3D打印用聚碳酸酯复合材料及其制备方法.pdf

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摘要
申请专利号:

CN201410424262.0

申请日:

2014.08.26

公开号:

CN104212148A

公开日:

2014.12.17

当前法律状态:

授权

有效性:

有权

法律详情:

授权|||实质审查的生效IPC(主分类):C08L 69/00申请日:20140826|||公开

IPC分类号:

C08L69/00; C08L5/16; C08K5/544; C08K5/101; C09D4/06; C09D4/02

主分类号:

C08L69/00

申请人:

太仓碧奇新材料研发有限公司

发明人:

蓝碧健

地址:

215400 江苏省苏州市太仓市浏河镇新闸村

优先权:

专利代理机构:

南京苏高专利商标事务所(普通合伙) 32204

代理人:

柏尚春

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内容摘要

本发明提供了3D打印用聚碳酸酯复合材料及其制备方法。该聚碳酸酯复合材料的制备方法为将N-氨乙基-γ-氨丙基三乙氧基硅烷与丙烯酸乙酯混合,加入甲基丙烯酸乙酯,再依次加入环糊精、二茂铁甲酸,然后加入聚碳酸酯颗粒,加热搅拌,冷却即可。其中聚碳酸酯的含量为40~50%,N-氨乙基-γ-氨丙基三乙氧基硅烷含量为5~20%,丙烯酸乙酯含量为5~20%,甲基丙烯酸乙酯含量为10~30%,环糊精含量为0.5~2%,二茂铁甲酸含量为0.5~2%。本发明制备工艺简单,制备的聚碳酸酯复合材料可在50~70℃的温度范围内进行3D打印,不会堵塞3D打印机喷头,可用于汽车制造、医疗器械、航空、航天、电子电器等领域。

权利要求书

1.   一种3D打印用聚碳酸酯复合材料,其特征在于:由下列重量比的原料组成:
聚碳酸酯                     40~50%,
N-氨乙基-γ-氨丙基三乙氧基硅烷  5~20%,
丙烯酸乙酯                  5~20%,
甲基丙烯酸乙酯              10~30%,
环糊精                      0.5~2%,
二茂铁甲酸                   0.5~2%。

2.
  一种如权利要求1所述的3D打印用聚碳酸酯复合材料的制备方法,其特征在于:其步骤如下:
1)将粘均分子量为10000-40000的聚碳酸酯粉碎成100~120目的颗粒;
2)按重量配比称取原料;
3)在氮气氛围下,将N-氨乙基-γ-氨丙基三乙氧基硅烷与丙烯酸乙酯混合,加入甲基丙烯酸乙酯,室温搅拌30~60分钟,再依次加入环糊精、二茂铁,室温搅拌30~60分钟,然后加入聚碳酸酯颗粒,加热至40~60℃,搅拌120~180分钟,冷却至室温,得3D打印用聚碳酸酯复合材料。

