本發(fā)明屬于精密鑄造工藝領(lǐng)域，具體涉及一種用于生產(chǎn)導(dǎo)電件的3d打印材料。

背景技術(shù)：

聚苯胺作為導(dǎo)電高分子材料之一，因其化學(xué)穩(wěn)定性好、耐候性佳、原料廉價(jià)易得、合成方法簡(jiǎn)單以及導(dǎo)電性能等，被認(rèn)為是最具有商業(yè)應(yīng)用價(jià)值的結(jié)構(gòu)性導(dǎo)電高分子，在電力技術(shù)等領(lǐng)域具有巨大的市場(chǎng)需求。聚苯胺本身導(dǎo)電率不高，需要摻雜才能提高導(dǎo)電性，但是聚苯胺在后期的加工處理上具有較大難度，受加工難度以及加工成本的影響，聚苯胺的復(fù)合性材料導(dǎo)電性并不是十分理想，同時(shí)加工成本也有待降低。

3d打印技術(shù)作為快速成型領(lǐng)域，能夠適用于對(duì)精度、形狀具有特殊要求導(dǎo)電件的制備，但是目前的打印材料無(wú)法應(yīng)用于實(shí)現(xiàn)導(dǎo)電件的制作。

因此，為了解決以上問(wèn)題研制出一種能夠用于導(dǎo)電件生產(chǎn)的3d打印材料是本領(lǐng)域技術(shù)人員所急需解決的難題。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

為解決上述問(wèn)題，本發(fā)明公開(kāi)了一種用于生產(chǎn)導(dǎo)電件的3d打印材料。

為了達(dá)到上述目的，本發(fā)明提供如下技術(shù)方案：

一種用于生產(chǎn)導(dǎo)電件的3d打印材料，其組成成分以及各成分所占質(zhì)量百分比分別為：粘土料：32～47%、導(dǎo)電纖維：21～31%、聚苯胺：10～20%、聚苯乙烯：6～15%、輔助劑：7～17%；粘土料的組成分以及各成分所占粘土料質(zhì)量百分比分別為：凹凸棒土：45～67%、膨潤(rùn)土：26～41%、石墨粉：7～15%。

本發(fā)明提供了一種用于生產(chǎn)導(dǎo)電件的3d打印材料，由粘土料、導(dǎo)電纖維、聚苯胺、聚苯乙烯以及輔助劑組成，以粘土料為打印材料主體，以導(dǎo)電纖維以及聚苯胺作為主要導(dǎo)電基材，配合聚苯乙烯以及輔助劑，獲得的打印材料成品具有優(yōu)秀的導(dǎo)電性，同時(shí)制作獲得導(dǎo)電件成品具備高精度以及優(yōu)秀的機(jī)械強(qiáng)度。

進(jìn)一步地，制作步驟包括：

（1）取用粘土料，烘干后研磨，過(guò)150～200目篩，獲得粘土料粉末；同時(shí)將導(dǎo)電纖維烘干備用；

（2）利用聚苯胺、聚苯乙烯以及輔助劑制作導(dǎo)電基體；

（3）將粘土料粉末以及導(dǎo)電纖維置于聚乙烯吡咯烷酮蒸汽中活化，獲得活化基底；

（4）將導(dǎo)電基體融化，并向活化基底中依次添加去離子水以及融化的導(dǎo)電基體，攪拌均勻后，擠出成型，獲得3d打印材料成品。

進(jìn)一步地，步驟（2）的具體方法為：

（2-1）向預(yù)轉(zhuǎn)化器中添加聚苯胺、聚氯乙烯以及輔助劑，進(jìn)行聚合；生成包含聚苯胺、聚氯乙烯以及聚苯胺—聚氯乙烯聚合物的混合物；聚合進(jìn)行到形成的聚苯胺—聚氯乙烯聚合物的質(zhì)量占總混合物質(zhì)量的66～90%；

