一种用于选择性激光烧结3D打印的电磁屏蔽硅橡胶材料及其制备方法技术

本发明专利技术涉及3D打印材料领域，尤其涉及了一种用于选择性激光烧结3D打印的具有电磁屏蔽的硅橡胶粉体材料。包括按重量份计的如下组分：氨基改性的硅橡胶65‑105份、导电填料5‑15份、润滑剂1‑3份。本发明专利技术制备的压电硅橡胶粉体材料具有热加工功能，可直接适用于选择性激光烧结3D打印，且烧结工艺性好，烧结制品致密性好，强度高，具有较好的电磁屏蔽效果。

An electromagnetic shielding silicone rubber material for selective laser sintering 3D printing and its preparation method

【技术实现步骤摘要】
一种用于选择性激光烧结3D打印的电磁屏蔽硅橡胶材料及其制备方法
本专利技术涉及3D打印材料领域，尤其涉及了一种用于选择性激光烧结3D打印的具有电磁屏蔽的硅橡胶粉体材料。
技术介绍
3D打印（即增材制造）技术是一种以数字模型文件为基础，通过增加材料逐层制造的方式来构建实体的快速成型的先进制造技术。近20年来，3D打印技术作为新兴的快速成型技术，发展十分迅速，在工业制造、航空航天、国防军工、生物医学能源等国民经济和高科技领域有十分中国要的应用。其类型包括熔融沉积技术、选择性激光烧结技术、光固化成型技术和分层实体制造技术。选择性激光烧结技术是3D打印最重要的加工技术之一，C.R.Dechard等在专利US4863538中首次提出选择性激光烧结思想并于1989年成功研制出激光烧结工艺。简单的说，激光束在计算机控制下根据分层截面信息进行有选择地烧结，一层完成后再进行下一层烧结，全部烧结完后去掉多余的粉末，则即可得到烧结好的零件。选择性激光烧结技术具有诸多优点，如粉末选材广泛、适用性广、制造工艺比较简单、成形精度高、无需支撑结构、可直接烧结零件，因此在现代制造业中受到越来越广泛的重视。在可用于激光烧结的材料中，聚合物材料因其优异的性能备受关注，但可用于选择性激光烧结过程的聚合物却很有限，目前市场上还是以尼龙为主。因此，开发新的材料成为行业发展的重点和热点之一。硅橡胶作为一种常用的高分子材料，具有耐高温、抗老化、生物相容性好等优点，已广泛应用于医疗、保健、化妆品等领域中。开发适用于选择性激光烧结的选择性激光烧结的功能性硅橡胶材料，比如具有电磁屏蔽的硅橡胶材料，可以开拓在3D打印技术在压电传感器、智能穿戴、电磁防护等方面的应用。
技术实现思路
本专利技术提供了一种用于选择性激光烧结3D打印的具有电磁屏蔽功能的硅橡胶粉体材料，该硅橡胶粉体材料由氨丙基封端聚二甲基硅氧烷、二异氰酸酯、聚醚多元醇、催化剂、带羧基的扩链剂、表面改性导电填料和润滑剂组成，适用于选择性激光烧结3D打印，烧结工艺性好，烧结制品致密性好，强度高，电磁屏蔽效能高。技术方案是：一种用于选择性激光烧结3D打印的电磁屏蔽硅橡胶材料，包括按重量份计的如下组分：氨基改性的硅橡胶65-105份、导电填料5-15份、润滑剂1-3份。在一个实施方式中，所述的氨基改性的硅橡胶制备方法包括如下步骤：第1步，将15-20份二异氰酸酯加入到带有机械搅拌的三口烧瓶中，氮气保护下升温至60-70℃，缓慢加入40-60份氨丙基封端聚二甲基硅氧烷，反应2-4h；第2步，然后再加入5-10份聚醚多元醇，加入催化剂0.2-0.5份，反应1-2h；第3步，最后加入7-10.5份带羧基的扩链剂，反应2-4h；第4步，反应结束后将产物倒入模具中，固化24-48h，从模具中取出得到可热塑加工的硅橡胶。在一个实施方式中，所述的氨丙基封端的聚二甲基硅氧烷的分子量为2000-10000。在一个实施方式中，所述的二异氰酸酯为六亚甲基二异氰酸酯、二苯基甲烷二异氰酸酯、甲苯二异氰酸酯中的任一种。在一个实施方式中，所述的聚醚多元醇分子量为800-3000，为聚氧化丙烯二醇、聚四氢呋喃二醇中一种或两种混合物。