一種光固化材料及其制備方法和應(yīng)用
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明設(shè)及化工領(lǐng)域，具體而言，設(shè)及一種光固化材料及其制備方法和應(yīng)用。
【背景技術(shù)】
[0002] 3D打印技術(shù)出現(xiàn)在20世紀(jì)90年代中期。是一種W數(shù)字模型文件為基礎(chǔ)，運(yùn)用流體 狀、粉末狀、絲(棒)狀等可固化、粘合、烙合材料，通過(guò)逐層固化、粘合、烙合的方式來(lái)構(gòu)造物 體的技術(shù)。
[0003] SLA(Stereo Lithogra曲y Appearance,立體光固化成型法）是最早實(shí)用化的快速 成形技術(shù)，采用液態(tài)光敏樹(shù)脂原料。其工藝過(guò)程是，首先通過(guò)CAD設(shè)計(jì)出=維實(shí)體模型，利用 離散程序?qū)⒛Ｐ瓦M(jìn)行切片處理，設(shè)計(jì)掃描路徑，產(chǎn)生的數(shù)據(jù)將精確控制激光掃描器和升降 臺(tái)的運(yùn)動(dòng);激光光束通過(guò)數(shù)控裝置控制的掃描器，按設(shè)計(jì)的掃描路徑照射到液態(tài)光敏樹(shù)脂 表面，使表面特定區(qū)域內(nèi)的一層樹(shù)脂固化后，當(dāng)一層加工完畢后，就生成零件的一個(gè)截面； 然后升降臺(tái)下降一定距離，固化層上覆蓋另一層液態(tài)樹(shù)脂，再進(jìn)行第二層掃描，第二固化層 牢固地粘結(jié)在前一固化層上，運(yùn)樣一層層疊加而成=維工件原型。
[0004] 光固化立體成型（SLA)在大物件、細(xì)精度、快速成型等方面有無(wú)可比擬的優(yōu)點(diǎn)，但 其關(guān)鍵技術(shù)主要掌握在幾家國(guó)外公司手中，打印機(jī)設(shè)備及成型材料技術(shù)均實(shí)施了保密。在 國(guó)內(nèi)，少有幾家公司能擁有該項(xiàng)技術(shù)，盡管開(kāi)發(fā)出了打印機(jī)設(shè)備，但成型樹(shù)脂大多仍依賴外 國(guó)進(jìn)口，成型材料價(jià)格高，完成一個(gè)物件的成本極高，極大阻礙了其快速發(fā)展。
[0005] 3D打印光固化材料綜合要求有低粘度、固化快、固化強(qiáng)度和柔初性適中、收縮率小 和價(jià)格便宜等，然而，能同時(shí)滿足W上各種要素的光固化適用材料較少，常規(guī)的采用UV樹(shù)脂 和活性稀釋單體混配的方法較難達(dá)到性能上的要求。因此，成功開(kāi)發(fā)出廉價(jià)、適宜應(yīng)用于3D 打印的成型材料，是國(guó)產(chǎn)化3D技術(shù)發(fā)展的關(guān)鍵。
[0006] 有鑒于此，特提出本發(fā)明。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007] 本發(fā)明的第一目的在于提供一種光固化材料，所述光固化材料具有低粘度、固化 快、固化強(qiáng)度和柔初性適中、收縮率小和價(jià)格便宜等優(yōu)點(diǎn)。
[000引本發(fā)明的第二目的在于提供一種所述光固化材料的制備方法，該方法采用特定的 制備條件，特別適合于本發(fā)明的材料，具有操作簡(jiǎn)單，穩(wěn)定性和重現(xiàn)性好等優(yōu)點(diǎn)。
[0009] 本發(fā)明的第=目的在于提供一種使用所述光固化材料制備的氧化錯(cuò)打印材料，該 材料具有低粘度和快速固化的優(yōu)點(diǎn)，并且固化收縮率小、硬度和柔初性適中，具有成型快、 制品尺寸精度高，無(wú)固化不完全、翅邊等不良情況，非常適宜在基于化A技術(shù)打印材料中的 應(yīng)用。
[0010] 本發(fā)明的第四目的在于提供所述氧化錯(cuò)打印材料的制備方法，所述方法工藝簡(jiǎn) 明，穩(wěn)定可靠。
[0011] 為了實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的上述目的，特采用W下技術(shù)方案：
[0012] 本發(fā)明的一個(gè)方面設(shè)及一種光固化材料，所述材料包括按重量百分比計(jì)的W下組 分：
