3d打印用均聚甲醛復(fù)合材料及其制備方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了3D打印用均聚甲醛復(fù)合材料及其制備方法，該均聚甲醛復(fù)合材料的制備方法為將甲叉雙丙烯酰胺與2-丁酮混合，加入抗壞血酸，再依次加入偶氮二異丁咪唑啉鹽酸鹽、乙烯基三甲氧基硅烷，室溫?cái)嚢?，后加入均聚甲醛顆粒，加熱攪拌，冷卻得3D打印用均聚甲醛復(fù)合材料；其中均聚甲醛含量為40~50%，乙烯基三甲氧基硅烷含量為5~30%，甲叉雙丙烯酰胺含量為5~20%，2-丁酮含量為15~30%，抗壞血酸含量為1~3%，偶氮二異丁咪唑啉鹽酸鹽含量為2~5%。本發(fā)明提供的均聚甲醛復(fù)合材料可在30~50℃的溫度范圍內(nèi)進(jìn)行3D打印，打印成型后的材料具有耐疲勞、耐蠕變、耐磨、耐熱、耐沖擊等優(yōu)良的性能，有益效果明顯。
【專利說明】3D打印用均聚甲醛復(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打印用均聚甲醛復(fù)合材料及其制備方法。

【背景技術(shù)】
[0002]3D打印技術(shù)的發(fā)展起源可追溯至20世紀(jì)70年代末到80年代初期，美國(guó)3M公司的Alan Hebert (1978年)、日本的小玉秀男(1980年)、美國(guó)UVP公司的Charles Hull (1982年)和日本的丸谷洋二(1983年)四人各自獨(dú)立提出了這種概念。1986年，Charles Hull率先推出光固化方法(stereo lithography apparatus, SLA),這是3D打印技術(shù)發(fā)展的一個(gè)里程碑。同年，他創(chuàng)立了世界上第一家3D打印設(shè)備的3D Systems公司。該公司于1988年生產(chǎn)出了世界上第一臺(tái)3D打印機(jī)SLA-250。1988年，美國(guó)人Scott Crump發(fā)明了另外一種
3D 打印技術(shù)-溶融沉積制造(fused deposit1n modeling, FDM),并成立了 Stratasys
公司。目前，這兩家公司是僅有的兩家在納斯達(dá)克上市的3D打印設(shè)備制造企業(yè)。此后，以色列人Hanan Gothait于1998年創(chuàng)辦了 Objet Geometries公司，并于2000年在北美推出了可用于辦公室環(huán)境的商品化3D打印機(jī)。
[0003]均聚甲醛是一種沒有側(cè)鏈、高密度、高結(jié)晶性的線型聚合物。按其分子鏈中化學(xué)結(jié)構(gòu)的不同，可分為均聚甲醛和共聚甲醛兩種。兩者的重要區(qū)別是:均聚甲醛密度、結(jié)晶度、熔點(diǎn)都高，但熱穩(wěn)定性差，加工溫度范圍窄(約10°c)，對(duì)酸堿穩(wěn)定性略低；而共聚甲醛密度、結(jié)晶度、熔點(diǎn)、強(qiáng)度都較低，但熱穩(wěn)定性好，不易分解，加工溫度范圍寬(約50°c)，對(duì)酸堿穩(wěn)定性較好。是具有優(yōu)異的綜合性能的工程塑料。有良好的物理、機(jī)械和化學(xué)性能，尤其是有優(yōu)異的耐摩擦性能，俗稱賽鋼或奪鋼，為第三大通用塑料。適于制作減磨耐磨零件，傳動(dòng)零件，以及化工、儀表等零件。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明屬于復(fù)合材料【技術(shù)領(lǐng)域】，涉及一種3D打印用均聚甲醛復(fù)合材料及其制備方法。該均聚甲醛復(fù)合材料的制備方法的特征為將甲叉雙丙烯酰胺與2- 丁酮混合，加入抗壞血酸，室溫?cái)嚢瑁僖来渭尤肱嫉惗∵溥蜻}酸鹽、乙烯基三甲氧基硅烷，室溫?cái)嚢?，然后加入均聚甲醛顆粒，加熱攪拌，冷卻得3D打印用均聚甲醛復(fù)合材料。本發(fā)明制備的均聚甲醛復(fù)合材料應(yīng)用領(lǐng)域廣泛，可代替大部分有色金屬，用于汽車、機(jī)床、儀表內(nèi)件、軸承、緊固件、齒輪、彈簧片、管道、運(yùn)輸帶配件、電水煲、泵殼、浙水器、水龍頭等。
