一种用于3D打印的金属高分子复合材料及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种用于3D打印的金属高分子复合材料及其制备方法，该复合材料将经过偶联剂改性的半固态金属合金与高分子材料复合制得。该制法为：将改性的半固态金属合金、高分子材料、功能添加剂混合，经加工成型，制得；或将改性的半固态金属合金、高分子材料、功能添加剂混合，用于3D打印的材料，再固化成型。本发明专利技术的复合材料使用温度为20～230℃，粘度1～105Pa

【技术实现步骤摘要】
一种用于3D打印的金属高分子复合材料及其制备方法


[0001]本专利技术涉及一种3D打印材料及其制备方法，尤其涉及一种用于3D打印的金属高分子复合材料及其制备方法。

技术介绍

[0002]3D打印技术已经被广泛应用于珠宝，鞋类，工业设计，建筑，医疗，航空航天等领域。3D打印技术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。传统的打印材料有非金属材料、金属材料和生物材料三类，其中以聚乳酸、尼龙、丙烯腈
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丁二烯－苯乙烯塑料、橡胶等为代表的非金属高分子材料和以铁基合金、钛及钛基合金、镍基合金、钴铬合金、铝合金、铜合金及贵金属等为代表的金属材料是3D打印领域发展最为成熟的打印耗材。
[0003]然而，金属材料有密度大、成本高、熔融温度高、打印过程复杂等问题，这就使得金属材料3D打印技术发展受限。而高分子材料的种类繁多且性能优异，可以满足不同技术、设备对材料性能的需求，具有很多优异的特性，如耐热、耐磨、可塑性强、加工性好，耐候性较强。相对于金属材料，高分子材料抗腐蚀性能优异，在特定条件下，快速固化、相对低温下的热塑性、良好的热流动性和快速冷却连接性等特点，也是高分子材料的极大优势。但单纯的高分子材料不具有导电性能，不能满足医疗、电子、机器等领域的传感导电需求。
[0004]考虑到以上问题，可用于3D打印的导电金属高分子复合材料的研究具有十分重要的意义。