（2-2）對(duì)步驟（2-1）中形成的包含聚苯胺、聚氯乙烯以及聚苯胺—聚氯乙烯聚合物的混合物進(jìn)行分離，分離成包含步驟（2-1）中混合物的65～85wt%的第一物流以及包含步驟（2-1）中混合物余量的第二物流；

（2-3）向第二反應(yīng)器中添加第一物流，進(jìn)行進(jìn)一步聚合；

（2-4）將步驟（2-3）中相轉(zhuǎn)化的第一物流以及步驟（2-2）中的第二物流以不高于32/s的剪切速率在靜態(tài)混合機(jī)中混合，獲得聚苯胺—聚氯乙烯復(fù)合物，即導(dǎo)電基體。

進(jìn)一步地，步驟（3）的具體方法為：將聚乙烯吡咯烷酮溶于水中，并升溫至220～230℃生成聚乙烯吡咯烷酮蒸汽；以惰性氣體作為載氣，使聚乙烯吡咯烷酮蒸汽與粘土料粉末以及導(dǎo)電纖維相接觸；進(jìn)一步升溫至600～920℃，保溫3～6h后開(kāi)始降溫，同時(shí)停止加入聚乙烯吡咯烷酮蒸汽；待降溫至室溫后，取出活化完成的粘土料粉末以及導(dǎo)電纖維，即活化基底。

進(jìn)一步地，步驟（4）的具體方法為：

（4-1）將導(dǎo)電基體按照不高于30℃/min的速度升溫至350～370℃，保溫0.5～2h使其融化為液態(tài)；

（4-2）向活化基底中依次添加去離子水以及步驟（4-1）中得到的融化的導(dǎo)電基體，攪拌均勻，并再次保溫1h；

（4-3）降溫至150～180℃后，進(jìn)行均質(zhì)，并在48～65r/min的轉(zhuǎn)速下捏合3～5h后，冷卻至120℃后，攪拌均勻，導(dǎo)入擠壓成型機(jī)中，在溫度為120～135℃，轉(zhuǎn)速為102～120r/min下進(jìn)行擠壓造粒，獲得3d打印材料成品。

進(jìn)一步地，輔助劑的組成成分以及各成分所占質(zhì)量百分比分別為：膠粘劑：7～15%、增容劑：60～75%、穩(wěn)定劑：9～18%、分散劑：5～12%。

進(jìn)一步地，導(dǎo)電纖維為聚噻吩納米纖維。

進(jìn)一步地，聚苯胺與聚苯乙烯的比為5:3。

進(jìn)一步地，惰性氣體為he、n2以及ar中的一種或者任意幾種的組合。

本發(fā)明還提供了該3d打印材料的制備方法，首先取用粘土料，烘干研磨獲得粘土料粉末備用，同時(shí)烘干導(dǎo)電纖維以備用；再以聚苯胺、聚苯乙烯為主要原料，配合輔助劑進(jìn)行聚合，生成聚苯胺—聚苯乙烯復(fù)合導(dǎo)電基體，在保證具有良好加工性的基礎(chǔ)上，還具有優(yōu)秀的導(dǎo)電性能、穩(wěn)定性以及較低或者適中的制造成本。然后將粘土料粉末以及導(dǎo)電纖維在聚乙烯吡咯烷酮蒸汽中活化，能夠與粘土料粉末以及導(dǎo)電纖維中含有的羥基發(fā)生接枝反應(yīng)，分散于其中，改善其后續(xù)與導(dǎo)電基體的粘結(jié)情況，同時(shí)還可以將其中的無(wú)機(jī)納米粒子分隔，防止發(fā)生團(tuán)聚，起到分散的作用，同時(shí)聚乙烯吡咯烷酮還具有提高導(dǎo)電性的特點(diǎn)，有助于提升導(dǎo)電基體的導(dǎo)電性能，同時(shí)活化后還能增大粘土料粉末以及導(dǎo)電纖維的比表面積，增大其吸附量；最后混合攪拌均勻，擠出成型，獲得3d打印材料成品。