在一个实施方式中，所述的催化剂为有机锡催化剂，优选二丁基二月桂酸锡。在一个实施方式中，所述的带有羧基的扩链剂为指二羟甲基丁酸。在一个实施方式中，所述的导电填料为氧化石墨烯纤维。在一个实施方式中，所述的导电填料的制备方法包括如下步骤：第1步，取NaHCO3，进行研磨处理，得到NaHCO3粉末；第2步，配制含有0.2-0.5wt%的氧化石墨烯悬浮液，再在悬浮液中加入0.02-0.04wt%的NaOH和0.02-0.04wt%的氯乙酸钠，在超声作用下分散均匀，调节pH至中性后，将产物滤出、去离子水洗涤、烘干后，得到表面羧基化的氧化石墨烯；第3步，将聚丙烯腈粉末分散于0.5-1wt%NaOH溶液中，进行水解处理，反应完成后，将产物滤出并用去离子水洗涤，再浸泡于含有4-8wt%的己二胺水溶液中氨化处理，再滤出并用去离子水洗涤，得到表面羧基化的聚丙烯腈粉末；第4步，配制含有5-10wt%表面氨基化的聚丙烯腈粉末的二甲基甲酰胺溶液，再加入0.5-1wt%的表面羧基化的氧化石墨烯以及0.2-0.5wt%的NaHCO3粉末，搅拌均匀后，得到纺丝液；第5步，采用静电纺丝法，将第4步中得到的纺丝液进行纺丝，将接收得到的纳米纤维升温使NaHCO3分解，降温后，用去离子水浸泡、冲洗，得到多孔氧化石墨烯纤维。本步骤中，通过加热使NaHCO3分解成CO2和H2O，余下的碳酸钠也可以通过水洗涤方式去除，使得纤维的表面生成多孔结构。在一个实施方式中，第3步中水解处理的温度是40-45℃，水解处理的时间是30-45min；氨化处理的温度是45-50℃，氨化处理的时间是40-60min。在一个实施方式中，第5步中静电纺丝过程的参数设为：电压12-24kV，针尖至接收器的距离20-40cm，注射流速0.2-0.8mL/h；升温是指升温至80-120℃。在一个实施方式中，所述润滑剂为硅酮粉，粒径≤10um。上述的用于选择性激光烧结3D打印的电磁屏蔽硅橡胶材料的制备方法，包括如下步骤：将氨基改性的硅橡胶，导电填料，润滑剂通过高速混合后经双螺杆挤出机挤出，造粒，再经冷冻破碎机进行破碎成粉体，筛分后得到适用于选择性激光烧结3D打印具有电磁屏蔽功能的硅橡胶粉末材料。在一个实施方式中，硅橡胶粉末材料的平均粒径≤150um。上述的用于选择性激光烧结3D打印的电磁屏蔽硅橡胶材料在用于3D打印中的应用。在一个实施方式中，所述的应用包括如下步骤：经过模型设计，设置打印参数，激光烧结，清粉，打磨得到电磁屏蔽聚氨酯制品。在一个实施方式中，激光打印过程中的粉床温度110-140℃，激光能量0.1-0.2J/mm2。有益效果本专利技术制备的压电硅橡胶粉体材料具有热加工功能，可直接适用于选择性激光烧结3D打印，且烧结工艺性好，烧结制品致密性好，强度高，具有较好的电磁屏蔽效果。在导电添加剂的表面进行了氨基修饰处理，同时对硅橡胶基体材料进行了羧基的接枝处理，在进行材料的制备和加热3D打印过程中，会发生酰基化反应，通过酰胺键实现导电填料与硅橡胶之间的复合，提高了电子传输能力，使材料的电磁屏蔽和导电性能提高。在使用的导电填料中，本专利技术中采用具有多孔化的氧化石墨烯纤维，其多孔的表面结构可以与硅橡胶材料等在共混、熔融打印过程中实现较好的嵌合，可以明显提高打印材料的力学性能。在多孔化的氧化石墨烯的制备过程中，首先通过在碱性条件下，通过氯乙酸钠与氧化石墨烯的羟基和环氧基生成羧基；再对聚丙烯腈进行水解处理后，在其表面通过与己二胺进行交联，水解产生的羧基与己二胺的氨基反应，将己二胺接枝于聚丙烯腈的表面，形成一个胺基，实现其氨基化；通过将聚丙烯腈与氧化石墨烯通过本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用于选择性激光烧结3D打印的电磁屏蔽硅橡胶材料，其特征在于，包括按重量份计的如下组分：氨基改性的硅橡胶65-105份、导电填料5-15份、润滑剂1-3份。/n

