一種用于三維打印快速成型尼龍6墨水及其應(yīng)用的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種用于三維打印快速成型尼龍6墨水及其應(yīng)用，所述尼龍6墨水原材料包括己內(nèi)酰胺單體，己內(nèi)酰胺鈉鹽，雙酰化內(nèi)酰胺-1,6-己二胺。應(yīng)用為尼龍6墨水結(jié)合尼龍基骨架，由三維打印機(jī)提供造型軌跡，使三維結(jié)構(gòu)件成型。本發(fā)明由于該尼龍6墨水材料合成溫度低于尼龍骨架融化溫度，所以打印成型結(jié)構(gòu)件骨架與基體材料之間界面性能優(yōu)良，且便于回收，是一種可循環(huán)利用、環(huán)境友好的新型環(huán)保結(jié)構(gòu)件。
【專利說(shuō)明】一種用于三維打印快速成型尼龍6墨水及其應(yīng)用
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于三維打印墨水及其應(yīng)用領(lǐng)域，特別涉及一種用于三維打印快速成型尼龍6墨水及其應(yīng)用。
【背景技術(shù)】
[0002]三維打印技術(shù)是一種快速成型技術(shù)，其具有直接、方便、快捷等特點(diǎn)。該技術(shù)無(wú)需使用模具，操作簡(jiǎn)單、成型時(shí)間短、造型多樣，正在成為快速成型【技術(shù)領(lǐng)域】中迅速發(fā)展的一個(gè)方向。高分子材料是三維打印技術(shù)的基礎(chǔ)材料之一，其打印原理大多基于高分子的熔融特性，選擇高于融點(diǎn)、低于燃點(diǎn)的加工溫度。通過(guò)噴嘴噴出的液態(tài)高分子材料，在外場(chǎng)如低溫冷卻、光照等作用下，沉積成型三維結(jié)構(gòu)體。與熔融前材料相比較，這種熔融原理產(chǎn)生的結(jié)構(gòu)材料力學(xué)性能會(huì)有所下降。并且在打印成型結(jié)構(gòu)件時(shí)，高分子材料不易與骨架材料結(jié)合，浸潤(rùn)性能和界面性能較差。
[0003]基于陰離子聚合反應(yīng)合成高韌性尼龍6，具有反應(yīng)時(shí)間迅速，轉(zhuǎn)化率高，材料機(jī)械物理性能優(yōu)良等特點(diǎn)，滿足快速打印成型要求。并且反應(yīng)溫度低于尼龍6熔融溫度和結(jié)晶溫度，存在溫度差窗口可以防止在材料成型時(shí)溫度過(guò)高，尼龍6骨架材料融化。成型產(chǎn)品生產(chǎn)成本低，界面性能好，力學(xué)性能較高，并且可全部回收在利用，屬于環(huán)境友好材料。
【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明所要解決的技術(shù)問(wèn)題是提供一種用于三維打印快速成型尼龍6墨水及其應(yīng)用，本發(fā)明中由于該尼龍6墨水材料合成溫度低于尼龍骨架融化溫度，所以打印成型結(jié)構(gòu)件骨架與基體材料之間界面性能優(yōu)良，且便于回收，是一種可循環(huán)利用、環(huán)境友好的新型環(huán)保結(jié)構(gòu)件。
[0005]本發(fā)明的一種用于三維打印快速成型尼龍6墨水，所述尼龍6墨水原材料包括己內(nèi)酰胺單體，己內(nèi)酰胺鈉鹽，雙酰化內(nèi)酰胺-1，6-己二胺；其中己內(nèi)酰胺單體和己內(nèi)酰胺鈉鹽的質(zhì)量比為50:2.5-4;己內(nèi)酰胺單體和雙?；瘍?nèi)酰胺-1，6-己二胺的質(zhì)量比為50:2.5~4 ο
[0006]所述己內(nèi)酰胺單體和己內(nèi)酰胺鈉鹽的質(zhì)量比為50:3，己內(nèi)酰胺單體和雙?；瘍?nèi)酰胺-1，6-己二胺的質(zhì)量比為50:3。