本發(fā)明中輔助劑由膠粘劑、增容劑、穩(wěn)定劑以及分散劑組成，其中膠粘劑能夠使制得的導(dǎo)電基體在吸附、擠出固化后具有一定的強(qiáng)度，同時(shí)能夠提高其粘性，使之方便與活化基底結(jié)合；添加增容劑能夠借助分子間的鍵合力，使獲得的導(dǎo)電基體更為穩(wěn)定；添加穩(wěn)定劑能夠保持化學(xué)平衡，降低最終獲得3d打印材料的表面張力，防止由于光、熱分解以及氧化分解；添加分散劑能夠顯著降低本發(fā)明在制備時(shí)，各成分完成分散過(guò)程所需的時(shí)間，并且提升各成分有效分散性，確保通過(guò)本發(fā)明制得導(dǎo)電件的整體性能的均衡。

本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，能夠適用于對(duì)導(dǎo)電性以及精度要求較高同時(shí)形狀結(jié)構(gòu)復(fù)雜的導(dǎo)電件的制作；制備工藝簡(jiǎn)單、成本適中；通過(guò)3d打印成型之后經(jīng)久耐用，使用穩(wěn)定。

具體實(shí)施方式

以下將結(jié)合具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明提供的技術(shù)方案進(jìn)行詳細(xì)說(shuō)明，應(yīng)理解下述具體實(shí)施方式僅用于說(shuō)明本發(fā)明而不用于限制本發(fā)明的范圍。

實(shí)施例1：

一種用于生產(chǎn)導(dǎo)電件的3d打印材料，其組成成分以及各成分所占質(zhì)量百分比分別為：粘土料：32%、導(dǎo)電纖維：31%、聚苯胺：18%、聚苯乙烯：12%、輔助劑：7%。

粘土料的組成分以及各成分所占粘土料質(zhì)量百分比分別為：凹凸棒土：45%、膨潤(rùn)土：41%、石墨粉：14%。

導(dǎo)電纖維為聚噻吩納米纖維。

輔助劑的組成成分以及各成分所占質(zhì)量百分比分別為：膠粘劑：15%、增容劑：60%、穩(wěn)定劑：13%、分散劑：12%。

制作步驟包括：

（1）取用粘土料，烘干后研磨，過(guò)150目篩，獲得粘土料粉末；同時(shí)將導(dǎo)電纖維烘干備用；

（2-1）向預(yù)轉(zhuǎn)化器中添加聚苯胺、聚氯乙烯以及輔助劑，進(jìn)行聚合；生成包含聚苯胺、聚氯乙烯以及聚苯胺—聚氯乙烯聚合物的混合物；聚合進(jìn)行到形成的聚苯胺—聚氯乙烯聚合物的質(zhì)量占總混合物質(zhì)量的66%；

（2-2）對(duì)步驟（2-1）中形成的包含聚苯胺、聚氯乙烯以及聚苯胺—聚氯乙烯聚合物的混合物進(jìn)行分離，分離成包含步驟（2-1）中混合物的65wt%的第一物流以及包含步驟（2-1）中混合物余量的第二物流；

（2-3）向第二反應(yīng)器中添加第一物流，進(jìn)行進(jìn)一步聚合；

（2-4）將步驟（2-3）中相轉(zhuǎn)化的第一物流以及步驟（2-2）中的第二物流以32/s的剪切速率在靜態(tài)混合機(jī)中混合，獲得聚苯胺—聚氯乙烯復(fù)合物，即導(dǎo)電基體；

（3）將聚乙烯吡咯烷酮溶于水中，并升溫至220℃生成聚乙烯吡咯烷酮蒸汽；以惰性氣體作為載氣，使聚乙烯吡咯烷酮蒸汽與粘土料粉末以及導(dǎo)電纖維相接觸；進(jìn)一步升溫至600℃，保溫3h后開(kāi)始降溫，同時(shí)停止加入聚乙烯吡咯烷酮蒸汽；待降溫至室溫后，取出活化完成的粘土料粉末以及導(dǎo)電纖維，即活化基底；其中惰性氣體為he；

