3d打印用聚氨酯復(fù)合材料及其制備方法
【專利摘要】本發(fā)明提出一種3D打印用聚氨酯復(fù)合材料及其制備方法，該制備方法為將甲苯二異氰酸酯與丙酮混合，加入四乙基溴化銨，室溫?cái)嚢瑁僖来渭尤肱嫉惗』啕}酸鹽、3-氨丙基三甲氧基硅烷，室溫?cái)嚢?，然后加入聚氨酯顆粒，加熱攪拌，冷卻得3D打印用聚氨酯復(fù)合材料。聚氨酯的含量為40~50%，3-氨丙基三甲氧基硅烷含量為5~30%，甲苯二異氰酸酯含量為5~20%，丙酮含量為15~30%，四乙基溴化銨含量為1~3%，偶氮二異丁基脒鹽酸鹽含量為2~5%，聚氨酯復(fù)合材料可在20~40℃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；制備工藝簡(jiǎn)單，生產(chǎn)成本低；打印成型后的材料密度小，具有良好的電絕緣性能。
【專利說明】3D打印用聚氨酯復(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打印用聚氨酯復(fù)合材料及其制備方法。

【背景技術(shù)】
[0002]3D打印技術(shù),學(xué)術(shù)上又稱“添加制造”(additive manufacturing)技術(shù),也稱增材制造或增量制造。根據(jù)美國材料與試驗(yàn)協(xié)會(huì)(ASTM) 2009年成立的3D打印技術(shù)委員會(huì)(F42委員會(huì))公布的定義，3D打印是一種與傳統(tǒng)的材料加工方法截然相反，基于三維CAD模型數(shù)據(jù)，通過增加材料逐層制造的方式。其采用直接制造與相應(yīng)數(shù)學(xué)模型完全一致的三維物理實(shí)體模型的制造方法。3D打印技術(shù)內(nèi)容涵蓋了產(chǎn)品生命周期前端的“快速原型”(rapidprototyping)和全生產(chǎn)周期的“快速制造”(rapid manufacturing)相關(guān)的所有打印工藝、技術(shù)、設(shè)備類別和應(yīng)用。3D打印涉及的技術(shù)包括CAD建模、測(cè)量、接口軟件、數(shù)控、精密機(jī)械、激光、材料等多種學(xué)科的集成。
[0003]聚氨酯(簡(jiǎn)稱PU)是由多異氰酸酯和聚醚多元醇或聚酯多元醇或/及小分子多元醇、多元胺或水等擴(kuò)鏈劑或交聯(lián)劑等原料制成的聚合物。通過改變?cè)戏N類及組成，可以大幅度地改變產(chǎn)品形態(tài)及其性能，得到從柔軟到堅(jiān)硬的最終產(chǎn)品。聚氨酯制品形態(tài)有軟質(zhì)、半硬質(zhì)及硬質(zhì)泡沫塑料、彈性體(聚氨酯彈性體主要又包含熱塑性TPU和熱固性一多以澆注工藝實(shí)現(xiàn)CPU)、油漆涂料、膠粘劑、密封膠、合成革涂層樹脂、彈性纖維等，廣泛應(yīng)用于汽車制造、冰箱制造、交通運(yùn)輸、土木建筑、鞋類、合成革、織物、機(jī)電、石油化工、礦山機(jī)械、航空、 醫(yī)療、農(nóng)業(yè)等許多領(lǐng)域。
[0004]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、能源材料以及生物醫(yī)用材料等領(lǐng)域獲得應(yīng)用，市場(chǎng)前景廣闊。


【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打印用聚氨酯復(fù)合材料及其制備方法。該聚氨酯復(fù)合材料的制備方法的特征為將甲苯二異氰酸酯與丙酮混合，加入四乙基溴化銨，室溫?cái)嚢瑁僖来渭尤肱嫉惗』啕}酸鹽、3-氨丙基三甲氧基硅烷，室溫?cái)嚢瑁缓蠹尤刖郯滨ヮw粒，加熱攪拌，冷卻得3D打印用聚氨酯復(fù)合材料。本發(fā)明制備的聚氨酯復(fù)合材料應(yīng)用領(lǐng)域廣泛，包括冶金、石油、汽車、選礦、水利、紡織、印刷、醫(yī)療、體育、糧食加工、建筑等工業(yè)部門。
[0006]本發(fā)明提出的3D打印用聚氨酯復(fù)合材料，其特征在于:
①由下列重量比的原料組成:
聚氨酯40~50%，
3_氣丙基二甲氧基硅烷5 30%,
甲苯二異氰酸酯5~20%，
丙酮15~30%，四乙基溴化銨廣3%，
偶氮二異丁基脒鹽酸鹽2~5%。
[0007]②制備步驟如下:
1)將粘均分子量為8-15萬的聚氨酯粉碎成100-120目的顆粒；
2)按重量配比稱取原料；
3)在氮?dú)夥諊?，將甲苯二異氰酸酯與丙酮混合，加入四乙基溴化銨，室溫?cái)嚢?0-30分鐘，再依次加入偶氮二異丁基脒鹽酸鹽、3-氨丙基三甲氧基硅烷，室溫?cái)嚢?0-60分鐘，然后加入聚氨酯顆粒，加熱至5(T60°C，攪拌30-60分鐘，冷卻至室溫，得3D打印用聚氨酯復(fù)合材料。
