用于制造三维结构，具体地制造刹车垫的地质聚合物制剂和相关方法技术

本发明专利技术题为“用于制造三维结构，具体地制造刹车垫的地质聚合物制剂和相关方法”。用于直接3D打印的地质聚合物和油墨制剂包含地质聚合物制剂；其组分以如下比例存在，以便经历地质聚合反应并且在反应结束时产生固体地质聚合物；并且其中，在其中三维化学键尚未形成的地质聚合反应的至少一部分之前和期间，所述制剂形成可逆凝胶、非牛顿、粘弹性流体；所述制剂根据几何形状通过配备有喷嘴的3D打印工具挤出成股线以便在一个或多个层上形成三维结构；所述挤出优选在疏水性液体诸如油中进行。

Geopolymer preparation and related method for manufacturing three-dimensional structure, specifically manufacturing brake pad

The invention is called \geopolymer preparation and related methods for manufacturing three-dimensional structures, specifically manufacturing brake pads\. Geopolymers and inks for direct 3D printing contain geopolymer preparations; their components exist as follows to undergo a geological polymerization reaction and produce a solid geological polymer at the end of the reaction; and in this, before the at least part of the geological polymerization reaction that has not been formed in the three dimensional chemical bonds, During the period, the preparation forms a reversible gel, a non Newton, a viscoelastic fluid; the preparation is extruded into a strand by a 3D printing tool equipped with a nozzle in accordance with the geometry to form a three-dimensional structure on one or more layers, and the extrusion is preferred to be carried out in the hydrophobic liquid such as oil.

