一种摩擦学性能可调的梯度材料及制备方法与流程

本发明涉及梯度材料，更具体涉及一种摩擦学性能可调的梯度材料及制备方法。

背景技术：

1、目前制造梯度材料的方法都是对两种或两种以上材料进行设计，分别成型后进行组装。这中方法虽然能制造出梯度材料，但是在拼接处的粘合力差等问题会造成材料在实际应用过程中的易损而失去应用价值，并且这种先将材料成型后对材料进行后处理的方法不仅无法精准调控，而且操作繁琐、对制品的透明度产生影响。实现无接缝的梯度材料的一次成型则是目前应用的重点与难点。

2、3d打印，也称为增材制造，是根据所设计的3d模型，通过3d打印设备逐层增加材料来制造三维产品的技术。与传统制造技术相比，3d打印不必事先制造模具，不必在制造过程中去除大量的材料，也不必通过复杂的锻造工艺就可以得到最终产品，因此，在生产上可以实现结构优化、节约材料和节省能源。目前，3d打印技术常用于新产品开发、快速单件及小批量零件制造、复杂形状零件的制造、模具的设计与制造等，也适合于难加工材料的制造、外形设计检查、装配检验和快速反求工程等。3d打印这种基于材料堆积法的高新制造技术受到了国内外越来越广泛的关注，将促成一种新型的生产方式，具有广阔的发展前景。

3、在3d打印技术中，光固化3d打印技术最主要的就是sla(stereolithographyapparatus)、dlp(digital light processing)、以及由此发展出来的clip(continuousliquid interface production)技术，光固化3d打印适合打印精度要求高、表面质量好、细节精细的模型或产品。光固化3d打印是当前工业领域使用最广泛的3d打印技术。目前，应用于光固化3d打印的材料是光敏树脂，包括环氧树脂、酚醛树脂、丙烯酸树脂、氨基树脂、聚醚砜树脂、氟碳树脂、生物基树脂等类型的光敏树脂。

4、针对现有技术存在的问题和缺陷，因而摩擦学性能可调的梯度材料的制备还需要进一步的改进和发展。

技术实现思路

1、本发明提供一种摩擦学性能可调的梯度材料及其制备方法，具体技术方案如下：

2、一种摩擦学性能可调的梯度材料制备方法，采用光固化法3d打印，打印过程中调控不同打印区域的光通量大小实现所制备的梯度材料不同区域具有不同摩擦学性能的效果；

3、进一步地，打印之前预先建立待打印梯度材料不同区域的摩擦学性能与光通量的对应关系，并按照对应关系设定相应打印区域的光通量大小；

4、进一步地，所述打印过程中调控不同打印区域的光通量大小具体为：打印过程中按照设定对相应打印区域施加预设大小光通量，相应打印区域在预设光通量下固化，最终得到梯度材料；

5、进一步地，光通量的调控范围为光固化3d打印机最大光通量的10％至100％；

6、进一步地，光固化法3d打印中打印原料包括可聚合单体和紫外光引发剂，所述可聚合单体包括脂肪族类丙烯酸酯、醇类丙烯酸酯、脂肪族聚氨酯丙烯酸酯和丙烯酰吗啉；

7、进一步地，所述脂肪族类丙烯酸酯为一三官能度的脂肪族类丙烯酸酯；所述醇类丙烯酸酯为一六官能度的醇类丙烯酸酯；

8、按质量份数计，所述脂肪族类丙烯酸酯为30份-50份；醇类丙烯酸酯为3份-8份；脂肪族聚氨酯丙烯酸酯为3份-8份；丙烯酰吗啉为20份-30份；紫外光引发剂为0.5份-1.5份；

9、进一步地，为了防止可聚合单体在聚合过程中发生爆聚，还可以加入少量的阻聚剂，阻聚剂的用量为0.05份-0.15份，阻聚剂可以为奥利素；

10、进一步地，所述脂肪族类丙烯酸酯为三羟甲基丙烷三丙烯酸酯，所述醇类丙烯酸酯为聚二季戊四醇六丙烯酸酯，所述脂肪族聚氨酯丙烯酸酯为三官能度聚己內酯聚氨酯丙烯酸酯，所述丙烯酰吗啉为4-丙烯酰吗啉；