说明书

3D打印用聚碳酸酯复合材料及其制备方法
技术领域
    本发明属于复合材料技术领域,涉及一种3D打印用聚碳酸酯复合材料及其制备方法。
背景技术
3D打印成型材料种类十分广泛,根据物质类型来分,可以是陶瓷(如氧化铝、氧化锆、硅酸锆、碳化硅)、金属、塑料、石膏、淀粉、或复合材料等。粉末材料的物质成分和比例对3D打印成形的精度、强度、表面质量以及成形过程的可靠性有着重要的影响。粉末成分配方是一个多元系统,除了存在配方材料成分各自对制件性能的主要影响外,还存在各个因素之间交互效应的影响,是一个多因素、多水平的影响问题。以色列OBJET公司的光固化3D打印设备使用的是高分子光敏树脂,即FullCure系列丙烯酸酯基光敏树脂,FullCure模型材料和支持性材料被搅拌在完全密封的材料盒中中提供,这些材料在环境方面安全,无需皮肤接触。材料的装载与卸载类似于打印机墨盒的流程。因此可以制作外观逼真的模型,模型材料也可以进行加工、钻孔、镀铬或者用作模具。
聚碳酸酯(简称PC)是分子链中含有碳酸酯基的高分子聚合物,根据酯基的结构可分为脂肪族、芳香族、脂肪族-芳香族等多种类型。其中由于脂肪族和脂肪族-芳香族聚碳酸酯的机械性能较低,从而限制了其在工程塑料方面的应用。目前仅有芳香族聚碳酸酯获得了工业化生产。由于聚碳酸酯结构上的特殊性,现已成为五大工程塑料中增长速度最快的通用工程塑料。
Stratasys公司发展了以聚碳酸酯为主体的3D打印耗材,采用熔融堆积成型工艺,用于功能性测试,例如棘轮机构、电动工具、汽车零件等。或者与ABS复合,用于玩具以及电子产业3D打印。但由于3D打印温度较高,不能用于有机电子器件等需要低温制备的领域。
发明内容
本发明属于复合材料技术领域,涉及一种3D打印用聚碳酸酯复合材料及其制备方法。该聚碳酸酯复合材料的制备方法的特征为将N-氨乙基-γ-氨丙基三乙氧基硅烷与丙烯酸乙酯混合,加入甲基丙烯酸乙酯,室温搅拌,再依次加入环糊精、二茂铁甲酸,室温搅拌,然后加入聚碳酸酯颗粒,加热搅拌,冷却得3D打印用聚碳酸酯复合材料。本发明制备的聚碳酸酯复合材料应用领域广泛,包括:汽车制造、医疗器械、航空、航天、电子电器等,特别适用于需要较低温度的制程工艺。
本发明提出的3D打印用聚碳酸酯复合材料,其特征在于:
①由下列重量比的原料组成:
聚碳酸酯                     40~50%,
N-氨乙基-γ-氨丙基三乙氧基硅烷  5~20%,
丙烯酸乙酯                  5~20%,
甲基丙烯酸乙酯              10~30%,
环糊精                      0.5~2%,
二茂铁甲酸                   0.5~2%。
②制备步骤如下:
1)将粘均分子量为10000-40000的聚碳酸酯粉碎成100~120目的颗粒;
2)按重量配比称取原料;
3)在氮气氛围下,将N-氨乙基-γ-氨丙基三乙氧基硅烷与丙烯酸乙酯混合,加入甲基丙烯酸乙酯,室温搅拌30~60分钟,再依次加入环糊精、二茂铁甲酸,室温搅拌30~60分钟,然后加入聚碳酸酯颗粒,加热至40~60℃,搅拌120~180分钟,冷却至室温,得3D打印用聚碳酸酯复合材料。
将该材料在50~70℃进行3D打印,测试成型后材料的密度、拉伸强度、收缩率及介电常数。
本发明的优点在于:(1)将聚碳酸酯制成100~120目的微小颗粒,使聚碳酸酯与N-氨乙基-γ-氨丙基三乙氧基硅烷、丙烯酸乙酯、甲基丙烯酸乙酯等复合,添加环糊精、二茂铁甲酸等辅助剂,配置成具有一定粘度的复合材料,在50~70℃的温度范围内进行3D打印,复合材料固化成型,得3D打印产品,可用于有机电致发光器件、有机场效应晶体管器件、有机太阳能电池等的制备。(2)本发明制备的3D打印材料是一种流体材料,打印过程不会堵塞3D打印机喷头,适用于现有的多数3D打印机。(3)制备工艺简单,生产成本低,便于推广和应用。
本发明制备的复合材料可制成各种功能性的薄膜、涂层和复合材料,在有机显示及可穿戴电子产品等领域获得应用,市场前景广阔。
具体实施方式
   下面通过实施例进一步描述本发明
实施例1
将50g粘均分子量为10000-40000的聚碳酸酯粉碎成100~120目的颗粒;在氮气氛围下,将5g N-氨乙基-γ-氨丙基三乙氧基硅烷与20g 丙烯酸乙酯混合,加入2g环糊精,室温搅拌60分钟,再依次加入2g二茂铁甲酸、21g甲基丙烯酸乙酯,室温搅拌60分钟,然后加入50g聚碳酸酯颗粒,加热至60℃,搅拌180分钟,冷却至室温,得3D打印用聚碳酸酯复合材料。
将该材料在70℃进行3D打印,成型后材料的密度为1.22g/cm3,拉伸强度为78MPa,收缩率为0.88%,介电常数为3.0。
实施例2
将40g粘均分子量为10000-40000的聚碳酸酯粉碎成100~120目的颗粒;在氮气氛围下,将20g N-氨乙基-γ-氨丙基三乙氧基硅烷与19g 丙烯酸乙酯混合,加入0.5g环糊精,室温搅拌30分钟,再依次加入0.5g二茂铁甲酸、20g甲基丙烯酸乙酯,室温搅拌30分钟,然后加入40g聚碳酸酯颗粒,加热至40℃,搅拌120分钟,冷却至室温,得3D打印用聚碳酸酯复合材料。
将该材料在50℃进行3D打印,成型后材料的密度为1.20g/cm3,拉伸强度为101MPa,收缩率为0.88%,介电常数为3.0。
实施例3
将40g粘均分子量为10000-40000的聚碳酸酯粉碎成100~120目的颗粒;在氮气氛围下,将8g N-氨乙基-γ-氨丙基三乙氧基硅烷与20g 丙烯酸乙酯混合,加入1g环糊精,室温搅拌30分钟,再依次加入1g二茂铁甲酸、30g甲基丙烯酸乙酯,室温搅拌40分钟,然后加入40g聚碳酸酯颗粒,加热至50℃,搅拌150分钟,冷却至室温,得3D打印用聚碳酸酯复合材料。
将该材料在60℃进行3D打印,成型后材料的密度为1.26g/cm3,拉伸强度为84MPa,收缩率为1.08%,介电常数为3.2。
实施例4
将50g粘均分子量为10000-40000的聚碳酸酯粉碎成100~120目的颗粒;在氮气氛围下,将20g N-氨乙基-γ-氨丙基三乙氧基硅烷与16g 丙烯酸乙酯混合,加入2g环糊精,室温搅拌50分钟,再依次加入2g二茂铁甲酸、10g甲基丙烯酸乙酯,室温搅拌40分钟,然后加入50g聚碳酸酯颗粒,加热至50℃,搅拌150分钟,冷却至室温,得3D打印用聚碳酸酯复合材料。
将该材料在70℃进行3D打印,成型后材料的密度为1.21g/cm3,拉伸强度为89MPa,收缩率为1.13%,介电常数为3.0。
实施例5
将45g粘均分子量为10000-40000的聚碳酸酯粉碎成100~120目的颗粒;在氮气氛围下,将20g N-氨乙基-γ-氨丙基三乙氧基硅烷与5g 丙烯酸乙酯混合,加入1.5g环糊精,室温搅拌60分钟,再依次加入0.5g二茂铁甲酸、28g甲基丙烯酸乙酯,室温搅拌30分钟,然后加入45g聚碳酸酯颗粒,加热至55℃,搅拌160分钟,冷却至室温,得3D打印用聚碳酸酯复合材料。
将该材料在50℃进行3D打印,成型后材料的密度为1.18g/cm3,拉伸强度为81MPa,收缩率为1.19%,介电常数为2.8。