[0013] 主體樹(shù)脂:40-80 %
[0014] 光引發(fā)劑：1-5%
[001引活性稀釋劑：10-20 %
[0016] 助劑:10-20 %
[0017] 所述主體樹(shù)脂包括聚乙二醇雙丙締酸醋和二環(huán)己基甲燒二異氯酸醋屬脂環(huán)族二 異氯酸醋。
[0018] 加入適量的光引發(fā)劑可W加速反應(yīng)，而當(dāng)加入量超過(guò)5%時(shí)，隨加入量增長(zhǎng)的加速 反應(yīng)作用幾乎不再增加;活性稀釋劑的總量應(yīng)控制在10%-20%的范圍內(nèi)，過(guò)多或過(guò)少時(shí)均 會(huì)使得成品材料的性質(zhì)收到影響，當(dāng)其用量過(guò)少時(shí)，成品粘度高，分散度差，流動(dòng)性差，影響 后續(xù)反應(yīng)的進(jìn)行，而當(dāng)其用量過(guò)多時(shí)，成品粘度又會(huì)過(guò)小，從而使的成品無(wú)法起到粘結(jié)劑的 作用。采用W上原料及配比有利于材料制備反應(yīng)的順利進(jìn)行，采用聚乙二醇雙丙締酸醋和 二環(huán)己基甲燒二異氯酸醋屬脂環(huán)族二異氯酸醋作為主體樹(shù)脂，使得光固化材料的粘貼強(qiáng)度 和粘度符合使用要求，各組分之間互相協(xié)同，尤其是主體樹(shù)脂、活性稀釋劑和助劑間W特定 的比例相輔相成，發(fā)揮協(xié)同作用，最終生成低粘度、固化快、固化強(qiáng)度和柔初性適中、收縮率 小和價(jià)格便宜的光固化材料。
[0019] 優(yōu)選地，所述聚乙二醇雙丙締酸醋占所述光固化材料組分總重的25-35%，所述二 環(huán)己基甲燒二異氯酸醋屬脂環(huán)族二異氯酸醋占所述光固化材料組分總重的35-45%;
[0020] 更優(yōu)選地，所述聚乙二醇雙丙締酸醋占所述光固化材料組分總重的28-32%，所述 二環(huán)己基甲燒二異氯酸醋屬脂環(huán)族二異氯酸醋占所述光固化材料組分總重的38-42%。
[0021] 選用所述兩種原料作為主體樹(shù)脂，并選用特定的比例是為了保證成品的粘貼強(qiáng) 度、粘度和潤(rùn)滑性能，現(xiàn)有技術(shù)中采用UV樹(shù)脂和活性稀釋單體混配的方法較難達(dá)到性能上 的要求。
[0022] 優(yōu)選地，所述光引發(fā)劑包括BP和TP0,其中，所述BP占所述光固化材料組分總重的 0.5-2%，所述Tro占所述光固化材料組分總重的0.5-3% ;
[0023] 更優(yōu)選地，所述BP占所述光固化材料組分總重的0.8-1.2%，所述TPO占所述光固 化材料組分總重的1.3-1.8%。
[0024] 按照所述比例使用BP和TPO的混合物作為光引發(fā)劑可W使得反應(yīng)效率提高10% W 上。
[0025] 優(yōu)選地，所述活性稀釋劑包括=縮丙二醇二丙締酸醋和純丙締酸樹(shù)脂，其中，所述 =縮丙二醇二丙締酸醋占所述光固化材料組分總重的5-10%，所述純丙締酸樹(shù)脂占所述光 固化材料組分總重的5-10%;
[00%]更優(yōu)選地，所述=縮丙二醇二丙締酸醋占所述光固化材料組分總重的7-9%，所述 純丙締酸樹(shù)脂占所述光固化材料組分總重的5.5-7.5%。
[0027]按照配比使用W上活性稀釋劑，可W調(diào)節(jié)成品的粘度，使其充分分散，降低其粘 度，并提局成品的流動(dòng)性。
[00%]優(yōu)選地，所述助劑包括乙醇、聚二甲基硅油和聚丙締酸醋，其中，所述乙醇占所述 光固化材料組分總重的4-8%，所述聚二甲基硅油占所述光固化材料組分總重的3-6%，所 述聚丙締酸醋占所述光固化材料組分總重的3-6% ;
[0029] W上助劑的相容性好，采用W上助劑，有助于提高粉料的分散性。
[0030] 更優(yōu)選地，所述乙醇占所述光固化材料組分總重的4-6%，所述聚二甲基硅油占所 述光固化材料組分總重的2-5%，所述聚丙締酸醋占所述光固化材料組分總重的3-5%。
[0031] 本發(fā)明的另一方面設(shè)及所述光固化材料的制備方法，所述方法步驟如下，向反應(yīng) 器中加入上述物質(zhì)，攬拌溶解，后恒溫強(qiáng)力攬拌6~化，冷卻后過(guò)濾，其中攬拌溫度為35-45 °C，優(yōu)選38-42 °C。
