一种光固化3D打印硅橡胶导电弹性纤维及其制备方法技术

本发明专利技术公开一种光固化3D打印硅橡胶导电弹性纤维及其制备方法，所述导电弹性纤维包括通过3D打印成型的导电硅橡胶芯层及包裹在所述导电硅橡胶芯层外的可光固化硅橡胶皮层。本发明专利技术的硅橡胶导电弹性纤维，通过将导电硅橡胶芯层和可光固化硅橡胶皮层同时打印，打印之后随即进行光固化。导电硅橡胶芯层和可光固化硅橡胶皮层的主体材料均为硅橡胶，导电硅橡胶芯层及可光固化硅橡胶皮层同时打印时两层表面粘合完整，可使制备的硅橡胶导电弹性纤维内部界面粘合完整及紧密，可实现通过3D打印工艺制备硅橡胶导电弹性纤维材料。同时，硅橡胶结构还可使制备的硅橡胶导电弹性纤维具有良好的拉伸性能。拉伸性能。

【技术实现步骤摘要】
一种光固化3D打印硅橡胶导电弹性纤维及其制备方法


[0001]本专利技术涉及3D打印
，尤其涉及一种光固化3D打印硅橡胶导电弹性纤维及其制备方法。

技术介绍

[0002]3D打印又称增材制造，是一种用计算机建立物体三维模型，直接进行成型的技术。可通过生物医学工程、材料成型加工、自动化控制、计算机建模、人工智能等多可学科的交叉创新推动现有产业的加速发展或诞生性的产业。与传统成型技术相比，不需要传统刀具、夹具、以及多个步骤的加工工序。可通过程序控制自动并精确制造出任意复杂形状的零件，缩短了新产品的开发周期。增材制造技术近年来发展迅速，在航空航天、医疗、教育、食品、制造、模具、人工智能等方面应用越来越多。3D打印中打印材料的发展是三大关键技术之一，打印材料的瓶颈是限制该领域发展的首要问题。
[0003]硅橡胶主链结构为硅氧烷结构，其化学结构稳定，具有较高的耐温性、耐氧化、柔软性、疏水性、透气性、生理惰性、电绝缘、生物适应性好、无毒、无味、不致癌等一系列优良性能。硅橡胶中还可以填充复合各种功能填料和添加剂。由于硅橡胶的这些特性，聚甲基硅氧烷已成为生物医用和智能材料领域典型的柔性高分子材料。
[0004]随着科技进步，越来越多的电子产品和缓冲减震产品向柔性化、智能化、定制化发展，如医疗设备、健康监测设备、可穿戴设备等，这些产品不仅需要电子元器件的正常运转，还需要产品随着用户需求进行形变与回复。现有的柔性电子相关的研究主要是通过铸模的方式将导电材料嵌入到弹性材料中并进行封装成型。现有的铸模方式要先制造模具，生产成本高，根据不同的需要进行工艺调整，还需模具的更换，现有的缓冲减震功能也难以满足客户的个性化需求。一般硅橡胶固化时间长，其流动性不能保证3D打印精度，需要支撑材料才能完成复杂结构的3D打印。现有硅橡胶材料3D打印过程中会释放难闻气味，其疏水性和较低的表面能限制了其与其他材料有效的协同打印，因此硅橡胶的3D打印实现起来有一定困难。
[0005]为了开发硅橡胶3D打印的应用，目前急需设计开发一种适合3D打印的材料，其性能需要满足常温下有一定的流动性、固化快、体积收缩小、无需支撑、易于复合。