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资源描述

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1、10申请公布号CN104212148A43申请公布日20141217CN104212148A21申请号201410424262022申请日20140826C08L69/00200601C08L5/16200601C08K5/544200601C08K5/101200601C09D4/06200601C09D4/0220060171申请人太仓碧奇新材料研发有限公司地址215400江苏省苏州市太仓市浏河镇新闸村72发明人蓝碧健74专利代理机构南京苏高专利商标事务所普通合伙32204代理人柏尚春54发明名称3D打印用聚碳酸酯复合材料及其制备方法57摘要本发明提供了3D打印用聚碳酸酯复合材料及其制备方。

2、法。该聚碳酸酯复合材料的制备方法为将N氨乙基氨丙基三乙氧基硅烷与丙烯酸乙酯混合,加入甲基丙烯酸乙酯,再依次加入环糊精、二茂铁甲酸,然后加入聚碳酸酯颗粒,加热搅拌,冷却即可。其中聚碳酸酯的含量为4050,N氨乙基氨丙基三乙氧基硅烷含量为520,丙烯酸乙酯含量为520,甲基丙烯酸乙酯含量为1030,环糊精含量为052,二茂铁甲酸含量为052。本发明制备工艺简单,制备的聚碳酸酯复合材料可在5070的温度范围内进行3D打印,不会堵塞3D打印机喷头,可用于汽车制造、医疗器械、航空、航天、电子电器等领域。51INTCL权利要求书1页说明书3页19中华人民共和国国家知识产权局12发明专利申请权利要求书1页说。