[0032] 使用上述條件進(jìn)行攬拌，對(duì)溫度要求較為嚴(yán)格，反應(yīng)溫度過(guò)低或過(guò)高都會(huì)造成反 應(yīng)進(jìn)行緩慢，影響生產(chǎn)效率，在反應(yīng)器中劇烈攬拌6-8小時(shí)后反應(yīng)可W完整地進(jìn)行，冷卻后 過(guò)濾得到的濾液即為成品。
[0033] 本發(fā)明的另一方面設(shè)及使用所述光固化材料制備的氧化錯(cuò)打印材料，所述氧化錯(cuò) 打印材料包括按重量百分比計(jì)90-95%的氧化錯(cuò)粉末和5-10%的所述光固化材料。
[0034] 使用特定比例的氧化錯(cuò)粉末并使用按照本發(fā)明方法制備的光固化材料作為粘結(jié) 劑，可W制備出特別適用于3D打印的材料，該材料粘度低，固化快，固化收縮率小，硬度和柔 初度適中。
[0035] 優(yōu)選地，所述氧化錯(cuò)打印材料包括按重量百分比計(jì)91-93%的氧化錯(cuò)粉末和7-9% 的所述光固化材料，優(yōu)選地，所述氧化錯(cuò)打印材料包括按重量百分比計(jì)92%的氧化錯(cuò)粉末 和8%的所述光固化材料。
[0036] 本發(fā)明的另一方面設(shè)及所述氧化錯(cuò)打印材料制備方法，所述方法的具體步驟為， 加入所述氧化錯(cuò)粉末和所述光固化材料，研磨至粒度為0.5~1.5WI1。
[0037] 優(yōu)選地，所述研磨在混料機(jī)中進(jìn)行，混料機(jī)轉(zhuǎn)速為100-280轉(zhuǎn)/分鐘，研磨時(shí)間為 60-80分鐘。
[0038] 在混料機(jī)中研磨所述配比的兩種原料，可W得到符合使用要求的氧化錯(cuò)打印材 料，選用特定的轉(zhuǎn)速和研磨時(shí)間使得工藝的穩(wěn)定性和可再現(xiàn)性大大增強(qiáng)，此外，嚴(yán)格控制研 磨后的氧化錯(cuò)粉末粒度，可W充分保證氧化錯(cuò)打印材料的使用效果。
[0039] 與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果為：
[0040] (1)本發(fā)明的光固化材料具有粘度低、固化快、固化強(qiáng)度和柔初性適中、收縮率小 和價(jià)格便宜的優(yōu)點(diǎn)；
[0041] (2)本發(fā)明的氧化錯(cuò)打印材料W低粘度光固化樹(shù)脂為粘接劑和W氧化錯(cuò)陶瓷粉末 為原料制備得到的3的T印材料，該材料具有低粘度和快速固化的優(yōu)點(diǎn)，并且固化收縮率小、 硬度和柔初性適中，具有成型快、制品尺寸精度高，無(wú)固化不完全、翅邊等不良情況，非常適 宜在基于SLA技術(shù)打印材料中的應(yīng)用
【具體實(shí)施方式】
[0042] 下面將結(jié)合實(shí)施例對(duì)本發(fā)明的實(shí)施方案進(jìn)行詳細(xì)描述，但是本領(lǐng)域技術(shù)人員將會(huì) 理解，下列實(shí)施例僅用于說(shuō)明本發(fā)明，而不應(yīng)視為限制本發(fā)明的范圍。實(shí)施例中未注明具體 條件者，按照常規(guī)條件或制造商建議的條件進(jìn)行。所用試劑或儀器未注明生產(chǎn)廠商者，均為 可W通過(guò)市售購(gòu)買獲得的常規(guī)產(chǎn)品。
[0043] 實(shí)施例1
[0044] I.制備光固化材料
[0045] 主體樹(shù)脂：
[0046] 聚乙二醇雙丙締酸醋(PEGDA) :30%;
[0047] 二環(huán)己基甲燒二異氯酸醋屬脂環(huán)族二異氯酸醋:40% ;
[004引光引發(fā)劑：
[0049] BP: 1%;
[0050] TPO :1.5%
[0051] 活性稀釋劑
[0化2] S縮丙二醇二丙締酸醋:8%
[0化3] 純丙締酸樹(shù)脂:6.5%
[0054]助劑：
[0化5] 乙醇：5%;
[0化6] 聚二甲基硅油:4%
[0化7] 聚丙締酸醋:4%;
[0058] 將上述原料加入反應(yīng)器中，攬拌溶解，后在4(TC的條件下劇烈攬拌化，攬拌完成后 靜置冷卻并過(guò)濾得到光固化材料，即光固化樹(shù)脂粘結(jié)劑。
[0059] 2.制備氧化錯(cuò)打印材料
[0060] 向混料機(jī)中加入按重量百分比計(jì)92 %的氧化錯(cuò)粉末和8 %的步驟1中制備的光固 化材料。