技术实现思路

[0006]为了克服现有技术不足，本专利技术的目的是提供一种具有较好的拉伸回复能力，可导电，且可进行3D打印进行制备的硅橡胶导电弹性纤维及其制备方法。
[0007]本专利技术公开了一种光固化3D打印硅橡胶导电弹性纤维，其包括通过3D打印成型的导电硅橡胶芯层及包裹在所述导电硅橡胶芯层外的可光固化硅橡胶皮层。
[0008]本专利技术通过3D打印技术将导电硅橡胶芯层和可光固化硅橡胶皮层同时打印成型，保持硅橡胶纤维弹性的同时赋予其导电性，可用于医用材料或智能设备等个性化需求领域。
[0009]进一步，所述导电硅橡胶芯层为截面为圆形的线条状，其截面圆形直径为100～300um，所述可光固化硅橡胶皮层的壁厚为200～500um。
[0010]进一步，所述导电硅橡胶芯层包括以下重量份数的组份：
[0011]40～70份液态硅橡胶，25～55份导电填料，5～10份增塑剂；所述液态硅橡胶为乙烯基封端的聚二甲基硅氧烷，所述乙烯基封端的聚二甲基硅氧烷的粘度为10～25Pa
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S。本专利技术的乙烯基封端的聚二甲基硅氧烷根据性能要求，采用不同分子量的乙烯基封端的聚二甲基硅氧烷混合制得。由于采用乙烯基对聚二甲基硅氧烷进行封端，从而提高聚二甲基硅氧烷的柔性，进而提高制备的导电硅橡胶芯层的柔性。同时，通过控制乙烯基封端的聚二甲基硅氧烷粘度确保加工时的流动性。本专利技术中，所述乙烯基封端的聚二甲基硅氧烷为市售产品，采购于安必亚特种有机硅公司(美国)，牌号为Andisil VS 10或Andisil VS 15。
[0012]进一步，所述增塑剂为1,2
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丙二醇或1,3
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丙二醇。本专利技术通过加入增塑剂，可以调节所述导电硅橡胶芯层的粘度和流动性，方便3D打印成型。
[0013]进一步，所述导电填料为下列中的一种：金属粉、碳纤维、碳纳米管或导电炭黑，所述导电填料的尺寸为微米级。所述碳纳米管直径为纳米级，一般在20nm以下，长度为微米级。
[0014]进一步，所述金属粉包括包括下列中的一种：银粉、镍粉、铜粉、铁粉。
[0015]本专利技术中，所述导电硅橡胶芯层中填充有导电填料，当导电填料含量达到一定体积时导电硅橡胶芯层中会形成导电网络，形成导电通路；随着导电填料的增加，导电通路也随之增加，导电性更好。但导电填料加入过多时，导电硅橡胶芯层在加工时流动性变差，导电填料的分散也变差。因此，导电填料较佳含量为25％
‑
50％。本专利技术实现了导电填料与液态硅橡胶混合后，通过3D打印技术制备导电芯层。
[0016]进一步，所述可光固化硅橡胶皮层包括以下重量份数的组份：甲基乙烯基硅橡胶100份，巯基小分子交联剂3～6份，光引发剂0.5～1.5份，溶剂50～60份。由上述组分制备的可光固化硅橡胶皮层为透明的硅橡胶，因此，当通过紫外光照射时，可实现导电硅橡胶皮层完全固化。
[0017]进一步，所述甲基乙烯基硅橡胶的粘度为10～25Pa
·
S，乙烯基含量优选为0.1～0.4mmol/g。通过控制甲基乙烯基硅橡胶中的乙烯基含量以实现可光固化硅橡胶皮层的有效固化。当甲基乙烯基硅橡胶中的乙烯基含量太低时，光固化硅橡胶皮层光固化时交联程度太低不易保持稳定性；当甲基乙烯基硅橡胶中的乙烯基含量太高时，则光固化硅橡胶皮层光固化后弹性差。其中，甲基乙烯基硅橡胶简称乙烯基硅橡胶，是由二甲基硅氧烷与少量乙烯基硅氧烷共聚而成。
[0018]本专利技术中，应用的甲基乙烯基硅橡胶根据性能要求，采用不同分子量的甲基乙烯基硅橡胶混合制得。由于甲基乙烯基硅橡胶的侧链上连接有乙烯基，从而提高甲基乙烯基硅橡胶的硬度，进而提高制备的可光固化硅橡胶皮层的硬度。
