适用于直写3D打印的多组份硅胶、混合装置及打印方法制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种适用于直写3D打印的多组份硅胶、混合装置及打印方法，多组份硅胶包括A组分和B组分，A组分包括含有烯基和至少一种烷基或芳基的聚硅氧烷、填料和催化剂，B组分包括含有硅氢键和至少一种烷基、芳基或烯基的聚硅氧烷，含有填料和流变调节剂，A组分与B组分的质量比为(0.2

【技术实现步骤摘要】
适用于直写3D打印的多组份硅胶、混合装置及打印方法


[0001]本专利技术涉及增材制造
，具体涉及一种适用于直写3D打印的多组份硅胶、混合装置及打印方法。

技术介绍

[0002]有机硅组合物由于具有耐温性、耐候性和生物惰性在航空航天、国防、电子和生物医药领域广泛应用。增材制造技术，采用分层制造、逐层叠加的原理堆叠材料以获得目标形状，可提升有机硅组合物制造过程中多尺度结构的可设计性。目前，有机硅组合物常用的增材制造方式包括电喷射和墨水直写，其中墨水直写打印技术由于可打印材料的粘度范围广，有利于制备高力学性能的有机硅材料，因而应用非常广泛。
[0003]大部分墨水直写打印技术采用单喷头方式打印，而常见的有机硅组合物由于需要避免室温交联而常常分成双组份，因此在进行有机硅组合物的墨水直写打印时，通常需要预先将双组份材料混合均匀后装入料筒再进行打印。双组份硅胶一经混合后不可避免发生室温交联反应，即使反应较为缓慢，也对长时稳定打印造成不利影响，而3D打印的过程通常较长，因此挤出丝线的稳定性包括挤出丝线的线宽、重量和形状等受到影响。将有机硅组合物的双组份进行即时原位混合再打印有利于实现有机硅组合物的长时稳定打印，专利技术人公开了一种双组份混合硅胶3D打印机(CN 106313505 B)，但其中混合部分为静态混合管，无法混合高粘度硅胶，而有机硅组合物在高粒子填充的情况下粘度通常较大，并且高填充量由于和材料最终性能相关常常不可避免。

