一種改性尼龍微球材料及其在3d列印中的應用的製作方法

2023-08-07 21:49:26

一種改性尼龍微球材料及其在3d列印中的應用的製作方法
【專利摘要】本發明提供了一種改性尼龍微球材料及其在3D列印中的應用，改性尼龍微球材料其是由粒徑為0.1～500μm的尼龍微球100份、光穩劑0.1～5份、消泡劑0.1～5份、流平劑0.1～5份、抗氧劑0.1～2份混合攪拌製備而成。本發明製備的改性尼龍微球材料具有優異的拉伸強度、彎曲強度等力學性能，可直接經3D列印設備製備為結構複雜的製件，並提高了製件的拉伸強度和彎曲強度；同時製備工藝簡單、環保無汙染，可直接應用於3D列印，對其應用與普及具有重要意義。
【專利說明】一種改性尼龍微球材料及其在3D列印中的應用

【技術領域】
[0001] 本發明涉及一種尼龍微球，具體涉及一種改性尼龍微球材料及其在3D列印中的 應用。
[0002]

【背景技術】
[0003] 立體光固化成型SLA技術是"Stereo Lightgraphy Appearance"的縮寫，是採用 特定波長與強度的雷射聚焦到光固化材料表面，按照由點到線、由線到面的順序完成一個 層面的繪製，然後通過垂直方向的移動固化其他層面，最終構成三維實體。SLA技術成型速 度快、精度高，但由於樹脂固化過程中存在收縮現象，因此開發收縮率小、固化快和強度高 的光敏材料是其發展趨勢。
[0004] 常見的用於3D列印的尼龍粉末材料均採用將尼龍樹脂直接粉碎或溶解於有機溶 劑結晶析出的方法製備，製備工藝複雜且有一定的危害性，所得到的材料均一性差，無突出 的性能優點，所得到的製品強度低、韌性差。
[0005]


【發明內容】

[0006] 發明提供了一種改性尼龍微球材料及其在3D列印中的應用，該改性尼龍微球材 料具有優異的力學性能，同時製備工藝簡單、環保無汙染，可直接應用於3D列印，對其應用 與普及具有重要意義。
[0007] 為實現上述目的，本發明採用以下技術方案： 一種改性尼龍微球材料，由以下組分按重量份製備而成： 尼龍微球100份， 光穩劑0. 1?5份， 消泡劑0. 1?5份， 流平劑0. 1?5份， 抗氧劑0. 1?2份。
[0008] 所述的尼龍微球為尼龍4微球、尼龍6微球、尼龍7微球、尼龍8微球或尼龍12微 球，其粒徑為〇· 1 μ m?500 μ m。
[0009] 所述的光穩劑為2, 4-二羧基二苯甲酮、氯化苯並三唑或2-羥基-4-正辛氧基二 苯甲酮中的至少一種。
[0010] 所述的消泡劑為二甲基聚矽氧烷、環氧乙烷環氧丙烷共聚醚和聚醚矽氧烷中的至 少一種。
[0011] 所述的流平劑為有機矽-環氧乙烷共聚物、有機矽-環氧丙烷共聚物和聚二甲基 矽氧烷中的至少一種。
[0012] 所述的抗氧劑為四（3, 5-二叔丁基-4-羥基）苯丙酸季戊四醇酯、三（2, 4-二叔 丁基）亞磷酸苯酯或Ν，Ν'-雙-(3-(3,5-二叔丁基-4-羥基苯基）丙醯基）己二胺中的至 少一種。
[0013] 本發明的另一個目的是提供上述改性尼龍微球材料在3D列印中的應用，用3D打 印設備將改性尼龍微球材料進行逐層堆積燒結、疊加成製件；所述改性尼龍微球材料是由 尼龍微球100份、光穩劑0. 1?5份、消泡劑0. 1?5份、流平劑0. 1?5份與抗氧劑0. 1? 2份在40°C?80°C條件下高速攪拌lOmin?30min至分散均勻製得； 所述3D列印工藝參數：光源功率8?15W、掃描速度1000?3000mm/s、燒結厚度為 0. 05 ?0. 2mm。
[0014] 本發明中所採用的尼龍微球是採用2006年5月23日申請的、申請號為 200610026805. 9、名稱為一種製備粒徑可控的高分子量尼龍微球的方法，所公開的製備方 法製備的。尼龍微球的粒徑可控，並且應用於3D列印具有力學強度高、製備工藝簡單和環 保無汙染等優點，同時對於3D列印的普及有指導意義。
[0015] 本發明的有益效果： 1、本發明製備的改性尼龍微球材料具有優異的拉伸強度、彎曲強度等力學性能，可直 接經3D列印設備製備為結構複雜的製件。
[0016] 2、其製備工藝簡單、環保無汙染，本發明用粒徑為0. 1 μ m?500 μ m的尼龍微球作 為原料，再加入助劑構成，其製備工藝簡單，對環境無汙染。
[0017] 3、用本發明改性尼龍微球材料3D列印製成的製件，提高了製件的拉伸強度和彎 曲強度，根據ASTM D638和ASTM D790檢測，其拉伸強度和彎曲強度最大分別達到95MPa和 115MPa，較單純的尼龍粉末材料3D列印製成的製件的拉伸強度和彎曲強度相比分別提高 90% 和 77%。