[0007]所述己內(nèi)酰胺單體為脫水后的己內(nèi)酰胺單體。
[0008]所述己內(nèi)酰胺單體脫水過(guò)程為:加熱己內(nèi)酰胺單體至110°C，每隔20_30min抽真空、通氮?dú)庖淮危３?_6h。
[0009]尼龍基材料結(jié)構(gòu)件打印機(jī)設(shè)計(jì)原理:
[0010]根據(jù)陰離子反映特點(diǎn)，將配置好的墨水材料通入特定打印機(jī)墨盒中，由該打印機(jī)合成尼龍6墨水成型結(jié)構(gòu)件。
[0011]該打印機(jī)采用溫度為110°C的兩個(gè)墨盒分別儲(chǔ)存A組份和B組份，并通氮?dú)馐罕Ｗo(hù)，通過(guò)控制氣壓將兩種組份等量壓入傳送管道，至擠壓螺桿或者其他混合裝置進(jìn)行混合均勻，在溫度約為140~160°C中產(chǎn)生陰離子反應(yīng)，合成尼龍6墨水，通過(guò)噴嘴將尼龍6墨水噴出，直接成型結(jié)構(gòu)件，或者對(duì)尼龍骨架、其他骨架材料進(jìn)行加固成型結(jié)構(gòu)件。
[0012]所述反應(yīng)條件為隔絕氧氣、置于氮?dú)猸h(huán)境中。
[0013]所述反應(yīng)環(huán)境脫水脫氧過(guò)程為:將己內(nèi)酰胺單體置于反應(yīng)釜中，密封進(jìn)料口和出料口，先抽真空，再通氮?dú)?，間隔2-5分鐘，反復(fù)3-4次，至環(huán)境內(nèi)水分和氧氣置換完畢。
[0014]所述陰離子聚合反應(yīng):將準(zhǔn)備好的己內(nèi)酰胺單體和己內(nèi)酰胺鈉鹽按比例50:
2.5~4混合(A組份)，己內(nèi)酰胺單體和雙?；瘍?nèi)酰胺-1，6-己二胺按比例50:2.5~4混合(B組份)；兩種組份分別裝入墨盒，安裝到打印機(jī)中，通過(guò)打印機(jī)混合區(qū)和噴頭的混合作用將兩種組份充分混合后，完成陰離子反應(yīng)。
[0015]本發(fā)明的一種用于三維打印快速成型尼龍6墨水的應(yīng)用，以尼龍基材料為骨架打印三維成型結(jié)構(gòu)件:
[0016]尼龍6墨水，結(jié)合尼龍基骨架，由三維打印機(jī)提供造型軌跡，使三維結(jié)構(gòu)件成型。
[0017]三維打印機(jī)的兩個(gè)墨盒和墨水輸送體系完全密封，并充入氮?dú)獗Ｗo(hù)，溫度保持在110°C，在墨水混合區(qū)域和噴嘴部分逐漸將混合液溫度升高至140-160°c，反應(yīng)合成尼龍6流體從噴頭內(nèi)噴出，依照尼龍6凝固時(shí)間和噴頭運(yùn)動(dòng)軌跡，打印成型尼龍6三維結(jié)構(gòu)件。
[0018]所述三維結(jié)構(gòu)成型時(shí)間為3-lOs。
[0019]所述打印機(jī)的兩 個(gè)墨盒分別儲(chǔ)存質(zhì)量比為50:2.5-4的己內(nèi)酰胺單體和己內(nèi)酰胺鈉鹽混合物，質(zhì)量比為50:2.5-4的己內(nèi)酰胺單體和雙?；瘍?nèi)酰胺-1，6-己二胺混合物。
[0020]有益.效果
[0021](I)本發(fā)明中由于該尼龍6墨水材料合成溫度低于尼龍骨架融化溫度，成型過(guò)程中，尼龍骨架僅在表面局部受熱軟化；并且兩者化學(xué)組分相同，接觸面之間不存在明顯界限，所以打印成型結(jié)構(gòu)件骨架與基體材料之間界面性能優(yōu)良；
[0022](2)本發(fā)明中原料成本低，來(lái)源廣泛，且三維結(jié)構(gòu)件成型迅速、產(chǎn)品生產(chǎn)效率高；