11、另外，本发明还提供了一种摩擦学性能可调的梯度材料，由上述的制备方法制备得到。

12、由于采用了以上技术方案，本发明的有益技术效果是：

13、1、本发明通过改变不同区域的光通量使制品在成型时具有不同的交联度，从而获得不同的摩擦学性能，这是一种按需调控摩擦学性能的制品的一次成型新方法；

14、2、本发明在成型过程中实现不同部位按需设置摩擦力与制品一次成型同时完成，既具备3d打印快速成型和定制化制造的优势，又实现了具有梯度摩擦学性能制品的一次成型，操作更为简单，效果更好；

15、3、本发明所制备的梯度材料不仅透明性良好，更能在同一材料上实现梯度摩擦学性能的构筑。

技术特征：

1.一种摩擦学性能可调的梯度材料制备方法，其特征在于，采用光固化法3d打印，打印过程中调控不同打印区域的光通量大小实现所制备的梯度材料不同区域具有不同摩擦学性能的效果。

2.根据权利要求1所述的一种摩擦学性能可调的梯度材料制备方法，其特征在于，打印之前预先建立待打印梯度材料不同区域的摩擦学性能与光通量的对应关系，并按照对应关系设定相应打印区域的光通量大小。

3.根据权利要求1所述的一种摩擦学性能可调的梯度材料制备方法，其特征在于，所述打印过程中调控不同打印区域的光通量大小具体为：打印过程中按照设定对相应打印区域施加预设大小光通量，相应打印区域在预设光通量下固化，最终得到梯度材料。

4.根据权利要求1所述的一种摩擦学性能可调的梯度材料制备方法，其特征在于，光通量的调控范围为光固化3d打印机最大光通量的10％至100％。

5.根据权利要求1所述的一种摩擦学性能可调的梯度材料制备方法，其特征在于，光固化法3d打印中打印的原料包括可聚合单体和紫外光引发剂，所述可聚合单体包括脂肪族类丙烯酸酯、醇类丙烯酸酯、脂肪族聚氨酯丙烯酸酯和丙烯酰吗啉。

6.根据权利要求5所述的一种摩擦学性能可调的梯度材料制备方法，其特征在于，所述脂肪族类丙烯酸酯为一三官能度的脂肪族类丙烯酸酯；所述醇类丙烯酸酯为一六官能度的醇类丙烯酸酯。

7.根据权利要求5所述的一种摩擦学性能可调的梯度材料制备方法，其特征在于，按质量份数计，所述脂肪族类丙烯酸酯为30份-50份；醇类丙烯酸酯为3份-8份；脂肪族聚氨酯丙烯酸酯为3份-8份；丙烯酰吗啉为20份-30份；紫外光引发剂为0.5份-1.5份。

8.根据权利要求7所述的一种摩擦学性能可调的梯度材料制备方法，其特征在于，所述脂肪族类丙烯酸酯为三羟甲基丙烷三丙烯酸酯，所述醇类丙烯酸酯为聚二季戊四醇六丙烯酸酯，所述脂肪族聚氨酯丙烯酸酯为三官能度聚己內酯聚氨酯丙烯酸酯，所述丙烯酰吗啉为4-丙烯酰吗啉。

9.一种摩擦学性能可调的梯度材料，其特征在于，由权利要求1-8任一项所述的制备方法制备得到。

技术总结
本发明提供一种摩擦学性能可调的梯度材料制备方法，采用光固化法3D打印，打印过程中调控不同打印区域的光通量大小实现所制备的梯度材料不同区域具有不同摩擦学性能的效果。本发明通过改变不同区域的光通量使制品在成型时具有不同的交联度，从而获得不同的摩擦学性能，这是一种按需调控摩擦学性能的制品的一次成型新方法，在成型过程中实现不同部位的按需摩擦与制品一次成型同时完成，既具备3D打印快速成型和定制化制造的优势，又实现了具有梯度摩擦学性能制品的一次成型，操作更为简单，效果更好。另外，本发明所制备的梯度材料不仅透明性良好，更能在同一材料上实现梯度摩擦学性能的构筑。

技术研发人员：姬忠莹,王晓龙,吕阳,熊健,周峰
受保护的技术使用者：烟台先进材料与绿色制造山东省实验室
技术研发日：
技术公布日：2024/1/14