3d打印用聚酰亚胺复合材料及其制备方法
【专利摘要】本发明提供了3D打印用聚酰亚胺复合材料及其制备方法。该聚酰亚胺复合材料的制备方法为将γ-巯丙基甲基二甲氧基硅烷与丙烯酸丁酯混合，加入甲基丙烯酸甲酯，室温搅拌，再依次加入甲基丙烯酸十八醇酯、二茂铁，室温搅拌，然后加入聚酰亚胺颗粒，加热搅拌，冷却即可。其中聚酰亚胺的含量为40~50%，γ-巯丙基甲基二甲氧基硅烷含量为5~20%，丙烯酸丁酯含量为5~20%，甲基丙烯酸甲酯含量为10~30%，甲基丙烯酸十八醇酯含量为0.5~2%，二茂铁含量为0.5~2%。本发明制备工艺简单，制备的聚酰亚胺复合材料可在60~80℃的温度范围内进行3D打印，不会堵塞3D打印机喷头，克服了聚酰亚胺难以用于3D打印的缺点。
【专利说明】3D打印用聚酰亚胺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打印用聚酰亚胺复合材料及其制备方法。
【背景技术】
[0002]制约3D打印技术发展因素主要有两个:打印材料和设备。与设备的研发相比，材料的研发难度更大。3D打印技术本身并不复杂，但可用的耗材却是个难点。普通打印机的耗材就是墨水和纸张，但3D打印机的耗材却主要是胶水、高分子材料，而且必须经过特殊处理，对材料的固化反应速度等也要求很高。不同的3D打印技术对成型材料有不同的要求，但是均要有利于快速精确的成型，成型材料决定了快速成型技术的成败，因此需要花大量心思进行研究开发，以求各方面达到性能所需。3D打印材料种类繁多,有各种分类方式，可按物理状态、化学性能、材料成型方法等角度分类。根据成型过程中使用的材料可将三维快速成型打印技术分为三种:粘接材料、熔融材料和光固化三维快速成型打印材料。
[0003]聚酰亚胺是指主链上含有酰亚胺环(-C0-NH-C0-)的一类聚合物，其中以含有酞酰亚胺结构的聚合物最为重要。聚酰亚胺作为一种特种工程材料，已广泛应用在航空、航天、微电子、纳米、液晶、分离膜、激光等领域。近来，各国都在将聚酰亚胺的研究、开发及利用列入21世纪最有希望的工程塑料之一。聚酰亚胺，因其在性能和合成方面的突出特点，不论是作为结构材料或是作为功能性材料，其巨大的应用前景已经得到充分的认识。
[0004]目前，以聚酰亚胺为主体的3D打印耗材尚不多见，主要是聚酰亚胺的熔点在400°C以上，难以应用熔融堆积成型工艺。另一方面，聚酰亚胺几乎不溶于有机溶剂，极大的限制了其在3D打印中的应用。3D打印技术目前无法大规模推广和应用，主要限制于3D打印材料。目前用于3D打印的材料种类还比较少，无法满足差别化工业应用的要求。
【发明内容】
[0005]本发明属于复合材料【技术领域】，涉及一种3D打印用聚酰亚胺复合材料及其制备方法。该聚酰亚胺复合材料的制备方法的特征为将Y-巯丙基甲基二甲氧基硅烷与丙烯酸丁酯混合，加入甲基丙烯酸甲酯，室温搅拌，再依次加入甲基丙烯酸十八醇酯、二茂铁，室温搅拌，然后加入聚酰亚胺颗粒，加热搅拌，冷却得3D打印用聚酰亚胺复合材料。本发明制备的聚酰亚胺复合材料应用领域广泛，包括=TFT-LCD及未来的铁电液晶显示器的取向剂材料，无源或有源波导材料光学开关材料，在微电子器件中用作介电层的绝缘材料，有机电子器件的功能层材料等。
[0006]本发明提出的3D打印用聚酰亚胺复合材料，其特征在于:
①由下列重量比的原料组成:
聚酰亚胺40~50%，
Y-巯丙基甲基二甲氧基硅烷 5~20%，
丙烯酸丁酯5~20%，甲基丙烯酸甲酯10~30%，
甲基丙烯酸十八醇酯0.5?,
二茂铁0.5~2%。
[0007]②制备步骤如下:
1)将重均分子量为30000-80000的聚酰亚胺粉碎成100~120目的颗粒；
2)按重量配比称取原料；
3)在氮气氛围下，将Y-巯丙基甲基二甲氧基硅烷与丙烯酸丁酯混合，加入甲基丙烯酸甲酯，室温搅拌30-60分钟，再依次加入甲基丙烯酸十八醇酯、二茂铁，室温搅拌30-60分钟，然后加入聚酰亚胺颗粒，加热至5(T60°C，搅拌120-180分钟，冷却至室温，得3D打印用聚酰亚胺复合材料。
[0008]将该材料在6(T80°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)将聚酰亚胺制成100-120目的微小颗粒，利用溶胶凝胶法制备复合材料，将聚酰亚胺与Y-巯丙基甲基二甲氧基硅烷、丙烯酸丁酯、甲基丙烯酸甲酯等复合，添加甲基丙烯酸十八醇酯、二茂铁等辅助剂，配置成具有一定粘度的复合材料，在60-80 V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。(2 )本发明制备的3D打印材料是一种胶状流体材料，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，在有机电致发光器件、有机电存储器件、有机晶体管器件以及液晶显示等领域获得应用，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。
