本發(fā)明屬于新材料，具體提供一種包括高分散高補(bǔ)強(qiáng)白炭黑的3d打印硅橡膠墨水及其制備方法和用途。

背景技術(shù)：

1、硅橡膠在可穿戴設(shè)備、軟機(jī)器人、生物醫(yī)療設(shè)備等領(lǐng)域已激起廣泛的研究關(guān)注。擠出式3d打印是制備硅橡膠的一項(xiàng)革命性技術(shù)。通過計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)進(jìn)行產(chǎn)品制造，3d打印所得的硅橡膠有望具備各類復(fù)雜結(jié)構(gòu)，以實(shí)現(xiàn)定制化生產(chǎn)，獲得高水平性能。但是與利用模具成型的傳統(tǒng)平板硫化技術(shù)不同，適用于熱固化硅橡膠的3d打印技術(shù)要求采用一種同時(shí)具有觸變性與自支撐能力的硅橡膠墨水，即要求該硅橡膠墨水僅在打印針頭的剪切作用下穩(wěn)定流出，落于打印平臺(tái)后在熱固化前具有高形狀保真度。

2、對(duì)此，已有的做法是將有機(jī)硅觸變劑與液體硅橡膠混合后提高液體硅橡膠的觸變性，滿足無模具封裝等具體應(yīng)用場合的要求。然而，有機(jī)硅觸變劑難以實(shí)現(xiàn)對(duì)硅橡膠力學(xué)性能的增強(qiáng)。對(duì)此，無機(jī)功能填料的引入對(duì)于硅橡膠的流變性能和力學(xué)性能的調(diào)控具有重要意義。同時(shí)，硅橡膠的功能水平也高度依賴于無機(jī)功能填料的高填充。

3、但是，高填充易引發(fā)功能填料團(tuán)聚的問題，導(dǎo)致打印針頭堵塞，且破壞硅橡膠的力學(xué)強(qiáng)度?，F(xiàn)有的研究工作嘗試采用回填法來規(guī)避功能填料在硅橡膠基體中的團(tuán)聚問題，即先用含有功能填料的墨水進(jìn)行打印，將打印結(jié)構(gòu)冷凍干燥后，把硅橡膠回填到功能填料的骨架上。然而，這一策略嚴(yán)重限制了打印結(jié)構(gòu)的復(fù)雜性和多樣性，生產(chǎn)過程繁瑣，增加能源消耗。因此，如何設(shè)計(jì)一種兼具可打印性和優(yōu)良力學(xué)性能的3d打印硅橡膠墨水，實(shí)現(xiàn)其與各種功能填料的兼容，是3d打印硅橡膠向多功能化發(fā)展所面臨的關(guān)鍵問題。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、為了改善現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明提供一種包括高分散高補(bǔ)強(qiáng)白炭黑的3d打印硅橡膠墨水及其制備方法和用途。本發(fā)明提供的3d打印硅橡膠墨水包括高分散高補(bǔ)強(qiáng)白炭黑和低增稠白炭黑，所述高分散高補(bǔ)強(qiáng)白炭黑和低增稠白炭黑的組合使用能夠使得所述3d打印硅橡膠墨水同時(shí)具備觸變性和自支撐能力，并具有能夠兼容高質(zhì)量份數(shù)功能填料的特性，應(yīng)用所述3d打印硅橡膠墨水能夠獲得力學(xué)性能優(yōu)異的3d打印硅橡膠。所述3d打印硅橡膠墨水的制備方法簡單、制備成本低、獲得的3d打印硅橡膠的力學(xué)性能優(yōu)異，有助于實(shí)現(xiàn)3d打印硅橡膠的量產(chǎn)制備，滿足熱管理彈性體、阻尼減震彈性體等多領(lǐng)域的應(yīng)用需求。

2、本發(fā)明目的是通過如下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的：

3、一種3d打印硅橡膠墨水，所述3d打印硅橡膠墨水包括高分散高補(bǔ)強(qiáng)白炭黑和低增稠白炭黑；

4、其中，所述高分散高補(bǔ)強(qiáng)白炭黑選自表面含羥基的親水性白炭黑；所述高分散高補(bǔ)強(qiáng)白炭黑的原生粒子為無規(guī)細(xì)小沙礫狀，所述原生粒子構(gòu)成支狀二級(jí)填料結(jié)構(gòu)，所述支狀二級(jí)填料結(jié)構(gòu)的尺寸為0.2-1μm；

5、所述低增稠白炭黑的原生粒子的粒徑為5-30nm，所述原生粒子形成聚集體，所述聚集體的長度為60-500nm，所述聚集體為扁平狀結(jié)構(gòu)，所述扁平狀結(jié)構(gòu)的厚度和長度比為1:8-1:20。

