3d打印用聚碳酸酯復(fù)合材料及其制備方法
【專利摘要】本發(fā)明提供了3D打印用聚碳酸酯復(fù)合材料及其制備方法。該聚碳酸酯復(fù)合材料的制備方法為將N-氨乙基-Y-氨丙基三乙氧基硅烷與丙烯酸乙酯混合，加入甲基丙烯酸乙酯，再依次加入環(huán)糊精、二茂鐵甲酸，然后加入聚碳酸酯顆粒，加熱攪拌，冷卻即可。其中聚碳酸酯的含量為40~50%，N-氨乙基-y-氨丙基三乙氧基硅烷含量為5~20%，丙烯酸乙酯含量為5~20%，甲基丙烯酸乙酯含量為10~30%，環(huán)糊精含量為0.5~2%，二茂鐵甲酸含量為0.5~2%。本發(fā)明制備工藝簡(jiǎn)單，制備的聚碳酸酯復(fù)合材料可在50~701：的溫度范圍內(nèi)進(jìn)行3D打印，不會(huì)堵塞3D打印機(jī)噴頭，可用于汽車制造、醫(yī)療器械、航空、航天、電子電器等領(lǐng)<域。
【專利說(shuō)明】3D打印用聚碳酸酯復(fù)合材料及其制備方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于復(fù)合材料【技術(shù)領(lǐng)域】，涉及一種3D打印用聚碳酸酯復(fù)合材料及其制備 方法。

【背景技術(shù)】
[0002] 3D打印成型材料種類十分廣泛，根據(jù)物質(zhì)類型來(lái)分，可以是陶瓷（如氧化鋁、氧化 鋯、硅酸鋯、碳化硅）、金屬、塑料、石膏、淀粉、或復(fù)合材料等。粉末材料的物質(zhì)成分和比例對(duì) 3D打印成形的精度、強(qiáng)度、表面質(zhì)量以及成形過(guò)程的可靠性有著重要的影響。粉末成分配方 是一個(gè)多元系統(tǒng)，除了存在配方材料成分各自對(duì)制件性能的主要影響外，還存在各個(gè)因素 之間交互效應(yīng)的影響，是一個(gè)多因素、多水平的影響問(wèn)題。以色列0BJET公司的光固化3D 打印設(shè)備使用的是高分子光敏樹(shù)脂，即FullCure系列丙烯酸酯基光敏樹(shù)脂，F(xiàn)ullCure模型 材料和支持性材料被攪拌在完全密封的材料盒中中提供，這些材料在環(huán)境方面安全，無(wú)需 皮膚接觸。材料的裝載與卸載類似于打印機(jī)墨盒的流程。因此可以制作外觀逼真的模型， 模型材料也可以進(jìn)行加工、鉆孔、鍍鉻或者用作模具。
[0003] 聚碳酸酯（簡(jiǎn)稱PC)是分子鏈中含有碳酸酯基的高分子聚合物，根據(jù)酯基的結(jié)構(gòu) 可分為脂肪族、芳香族、脂肪族-芳香族等多種類型。其中由于脂肪族和脂肪族-芳香族聚 碳酸酯的機(jī)械性能較低，從而限制了其在工程塑料方面的應(yīng)用。目前僅有芳香族聚碳酸酯 獲得了工業(yè)化生產(chǎn)。由于聚碳酸酯結(jié)構(gòu)上的特殊性，現(xiàn)已成為五大工程塑料中增長(zhǎng)速度最 快的通用工程塑料。
[0004] Stratasys公司發(fā)展了以聚碳酸酯為主體的3D打印耗材，采用烙融堆積成型工 藝，用于功能性測(cè)試，例如棘輪機(jī)構(gòu)、電動(dòng)工具、汽車零件等?；蛘吲cABS復(fù)合，用于玩具以 及電子產(chǎn)業(yè)3D打印。但由于3D打印溫度較高，不能用于有機(jī)電子器件等需要低溫制備的 領(lǐng)域。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 本發(fā)明屬于復(fù)合材料【技術(shù)領(lǐng)域】，涉及一種3D打印用聚碳酸酯復(fù)合材料及其制備 方法。該聚碳酸酯復(fù)合材料的制備方法的特征為將N-氨乙基-Y _氨丙基三乙氧基硅烷與 丙烯酸乙酯混合，加入甲基丙烯酸乙酯，室溫?cái)嚢?，再依次加入環(huán)糊精、二茂鐵甲酸，室溫?cái)?拌，然后加入聚碳酸酯顆粒，加熱攪拌，冷卻得3D打印用聚碳酸酯復(fù)合材料。本發(fā)明制備的 聚碳酸酯復(fù)合材料應(yīng)用領(lǐng)域廣泛，包括：汽車制造、醫(yī)療器械、航空、航天、電子電器等，特別 適用于需要較低溫度的制程工藝。