【具體實施方式】
[0018] 下面結合具體實施例對本
【發明內容】
進行進一步的說明，但所述實施例並非是對本 發明實質精神的簡單限定，任何基於本發明實質精神所作出的簡單變化或等同替換均應屬 於本發明所要求保護的範圍之內。如無特別說明，各實施例中所述份數均為重量份。
[0019] 下面各實施例與對照實施例經3D列印製成的製件樣品在23°C、50%溼度環境下調 節後，分別採用ASTM D638和ASTM D790檢測其拉伸強度和彎曲強度，，具體數據見表一。
[0020] 本發明的具體實施例如下： 實施例1 (1)按以下比例配備原料： 尼龍4微球100份， 光穩劑2, 4-二羧基二苯甲酮0. 1份， 光穩劑氯化苯並三唑1份 消泡劑二甲基聚矽氧烷3份， 消泡劑環氧乙烷環氧丙烷共聚醚2份 流平劑有機矽-環氧乙烷共聚物〇. 1份， 流平劑有機矽-環氧丙烷共聚物1份 抗氧劑四（3, 5-二叔丁基-4-羥基）苯丙酸季戊四醇酯0. 1份， 抗氧劑三（2, 4-二叔丁基）亞磷酸苯酯0. 1份。
[0021] (2)在容器中陸續加入上述原料，在40°C條件下高速攪拌30min至分散均勻； (3)在3D列印設備上將上述材料製備為製件，工藝參數為：光源功率8W，掃描速度 1000mm/s，燒結厚度為0· 2mm。
[0022] 成型製件性能檢測見表一。
[0023] 實施例2 (1)按以下比例配備原料： 尼龍4微球100份， 光穩劑2, 4-二羧基二苯甲酮1份， 消泡劑二甲基聚矽氧烷2份， 流平劑有機矽-環氧乙烷共聚物1份， 抗氧劑四（3, 5-二叔丁基-4-羥基）苯丙酸季戊四醇酯0. 5份。
[0024] (2)在容器中陸續加入上述原料，在40°C條件下高速攪拌30min至分散均勻； (3)在3D列印設備上將上述材料製備為製件，工藝參數為：光源功率8W，掃描速度 1000mm/s，燒結厚度為0· 2mm。
[0025] 成型製件性能檢測見表一。
[0026] 實施例3 (1)按以下比例配備原料： 尼龍6微球100份， 光穩劑2, 4-二羧基二苯甲酮2份， 消泡劑二甲基聚矽氧烷1份， 流平劑有機矽-環氧乙烷共聚物2份， 抗氧劑四（3, 5-二叔丁基-4-羥基）苯丙酸季戊四醇酯1. 5份。
[0027] (2)在容器中陸續加入上述原料，在40°C條件下高速攪拌30min至分散均勻； (3)在3D列印設備上將上述材料製備為製件，工藝參數為：光源功率8W，掃描速度 1000mm/s，燒結厚度為0· 2mm。
[0028] 成型製件性能檢測見表一。
[0029] 實施例4 (1)按以下比例配備原料： 尼龍6微球100份， 光穩劑2, 4-二羧基二苯甲酮5份， 消泡劑二甲基聚矽氧烷0.1份， 流平劑有機矽-環氧乙烷共聚物5份， 抗氧劑四（3, 5-二叔丁基-4-羥基）苯丙酸季戊四醇酯2份。
[0030] (2)在容器中陸續加入上述原料，在40°C條件下高速攪拌30min至分散均勻； (3)在3D列印設備上將上述材料製備為製件，工藝參數為：光源功率10W，掃描速度 1000mm/s，燒結厚度為 0· 15mm。
[0031] 成型製件性能檢測見表一。
[0032] 實施例5 (1)按以下比例配備原料： 尼龍7微球100份， 光穩劑氯化苯並三唑〇. 1份， 消泡劑環氧乙烷環氧丙烷共聚醚5份， 流平劑有機矽-環氧丙烷共聚物〇. 1份， 抗氧劑三（2, 4-二叔丁基）亞磷酸苯酯0. 1份。
[0033] (2)在容器中陸續加入上述原料，在60°C條件下高速攪拌20min至分散均勻； (3)在3D列印設備上將上述材料製備為製件，工藝參數為：光源功率10W，掃描速度 2000mm/s，燒結厚度為 0· 15mm。
[0034] 成型製件性能檢測見表一。
[0035] 實施例6 (1)按以下比例配備原料： 尼龍7微球100份， 光穩劑氯化苯並三唑1份， 消泡劑環氧乙烷環氧丙烷共聚醚2份， 流平劑有機矽-環氧丙烷共聚物1份， 抗氧劑三（2, 4-二叔丁基）亞磷酸苯酯0. 5份。
[0036] (2)在容器中陸續加入上述原料，在60°C條件下高速攪拌20min至分散均勻； (3)在3D列印設備上將上述材料製備為製件，工藝參數為：光源功率10W，掃描速度 2000mm/s，燒結厚度為 0· 15mm。
[0037] 成型製件性能檢測見表一。