[0008]將該材料在2(T40°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:(I)將聚氨酯制成10(Tl20目的微小顆粒，使聚氨酯與3-氨丙基三甲氧基硅烷、甲苯二異氰酸酯、丙酮等復(fù)合，添加四乙基溴化銨、偶氮二異丁基脒鹽酸鹽等輔助劑，配置成具有一定粘度的復(fù)合材料，在2(T40°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，可用于人工心臟起搏器、人工血管、人工骨骼、人工食道、人工腎臟、人工透析膜等的制造。(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)。(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】
[0010]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8-15萬的聚氨酯粉碎成100-120目的顆粒；在氮?dú)夥諊拢瑢?g甲苯二異氰酸酯與30g丙酮混合，加入Ig四乙基溴化銨，室溫?cái)嚢?0分鐘，再依次加入2g偶氮二異丁基脒鹽酸鹽、12g 3-氨丙基三甲氧基硅烷，室溫?cái)嚢?0分鐘，然后加入50g聚氨酯顆粒，加熱至60°C，攪拌30分鐘，冷卻至室溫，得3D打印用聚氨酯復(fù)合材料。
[0011]將該材料在40°C進(jìn)行3D打印，成型后材料的密度為0.26g/cm3，拉伸強(qiáng)度為
5.8MPa，收縮率為4.82%，介電常數(shù)為2.8。
[0012]實(shí)施例2
將40g粘均分子量為8-15萬的聚氨酯粉碎成100-120目的顆粒；在氮?dú)夥諊?，?0g甲苯二異氰酸酯與15g丙酮混合，加入3g四乙基溴化銨，室溫?cái)嚢?0分鐘，再依次加入5g偶氮二異丁基脒鹽酸鹽、17g 3-氨丙基三甲氧基硅烷，室溫?cái)嚢?0分鐘，然后加入40g聚氨酯顆粒，加熱至50°C，攪拌60分鐘，冷卻至室溫，得3D打印用聚氨酯復(fù)合材料。
[0013]將該材料在20°C進(jìn)行3D打印，成型后材料的密度為0.23g/cm3，拉伸強(qiáng)度為
5.1MPa，收縮率為3.91%，介電常數(shù)為2.9。
[0014]實(shí)施例3
將45g粘均分子量為8-15萬的聚氨酯粉碎成100-120目的顆粒；在氮?dú)夥諊?，?0g甲苯二異氰酸酯與25g丙酮混合，加入2g四乙基溴化銨，室溫?cái)嚢?0分鐘，再依次加入3g偶氮二異丁基脒鹽酸鹽、5g 3-氨丙基三甲氧基硅烷，室溫?cái)嚢?0分鐘，然后加入45g聚氨酯顆粒，加熱至55°C，攪拌50分鐘，冷卻至室溫，得3D打印用聚氨酯復(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0.29g/cm3，拉伸強(qiáng)度為
5.7MPa，收縮率為3.47%，介電常數(shù)為3.1。
[0016]實(shí)施例4
將40g粘均分子量為8-15萬的聚氨酯粉碎成100-120目的顆粒；在氮?dú)夥諊拢瑢?g甲苯二異氰酸酯與15g丙酮混合，加入2g四乙基溴化銨，室溫?cái)嚢?0分鐘，再依次加入3g偶氮二異丁基脒鹽酸鹽、30g 3-氨丙基三甲氧基硅烷，室溫?cái)嚢?0分鐘，然后加入40g聚氨酯顆粒，加熱至50°C，攪拌50分鐘，冷卻至室溫，得3D打印用聚氨酯復(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0.36g/cm3，拉伸強(qiáng)度為
6.1MPa，收縮率為4.11%，介電常數(shù)為3.2。
[0018]實(shí)施例5
將44g粘均分子量為8-15萬的聚氨酯粉碎成100-120目的顆粒；在氮?dú)夥諊?，?6g甲苯二異氰酸酯與18g丙酮混合，加入Ig四乙基溴化銨，室溫?cái)嚢?0分鐘，再依次加入4g偶氮二異丁基脒鹽酸鹽、18g 3-氨丙基三甲氧基硅烷，室溫?cái)嚢?0分鐘，然后加入40g聚氨酯顆粒，加熱至60°C，攪拌60分鐘，冷卻至室溫，得3D打印用聚氨酯復(fù)合材料。
[0019]將該材料在40°C進(jìn)行3D打印，成型后材料的密度為0.33g/cm3，拉伸強(qiáng)度為
6.8MPa，收縮率為3.19%，介電常數(shù)為3.3。
【權(quán)利要求】
1.一種3D打印用聚氨酯復(fù)合材料，其特征在于:由下列重量比的原料組成: 聚氨酯40~50%， 3_氣丙基二甲氧基硅烷5 30%, 甲苯二異氰酸酯5~20%， 丙酮15~30%， 四乙基溴化銨廣3%， 偶氮二異丁基脒鹽酸鹽2~5%。
2.一種3D打印用聚氨酯復(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8-15萬的聚氨酯粉碎成100-120目的顆粒； 2)按重量配比稱取原料； 3)在氮?dú)夥諊?，將甲苯二異氰酸酯與丙酮混合，加入四乙基溴化銨，室溫?cái)嚢?0-30分鐘，再依次加入偶氮二異丁基脒鹽酸鹽、3-氨丙基三甲氧基硅烷，室溫?cái)嚢?0-60分鐘，然后加入聚氨酯顆粒，加熱至5(T60°C，攪拌30-60分鐘，冷卻至室溫，得3D打印用聚氨酯復(fù)合材料。
【文檔編號(hào)】C08K5/19GK104177815SQ201410425030
【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