[0006] 本發(fā)明提出的3D打印用聚碳酸酯復(fù)合材料，其特征在于： ①由下列重量比的原料組成： 聚碳酸酯 40?50%， N-氨乙基-Y-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 1〇?30%， 環(huán)糊精 0. 5?2%， 二茂鐵甲酸 0.5~2%。
[0007] ②制備步驟如下： 1) 將粘均分子量為10000-40000的聚碳酸酯粉碎成10(Tl20目的顆粒； 2) 按重量配比稱取原料； 3) 在氮?dú)夥諊拢瑢-氨乙基-y -氨丙基三乙氧基硅烷與丙烯酸乙酯混合，加入甲基 丙烯酸乙酯，室溫?cái)嚢?0~60分鐘，再依次加入環(huán)糊精、二茂鐵甲酸，室溫?cái)嚢?0~60分鐘， 然后加入聚碳酸酯顆粒，加熱至4(T60°C，攪拌12(T180分鐘，冷卻至室溫，得3D打印用聚碳 酸酯復(fù)合材料。
[0008] 將該材料在5(T70°C進(jìn)行3D打印，測(cè)試成型后材料的密度、拉伸強(qiáng)度、收縮率及介 電常數(shù)。
[0009] 本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)在于：（1)將聚碳酸酯制成KKT120目的微小顆粒，使聚碳酸酯與 N-氨乙基-Y _氨丙基三乙氧基硅烷、丙烯酸乙酯、甲基丙烯酸乙酯等復(fù)合，添加環(huán)糊精、 二茂鐵甲酸等輔助劑，配置成具有一定粘度的復(fù)合材料，在5(T70°C的溫度范圍內(nèi)進(jìn)行3D 打印，復(fù)合材料固化成型，得3D打印產(chǎn)品，可用于有機(jī)電致發(fā)光器件、有機(jī)場(chǎng)效應(yīng)晶體管器 件、有機(jī)太陽(yáng)能電池等的制備。（2)本發(fā)明制備的3D打印材料是一種流體材料，打印過(guò)程不 會(huì)堵塞3D打印機(jī)噴頭，適用于現(xiàn)有的多數(shù)3D打印機(jī)。（3)制備工藝簡(jiǎn)單，生產(chǎn)成本低，便于 推廣和應(yīng)用。
[0010] 本發(fā)明制備的復(fù)合材料可制成各種功能性的薄膜、涂層和復(fù)合材料，在有機(jī)顯示 及可穿戴電子產(chǎn)品等領(lǐng)域獲得應(yīng)用，市場(chǎng)前景廣闊。

【具體實(shí)施方式】
[0011] 下面通過(guò)實(shí)施例進(jìn)一步描述本發(fā)明 實(shí)施例1 將50g粘均分子量為10000-40000的聚碳酸酯粉碎成KKT120目的顆粒；在氮?dú)夥諊?下，將5g N-氨乙基-Y-氨丙基三乙氧基硅烷與20g丙烯酸乙酯混合，加入2g環(huán)糊精，室 溫?cái)嚢?0分鐘，再依次加入2g二茂鐵甲酸、21g甲基丙烯酸乙酯，室溫?cái)嚢?0分鐘，然后加 入50g聚碳酸酯顆粒，加熱至60°C，攪拌180分鐘，冷卻至室溫，得3D打印用聚碳酸酯復(fù)合 材料。
[0012] 將該材料在70°C進(jìn)行3D打印，成型后材料的密度為1.22g/cm3,拉伸強(qiáng)度為 78MPa，收縮率為0. 88%，介電常數(shù)為3. 0。
[0013] 實(shí)施例2 將40g粘均分子量為10000-40000的聚碳酸酯粉碎成KKT120目的顆粒；在氮?dú)夥諊?下，將20g N-氨乙基-Y-氨丙基三乙氧基硅烷與19g丙烯酸乙酯混合，加入0.5g環(huán)糊精， 室溫?cái)嚢?0分鐘，再依次加入0. 5g二茂鐵甲酸、20g甲基丙烯酸乙酯，室溫?cái)嚢?0分鐘，然 后加入40g聚碳酸酯顆粒，加熱至40°C，攪拌120分鐘，冷卻至室溫，得3D打印用聚碳酸酯 復(fù)合材料。
