制成同时能导电和导磁的磁流变泡沫，避免了磁流变液在多空载体内沉降，解决了流动过程中易发生脱落、造成制品尺寸精度较差、影响打印质量等问题；进一步利用等静压技术制得磁性颗粒牢固结合的磁流变泡沫，密度分布均一，使得打印制品更密实、强度更高。将本专利技术制备的基于磁流变泡沫的3D打印材料与常规磁流变泡沫进行测试对比，在相同条件下本专利技术具有明显优势如表1所示。表1：本专利技术常本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于磁流变泡沫的3D打印材料，其特征在于，所述3D打印材料由多孔聚合物微球为主体材料，通过高压态下石墨烯微片发生褶皱形变，包裹纳米磁性颗粒，压缩进入所述多孔聚合物微球的孔洞中以及粘附在所述多孔聚合物表面，在所述多孔聚合物微球孔洞和所述多孔聚合物表面分散粘附纳米磁性颗粒/石墨烯微片复合磁性纳米材料，形成磁流变泡沫3D打印材料。

【技术特征摘要】
1.一种基于磁流变泡沫的3D打印材料，其特征在于，所述3D打印材料由多孔聚合物微球为主体材料，通过高压态下石墨烯微片发生褶皱形变，包裹纳米磁性颗粒，压缩进入所述多孔聚合物微球的孔洞中以及粘附在所述多孔聚合物表面，在所述多孔聚合物微球孔洞和所述多孔聚合物表面分散粘附纳米磁性颗粒/石墨烯微片复合磁性纳米材料，形成磁流变泡沫3D打印材料。2.如权利要求1所述的一种基于磁流变泡沫的3D打印材料，其特征在于，所述多孔聚合物微球的粒径为30-120μm，孔径为30-65nm，所述纳米磁性颗粒的粒径为2-10nm，所述石墨烯微片的粒径为10-20μm。3.一种基于磁流变泡沫的3D打印材料的制备方法，其特征在于，具体包括以下步骤：（1）按质量份数称取2-5份纳米磁性粒子、1-2份表面活性剂、2-10份石墨烯微片、10-12份环氧树脂预聚体、20-24份多孔聚合物微球、55-68份有机溶液备用；（2）将所述纳米磁性粒子、表面活性剂、有机溶液混合，搅拌分散，再加入石墨烯微片，通过搅拌使石墨烯微片表面粘附纳米磁性粒子，得到复合纳米磁性粒子/石墨烯微片分散液；（3）将所述复合纳米磁性粒子/石墨烯微片分散液与环氧树脂预聚体混合，与多孔聚合物微球一起加入高压容器中，控制冷等静压力为0.2-2.1MPa，石墨烯微片在高压条件下弯曲褶皱，包裹负载所述纳米磁性颗粒，压缩进入所述多孔聚合物微球的孔洞中以及粘附在所述多孔聚合物表面，在所述多孔聚合物微球孔洞和所述多孔聚合物表面分散粘附纳米磁性颗粒/石墨烯微片复合磁性纳米材料，制成致密填充的磁流变泡沫3D打印材料。4.根据权利...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈庆，昝航，
申请(专利权)人：成都新柯力化工科技有限公司，
类型：发明
国别省市：四川,51