（4-1）將導(dǎo)電基體按照30℃/min的速度升溫至350℃，保溫0.5h使其融化為液態(tài)；

（4-2）向活化基底中依次添加去離子水以及步驟（4-1）中得到的融化的導(dǎo)電基體，攪拌均勻，并再次保溫1h；

（4-3）降溫至150℃后，進(jìn)行均質(zhì)，并在48r/min的轉(zhuǎn)速下捏合3h后，冷卻至120℃后，攪拌均勻，導(dǎo)入擠壓成型機(jī)中，在溫度為120℃，轉(zhuǎn)速為102r/min下進(jìn)行擠壓造粒，獲得3d打印材料成品。

實(shí)施例2：

一種用于生產(chǎn)導(dǎo)電件的3d打印材料，其組成成分以及各成分所占質(zhì)量百分比分別為：粘土料：47%、導(dǎo)電纖維：21%、聚苯胺：10%、聚苯乙烯：6%、輔助劑：16%。

粘土料的組成分以及各成分所占粘土料質(zhì)量百分比分別為：凹凸棒土：67%、膨潤(rùn)土：26%、石墨粉：7%。

導(dǎo)電纖維為聚噻吩納米纖維。

輔助劑的組成成分以及各成分所占質(zhì)量百分比分別為：膠粘劑：7%、增容劑：75%、穩(wěn)定劑：10%、分散劑：8%。

制作步驟包括：

（1）取用粘土料，烘干后研磨，過(guò)200目篩，獲得粘土料粉末；同時(shí)將導(dǎo)電纖維烘干備用；

（2-1）向預(yù)轉(zhuǎn)化器中添加聚苯胺、聚氯乙烯以及輔助劑，進(jìn)行聚合；生成包含聚苯胺、聚氯乙烯以及聚苯胺—聚氯乙烯聚合物的混合物；聚合進(jìn)行到形成的聚苯胺—聚氯乙烯聚合物的質(zhì)量占總混合物質(zhì)量的90%；

（2-2）對(duì)步驟（2-1）中形成的包含聚苯胺、聚氯乙烯以及聚苯胺—聚氯乙烯聚合物的混合物進(jìn)行分離，分離成包含步驟（2-1）中混合物的85wt%的第一物流以及包含步驟（2-1）中混合物余量的第二物流；

（2-3）向第二反應(yīng)器中添加第一物流，進(jìn)行進(jìn)一步聚合；

（2-4）將步驟（2-3）中相轉(zhuǎn)化的第一物流以及步驟（2-2）中的第二物流以25/s的剪切速率在靜態(tài)混合機(jī)中混合，獲得聚苯胺—聚氯乙烯復(fù)合物，即導(dǎo)電基體；

（3）將聚乙烯吡咯烷酮溶于水中，并升溫至230℃生成聚乙烯吡咯烷酮蒸汽；以惰性氣體作為載氣，使聚乙烯吡咯烷酮蒸汽與粘土料粉末以及導(dǎo)電纖維相接觸；進(jìn)一步升溫至920℃，保溫6h后開(kāi)始降溫，同時(shí)停止加入聚乙烯吡咯烷酮蒸汽；待降溫至室溫后，取出活化完成的粘土料粉末以及導(dǎo)電纖維，即活化基底；其中惰性氣體為n2；

（4-1）將導(dǎo)電基體按照25℃/min的速度升溫至370℃，保溫2h使其融化為液態(tài)；

（4-2）向活化基底中依次添加去離子水以及步驟（4-1）中得到的融化的導(dǎo)電基體，攪拌均勻，并再次保溫1h；

（4-3）降溫至180℃后，進(jìn)行均質(zhì)，并在65r/min的轉(zhuǎn)速下捏合5h后，冷卻至120℃后，攪拌均勻，導(dǎo)入擠壓成型機(jī)中，在溫度為135℃，轉(zhuǎn)速為120r/min下進(jìn)行擠壓造粒，獲得3d打印材料成品。