[0012]实施例1
将40g重均分子量为30000-80000的聚酰亚胺粉碎成100~120目的颗粒；在氮气氛围下，将20g Y -巯丙基甲基二甲氧基硅烷与19g丙烯酸丁酯混合，加入0.5g甲基丙烯酸十八醇酯，室温放置30分钟，再依次加入0.5g 二茂铁、20g甲基丙烯酸甲酯，室温搅拌30分钟，然后加入40g聚酰亚胺颗粒，加热至50°C，搅拌120分钟，冷却至室温，得3D打印用聚酰亚胺复合材料。
[0013]将该材料在60°C进行3D打印，成型后材料的密度为1.43g/cm3，拉伸强度为1lMPa,收缩率为0.58%，介电常数为3.4。
[0014]实施例2
将50g重均分子量为30000-80000的聚酰亚胺粉碎成100~120目的颗粒；在氮气氛围下，将5g Y-巯丙基甲基二甲氧基硅烷与20g丙烯酸丁酯混合，加入2g甲基丙烯酸十八醇酯，室温放置60分钟，再依次加入Ig 二茂铁、22g甲基丙烯酸甲酯，室温搅拌60分钟，然后加入50g聚酰亚胺颗粒，加热至60°C，搅拌180分钟，冷却至室温，得3D打印用聚酰亚胺复合材料。
[0015]将该材料在80°C进行3D打印，成型后材料的密度为1.40g/cm3，拉伸强度为113MPa，收缩率为0.88%，介电常数为3.1。
[0016]实施例3
将50g重均分子量为30000-80000的聚酰亚胺粉碎成100~120目的颗粒；在氮气氛围下，将12g Y-巯丙基甲基二甲氧基硅烷与5g丙烯酸丁酯混合，加入Ig甲基丙烯酸十八醇酯，室温放置60分钟，再依次加入2g 二茂铁、30g甲基丙烯酸甲酯，室温搅拌45分钟，然后加入50g聚酰亚胺颗粒，加热至55°C，搅拌160分钟，冷却至室温，得3D打印用聚酰亚胺复合材料。
[0017]将该材料在70°C进行3D打印，成型后材料的密度为1.47g/cm3，拉伸强度为120MPa，收缩率为0.99%，介电常数为2.9。
[0018]实施例4
将45g重均分子量为30000-80000的聚酰亚胺粉碎成100~120目的颗粒；在氮气氛围下，将17g Y-巯丙基甲基二甲氧基硅烷与15g丙烯酸丁酯混合，加入Ig甲基丙烯酸十八醇酯，室温放置40分钟，再依次加入2g 二茂铁、20g甲基丙烯酸甲酯，室温搅拌50分钟，然后加入45g聚酰亚胺颗粒，加热至50°C，搅拌150分钟，冷却至室温，得3D打印用聚酰亚胺复合材料。
[0019]将该材料在70°C进行3D打印，成型后材料的密度为1.42g/cm3，拉伸强度为102MPa，收缩率为0.79%，介电常数为3.5。
[0020]实施例5
将46g重均分子量为30000-80000的聚酰亚胺粉碎成100~120目的颗粒；在氮气氛围下，将15g Y-巯丙基甲基二甲氧基硅烷与15g丙烯酸丁酯混合，加入2g甲基丙烯酸十八醇酯，室温放置30分钟，再依次加入2g 二茂铁、20g甲基丙烯酸甲酯，室温搅拌60分钟，然后加入46g聚酰亚胺颗粒，加热至60°C，搅拌180分钟，冷却至室温，得3D打印用聚酰亚胺复合材料。
[0021]将该材料在60°C进行3D打印，成型后材料的密度为1.38g/cm3，拉伸强度为99MPa，收缩率为0.82%，介电常数为3.6。
【权利要求】
1.一种3D打印用聚酰亚胺复合材料，其特征在于:由下列重量比的原料组成: 聚酰亚胺40~50%， Y-巯丙基甲基二甲氧基硅烷 5~20%， 丙烯酸丁酯5~20%， 甲基丙烯酸甲酯10~30%， 甲基丙烯酸十八醇酯0.5?, 二茂铁0.5~2%。
2.一种如权利要求1所述的3D打印用聚酰亚胺复合材料的制备方法，其特征在于:其步骤如下: 1)将重均分子量为30000-80000的聚酰亚胺粉碎成100~120目的颗粒； 2)按重量配比称取原料； 3)在氮气氛围下，将Y-巯丙基甲基二甲氧基硅烷与丙烯酸丁酯混合，加入甲基丙烯酸甲酯，室温搅拌30-60分钟，再依次加入甲基丙烯酸十八醇酯、二茂铁，室温搅拌30-60分钟，然后加入聚酰亚胺颗粒，加热至5(T60°C，搅拌120-180分钟，冷却至室温，得3D打印用聚酰亚胺复合材 料。
【文档编号】C08K5/56GK104177749SQ201410425027
【公开日】2014年12月3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