[0023](3)本發(fā)明中由于三維結(jié)構(gòu)件中基體材料和增強(qiáng)體材料是同一種化學(xué)成分，便于熔融回收，是一種可循環(huán)利用、環(huán)境友好的新型環(huán)保結(jié)構(gòu)件；
[0024](4)本發(fā)明方法制造的結(jié)構(gòu)件具有模量高、韌性好、比強(qiáng)度高的特點(diǎn)。
【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0025]圖1為本發(fā)明制備的尼龍基結(jié)構(gòu)件實(shí)物圖；
[0026]圖2為本發(fā)明合成尼龍6材料的DSC曲線圖；
[0027]圖3為本發(fā)明合成三維打印快速成型打印機(jī)原理圖。
【具體實(shí)施方式】
[0028]下面結(jié)合具體實(shí)施例，進(jìn)一步闡述本發(fā)明。應(yīng)理解，這些實(shí)施例僅用于說(shuō)明本發(fā)明而不用于限制本發(fā)明的范圍。此外應(yīng)理解，在閱讀了本發(fā)明講授的內(nèi)容之后，本領(lǐng)域技術(shù)人員可以對(duì)本發(fā)明作各種改動(dòng)或修改，這些等價(jià)形式同樣落于本申請(qǐng)所附權(quán)利要求書(shū)所限定的范圍。
[0029]實(shí)施例1
[0030]實(shí)施比例配方:己內(nèi)酰胺單體、己內(nèi)酰胺鈉鹽和雙?；瘍?nèi)酰胺-1，6-己二胺的組份配比為100:3:3(單位:克)。
[0031]單體脫水條件:環(huán)境溫度110°C，保持6小時(shí)脫水時(shí)間，期間保持氮?dú)鈨?chǔ)存環(huán)境。
[0032]開(kāi)環(huán)反應(yīng):己內(nèi)酰胺單體和己內(nèi)酰胺鈉鹽按比例50:3混合，己內(nèi)酰胺單體和雙?；瘍?nèi)酰胺-1，6-己二胺按比例50:3混合。保持溫度為110°C。
[0033]加聚反應(yīng):將兩種混合材料混合，溫度升至150°C，并從噴嘴中混合擠出時(shí)，伴隨高分子聚合反應(yīng)，合成尼龍6墨水材料。
[0034]結(jié)構(gòu)件成型:墨水自噴嘴(溫度保持150°C )噴出后，經(jīng)噴頭沿特定軌跡運(yùn)動(dòng)成型結(jié)構(gòu)件或堆疊成型結(jié)構(gòu)件，成型時(shí)間約為5s。
[0035]力學(xué)性能測(cè)試:尼龍6條形試樣模量約為2.18GPa，屈服強(qiáng)度約為56.8MPa，斷裂伸長(zhǎng)率為21.2%。單相復(fù)合材料條形試樣模量約為2.26GPa，屈服強(qiáng)度為63.07MPa,斷裂伸長(zhǎng)率為26.4%ο
[0036]由圖1和圖2可知，本發(fā)明上述實(shí)施例產(chǎn)品成型穩(wěn)定，合成尼龍6DSC特征曲線較好，合成尼龍6墨水材料純度較高。圖3為該款三維打印快速成型產(chǎn)品所使用打印機(jī)設(shè)計(jì)原理圖。結(jié)合己內(nèi)酰胺陰離子反應(yīng)和該打印機(jī)可以快速成型三維結(jié)構(gòu)件。
[0037]實(shí)施例2
[0038]實(shí)施比例配方:己內(nèi)酰胺單體、己內(nèi)酰胺鈉鹽和雙酰化內(nèi)酰胺-1，6-己二胺的組份配比為100:2.5: 2.5(單位:克)。
[0039]單體脫水條件:環(huán)境溫度110°C，保持6小時(shí)脫水時(shí)間，期間保持氮?dú)鈨?chǔ)存環(huán)境。