[0005]本發(fā)明提出的3D打印用均聚甲醛復(fù)合材料:
由下列重量比的原料組成:
均聚甲醛40~50%，
乙烯基三甲氧基硅烷5~30%，
甲叉雙丙烯酰胺5~20%，
2- 丁酮15~30%，抗壞血酸廣3%，
偶氮二異丁咪唑啉鹽酸鹽2~5%。
[0006]所述的3D打印用均聚甲醛復(fù)合材料的制備方法如下:
1)將粘均分子量為3-5萬的均聚甲醛粉碎成100-120目的顆粒；
2)按重量配比稱取原料；
3)在氮?dú)夥諊?，將甲叉雙丙烯酰胺與2-丁酮混合，加入抗壞血酸，室溫?cái)嚢?0-60分鐘，再依次加入偶氮二異丁咪唑啉鹽酸鹽、乙烯基三甲氧基硅烷，室溫?cái)嚢?0飛0分鐘，然后加入均聚甲醛顆粒，加熱至7(T80°C，攪拌30-60分鐘，冷卻至室溫，得3D打印用均聚甲醛復(fù)合材料。
[0007]將該材料在3(T50°C進(jìn)行3D打印，測(cè)試成型后材料的密度、拉伸強(qiáng)度、收縮率及比剛度。
[0008]本發(fā)明制備的復(fù)合材料還可制成各種功能性的薄膜、涂層和復(fù)合材料，在信息材料、能源材料以及特殊功能材料等領(lǐng)域獲得應(yīng)用，市場(chǎng)前景廣闊。
[0009]有益效果
與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)在于:
(I)將均聚甲醛制成100-120目的微小顆粒，使均聚甲醛與乙烯基三甲氧基硅烷、甲叉雙丙烯酰胺、2-丁酮等復(fù)合，添加抗壞血酸、偶氮二異丁咪唑啉鹽酸鹽等輔助劑，配置成具有一定粘度的復(fù)合材料，在3(T50°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，可用于齒輪、軸承、汽車零部件、機(jī)床、儀表內(nèi)件等的制造。
[0010](2)本發(fā)明制備的3D打印材料是一種流體材料，打印過程不會(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)。
[0011]( 3 )制備工藝簡(jiǎn)單，生產(chǎn)成本低，便于推廣和應(yīng)用。

【具體實(shí)施方式】
[0012]下面通過實(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3-5萬的均聚甲醛粉碎成100-120目的顆粒；在氮?dú)夥諊?，?g甲叉雙丙烯酰胺與30g 2- 丁酮混合，加入Ig抗壞血酸，室溫?cái)嚢?0分鐘，再依次加入2g偶氮二異丁咪唑啉鹽酸鹽、12g乙烯基三甲氧基硅烷，室溫?cái)嚢?0分鐘，然后加入50g均聚甲醛顆粒，加熱至80°C，攪拌30分鐘，冷卻至室溫，得3D打印用均聚甲醛復(fù)合材料。
[0013]將該材料在50°C進(jìn)行3D打印，成型后材料的密度為1.43g/cm3，拉伸強(qiáng)度為5.1MPa，收縮率為1.62%,比剛度為2650MPa。
[0014]實(shí)施例2