3、明书3页10申请公布号CN104212148ACN104212148A1/1页21一种3D打印用聚碳酸酯复合材料,其特征在于由下列重量比的原料组成聚碳酸酯4050,N氨乙基氨丙基三乙氧基硅烷520,丙烯酸乙酯520,甲基丙烯酸乙酯1030,环糊精052,二茂铁甲酸052。2一种如权利要求1所述的3D打印用聚碳酸酯复合材料的制备方法,其特征在于其步骤如下1)将粘均分子量为1000040000的聚碳酸酯粉碎成100120目的颗粒;2)按重量配比称取原料;3)在氮气氛围下,将N氨乙基氨丙基三乙氧基硅烷与丙烯酸乙酯混合,加入甲基丙烯酸乙酯,室温搅拌3060分钟,再依次加入环糊精、二茂铁,室温搅拌306。

4、0分钟,然后加入聚碳酸酯颗粒,加热至4060,搅拌120180分钟,冷却至室温,得3D打印用聚碳酸酯复合材料。权利要求书CN104212148A1/3页33D打印用聚碳酸酯复合材料及其制备方法技术领域0001本发明属于复合材料技术领域,涉及一种3D打印用聚碳酸酯复合材料及其制备方法。背景技术00023D打印成型材料种类十分广泛,根据物质类型来分,可以是陶瓷如氧化铝、氧化锆、硅酸锆、碳化硅、金属、塑料、石膏、淀粉、或复合材料等。粉末材料的物质成分和比例对3D打印成形的精度、强度、表面质量以及成形过程的可靠性有着重要的影响。粉末成分配方是一个多元系统,除了存在配方材料成分各自对制件性能的主要影响外。

5、,还存在各个因素之间交互效应的影响,是一个多因素、多水平的影响问题。以色列OBJET公司的光固化3D打印设备使用的是高分子光敏树脂,即FULLCURE系列丙烯酸酯基光敏树脂,FULLCURE模型材料和支持性材料被搅拌在完全密封的材料盒中中提供,这些材料在环境方面安全,无需皮肤接触。材料的装载与卸载类似于打印机墨盒的流程。因此可以制作外观逼真的模型,模型材料也可以进行加工、钻孔、镀铬或者用作模具。0003聚碳酸酯简称PC是分子链中含有碳酸酯基的高分子聚合物,根据酯基的结构可分为脂肪族、芳香族、脂肪族芳香族等多种类型。其中由于脂肪族和脂肪族芳香族聚碳酸酯的机械性能较低,从而限制了其在工程塑料方面的。

6、应用。目前仅有芳香族聚碳酸酯获得了工业化生产。由于聚碳酸酯结构上的特殊性,现已成为五大工程塑料中增长速度最快的通用工程塑料。0004STRATASYS公司发展了以聚碳酸酯为主体的3D打印耗材,采用熔融堆积成型工艺,用于功能性测试,例如棘轮机构、电动工具、汽车零件等。或者与ABS复合,用于玩具以及电子产业3D打印。但由于3D打印温度较高,不能用于有机电子器件等需要低温制备的领域。发明内容0005本发明属于复合材料技术领域,涉及一种3D打印用聚碳酸酯复合材料及其制备方法。该聚碳酸酯复合材料的制备方法的特征为将N氨乙基氨丙基三乙氧基硅烷与丙烯酸乙酯混合,加入甲基丙烯酸乙酯,室温搅拌,再依次加入环糊精。

7、、二茂铁甲酸,室温搅拌,然后加入聚碳酸酯颗粒,加热搅拌,冷却得3D打印用聚碳酸酯复合材料。本发明制备的聚碳酸酯复合材料应用领域广泛,包括汽车制造、医疗器械、航空、航天、电子电器等,特别适用于需要较低温度的制程工艺。0006本发明提出的3D打印用聚碳酸酯复合材料,其特征在于由下列重量比的原料组成聚碳酸酯4050,N氨乙基氨丙基三乙氧基硅烷520,丙烯酸乙酯520,说明书CN104212148A2/3页4甲基丙烯酸乙酯1030,环糊精052,二茂铁甲酸052。0007制备步骤如下1)将粘均分子量为1000040000的聚碳酸酯粉碎成100120目的颗粒;2)按重量配比称取原料;3)在氮气氛围下,将。

8、N氨乙基氨丙基三乙氧基硅烷与丙烯酸乙酯混合,加入甲基丙烯酸乙酯,室温搅拌3060分钟,再依次加入环糊精、二茂铁甲酸,室温搅拌3060分钟,然后加入聚碳酸酯颗粒,加热至4060,搅拌120180分钟,冷却至室温,得3D打印用聚碳酸酯复合材料。0008将该材料在5070进行3D打印,测试成型后材料的密度、拉伸强度、收缩率及介电常数。0009本发明的优点在于(1)将聚碳酸酯制成100120目的微小颗粒,使聚碳酸酯与N氨乙基氨丙基三乙氧基硅烷、丙烯酸乙酯、甲基丙烯酸乙酯等复合,添加环糊精、二茂铁甲酸等辅助剂,配置成具有一定粘度的复合材料,在5070的温度范围内进行3D打印,复合材料固化成型,得3D打印。