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】用于制造三维结构，具体地制造刹车垫的地质聚合物制剂和相关方法
本专利技术涉及用于制造三维结构，具体地制造车辆刹车垫或刹车蹄的地质聚合物制剂和相关方法现有技术地质聚合物由一类材料组成，所述材料一般由硅铝酸盐粉末与碱性硅酸盐溶液在接近环境温度和湿度条件下进行反应获得。地质聚合物的实验室合成通常要求使用偏高岭土(2Al2O3·SiO2)或由高岭石粘土的热活化获得的煅烧高岭石。用于获得地质聚合物粘结剂的前体反应物还可存在于天然源中，诸如例如火山灰材料如熔岩或粉煤灰中。文献中大多数的现有研究利用废料诸如工业废料或岩石沉积物作为硅铝酸盐的来源来进行。在1976年，Davidovits提出可使可能具有地质来源的包含铝和硅的单一元素在碱性溶液中在聚合过程中反应。形成的化合物被称为“地质聚合物”(“Solid-PhaseSynthesisofaMineralBlockpolymerbyLowTemperaturePolycondensationofAlumino-SilicatePolymers:Na-poly(sialate)orNa-PSandCharacteristics”JosephDAVIDOVITS，IUPACSymposiumonLong-TermPropertiesofPolymersandPolymericMaterials，Stockholm1976，TopicIII)。这些无机聚合物设置有一定程度地类似于沸石材料的化学组成，但通常为非晶态固体，并且因此不具有结晶结构，同时包含重复单元，诸如例如具有硅-氧化物型(Si-O-Si-O-)、硅-铝酸盐型(-Si-O-Al-O-)、铁-硅酸盐-铝酸盐型(-Fe-O-Si-O-Al-O-)、或铝-磷酸盐型(-Al-O-P-O-)。产生地质聚合物的化学反应被称为地质聚合，如下按照具有多个步骤的方法进行：1.由溶液中的氢氧根离子引起材料中的Si和Al原子的溶解；2.重新取向溶液中的前体离子；3.通过缩聚反应重组成无机聚合物。无机聚合物网络通常是高度配位的三维硅铝酸盐结构，具有在三价四面体Al(III)位上的负电荷，其由碱金属的阳离子平衡。这些材料目前用作混合物，其用于代替水泥作为建筑材料和用于制造由地质聚合物基质形成的复合材料，其中有序的有机纤维被分散并具有良好的机械和热绝缘特性。此类组合物的材料例如用于构建车辆排气管，但它们本身不获得微观或宏观有序的结构。另外，由US2011/0217809已知用于制造太阳能电池的油墨，其包含铝和代替多孔玻璃的硅氧烷无机聚合物的纳米颗粒；然而，此类油墨在沉积后，例如使用激光束烧结，以便获得期望的固体组分。因此，其应用限于制造小电极。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供用于精确地、快速地且以低成本地制造用于各种应用，并且具体地讲适用于制造车辆刹车垫的部分的微观和宏观三维固体结构的配方和方法。因此，本专利技术涉及用于制造三维固体结构的制剂和方法，如权利要求所定义的。具体地讲，根据本专利技术的地质聚合物制剂包含至少一种无机化合物，该无机化合物选自由下列组成的第一组：与至少一种含硅化合物缔合的含铝化合物、硅-铝酸盐化合物、含聚硅酸盐的化合物、聚硅氧烷、聚硅-铝酸盐、或聚铝硅酸盐；至少一种碱性活化剂和水。根据不同的实施方案，根据本专利技术的地质聚合物制剂包含至少一种无机化合物，该无机化合物选自由下列组成的第二组：无机氧化物，优选地二价或三价金属的无机氧化物；和磷酸。在上述两个实施方案中，制剂中的组分以如下比例存在，使得经历地质聚合反应并且在反应结束时产生固体地质聚合物；并且同时，在其中三维化学键尚未形成的地质聚合反应的至少一部分之前和期间，所述制剂形成凝胶可逆、非牛顿、粘弹性流体。在流体状态下，根据本专利技术的制剂具有大于或等于20Pa的初始流量极限或阈值；并且，在低剪切速率下，诸如0.11/s或更小，根据本专利技术的制剂具有比处于流体状态的相同制剂在高剪切应力下(诸如等于或大于1001/s)具有的粘度高至少一个数量级的粘度。根据第一实施方案，根据本专利技术的制剂包含偏高岭土，一种作为聚硅酸盐的来源的物质，优选地粉煤灰、可溶性碱性聚硅酸盐和碱性水溶液；其比例为使得处于流体状态的制剂在等于或小于0.11/s的低剪切速率下具有的粘度比处于流体状态的相同制剂在等于或大于1001/s的相对高剪切速率下具有的粘度大四个数量级。此外，根据该第一实施方案的制剂在流体状态下表现出大于或等于20Pa且优选地等于或略小于100Pa的极限或起始流阈值；在0.11/s的剪切速率下测量的约103Pa.s的粘度；以及在301/s的剪切速率下测量的约5Pa.s至20Pa.s的粘度。根据本专利技术的第一实施方案的制剂具有1:1至35:1的Si:Al原子比，包括该范围的极限值，并且优选地等于2:1；0.20至0.28的(Na2O,K2O)/SiO2摩尔比；3.5至4.5的SiO2/Al2O3摩尔比；10至25的H2O/(Na2O,K2O)摩尔比；和0.80至1.20的(Na2O,K2O)/Al2O3摩尔比；在上述区间内还包括每个范围的极限值。根据本专利技术的地质聚合物制剂还包含至少一种填料，其选自由以下项组成的组：橡胶、有机树脂、氧化铝、硅酸盐、玻璃、矿物填料、聚合物或无机短纤维；和/或通过水封存延迟地质聚合物反应的试剂，其通常用于水泥制剂中；和/或胶凝剂，其可以为能够在碱性或酸性环境中形成可逆凝胶的任何物质。