[0019]本专利技术中，所述甲基乙烯基硅橡胶为两端侧链含有乙烯基的聚硅氧烷，所述甲基乙烯基硅橡胶中的乙烯基与巯基小分子交联剂中的巯基在光照时进行自由基交联反应。由甲基乙烯基硅橡胶、巯基小分子交联剂等原料组成的可光固化硅橡胶皮层的原料，在经3D打印之后再进行光照交联，即在打印喷头拉出后进行交联，交联之后原料就无法再流动，实现可稳定地打印丝线。
[0020]进一步，所述巯基小分子交联剂包括下列中的一种或两种以上的混合物：三羟甲基丙烷三(3
‑
巯基丙酸酯)、三羟甲基丙烷三(2
‑
巯基乙酸酯)、1,4
‑
丁二硫醇、1,6
‑
己二硫醇、1,8
‑
辛二硫醇，1,9
‑
壬二硫醇、1,10
‑
癸二硫醇、四(3
‑
巯基丙酸)季戊四醇酯、2,2
’‑
(1,2
‑
乙二基双氧代)双乙硫醇或二巯基乙酸乙二醇酯。
[0021]进一步，所本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种光固化3D打印硅橡胶导电弹性纤维，其特征在于，其包括通过3D打印成型的导电硅橡胶芯层及包裹在所述导电硅橡胶芯层外的可光固化硅橡胶皮层。2.根据权利要求1所述的光固化3D打印硅橡胶导电弹性纤维，其特征在于，所述导电硅橡胶芯层为截面为圆形的线条状，其截面圆形直径为100～300um，所述可光固化硅橡胶皮层的壁厚为200～500um。3.根据权利要求1所述的光固化3D打印硅橡胶导电弹性纤维，其特征在于，所述导电硅橡胶芯层包括以下重量份数的组份：40～70份液态硅橡胶，25～55份导电填料，5～10份增塑剂；所述液态硅橡胶为乙烯基封端的聚二甲基硅氧烷，所述的乙烯基封端的聚二甲基硅氧烷的粘度为10～25Pa
·
S。4.根据权利要求3所述的光固化3D打印硅橡胶导电弹性纤维，其特征在于，所述增塑剂为1,2
‑
丙二醇或1,3
‑
丙二醇。5.根据权利要求3所述的光固化3D打印硅橡胶导电弹性纤维，其特征在于，所述导电填料为下列中的一种：金属粉、碳纤维、碳纳米管或导电炭黑，所述导电填料的尺寸为微米级。6.根据权利要求5所述的光固化3D打印硅橡胶导电弹性纤维，其特征在于，所述金属粉包括下列中的一种：银粉、镍粉、铜粉、铁粉。7.根据权利要求1所述的光固化3D打印硅橡胶导电弹性纤维，其特征在于，所述可光固化硅橡胶皮层包括以下重量份数的组份：甲基乙烯基硅橡胶100份，巯基小分子交联剂3～6份，光引发剂0.5～1.5份，溶剂50～60份；所述甲基乙烯基硅橡胶的粘度为10～25Pa
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S,所述乙烯基含量为0.1～0.4mmol/g。8.根据权利要求7所述的光固化3D打印硅橡胶导电弹性纤维，其特征在于，所述巯基小分子交联剂包括下列中的一种或两种以上的混合物：三羟甲基丙烷三(3
‑
巯基丙酸酯)、三羟甲基丙烷三(2
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巯基乙酸酯)、1,4
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丁二硫醇、1,6
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己二硫醇、1,8
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辛二硫醇、1,9
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【专利技术属性】
技术研发人员：王慧甫，
申请(专利权)人：湖北灵造三维科技有限公司，
类型：发明
国别省市：