[0038] 實施例7 (1)按以下比例配備原料： 尼龍8微球100份， 光穩劑氯化苯並三唑2份， 消泡劑環氧乙烷環氧丙烷共聚醚1份， 流平劑有機矽-環氧丙烷共聚物2份， 抗氧劑三（2, 4-二叔丁基）亞磷酸苯酯1. 5份。
[0039] (2)在容器中陸續加入上述原料，在60°C條件下高速攪拌20min至分散均勻； (3)在3D列印設備上將上述材料製備為製件，工藝參數為：光源功率12W，掃描速度 2000mm/s，燒結厚度為 0· 10mm。
[0040] 成型製件性能檢測見表一。
[0041] 實施例8 (1)按以下比例配備原料： 尼龍8微球100份， 光穩劑氯化苯並三唑5份， 消泡劑環氧乙烷環氧丙烷共聚醚〇. 1份， 流平劑有機矽-環氧丙烷共聚物5份， 抗氧劑三（2, 4-二叔丁基）亞磷酸苯酯2份。
[0042] (2)在容器中陸續加入上述原料，在60°C條件下高速攪拌20min至分散均勻； (3)在3D列印設備上將上述材料製備為製件，工藝參數為：光源功率12W，掃描速度 2000mm/s，燒結厚度為 0· 10mm。
[0043] 成型製件性能檢測見表一。
[0044] 實施例9 (1)按以下比例配備原料： 尼龍8微球100份， 光穩劑2-羥基-4-正辛氧基二苯甲酮0. 1份， 消泡劑聚醚矽氧烷5份， 流平劑聚二甲基矽氧烷〇. 1份， 抗氧劑Ν，Ν' -雙-(3- (3, 5-二叔丁基-4-羥基苯基）丙醯基）己二胺(λ 1份。
[0045] (2)在容器中陸續加入上述原料，在80°C條件下高速攪拌lOmin至分散均勻； (3)在3D列印設備上將上述材料製備為製件，工藝參數為：光源功率12W，掃描速度 3000mm/s，燒結厚度為 0· 10mm。
[0046] 成型製件性能檢測見表一。
[0047] 實施例10 (1)按以下比例配備原料： 尼龍12微球100份， 光穩劑2-羥基-4-正辛氧基二苯甲酮1份， 消泡劑聚醚矽氧烷2份， 流平劑聚二甲基矽氧烷1份， 抗氧劑Ν，Ν' -雙-(3- (3, 5-二叔丁基-4-羥基苯基）丙醯基）己二胺(λ 5份。
[0048] (2)在容器中陸續加入上述原料，在80°C條件下高速攪拌lOmin至分散均勻； (3)在3D列印設備上將上述材料製備為製件，工藝參數為：光源功率15W，掃描速度 3000mm/s，燒結厚度為 0· 05mm。
[0049] 成型製件性能檢測見表一。
[0050] 實施例11 (1)按以下比例配備原料： 尼龍12微球100份， 光穩劑2-羥基-4-正辛氧基二苯甲酮2份， 消泡劑聚醚矽氧烷1份， 流平劑聚二甲基矽氧烷2份， 抗氧劑Ν，Ν' -雙-(3- (3, 5-二叔丁基-4-羥基苯基）丙醯基）己二胺L 5份。
[0051] (2)在容器中陸續加入上述原料，在80°C條件下高速攪拌lOmin至分散均勻； (3)在3D列印設備上將上述材料製備為製件，工藝參數為：光源功率15W，掃描速度 3000mm/s，燒結厚度為 0· 05mm。
[0052] 成型製件性能檢測見表一。
[0053] 實施例12 (1)按以下比例配備原料： 尼龍12微球100份， 光穩劑2-羥基-4-正辛氧基二苯甲酮5份， 消泡劑聚醚矽氧烷〇. 1份， 流平劑聚二甲基矽氧烷5份， 抗氧劑Ν，Ν' -雙-(3-(3, 5-二叔丁基-4-羥基苯基）丙醯基）己二胺2份。
[0054] (2)在容器中陸續加入上述原料，在80°C條件下高速攪拌lOmin至分散均勻； (3)在3D列印設備上將上述材料製備為製件，工藝參數為：光源功率15W，掃描速度 3000mm/s，燒結厚度為 0· 05mm。
[0055] 成型製件性能檢測見表一。
[0056] 對照實施例1 直接將尼龍6粉末材料在3D列印設備上將上述材料製備為製件，其工藝參數為：光源 功率12W，掃描速度2000mm/s，燒結厚度為0· 10mm。
[0057] 成型製件性能檢測見表一。
[0058] 對照實施例2 直接將尼龍12粉末材料在3D列印設備上將上述材料製備為製件，其工藝參數為：光源 功率12W，掃描速度2000mm/s，燒結厚度為0· 10mm。
[0059] 成型製件性能檢測見表一。
[0060] 表一、實施例1-12與對照實施例1-2的3D列印製件的衝擊強度與抑菌性能測試 表：

