3d打印用聚碳酸酯复合材料及其制备方法
【专利摘要】本发明提供了3D打印用聚碳酸酯复合材料及其制备方法。该聚碳酸酯复合材料的制备方法为将N-氨乙基-Y-氨丙基三乙氧基硅烷与丙烯酸乙酯混合，加入甲基丙烯酸乙酯，再依次加入环糊精、二茂铁甲酸，然后加入聚碳酸酯颗粒，加热搅拌，冷却即可。其中聚碳酸酯的含量为40~50%，N-氨乙基-y-氨丙基三乙氧基硅烷含量为5~20%，丙烯酸乙酯含量为5~20%，甲基丙烯酸乙酯含量为10~30%，环糊精含量为0.5~2%，二茂铁甲酸含量为0.5~2%。本发明制备工艺简单，制备的聚碳酸酯复合材料可在50~701：的温度范围内进行3D打印，不会堵塞3D打印机喷头，可用于汽车制造、医疗器械、航空、航天、电子电器等领<域。
【专利说明】3D打印用聚碳酸酯复合材料及其制备方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于复合材料【技术领域】，涉及一种3D打印用聚碳酸酯复合材料及其制备 方法。
【背景技术】
[0002] 3D打印成型材料种类十分广泛，根据物质类型来分，可以是陶瓷（如氧化铝、氧化 锆、硅酸锆、碳化硅）、金属、塑料、石膏、淀粉、或复合材料等。粉末材料的物质成分和比例对 3D打印成形的精度、强度、表面质量以及成形过程的可靠性有着重要的影响。粉末成分配方 是一个多元系统，除了存在配方材料成分各自对制件性能的主要影响外，还存在各个因素 之间交互效应的影响，是一个多因素、多水平的影响问题。以色列0BJET公司的光固化3D 打印设备使用的是高分子光敏树脂，即FullCure系列丙烯酸酯基光敏树脂，FullCure模型 材料和支持性材料被搅拌在完全密封的材料盒中中提供，这些材料在环境方面安全，无需 皮肤接触。材料的装载与卸载类似于打印机墨盒的流程。因此可以制作外观逼真的模型， 模型材料也可以进行加工、钻孔、镀铬或者用作模具。
[0003] 聚碳酸酯（简称PC)是分子链中含有碳酸酯基的高分子聚合物，根据酯基的结构 可分为脂肪族、芳香族、脂肪族-芳香族等多种类型。其中由于脂肪族和脂肪族-芳香族聚 碳酸酯的机械性能较低，从而限制了其在工程塑料方面的应用。目前仅有芳香族聚碳酸酯 获得了工业化生产。由于聚碳酸酯结构上的特殊性，现已成为五大工程塑料中增长速度最 快的通用工程塑料。
[0004] Stratasys公司发展了以聚碳酸酯为主体的3D打印耗材，采用烙融堆积成型工 艺，用于功能性测试，例如棘轮机构、电动工具、汽车零件等。或者与ABS复合，用于玩具以 及电子产业3D打印。但由于3D打印温度较高，不能用于有机电子器件等需要低温制备的 领域。
【发明内容】
[0005] 本发明属于复合材料【技术领域】，涉及一种3D打印用聚碳酸酯复合材料及其制备 方法。该聚碳酸酯复合材料的制备方法的特征为将N-氨乙基-Y _氨丙基三乙氧基硅烷与 丙烯酸乙酯混合，加入甲基丙烯酸乙酯，室温搅拌，再依次加入环糊精、二茂铁甲酸，室温搅 拌，然后加入聚碳酸酯颗粒，加热搅拌，冷却得3D打印用聚碳酸酯复合材料。本发明制备的 聚碳酸酯复合材料应用领域广泛，包括：汽车制造、医疗器械、航空、航天、电子电器等，特别 适用于需要较低温度的制程工艺。
[0006] 本发明提出的3D打印用聚碳酸酯复合材料，其特征在于： ①由下列重量比的原料组成： 聚碳酸酯 40?50%， N-氨乙基-Y-氨丙基三乙氧基硅烷5?20%， 丙烯酸乙酯 5?20%， 甲基丙烯酸乙酯 1〇?30%， 环糊精 0. 5?2%， 二茂铁甲酸 0.5~2%。
[0007] ②制备步骤如下： 1) 将粘均分子量为10000-40000的聚碳酸酯粉碎成10(Tl20目的颗粒； 2) 按重量配比称取原料； 3) 在氮气氛围下，将N-氨乙基-y -氨丙基三乙氧基硅烷与丙烯酸乙酯混合，加入甲基 丙烯酸乙酯，室温搅拌30~60分钟，再依次加入环糊精、二茂铁甲酸，室温搅拌30~60分钟， 然后加入聚碳酸酯颗粒，加热至4(T60°C，搅拌12(T180分钟，冷却至室温，得3D打印用聚碳 酸酯复合材料。
[0008] 将该材料在5(T70°C进行3D打印，测试成型后材料的密度、拉伸强度、收缩率及介 电常数。
[0009] 本发明的优点在于：（1)将聚碳酸酯制成KKT120目的微小颗粒，使聚碳酸酯与 N-氨乙基-Y _氨丙基三乙氧基硅烷、丙烯酸乙酯、甲基丙烯酸乙酯等复合，添加环糊精、 二茂铁甲酸等辅助剂，配置成具有一定粘度的复合材料，在5(T70°C的温度范围内进行3D 打印，复合材料固化成型，得3D打印产品，可用于有机电致发光器件、有机场效应晶体管器 件、有机太阳能电池等的制备。（2)本发明制备的3D打印材料是一种流体材料，打印过程不 会堵塞3D打印机喷头，适用于现有的多数3D打印机。（3)制备工艺简单，生产成本低，便于 推广和应用。