[0014] 將該材料在50°C進(jìn)行3D打印，成型后材料的密度為1.20g/cm3,拉伸強(qiáng)度為 lOIMPa，收縮率為0. 88%，介電常數(shù)為3. 0。
[0015] 實(shí)施例3 將40g粘均分子量為10000-40000的聚碳酸酯粉碎成KKT120目的顆粒；在氮?dú)夥諊?下，將8g N-氨乙基-Y-氨丙基三乙氧基硅烷與20g丙烯酸乙酯混合，加入lg環(huán)糊精，室 溫?cái)嚢?0分鐘，再依次加入lg二茂鐵甲酸、30g甲基丙烯酸乙酯，室溫?cái)嚢?0分鐘，然后加 入40g聚碳酸酯顆粒，加熱至50°C，攪拌150分鐘，冷卻至室溫，得3D打印用聚碳酸酯復(fù)合 材料。
[0016] 將該材料在60°C進(jìn)行3D打印，成型后材料的密度為1.26g/cm3,拉伸強(qiáng)度為 84MPa，收縮率為1. 08%，介電常數(shù)為3. 2。
[0017] 實(shí)施例4 將50g粘均分子量為10000-40000的聚碳酸酯粉碎成KKT120目的顆粒；在氮?dú)夥諊?下，將20g N-氨乙基-Y-氨丙基三乙氧基硅烷與16g丙烯酸乙酯混合，加入2g環(huán)糊精，室 溫?cái)嚢?0分鐘，再依次加入2g二茂鐵甲酸、10g甲基丙烯酸乙酯，室溫?cái)嚢?0分鐘，然后加 入50g聚碳酸酯顆粒，加熱至50°C，攪拌150分鐘，冷卻至室溫，得3D打印用聚碳酸酯復(fù)合 材料。
[0018] 將該材料在70°C進(jìn)行3D打印，成型后材料的密度為1.21g/cm3,拉伸強(qiáng)度為 89MPa，收縮率為1. 13%，介電常數(shù)為3.0。
[0019] 實(shí)施例5 將45g粘均分子量為10000-40000的聚碳酸酯粉碎成KKT120目的顆粒；在氮?dú)夥諊?下，將20g N-氨乙基-Y-氨丙基三乙氧基硅烷與5g丙烯酸乙酯混合，加入1.5g環(huán)糊精， 室溫?cái)嚢?0分鐘，再依次加入0. 5g二茂鐵甲酸、28g甲基丙烯酸乙酯，室溫?cái)嚢?0分鐘，然 后加入45g聚碳酸酯顆粒，加熱至55°C，攪拌160分鐘，冷卻至室溫，得3D打印用聚碳酸酯 復(fù)合材料。
[0020] 將該材料在50°C進(jìn)行3D打印，成型后材料的密度為1. 18g/cm3,拉伸強(qiáng)度為 81MPa，收縮率為1. 19%，介電常數(shù)為2. 8。
【權(quán)利要求】
1. 一種3D打印用聚碳酸酯復(fù)合材料，其特征在于：由下列重量比的原料組成： 聚碳酸酯 40?50%， N-氨乙基-Y-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 1〇?30%， 環(huán)糊精 0. 5?2%， 二茂鐵甲酸 0.5~2%。
2. -種如權(quán)利要求1所述的3D打印用聚碳酸酯復(fù)合材料的制備方法，其特征在于：其 步驟如下： 1) 將粘均分子量為10000-40000的聚碳酸酯粉碎成10(Tl20目的顆粒； 2) 按重量配比稱取原料； 3) 在氮?dú)夥諊拢瑢-氨乙基-y -氨丙基三乙氧基硅烷與丙烯酸乙酯混合，加入甲基 丙烯酸乙酯，室溫?cái)嚢?(T60分鐘，再依次加入環(huán)糊精、二茂鐵，室溫?cái)嚢?(T60分鐘，然后 加入聚碳酸酯顆粒，加熱至4(T60°C，攪拌12(T180分鐘，冷卻至室溫，得3D打印用聚碳酸酯 復(fù)合材料。
【文檔編號(hào)】C09D4/06GK104212148SQ201410424262
【公開(kāi)日】2014年12月17日 申請(qǐng)日期:2014年8月26日 優(yōu)先權(quán)日:2014年8月26日
【發(fā)明者】藍(lán)碧健 申請(qǐng)人:太倉(cāng)碧奇新材料研發(fā)有限公司