技术实现思路

[0004]为了解决上述技术问题，本专利技术提供了一种适用于直写3D打印的多组份硅胶、混合装置及打印方法，本专利技术以主动混合装置对多组份硅胶进行原位混合，即时获得混合均匀的胶料再进行墨水直写打印，有利于实现长时稳定的打印过程，并且获得稳定挤出的硅胶丝线及其堆叠的结构，获得特定的性能。此外，主动混合装置可以在线即时改变双组分的浓度和比例，因此可以获得硅胶组分梯度变化的打印结构，满足功能梯度材料的结构设计需求。
[0005]为了达到上述技术效果，本专利技术提供了如下技术方案：
[0006]本专利技术提供了一种适用于直写3D打印的多组份硅胶，包括A组分和B组分，所述A组分包括含有烯基和至少一种烷基或芳基的聚硅氧烷、填料和催化剂，所述B组分包括含有硅氢键和至少一种烷基、芳基或烯基的聚硅氧烷，填料和流变调节剂，所述A组分与B组分的质量比为(0.2
‑
20)：1，所述A组分中聚硅氧烷、填料和催化剂的质量比为100:(35
‑
45):(0.5
‑
2)，所述B组分中聚硅氧烷，填料和流变调节剂的质量比为100:(20
‑
40):(10
‑
20)。
[0007]进一步的技术方案为，所述A组分的聚硅氧烷的粘度为500～100,000mPa.s，所述B组分中的聚硅氧烷的粘度为100～100,00mPa.s。
[0008]优选的，所述A组分的聚硅氧烷的粘度为5000～20000mPa.s，所述B组分中的聚硅
氧烷的粘度为1000～10000mPa.s。
[0009]进一步的技术方案为，所述A组分中的聚硅氧烷中烯基为乙烯基或丙烯基，优选为乙烯基，含量为0～2％，优选为0.2～1％；烷基选自甲基、乙基或丙基中的一种或多种，优选为甲基，含量为80～100％，优选为80～95％，芳基选自二苯基或甲基苯基中的一种或多种，优选为二苯基，含量为0～15％，优选为5～10％。
[0010]进一步的技术方案为，所述B组分中的聚硅氧烷中氢含量为0.5～1.5％，优选为0.8～1.2％，烯基为乙烯基或丙烯基，优选为乙烯基，含量为0～20％，优选为5～10％，烷基选自甲基、乙基或丙基中的一种或多种，优选为甲基，含量为80～100％，优选为80～95％，芳基选自苯基或甲基苯基中的一种或多种，优选为苯基，含量为0～15％，优选为5～10％。
[0011]上述含量均代表即聚合物链段中含有相应基团的链节所占的质量比。
[0012]进一步的技术方案为，所述催化剂为铂金属催化剂，含量为20～1000ppm，优选为50～500ppm。
[0013]进一步的技术方案为，所述填料为气相法二氧化硅或沉淀法二氧化硅，其含量为相对于A组分中聚硅氧烷的20～50％，优选为30％～40％。
[0014]进一步的技术方案为，所述流变调节剂为至少含有一种聚醇、聚醚和聚酯链段的聚硅氧烷，聚醇选自聚乙二醇、聚丙二醇或聚丁二醇中的任意一种或多种，聚醚为缩水甘油醚，聚酯为聚已内酯，其中聚醇、聚醚和聚酯链段相对于流变调节剂中聚硅氧烷的含量为10～80％，优选为20～60％，所述流变调节剂在B组分中的质量分数为2～20％，优选为5～10％。
[0015]多组分硅胶固化的条件为室温或高温，室温放置5
‑
10天，高温固化反应温度为100
‑
200℃，反应时间0.5
‑
20小时，优选高温120
‑
180℃，反应时间优选1
‑
5小时。
[0016]本专利技术还提供了一种适用于直写3D打印的混合装置，包括供料系统、供料口、混料腔，电机、混料轴和出料喷头，所述电机与混料轴连接，用于带动轴体转动实现原料的混合，所述供料口位于所述混料轴的两侧，所述供料系统与所述供料口连接，所述出料喷头设置在所述混料腔的下方，所述混料腔位于所述供料口与所述混料轴之间。
[0017]进一步的技术方案为，所述供料系统具体为由注射泵推动注射器通过硅胶管连接所述供料口进行定量供料，所述供料口包括第一供料口和第二供料口，所述括第一供料口和第二供料口的直径比为0.1～1。
[0018]所述注射器的体积为1
‑
20mL，所述注射泵的流量为0.1
‑
1mL/min，供料口尺寸为100um
‑
500um，两个供料口的直径比例为0.1～1，优选为0.2～0.5。
[0019]混料腔位于供料口和混料轴之间，混料轴的直径控制混料间隙，间隙为100um
‑
1000um，优选为100
‑
500um。混料轴轴体由电机带动转动，轴体形状为圆柱体和带尖端圆柱体，轴体尺寸为直径100um
‑
200um，轴体表面为光杆或者带有螺纹。所述混料轴的转速为100
‑
10000rpm，优选为100
‑
1000rpm。
[0020]出料喷头为小口径尖端喷头，喷头直径为100
‑
1000um，可为分离式或一体式连接混料腔，优选为一体式连接。
[0021]本专利技术还提供了一种适用于直写3D打印的打印方法，所述打印方法基于上述的混合装置实现，包括以下步骤：将多组分硅胶的A组分和B组分分别装入注射器中，连接注射泵推进器，采用硅胶管连接注射器和混料口，混料轴由电机控制旋转，带动各组分的快速均匀
混合和挤出，将所述混合本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种适用于直写3D打印的多组份硅胶，其特征在于，包括A组分和B组分，所述A组分包括含有烯基和至少一种烷基或芳基的聚硅氧烷、填料和催化剂，所述B组分包括含有硅氢键和至少一种烷基、芳基或烯基的聚硅氧烷，含有填料和流变调节剂，所述A组分与B组分的质量比为(0.2
‑
20)：1，所述A组分中聚硅氧烷、填料和催化剂的质量比为100:(35
‑
45):(0.5
‑
2)，所述B组分中聚硅氧烷，填料和流变调节剂的质量比为100:(20
‑
40):(10
‑
20)。2.根据权利要求1所述的适用于直写3D打印的多组份硅胶，其特征在于，所述A组分的聚硅氧烷的粘度为500～100,000mPa.s，所述B组分中的聚硅氧烷的粘度为100～100,00mPa.s。3.根据权利要求1所述的适用于直写3D打印的多组份硅胶，其特征在于，所述A组分中的聚硅氧烷中烯基为乙烯基或丙烯基，烷基选自甲基、乙基或丙基中的一种或多种，芳基选自苯基或甲基苯基中的一种或多种。4.根据权利要求1所述的适用于直写3D打印的多组份硅胶，其特征在于，所述B组分中的聚硅氧烷中氢含量为0.5～1.5％，烯基为乙烯基或丙烯基，烷基选自甲基、乙基或丙基中的一种或多种，芳基选自苯基或甲基苯基中的一种或多种。5.根据权利要求1所述的适用于直写3D打印的多组份硅胶，其特征在于，所述催化剂为铂金属催化剂，含量为20～1000ppm。6.根据权利要求1所述的适用于直写3D打印的多组份硅胶...

【专利技术属性】
技术研发人员：张亚玲，廖恩泽，耿呈祯，刘禹，陈彦秋，芦艾，余凤湄，
申请(专利权)人：中国工程物理研究院化工材料研究所，
类型：发明
国别省市：