[0040]開(kāi)環(huán)反應(yīng):己內(nèi)酰胺單體和己內(nèi)酰胺鈉鹽按比例50:2.5混合，己內(nèi)酰胺單體和雙酰化內(nèi)酰胺-1，6-己二胺按比例50:2.5混合。保持溫度為110°C。
[0041]加聚反應(yīng):將兩種混合材料混合，溫度升至140°C，并從噴嘴中混合擠出時(shí)，伴隨高分子聚合反應(yīng)，合成尼龍6墨水材料。
[0042]結(jié)構(gòu)件成型:墨水自噴嘴(溫度保持140°C )噴出后，經(jīng)噴頭沿特定軌跡運(yùn)動(dòng)成型結(jié)構(gòu)件或堆疊成型結(jié)構(gòu)件，成型時(shí)間約為7s。
[0043]力學(xué)性能測(cè)試:尼龍6條形試樣模量約為2.05GPa,屈服強(qiáng)度約為53.07MPa,斷裂伸長(zhǎng)率為20.7%。單相復(fù)合材料條形試樣模量約為2.23GPa，屈服強(qiáng)度為66.23MPa，斷裂伸長(zhǎng)率為24.9%。
【權(quán)利要求】
1.一種用于三維打印快速成型尼龍6墨水，其特征在于:所述尼龍6墨水原材料包括己內(nèi)酰胺單體，己內(nèi)酰胺鈉鹽，雙?；瘍?nèi)酰胺-1，6-己二胺；其中己內(nèi)酰胺單體和己內(nèi)酰胺鈉鹽的質(zhì)量比為50:2.5-4 ;己內(nèi)酰胺單體和雙?；瘍?nèi)酰胺-1，6-己二胺的質(zhì)量比為.50:2.5~4 .
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種用于三維打印快速成型尼龍6墨水，其特征在于:所述己內(nèi)酰胺單體和己內(nèi)酰胺鈉鹽的質(zhì)量比為50:3，己內(nèi)酰胺單體和雙?；瘍?nèi)酰胺-1，6-己二胺的質(zhì)量比為50:3。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種用于三維打印快速成型尼龍6墨水，其特征在于:所述己內(nèi)酰胺單體為脫水后的己內(nèi)酰胺單體。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種用于三維打印快速成型尼龍6墨水，其特征在于:所述己內(nèi)酰胺單體脫水過(guò)程為:加熱己內(nèi)酰胺單體至110°C，每隔20-30min抽真空、通氮?dú)庖淮?，保?-6h。
5.一種如權(quán)利要求1所述的用于三維打印快速成型尼龍6墨水的應(yīng)用，其特征在于:三維打印機(jī)的兩個(gè)墨盒和墨水輸送體系完全密封，并充入氮?dú)獗Ｗo(hù)，溫度保持在110°c，在墨水混合區(qū)域和噴嘴部分逐漸將混合液溫度升高至140-160°c，反應(yīng)10-60S合成尼龍6流體從噴頭內(nèi)噴出，依照尼龍6凝固時(shí)間和噴頭運(yùn)動(dòng)軌跡，打印成型尼龍6三維結(jié)構(gòu)件；其中兩個(gè)墨盒中分別裝有質(zhì)量比為50:2.5-4的己內(nèi)酰胺單體和己內(nèi)酰胺鈉鹽混合物，質(zhì)量比為50:2.5-4的己內(nèi)酰胺單體和雙酰化內(nèi)酰胺-1，6-己二胺的混合物。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的一種用于三維打印快速成型尼龍6墨水的應(yīng)用，其特征在于:所述三維結(jié)構(gòu)成型時(shí)間為3-lOs。
【文檔編號(hào)】C08G69/14GK103923522SQ201410133401
【公開(kāi)日】2014年7月16日 申請(qǐng)日期:2014年4月3日 優(yōu)先權(quán)日:2014年4月3日
【發(fā)明者】欒坤, 孫寶忠, 房曉萌 申請(qǐng)人:東華大學(xué)