技术实现思路

[0005]专利技术目的：本专利技术的目的是提供一种兼具高导电性、较低加工温度和适宜的流动性的用于3D打印的金属高分子复合材料；
[0006]本专利技术的第二个目的是提供上述用于3D打印的金属高分子复合材料的制备方法。
[0007]技术方案：本专利技术所述的可用于3D打印的金属高分子复合材料，将经过偶联剂改性的半固态金属合金与高分子材料复合制得。
[0008]其中，还包括功能添加剂，所述复合材料各组分的体积分数为：改性的半固态金属合金10％～65％；高分子材料25％～89％，功能添加剂0～10％。
[0009]其中，所述半固态金属合金为金、银、铜、锌、汞、铂、镉、铝、铁、镍、镓、铟、锡、锌、铋、铅、铬、铯、钛、钒、镧系、锕系、钪、铱、钨、钇金属元素中的两种或两种以上的元素制成。
[0010]其中，所述偶联剂为硅烷偶联剂、钛酸酯偶联剂、铝酸酯偶联剂、双金属偶联剂中的一种或多种对半固态金属合金改性制得。偶联剂的分子中，同时具有能与无机材料结合的反应性基团和与有机材料结合的反应性基团。在本专利技术用作表面改性剂，改善半固态金属合金与高分子材料之间的分散性与黏合性，使得3D打印的产品翘曲度满足要求。
[0011]其中，改性的半固态金属合金的具体制备过程为：将偶联剂、醇、水混合，水解后得水解液，然后将半固态金属合金置于水解液中搅拌、洗涤后烘干，得到改性金属半固态金属
合金；其中，所述水解液中加入醋酸；帮助调节水解液pH值，为表面改性反应提供更有利的环境；其中水解的pH为4～6，优选为5。
[0012]其中，所述醇为甲醇、乙醇、丙醇、异丙醇、正丁醇、异丁醇、叔丁醇、乙二醇中的一种；所述偶联剂：醇：水的体积比为1～10:3～50:40～96；所述半固态金属合金占偶联剂水解液的质量分数大于0，小于200％；所述水解时长为1～48h，优选为4h，所述水解方式为超声、磁力搅拌、机械搅拌中的一种或多种；所述烘干时长为0.1～4h，优选为1h。
[0013]其中，所述硅烷偶联剂为氨基硅烷、环氧硅烷、乙烯基硅烷、含硫硅烷、酰基硅烷、辛基硅烷、烷基硅烷、哌嗪基硅烷和其他硅烷中的一种或多种。
[0014]其中，所述钛酸酯偶联剂为三硬脂酸钛酸异丙酯、异丙基二油酸酰氧基(二辛基磷酸酰氧基)钛酸酯)、异丙基三油酸酰氧基钛酸酯、异丙基三(二辛基焦磷酸酰氧基)钛酸酯、三硬脂酸钛酸异丙酯、双(二辛氧基焦磷酸酯基)乙撑钛酸酯)、二异丙氧基二乙酰丙酮钛酸酯、磷酸酯双钛酸酯偶联剂中的一种或多种结合。
[0015]其中，所述高分子材料为聚酰亚胺、聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚乳酸、聚氨酯、聚乙烯、聚四氟乙烯、尼龙、聚苯醚酮、聚苯硫醚、聚三氟氯乙烯、乙烯
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丙烯共聚物、聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚对苯二甲酸丁二醇酯、乙烯
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四氟乙烯共聚物、聚乙烯醇、聚丙烯、聚苯乙烯、聚氯乙烯、苯乙烯
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异戊二烯共聚物、加氢苯乙烯
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异戊二烯共聚物、酚醛树脂、光敏树脂、脲醛树脂、密胺树脂、环氧树脂、硅树脂、不饱和聚酯树脂、醇酸树脂、聚丁二烯树脂、乙烯基树脂、呋喃树脂、有机硅树脂、纤维素树脂、醛酮树脂、氟碳树脂、聚甲基丙烯酸甲酯、聚醚醚酮树脂、聚甲醛、聚碳酸酯、聚丁烯、聚偏二氟乙烯、聚丙烯腈、聚偏二氯乙烯、苯乙烯
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丙烯腈共聚物、丙烯腈
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丁二烯
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苯乙烯共聚物、氯化聚丙烯、乙烯
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醋酸乙烯共聚物、苯乙烯
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丁二烯共聚物、加氢苯乙烯
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丁二烯共聚物、丁苯橡胶、氯丁橡胶、顺丁橡胶、丁基橡胶、异戊橡胶、乙丙橡胶、三元乙丙橡胶、天然橡胶、丁腈橡胶、氯化聚乙烯、丁吡橡胶、氯醚橡胶、氯磺化聚乙烯、聚硫橡胶、聚丙烯酸酯橡胶聚氨酯橡胶、氟橡胶、聚二甲基硅氧烷、苯乙烯
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乙烯
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丁烯
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苯乙烯嵌段共聚物、Ecoflex橡胶中的一种或多种。
[0016]其中，所述功能添加剂为增韧剂、增塑剂、抗静电剂、消泡剂、抗氧化剂、热稳定剂、触变剂、杀菌防霉剂、着色剂、阻燃剂、润滑剂等塑料和橡胶助剂中的一种或多种。
[0017]其中，所述增韧剂为不饱和聚酯树脂，如302聚酯、304聚酯、305聚酯等；橡胶类，如聚硫橡胶、丁腈橡胶、端羟基液体丁腈橡胶、端硫醇基丁腈橡胶、氯丁橡胶，聚氯酯橡胶等；聚酰胺树脂，一种是由二聚或三聚合的植物油、不饱和脂肪酸或芳香酸、烷基多元胺的低分子聚合物；一种是改性尼龙如羟甲基尼龙；缩醛树脂，如聚乙烯醇缩甲醛、聚乙烯醇缩乙醛、聚乙烯醇缩甲己醛、聚乙烯醇缩丁醛、聚乙烯醇缩糠醛等；聚砜柑脂；聚氨酯树脂等其中的一种或多种结合。
[0018]其中，所述增塑剂为邻苯二甲酸二辛酯、邻苯二甲酸二丁酯(DBP)、癸二酸二辛脂(DOS)、己二酸二辛脂(DOA)、磷酸三甲苯酯(TCP)、氯化石蜡、环氧大豆油(ESO)、癸二酸丙二醇聚酯(PPS)、己二酸丙二醇聚酯(PPA)、一缩二乙二醇二苯甲酸酯(DEDB)、一缩二丙二醇二苯甲酸酯(DPDB)、烷基磺酸苯酯(T
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50)等塑料增塑剂的至少一种；或操作油、重油、煤焦油、石蜡、凡士林、沥青、石油树脂、煤焦油、古马隆树脂、煤沥青、松香、松焦油、萜烯树脂、油膏、邻苯二甲酸酯、磷酸酯、脂肪族二元酸酯、丁腈橡胶、液体聚丁二烯或液体聚异丁烯中等橡胶增塑剂的至少一种。
[0019]其中，所述抗静电剂为三羟乙基甲基季铵甲基硫酸盐、十八烷基二甲基季铵硝酸盐、硬脂基本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种用于3D打印的金属高分子复合材料，其特征在于，将经过偶联剂改性的半固态金属合金与高分子材料复合制得。2.根据权利要求1所述的用于3D打印的金属高分子复合材料，其特征在于，还包括功能添加剂，所述复合材料各组分的体积分数为：改性的半固态金属合金10％～65％；高分子材料25％～89％，功能添加剂0～10％。3.根据权利要求1所述的用于3D打印的金属高分子复合材料，其特征在于，所述半固态金属合金为金、银、铜、锌、汞、铂、镉、铝、铁、镍、镓、铟、锡、锌、铋、铅、铬、铯、钛、钒、镧系、锕系、钪、铱、钨、钇金属元素中的两种或两种以上的元素制成。4.根据权利要求1所述的用于3D打印的金属高分子复合材料，其特征在于，所述偶联剂为硅烷偶联剂、钛酸酯偶联剂、铝酸酯偶联剂、双金属偶联剂中的一种或多种。5.根据权利要求1所述的用于3D打印的金属高分子复合材料，其特征在于，改性的半固态金属合金的具体制备过程为：将偶联剂、醇、水混合，水解后得水解液，然后将半固态金属合金置于水解液中搅拌、洗涤后烘干，得到改性的半固态金属合金。6.根据权利要求5所述的用于3D打印的金属高分子复合材料，其特征在于，所述水解液中加入醋酸。7.根据权利要求5所述的用于3D打印的金属高分子复合材料，其特征在于，所述半固态金属合金占水解液的质量分数为大于0小于200％。8.根据权利要求1所述的用于3D打印的金属高分子复合材料，其特征在于，所述高分子材料为聚酰亚胺、聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚乳酸、聚氨酯、聚乙烯、聚四氟乙烯、尼龙、聚苯醚酮、聚苯硫醚、聚三氟氯乙烯、乙烯
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丙烯共聚物、聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚对苯二甲酸丁二醇酯、乙烯
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四氟乙烯共聚物、聚乙烯醇、聚丙烯、聚苯...

【专利技术属性】
技术研发人员：张久洋，田舒君，
申请(专利权)人：东南大学，
类型：发明
国别省市：