實(shí)施例3：

一種用于生產(chǎn)導(dǎo)電件的3d打印材料，其組成成分以及各成分所占質(zhì)量百分比分別為：粘土料：40%、導(dǎo)電纖維：26%、聚苯胺：15%、聚苯乙烯：9%、輔助劑：10%。聚苯胺與聚苯乙烯的比為5:3。

粘土料的組成分以及各成分所占粘土料質(zhì)量百分比分別為：凹凸棒土：53%、膨潤(rùn)土：35%、石墨粉：12%。

導(dǎo)電纖維為聚噻吩納米纖維。

輔助劑的組成成分以及各成分所占質(zhì)量百分比分別為：膠粘劑：11%、增容劑：66%、穩(wěn)定劑：13%、分散劑：10%。

制作步驟包括：

（1）取用粘土料，烘干后研磨，過(guò)180目篩，獲得粘土料粉末；同時(shí)將導(dǎo)電纖維烘干備用；

（2-1）向預(yù)轉(zhuǎn)化器中添加聚苯胺、聚氯乙烯以及輔助劑，進(jìn)行聚合；生成包含聚苯胺、聚氯乙烯以及聚苯胺—聚氯乙烯聚合物的混合物；聚合進(jìn)行到形成的聚苯胺—聚氯乙烯聚合物的質(zhì)量占總混合物質(zhì)量的88%；

（2-2）對(duì)步驟（2-1）中形成的包含聚苯胺、聚氯乙烯以及聚苯胺—聚氯乙烯聚合物的混合物進(jìn)行分離，分離成包含步驟（2-1）中混合物的85wt%的第一物流以及包含步驟（2-1）中混合物余量的第二物流；

（2-3）向第二反應(yīng)器中添加第一物流，進(jìn)行進(jìn)一步聚合；

（2-4）將步驟（2-3）中相轉(zhuǎn)化的第一物流以及步驟（2-2）中的第二物流以不高于32/s的剪切速率在靜態(tài)混合機(jī)中混合，獲得聚苯胺—聚氯乙烯復(fù)合物，即導(dǎo)電基體；

（3）將聚乙烯吡咯烷酮溶于水中，并升溫至228℃生成聚乙烯吡咯烷酮蒸汽；以惰性氣體作為載氣，使聚乙烯吡咯烷酮蒸汽與粘土料粉末以及導(dǎo)電纖維相接觸；進(jìn)一步升溫至900℃，保溫5h后開(kāi)始降溫，同時(shí)停止加入聚乙烯吡咯烷酮蒸汽；待降溫至室溫后，取出活化完成的粘土料粉末以及導(dǎo)電纖維，即活化基底；其中惰性氣體為he、n2以及ar中的一種或者任意幾種的組合；

（4-1）將導(dǎo)電基體按照18℃/min的速度升溫至360℃，保溫1.5h使其融化為液態(tài)；

（4-2）向活化基底中依次添加去離子水以及步驟（4-1）中得到的融化的導(dǎo)電基體，攪拌均勻，并再次保溫1h；

（4-3）降溫至150～180℃后，進(jìn)行均質(zhì)，并在58r/min的轉(zhuǎn)速下捏合4h后，冷卻至120℃后，攪拌均勻，導(dǎo)入擠壓成型機(jī)中，在溫度為130℃，轉(zhuǎn)速為110r/min下進(jìn)行擠壓造粒，獲得3d打印材料成品。

通過(guò)以上3個(gè)實(shí)施例獲得的3d打印材料制備導(dǎo)電件，均能夠滿足導(dǎo)電性以及精度需求，但是實(shí)施例3獲得導(dǎo)電件的導(dǎo)電性能更為優(yōu)秀，機(jī)械性能整體更好，實(shí)施例3為最優(yōu)實(shí)施例。

最后需要說(shuō)明的是，以上實(shí)施例僅用以說(shuō)明本發(fā)明的技術(shù)方案而非限制性技術(shù)方案，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解，那些對(duì)本發(fā)明的技術(shù)方案進(jìn)行修改或者等同替換，而不脫離本技術(shù)方案的宗旨和范圍，均應(yīng)涵蓋在本發(fā)明的權(quán)利要求范圍當(dāng)中。