9、产品,可用于有机电致发光器件、有机场效应晶体管器件、有机太阳能电池等的制备。(2)本发明制备的3D打印材料是一种流体材料,打印过程不会堵塞3D打印机喷头,适用于现有的多数3D打印机。(3)制备工艺简单,生产成本低,便于推广和应用。0010本发明制备的复合材料可制成各种功能性的薄膜、涂层和复合材料,在有机显示及可穿戴电子产品等领域获得应用,市场前景广阔。具体实施方式0011下面通过实施例进一步描述本发明实施例1将50G粘均分子量为1000040000的聚碳酸酯粉碎成100120目的颗粒;在氮气氛围下,将5GN氨乙基氨丙基三乙氧基硅烷与20G丙烯酸乙酯混合,加入2G环糊精,室温搅拌60分钟,再依次。

10、加入2G二茂铁甲酸、21G甲基丙烯酸乙酯,室温搅拌60分钟,然后加入50G聚碳酸酯颗粒,加热至60,搅拌180分钟,冷却至室温,得3D打印用聚碳酸酯复合材料。0012将该材料在70进行3D打印,成型后材料的密度为122G/CM3,拉伸强度为78MPA,收缩率为088,介电常数为30。0013实施例2将40G粘均分子量为1000040000的聚碳酸酯粉碎成100120目的颗粒;在氮气氛围下,将20GN氨乙基氨丙基三乙氧基硅烷与19G丙烯酸乙酯混合,加入05G环糊精,室温搅拌30分钟,再依次加入05G二茂铁甲酸、20G甲基丙烯酸乙酯,室温搅拌30分钟,然后加入40G聚碳酸酯颗粒,加热至40,搅拌1。

11、20分钟,冷却至室温,得3D打印用聚碳酸酯复合材料。0014将该材料在50进行3D打印,成型后材料的密度为120G/CM3,拉伸强度为说明书CN104212148A3/3页5101MPA,收缩率为088,介电常数为30。0015实施例3将40G粘均分子量为1000040000的聚碳酸酯粉碎成100120目的颗粒;在氮气氛围下,将8GN氨乙基氨丙基三乙氧基硅烷与20G丙烯酸乙酯混合,加入1G环糊精,室温搅拌30分钟,再依次加入1G二茂铁甲酸、30G甲基丙烯酸乙酯,室温搅拌40分钟,然后加入40G聚碳酸酯颗粒,加热至50,搅拌150分钟,冷却至室温,得3D打印用聚碳酸酯复合材料。0016将该材料在。

12、60进行3D打印,成型后材料的密度为126G/CM3,拉伸强度为84MPA,收缩率为108,介电常数为32。0017实施例4将50G粘均分子量为1000040000的聚碳酸酯粉碎成100120目的颗粒;在氮气氛围下,将20GN氨乙基氨丙基三乙氧基硅烷与16G丙烯酸乙酯混合,加入2G环糊精,室温搅拌50分钟,再依次加入2G二茂铁甲酸、10G甲基丙烯酸乙酯,室温搅拌40分钟,然后加入50G聚碳酸酯颗粒,加热至50,搅拌150分钟,冷却至室温,得3D打印用聚碳酸酯复合材料。0018将该材料在70进行3D打印,成型后材料的密度为121G/CM3,拉伸强度为89MPA,收缩率为113,介电常数为30。0019实施例5将45G粘均分子量为1000040000的聚碳酸酯粉碎成100120目的颗粒;在氮气氛围下,将20GN氨乙基氨丙基三乙氧基硅烷与5G丙烯酸乙酯混合,加入15G环糊精,室温搅拌60分钟,再依次加入05G二茂铁甲酸、28G甲基丙烯酸乙酯,室温搅拌30分钟,然后加入45G聚碳酸酯颗粒,加热至55,搅拌160分钟,冷却至室温,得3D打印用聚碳酸酯复合材料。0020将该材料在50进行3D打印,成型后材料的密度为118G/CM3,拉伸强度为81MPA,收缩率为119,介电常数为28。说明书CN104212148A。

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