本专利技术还涉及用于直接3D印刷的油墨制剂，其包括如上文规定的处于流体状态的地质聚合物制剂。具体地，根据本专利技术的油墨制剂还可包含至少一种地质聚合反应缓凝剂，其优选地选自由木质素磺酸盐组成的组，甚至更优选地选自由木质素磺酸钠组成的组，或者还选自由糖，诸如葡萄糖或蔗糖组成的组；所述缓凝剂以按总重量计0.1％至5％的量存在于所述制剂中。此外，根据本专利技术的油墨制剂还可包含至少一种胶凝剂，其优选地选自由以下项组成的组：聚丙烯酸酯，优选地聚丙烯酸的钠盐；胶态二氧化硅；分层硅酸盐，诸如合成锂皂石、锂蒙脱石、膨润土；所述胶凝剂以按总重量计0.1％至20％的量存在于所述制剂中。此外，根据本专利技术的油墨制剂还可包含至少一种流化剂，其优选地选自由水溶性聚合物如聚丙烯酸酯组成的组，甚至更优选地选自由聚羧酸醚组成的组；所述流化剂以按总重量计0.1％至5％的量存在于所述制剂中。本专利技术最终涉及用于制备三维固体结构的方法，该方法包括以下步骤：-制备用于直接3D打印的油墨制剂，其组分以使得经历地质聚合反应并形成可逆凝胶、非牛顿、粘弹性的流体的比例存在；-使用所述材料作为用于直接3D打印仪器的油墨，其包括根据被称为自动注浆成型或“直写成型技术”的技术，通过施加给定压力通过喷嘴挤出油墨；另选地，将设置有挤出注射器的打印头安装在处理系统上，同时控制三个或更多个轴；-在安装在支撑件上的基底上形成固体三维结构，在所述基底上依次挤出所述油墨的股线，并且同时使喷嘴或印刷头以这样的方式相对于支撑件移动，以便由根据预定几何形状布置的一根或多根股线形成一个或多个层；-所述挤出以使得油墨制剂经历101/s至801/s，且优选地等于301/s的剪切速率(或剪切)的方式来进行。根据本专利技术的方法的优选的实施方案，挤出步骤通过在疏水性液体中，优选地在油中，本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种地质聚合物制剂，包含作为成分的以下物质：至少一种无机化合物，所述无机化合物选自由下列组成的第一组：与至少一种含硅化合物缔合的含铝化合物、硅‑铝酸盐化合物、含聚硅酸盐的化合物、聚硅氧烷、聚硅‑铝酸盐或聚铝硅酸盐；至少一种碱性活化剂和水；或至少一种无机化合物，所述无机化合物选自由下列组成的第二组：无机氧化物，优选二价金属或三价金属的无机氧化物；以及酸性磷酸盐；所述成分以这样的比例存在，以便经历地质聚合反应并且在所述反应结束时产生固体地质聚合物；所述地质聚合物制剂的特征在于在其中尚未形成三维化学键的地质聚合反应的至少一部分之前和期间，所述制剂形成非牛顿、粘弹性、凝胶可逆流体。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2015.12.18 IT 1020150000853901.一种地质聚合物制剂，包含作为成分的以下物质：至少一种无机化合物，所述无机化合物选自由下列组成的第一组：与至少一种含硅化合物缔合的含铝化合物、硅-铝酸盐化合物、含聚硅酸盐的化合物、聚硅氧烷、聚硅-铝酸盐或聚铝硅酸盐；至少一种碱性活化剂和水；或至少一种无机化合物，所述无机化合物选自由下列组成的第二组：无机氧化物，优选二价金属或三价金属的无机氧化物；以及酸性磷酸盐；所述成分以这样的比例存在，以便经历地质聚合反应并且在所述反应结束时产生固体地质聚合物；所述地质聚合物制剂的特征在于在其中尚未形成三维化学键的地质聚合反应的至少一部分之前和期间，所述制剂形成非牛顿、粘弹性、凝胶可逆流体。2.根据权利要求1所述的制剂，其特征在于，当处于流体状态时，所述制剂具有大于或等于20Pa的起始流阈值限制或屈服应力。3.根据权利要求1或2所述的制剂，其特征在于，当处于流体状态时并在小于或等于0.11/s的低剪切速率下，所述制剂具有的粘度比处于流体状态的相同制剂在等于或高于1001/s的高剪切速率下具有的粘度高至少一个数量级。4.根据前述权利要求中的一项所述的制剂，其特征在于所述制剂包含偏高岭土，一种作为聚硅酸盐的来源的物质，优选粉煤灰、可溶性碱性聚硅酸盐和碱性水溶液；其比例为使得处于流体状态的制剂在等于或小于0.11/s的相对低剪切速率下具有的粘度比处于流体状态的相同制剂在等于或大于1001/s的相对高剪切速率下具有的粘度大四个数量级。5.根据权利要求4所述的制剂，其特征在于，当处于流体状态时，所述制剂具有大于20Pa且优选等于或略小于100Pa的起始流阈值限制或屈服应力；在0.11/s的剪切速率下测量的约103Pa.s的粘度；以及在301/s的剪切速率下测量的约5Pa.s至20Pa.s的粘度。6.根据权利要求4或5中的一项所述的制剂，其特征在于所述制剂具有1:1至35:1的Si:Al原子比，包括该范围的极限值；0.20至0.28的(Na2O,K2O)/SiO2摩尔比；3.5至4.5的SiO2/Al2O3摩尔比；10至25的H2O/(Na2O,K2O)摩尔比；和0.80至1.20的(Na2O,K2O)/Al2O3摩尔比；在所述范围内还包括每个范围的极限值。7.根据前述权利要求中的一项所述的制剂，其特征在于所述制剂包含至少一种选自由下列组成的组的填料：橡胶、有机树脂、氧化铝、硅酸盐、玻璃、矿物填料、聚合物或无机短纤维。8.一种直接3D打印油墨制剂，...

【专利技术属性】
技术研发人员：保罗·科隆博，焦尔吉亚·弗兰金，哈马达·赛义德·阿卜杜勒瓦哈卜·埃尔萨耶德，阿古斯丁·辛希科拉，
申请(专利权)人：意大利ITT有限责任公司，
类型：发明
国别省市：意大利,IT