6、本發(fā)明的有益效果：

7、(1)本發(fā)明從功能填料的理化性質(zhì)的調(diào)控出發(fā)，通過將高分散高補(bǔ)強(qiáng)白炭黑引入到硅橡膠基體中，由于高分散高補(bǔ)強(qiáng)白炭黑的高分散特性，使得所述3d打印硅橡膠墨水中加入極小質(zhì)量份數(shù)的高分散高補(bǔ)強(qiáng)白炭黑即可賦予3d打印硅橡膠墨水觸變性，同時(shí)引入的低增稠白炭黑能夠給3d打印硅橡膠墨水提供自支撐能力；本發(fā)明還通過控制填料組分調(diào)控3d打印硅橡膠墨水的流變性能，實(shí)現(xiàn)了熱固化型硅橡膠在擠出式3d打印過程中的可打印性，為3d打印硅橡膠墨水的組分設(shè)計(jì)提供了可行方案。

8、(2)本發(fā)明提供的包括高分散高補(bǔ)強(qiáng)白炭黑和低增稠白炭黑的3d打印硅橡膠墨水不僅兼?zhèn)溆|變性與對(duì)打印結(jié)構(gòu)的定型能力，同時(shí)還能夠?qū)崿F(xiàn)高質(zhì)量份數(shù)功能填料的加載，有利于多功能硅橡膠的高效和批量制備。利用所述3d打印硅橡膠墨水制備的3d打印硅橡膠可以在具備高導(dǎo)熱系數(shù)的基礎(chǔ)上，進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)高斷裂伸長率和高抗張強(qiáng)度，克服了硅橡膠基體力學(xué)強(qiáng)度不佳的問題，能夠滿足熱管理或阻尼減震領(lǐng)域等產(chǎn)品對(duì)力學(xué)性能的需求。

9、(3)相比于光固化硅橡膠而言，本發(fā)明的熱固化型硅橡膠在3d打印硅橡膠墨水的組成的選擇上不受限于光固化型高分子和對(duì)光源透明的填料，無需引入可能導(dǎo)致硅橡膠力學(xué)性能下降、且具有潛在生物毒性的光引發(fā)劑，具有很高的材料適應(yīng)性，有利于實(shí)現(xiàn)硅橡膠彈性體多功能化與力學(xué)強(qiáng)度的同步提升。

技術(shù)特征：

1.一種3d打印硅橡膠墨水，其中，所述3d打印硅橡膠墨水包括高分散高補(bǔ)強(qiáng)白炭黑和低增稠白炭黑；

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的3d打印硅橡膠墨水，其中，所述3d打印硅橡膠墨水還包括液體硅橡膠和固化劑。

3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的3d打印硅橡膠墨水，其中，所述3d打印硅橡膠墨水還包括功能填料。

4.根據(jù)權(quán)利要求1-3任一項(xiàng)所述的3d打印硅橡膠墨水，其中，所述高分散高補(bǔ)強(qiáng)白炭黑具有支狀二級(jí)填料結(jié)構(gòu)；所述支狀二級(jí)填料結(jié)構(gòu)是由原生粒子構(gòu)成的，所述原生粒子具有無規(guī)細(xì)小沙礫狀結(jié)構(gòu)，所述原生粒子的粒徑為5-15nm。

5.權(quán)利要求1-4任一項(xiàng)所述的3d打印硅橡膠墨水的制備方法，所述方法包括如下步驟：

6.一種3d打印硅橡膠，其中，所述3d打印硅橡膠是通過權(quán)利要求1-4任一項(xiàng)所述的3d打印硅橡膠墨水制備得到的。

7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的3d打印硅橡膠，其中，所述3d打印硅橡膠是通過權(quán)利要求1-4任一項(xiàng)所述的3d打印硅橡膠墨水經(jīng)過3d打印制備得到的。

8.一種3d打印硅橡膠，所述3d打印硅橡膠的制備原料包括權(quán)利要求1-4任一項(xiàng)所述的3d打印硅橡膠墨水。

9.權(quán)利要求6-8任一項(xiàng)所述的3d打印硅橡膠的制備方法，所述方法包括如下步驟：

10.權(quán)利要求6-8任一項(xiàng)所述的3d打印硅橡膠的用途，其用于熱管理或阻尼減震領(lǐng)域。

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明提供一種包括高分散高補(bǔ)強(qiáng)白炭黑的3D打印硅橡膠墨水及其制備方法和用途。本發(fā)明提供的3D打印硅橡膠墨水包括高分散高補(bǔ)強(qiáng)白炭黑和低增稠白炭黑，所述高分散高補(bǔ)強(qiáng)白炭黑和低增稠白炭黑的組合使用能夠使得所述3D打印硅橡膠墨水同時(shí)具備觸變性和自支撐能力，并具有能夠兼容高功能填料的特性，應(yīng)用所述3D打印硅橡膠墨水能夠獲得力學(xué)性能優(yōu)異的3D打印硅橡膠。所述3D打印硅橡膠墨水的制備方法簡單、制備成本低、獲得的3D打印硅橡膠的力學(xué)性能優(yōu)異，有助于實(shí)現(xiàn)3D打印硅橡膠的量產(chǎn)制備，滿足熱管理彈性體、阻尼減震彈性體等多領(lǐng)域的應(yīng)用需求。

技術(shù)研發(fā)人員：譚龍飛,譚君蕊,孟憲偉,吳瓊
受保護(hù)的技術(shù)使用者：中國科學(xué)院理化技術(shù)研究所
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2025/1/6