【技术特征摘要】
1.一种用于选择性激光烧结3D打印的电磁屏蔽硅橡胶材料，其特征在于，包括按重量份计的如下组分：氨基改性的硅橡胶65-105份、导电填料5-15份、润滑剂1-3份。


2.根据权利要求1所述的用于选择性激光烧结3D打印的电磁屏蔽硅橡胶材料，其特征在于，在一个实施方式中，所述的氨基改性的硅橡胶制备方法包括如下步骤：
第1步，将15-20份二异氰酸酯加入到带有机械搅拌的三口烧瓶中，氮气保护下升温至60-70℃，缓慢加入40-60份氨丙基封端聚二甲基硅氧烷，反应2-4h；
第2步，然后再加入5-10份聚醚多元醇，加入催化剂0.2-0.5份，反应1-2h；
第3步，最后加入7-10.5份带羧基的扩链剂，反应2-4h；
第4步，反应结束后将产物倒入模具中，固化24-48h，从模具中取出得到可热塑加工的硅橡胶。


3.根据权利要求2所述的用于选择性激光烧结3D打印的电磁屏蔽硅橡胶材料，其特征在于，在一个实施方式中，所述的氨丙基封端的聚二甲基硅氧烷的分子量为2000-10000；在一个实施方式中，所述的二异氰酸酯为六亚甲基二异氰酸酯、二苯基甲烷二异氰酸酯、甲苯二异氰酸酯中的任一种；在一个实施方式中，所述的聚醚多元醇分子量为800-3000，为聚氧化丙烯二醇、聚四氢呋喃二醇中一种或两种混合物。


4.根据权利要求2所述的用于选择性激光烧结3D打印的电磁屏蔽硅橡胶材料，其特征在于，在一个实施方式中，所述的催化剂为有机锡催化剂，优选二丁基二月桂酸锡；在一个实施方式中，所述的带有羧基的扩链剂为指二羟甲基丁酸。


5.根据权利要求1所述的用于选择性激光烧结3D打印的电磁屏蔽硅橡胶材料，其特征在于，在一个实施方式中，所述的导电填料为氧化石墨烯纤维；在一个实施方式中，所述的导电填料的制备方法包括如下步骤：
第1步，取NaHCO3，进行研磨处理，得到NaHCO3粉末；
第2步，配制含有0.2-0.5wt%的氧化石墨烯悬浮液，再在悬浮液中加入0.02-0.04wt%的NaOH和0.02-0.04wt%的氯乙酸钠，在超声作用下分散均匀，调节pH至中性后，将产物滤出、去离子水洗涤、烘干后，得到表面羧基化的氧化石墨烯；...

【专利技术属性】
技术研发人员：夏和生，周玲娟，费国霞，王占华，姚建树，
申请(专利权)人：江苏集萃先进高分子材料研究所有限公司，南京墨分三维科技有限公司，
类型：发明
国别省市：江苏;32