一種用于3d打印的保溫隔熱材料及其制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于3D打印制造領(lǐng)域，具體涉及一種用于3D打印的保溫隔熱材料及其制備 方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 3D打印技術(shù)是制造業(yè)領(lǐng)域的一項(xiàng)新興技術(shù)，有著巨大的發(fā)展前景，但是耗材卻成 了目前制約3D打印技術(shù)廣泛應(yīng)用的關(guān)鍵因素，而保溫材料作為3D打印耗材的一種，更是有 待發(fā)掘。
[0003] 中國(guó)專利公開(kāi)號(hào)為CN104177815A公開(kāi)了 3D打印用聚氨酯復(fù)合材料及其制備方法， 該方法將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?異丁基脒鹽酸鹽、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。該方法制備的3D打印用聚氨酯復(fù)合材料具有制備工藝簡(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，但是該方法并沒(méi)有很好的 利用聚氨酯優(yōu)良的低導(dǎo)熱和保溫作用。
[0004] 中國(guó)專利公開(kāi)號(hào)為CN102875109A公開(kāi)了改性珍珠巖保溫板及其制備方法，該方法 利用硅微粉1-3份;硅溶膠3-6份;成膜助劑0.5-1.5份;水玻璃55-70份;憎水劑4-6份;膨脹 珍珠巖80份；固化劑1-2份，以硅溶膠改性珍珠巖為保溫功能骨料、水玻璃為粘合劑制得改 性珍珠巖保溫板，該方法制得的改性珍珠巖保溫板具有保溫性能好、高度防水、力學(xué)性能優(yōu) 異且防火阻燃性能好的特點(diǎn)，但是該方法無(wú)法運(yùn)用到3D打印技術(shù)中。
[0005] 中國(guó)專利公開(kāi)號(hào)為CN 102241904A公開(kāi)了一種添加開(kāi)孔珍珠巖的水性膨脹型聚氨 酯/醋丙防火涂料，該方法將熱固性的聚氨酯-丙烯酸酯乳液和熱塑性的醋丙乳液復(fù)配為成 膜物、聚磷酸銨為酸源、白糖為碳源、雙氰胺和磷酸氫二銨為氣源、珍珠巖為阻燃協(xié)助劑，充 分研磨后制備得水性膨脹型防火涂料。該方法制備的開(kāi)孔珍珠巖的水性膨脹型聚氨酯/醋 丙防火涂料具有防火隔熱效果好，泡孔力學(xué)性能提高，但是僅適用于防火涂料。
[0006] 目前，保溫材料主要分為有機(jī)保溫材料和無(wú)機(jī)保溫材料，相比于有機(jī)保溫材料，無(wú) 機(jī)保溫材料的導(dǎo)熱系數(shù)偏大，保溫效果較差，但是防火阻燃、變形系數(shù)小、抗老化、性能穩(wěn) 定，而且使用壽命長(zhǎng);有機(jī)保溫材料的導(dǎo)熱系數(shù)小，保溫效果良好，但是易燃燒，一旦發(fā)生火 災(zāi)，會(huì)加快火勢(shì)蔓延，并伴有大量毒氣排出，另外，有機(jī)保溫材料不耐老化、變形系數(shù)大、穩(wěn) 定性和安全性差。因此，開(kāi)發(fā)一種既有有機(jī)保溫材料的低導(dǎo)熱系數(shù)，又有無(wú)機(jī)保溫材料防火 阻燃性能的3D打印復(fù)合保溫隔熱材料來(lái)彌補(bǔ)現(xiàn)有3D保溫材料的不足，對(duì)促進(jìn)3D打印技術(shù)的 發(fā)展具有重要意義。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007] 本發(fā)明目的：為了克服現(xiàn)有技術(shù)中存在的不足，本發(fā)明提供一種用于3D打印技術(shù) 的保溫隔熱材料及其制備方法。
[0008] 本發(fā)明采用的技術(shù)方案:為了解決上述問(wèn)題，提供了一種用于3D打印的保溫復(fù)合 材料，由包含珍珠巖和聚氨酯的以下材料組成： 珍珠巖 50-80 聚氨酯 20-40 乙醇 10-20 硬脂酸 1.0-1.2 羥基丁晴橡膠 0.8-1.0 鈦酸酯偶聯(lián)劑 0.5-0.8 即由珍珠巖、聚氨酯、乙醇、硬脂酸、羥基丁晴橡膠、鈦酸酯偶聯(lián)劑組成，珍珠巖作為保 溫材料，具有防火阻燃、變形系數(shù)小、抗老化、性能穩(wěn)定、使用壽命長(zhǎng)，但是導(dǎo)熱系數(shù)偏大，保 溫效果較差;聚氨酯作為保溫材料，相比于普通有機(jī)保溫材料，具有良好的阻燃性和低煙霧 性，在火中不燃燒、不熔化，無(wú)滴落物，而且毒性氣體很少，是公認(rèn)的最有發(fā)展前途的新型保 溫隔熱材料;但聚氨酯的韌性差、脆性大，易掉粉、掉渣，使得聚氨酯的應(yīng)用受到限制。將珍 珠巖和聚氨酯混合制成用于3D打印的保溫隔熱材料，既克服了聚氨酯保溫材料韌性差、脆 性大，易掉粉、掉渣的缺點(diǎn)，又具備珍珠巖保溫材料的防火阻燃的特點(diǎn)和聚氨酯保溫材料的 低導(dǎo)熱系數(shù)，而且成本低廉，化學(xué)穩(wěn)定性、熱穩(wěn)定性和加工熱塑性好，非常適用于3D打印技 術(shù)中。