【權利要求】
1. 一種改性尼龍微球材料，其特徵在於：由以下組分按重量份製備而成： 尼龍微球100份， 光穩劑0. 1?5份， 消泡劑0. 1?5份， 流平劑0. 1?5份， 抗氧劑0. 1?2份， 所述的尼龍微球為尼龍4微球、尼龍6微球、尼龍7微球、尼龍8微球或尼龍12微球， 其粒徑為0. 1?500 μ m。
2. 根據權利要求1所述的改性尼龍微球材料，其特徵在於：所述的光穩劑為2, 4-二羧 基二苯甲酮、氯化苯並三唑或2-羥基-4-正辛氧基二苯甲酮中的至少一種。
3. 根據權利要求1所述的改性尼龍微球材料，其特徵在於：所述的消泡劑為二甲基聚 矽氧烷、環氧乙烷環氧丙烷共聚醚和聚醚矽氧烷中的至少一種。
4. 根據權利要求1所述的一種用於3D列印的尼龍微球材料，其特徵在於：所述的流平 劑為有機矽-環氧乙烷共聚物、有機矽-環氧丙烷共聚物和聚二甲基矽氧烷中的至少一種。
5. 根據權利要求1所述的改性尼龍微球材料，其特徵在於：所述的抗氧劑為四 (3, 5-二叔丁基-4-羥基）苯丙酸季戊四醇酯、三（2, 4-二叔丁基）亞磷酸苯酯或 N, Ν'-雙-(3-(3, 5-二叔丁基-4-輕基苯基）丙醯基）己二胺中的至少一種。
6. -種如權利要求1-6任一項所述的改性尼龍微球材料在3D列印的應用，其特徵在 於：用3D列印設備將改性尼龍微球材料進行逐層堆積燒結、疊加成製件；所述改性尼龍微 球材料是由尼龍微球100份、光穩劑〇. 1?5份、消泡劑0. 1?5份、流平劑0. 1?5份與 抗氧劑〇. 1?2份在40°C?80°C條件下高速攪拌lOmin?30min至分散均勻製得； 所述3D列印工藝參數：光源功率8?15W、掃描速度1000?3000mm/s、燒結厚度為 O. 05 ?0. 2mm。
【文檔編號】C08L77/02GK104250437SQ201310259682
【公開日】2014年12月31日 申請日期:2013年6月26日 優先權日:2013年6月26日
【發明者】楊桂生, 李梟, 姚晨光 申請人:合肥傑事傑新材料股份有限公司