將40g粘均分子量為3-5萬的均聚甲醛粉碎成100-120目的顆粒；在氮?dú)夥諊?，?g甲叉雙丙烯酰胺與15g 2- 丁酮混合，加入3g抗壞血酸，室溫?cái)嚢?0分鐘，再依次加入5g偶氮二異丁咪唑啉鹽酸鹽、30g乙烯基三甲氧基硅烷，室溫?cái)嚢?0分鐘，然后加入40g均聚甲醛顆粒，加熱至70°C，攪拌60分鐘，冷卻至室溫，得3D打印用均聚甲醛復(fù)合材料。
[0015]將該材料在30°C進(jìn)行3D打印，成型后材料的密度為1.47g/cm3，拉伸強(qiáng)度為
3.8MPa,收縮率為2.12%,比剛度為2310MPa。
[0016]實(shí)施例3
將40g粘均分子量為3-5萬的均聚甲醛粉碎成100-120目的顆粒；在氮?dú)夥諊?，?0g甲叉雙丙烯酰胺與30g 2- 丁酮混合，加入2g抗壞血酸，室溫?cái)嚢?0分鐘，再依次加入3g偶氮二異丁咪唑啉鹽酸鹽、5g乙烯基三甲氧基硅烷，室溫?cái)嚢?0分鐘，然后加入40g均聚甲醛顆粒，加熱至75°C，攪拌40分鐘，冷卻至室溫，得3D打印用均聚甲醛復(fù)合材料。
[0017]將該材料在40°C進(jìn)行3D打印，成型后材料的密度為1.39g/cm3，拉伸強(qiáng)度為4.1MPa，收縮率為2.31%,比剛度為2280MPa。
[0018]實(shí)施例4
將45g粘均分子量為3-5萬的均聚甲醛粉碎成100-120目的顆粒；在氮?dú)夥諊拢瑢?5g甲叉雙丙烯酰胺與20g 2-丁酮混合，加入Ig抗壞血酸，室溫?cái)嚢?0分鐘，再依次加入4g偶氮二異丁咪唑啉鹽酸鹽、15g乙烯基三甲氧基硅烷，室溫?cái)嚢?0分鐘，然后加入40g均聚甲醛顆粒，加熱至70°C，攪拌40分鐘，冷卻至室溫，得3D打印用均聚甲醛復(fù)合材料。
[0019]將該材料在45°C進(jìn)行3D打印，成型后材料的密度為1.44g/cm3，拉伸強(qiáng)度為
4.8MPa,收縮率為2.01%,比剛度為2510MPa。
[0020]實(shí)施例5
將42g粘均分子量為3-5萬的均聚甲醛粉碎成100-120目的顆粒；在氮?dú)夥諊?，?8g甲叉雙丙烯酰胺與24g 2- 丁酮混合，加入3g抗壞血酸，室溫?cái)嚢?0分鐘，再依次加入3g偶氮二異丁咪唑啉鹽酸鹽、1g乙烯基三甲氧基硅烷，室溫?cái)嚢?0分鐘，然后加入40g均聚甲醛顆粒，加熱至80°C，攪拌50分鐘，冷卻至室溫，得3D打印用均聚甲醛復(fù)合材料。
[0021]將該材料在50°C進(jìn)行3D打印，成型后材料的密度為1.46g/cm3，拉伸強(qiáng)度為
5.3MPa,收縮率為2.71%,比剛度為2380MPa。
【權(quán)利要求】
1.一種3D打印用均聚甲醛復(fù)合材料，其特征在于:由下列重量比的原料組成: 均聚甲醛40~50%， 乙烯基三甲氧基硅烷5~30%， 甲叉雙丙烯酰胺5~20%， 2- 丁酮15~30%， 抗壞血酸廣3%， 偶氮二異丁咪唑啉鹽酸鹽2~5%。
2.權(quán)利要求1所述3D打印用均聚甲醛復(fù)合材料的制備方法，其特征在于:其制備步驟如下: 1)將粘均分子量為3-5萬的均聚甲醛粉碎成100-120目的顆粒； 2)按重量配比稱取原料； 3)在氮?dú)夥諊拢瑢⒓撞骐p丙烯酰胺與2-丁酮混合，加入抗壞血酸，室溫?cái)嚢?0-60分鐘，再依次加入偶氮二異丁咪唑啉鹽酸鹽、乙烯基三甲氧基硅烷，室溫?cái)嚢?0飛0分鐘，然后加入均聚甲醛顆粒，加熱至7(T80°C，攪拌30-60分鐘，冷卻至室溫，得3D打印用均聚甲醛復(fù)合材料。
【文檔編號(hào)】C08F283/00GK104177551SQ201410425293
【公開日】2014年12月3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:太倉碧奇新材料研發(fā)有限公司