[0010] 本发明制备的复合材料可制成各种功能性的薄膜、涂层和复合材料，在有机显示 及可穿戴电子产品等领域获得应用，市场前景广阔。
【具体实施方式】
[0011] 下面通过实施例进一步描述本发明 实施例1 将50g粘均分子量为10000-40000的聚碳酸酯粉碎成KKT120目的颗粒；在氮气氛围 下，将5g N-氨乙基-Y-氨丙基三乙氧基硅烷与20g丙烯酸乙酯混合，加入2g环糊精，室 温搅拌60分钟，再依次加入2g二茂铁甲酸、21g甲基丙烯酸乙酯，室温搅拌60分钟，然后加 入50g聚碳酸酯颗粒，加热至60°C，搅拌180分钟，冷却至室温，得3D打印用聚碳酸酯复合 材料。
[0012] 将该材料在70°C进行3D打印，成型后材料的密度为1.22g/cm3,拉伸强度为 78MPa，收缩率为0. 88%，介电常数为3. 0。
[0013] 实施例2 将40g粘均分子量为10000-40000的聚碳酸酯粉碎成KKT120目的颗粒；在氮气氛围 下，将20g N-氨乙基-Y-氨丙基三乙氧基硅烷与19g丙烯酸乙酯混合，加入0.5g环糊精， 室温搅拌30分钟，再依次加入0. 5g二茂铁甲酸、20g甲基丙烯酸乙酯，室温搅拌30分钟，然 后加入40g聚碳酸酯颗粒，加热至40°C，搅拌120分钟，冷却至室温，得3D打印用聚碳酸酯 复合材料。
[0014] 将该材料在50°C进行3D打印，成型后材料的密度为1.20g/cm3,拉伸强度为 lOIMPa，收缩率为0. 88%，介电常数为3. 0。
[0015] 实施例3 将40g粘均分子量为10000-40000的聚碳酸酯粉碎成KKT120目的颗粒；在氮气氛围 下，将8g N-氨乙基-Y-氨丙基三乙氧基硅烷与20g丙烯酸乙酯混合，加入lg环糊精，室 温搅拌30分钟，再依次加入lg二茂铁甲酸、30g甲基丙烯酸乙酯，室温搅拌40分钟，然后加 入40g聚碳酸酯颗粒，加热至50°C，搅拌150分钟，冷却至室温，得3D打印用聚碳酸酯复合 材料。
[0016] 将该材料在60°C进行3D打印，成型后材料的密度为1.26g/cm3,拉伸强度为 84MPa，收缩率为1. 08%，介电常数为3. 2。
[0017] 实施例4 将50g粘均分子量为10000-40000的聚碳酸酯粉碎成KKT120目的颗粒；在氮气氛围 下，将20g N-氨乙基-Y-氨丙基三乙氧基硅烷与16g丙烯酸乙酯混合，加入2g环糊精，室 温搅拌50分钟，再依次加入2g二茂铁甲酸、10g甲基丙烯酸乙酯，室温搅拌40分钟，然后加 入50g聚碳酸酯颗粒，加热至50°C，搅拌150分钟，冷却至室温，得3D打印用聚碳酸酯复合 材料。
[0018] 将该材料在70°C进行3D打印，成型后材料的密度为1.21g/cm3,拉伸强度为 89MPa，收缩率为1. 13%，介电常数为3.0。
[0019] 实施例5 将45g粘均分子量为10000-40000的聚碳酸酯粉碎成KKT120目的颗粒；在氮气氛围 下，将20g N-氨乙基-Y-氨丙基三乙氧基硅烷与5g丙烯酸乙酯混合，加入1.5g环糊精， 室温搅拌60分钟，再依次加入0. 5g二茂铁甲酸、28g甲基丙烯酸乙酯，室温搅拌30分钟，然 后加入45g聚碳酸酯颗粒，加热至55°C，搅拌160分钟，冷却至室温，得3D打印用聚碳酸酯 复合材料。
[0020] 将该材料在50°C进行3D打印，成型后材料的密度为1. 18g/cm3,拉伸强度为 81MPa，收缩率为1. 19%，介电常数为2. 8。
【权利要求】
1. 一种3D打印用聚碳酸酯复合材料，其特征在于：由下列重量比的原料组成： 聚碳酸酯 40?50%， N-氨乙基-Y-氨丙基三乙氧基硅烷5?20%， 丙烯酸乙酯 5?20%， 甲基丙烯酸乙酯 1〇?30%， 环糊精 0. 5?2%， 二茂铁甲酸 0.5~2%。
2. -种如权利要求1所述的3D打印用聚碳酸酯复合材料的制备方法，其特征在于：其 步骤如下： 1) 将粘均分子量为10000-40000的聚碳酸酯粉碎成10(Tl20目的颗粒； 2) 按重量配比称取原料； 3) 在氮气氛围下，将N-氨乙基-y -氨丙基三乙氧基硅烷与丙烯酸乙酯混合，加入甲基 丙烯酸乙酯，室温搅拌3(T60分钟，再依次加入环糊精、二茂铁，室温搅拌3(T60分钟，然后 加入聚碳酸酯颗粒，加热至4(T60°C，搅拌12(T180分钟，冷却至室温，得3D打印用聚碳酸酯 复合材料。
【文档编号】C09D4/06GK104212148SQ201410424262
【公开日】2014年12月17日 申请日期:2014年8月26日 优先权日:2014年8月26日
【发明者】蓝碧健 申请人:太仓碧奇新材料研发有限公司