[0009] 進(jìn)一步地，所述珍珠巖為玻化閉孔，內(nèi)部多孔的球形珍珠巖，粒徑介于20微米和40 微米之間，在由鈦酸酯偶聯(lián)劑和乙醇組成的混合溶液中混合攪拌改性制得。
[0010] 進(jìn)一步地，所述聚氨酯為聚酯型硬質(zhì)聚氨酯。
[0011] 上述的用于3D打印的保溫隔熱材料的制備方法，包括以下步驟： (1) 將重量份為50-80的珍珠巖加入由重量份為0.5-0.8的鈦酸酯偶聯(lián)劑和重量份為 10 - 2 0的乙醇組成的混合溶液中，經(jīng)高速攪拌機(jī)中混合攪拌改性，攪拌機(jī)轉(zhuǎn)速為5 0 0 -I OOOrpm，攪拌溫度120-160°C，攪拌時(shí)間1小時(shí)； (2) 將步驟(1)所得的珍珠巖進(jìn)行抽濾，抽濾后的珍珠巖放入烘箱中干燥30分鐘； (3) 將步驟(2)所得的珍珠巖和重量份為1.0-1.2的硬脂酸，以及重量份為0.8-1.0的羥 基丁晴橡膠，加入加熱溫度190°C下熔融的聚氨酯中，聚氨酯的重量份數(shù)為20-40;加入過(guò)程 中混合攪拌，攪拌器轉(zhuǎn)速為180-300rpm，混合時(shí)間30分鐘； (4) 將步驟(3)所得的聚氨酯復(fù)合材料送入長(zhǎng)徑比為36:1的雙螺桿擠出機(jī)中擠出造粒， 擠出機(jī)轉(zhuǎn)速為90_120rpm，擠出機(jī)各段溫度為:加料段190-200°C、熔融段200-205°C、混煉段 205-215°C、排氣段215-205°C、均化段205-195°C;制得所需用于3D打印的保溫隔熱材料。
[0012] 本發(fā)明的原理:利用鈦酸酯偶聯(lián)劑對(duì)珍珠巖進(jìn)行改性，解決珍珠巖在聚氨酯中分 散性差的特點(diǎn)，再加入潤(rùn)滑劑硬脂酸和增韌劑羥基丁晴橡膠與熔融的聚氨酯混合擠出造 粒，結(jié)合珍珠巖和聚氨酯的優(yōu)點(diǎn)，克服了聚氨酯保溫材料韌性差、脆性大，易掉粉、掉渣的缺 點(diǎn)，又具備珍珠巖保溫材料的防火阻燃的特點(diǎn)和聚氨酯保溫材料的低導(dǎo)熱系數(shù)。另一方面 利用聚氨酯的熱塑加工性和熔融狀態(tài)下的流動(dòng)性，使得制得的3D打印保溫隔熱材料在加熱 狀態(tài)下具備流動(dòng)性，冷卻狀態(tài)下也可以快速固化成型，完全滿足熔融沉積和3D打印的要求。 在利用熔融沉積3D打印設(shè)備打印該保溫隔熱材料時(shí)，位于打印頭的加熱設(shè)備可以使材料熔 融從而具備流動(dòng)性;在材料打印離開(kāi)打印頭后，環(huán)境溫度下降，材料中的聚氨酯快速冷卻固 化成型。
[0013] 本發(fā)明突出特點(diǎn)和有益效果在于： (1)主要利用聚氨酯和改性后的珍珠巖，使用于3D打印的保溫隔熱材料具有低導(dǎo)熱系 數(shù)和防火阻燃的特點(diǎn)，并使3D打印制品尺寸更加精確。
[0014] (2)能夠讓熔融沉積3D打印設(shè)備制成保溫隔熱材料三維結(jié)構(gòu)產(chǎn)品，所述的用于3D 打印的保溫隔熱材料及其制備方法豐富了 3D打印材料種類，拓展了 3D打印應(yīng)用領(lǐng)域。
[0015] (3)本發(fā)明生產(chǎn)工藝簡(jiǎn)單，成本低廉，安全環(huán)保，具有較高的市場(chǎng)應(yīng)用前景。
[0016]表一本發(fā)明性能導(dǎo)熱性能對(duì)比。

【具體實(shí)施方式】
[0017] 下面根據(jù)具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作更進(jìn)一步的說(shuō)明，以下所述僅是本發(fā)明的優(yōu)選實(shí) 施方式，在相同原理下，可以做出部分改進(jìn)，這些改進(jìn)也屬于本發(fā)明的保護(hù)范圍內(nèi)： 實(shí)施例1: 一種用于3D打印的保溫隔熱材料： (1) 將重量份為50的珍珠巖加入由重量份為0.5的鈦酸酯偶聯(lián)劑和重量份為10的乙醇 組成的混合溶液中，經(jīng)高速攪拌機(jī)中混合攪拌改性，攪拌機(jī)轉(zhuǎn)速為600rpm，攪拌溫度140°C， 攪拌時(shí)間1小時(shí)； (2) 將步驟(1)所得的珍珠巖進(jìn)行抽濾，抽濾后的珍珠巖放入烘箱中干燥30分鐘； (3) 將步驟(2)所得的珍珠巖和重量份為1.0的硬脂酸，以及重量份為0.8-1.0的羥基丁 晴橡膠，加入加熱溫度190°C下熔融的聚氨酯