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一种高拉伸光敏树脂材料的制备方法

阅读:579发布:2024-01-09

专利汇可以提供一种高拉伸光敏树脂材料的制备方法专利检索,专利查询,专利分析的服务。并且本 发明 涉及一种抗拉伸光敏 树脂 材料的制备方法,属于3D打印材料技术领域。本发明将秸秆与玉米叶 粉碎 ,再混入 盐酸 反应,反应后浓缩干燥制得干燥产物, 研磨 后混入正 硅 酸乙酯制得混合溶胶,再将混合溶胶与高分子有机物以及其它助剂高温混合搅拌,搅拌后加入 氨 水 反应,反应后高温搅拌制得预制产物,最后将预制产物高温压制,烘干制得抗拉伸光敏树脂材料,本发明从玉米秸秆与玉米叶中提取 植物 纤维 、木质素、 纤维素 等成分,经过高温高压处理使纤维分子断裂同时表明生成大量的有机官能团充分粘结 二 氧 化硅 使纤维的 力 学强度增强,从而有效加强光敏树脂材料的抗拉伸强度和机械性能,具有良好的应用前景。,下面是一种高拉伸光敏树脂材料的制备方法专利的具体信息内容。

1.一种高拉伸光敏树脂材料的制备方法,其特征在于具体制备步骤为:
将预制产物倒入模具中,将上述模具投入热压机中,在温度为85~95℃、压制压强为16~18MPa的条件下压制70~90min,压制结束自然冷却后制得预制产物,将预制产物投入烘箱中,在温度为85~95℃的条件下干燥4~6h制得高拉伸光敏树脂材料;
所述的预制产物的具体制备步骤为:
(1)将混合溶胶、3,4-环环己基甲基-3,4-环氧环己基甲酸酯、甲基丙烯酸羟乙酯和三芳基六氟磷酸硫鎓盐投入三口烧瓶中,将三口烧瓶置于浴温度为70~90℃的水浴锅中,用搅拌器以500~600r/min的转速混合搅拌60~80min制得反应产物;
(2)将反应产物置于反应釜中,向反应釜中滴加质量分数为16~20%的水,滴加后用搅拌器以300~400r/min的转速混合搅拌80~100min,搅拌后将反应釜升温至130~140℃,恒温静置100~120min制得预制产物;
所述的混合溶胶的具体制备步骤为:
(1)将玉米秸秆与玉米叶投入粉碎机中粉碎共混制得反应产物,将反应产物与质量分数为10~12%的盐酸投入反应釜中,向反应釜中充入氮气升高釜内气压至1.8~2.0MPa,升高釜内温度至110~130℃恒温恒压静置2~3h制得混合液
(2)将混合液自然冷却至室温后,投入烧杯中,将烧杯置于真空干燥箱中,在温度为65~75℃、真空度为120~160Pa的条件下干燥12~14h,制得干燥产物,将干燥产物投入行星球磨机中,在转速为160~200r/min的条件下混合研磨60~80min;
(3)将研磨后的干燥产物、丙二乙醇和正酸四乙酯投入三口烧瓶中,用搅拌器以
300~400r/min的转速混合搅拌1~2h制得混合溶胶。
2.根据权利要求1所述的一种高拉伸光敏树脂材料的制备方法,其特征在于:预制产物的具体制备步骤(1)中优选的按重量份数计,所述的混合溶胶为6~8份、3,4-环氧环己基甲基-3,4-环氧环己基甲酸酯为12~14份、甲基丙烯酸羟乙酯为2~4份、三芳基六氟磷酸硫鎓盐为1.3~1.5份。
3.根据权利要求1所述的一种高拉伸光敏树脂材料的制备方法,其特征在于:预制产物的具体制备步骤(2)中所述的向反应釜中滴加的质量分数为16~20%的氨水的质量为反应产物质量的13~17%。
4.根据权利要求1所述的一种高拉伸光敏树脂材料的制备方法,其特征在于:混合溶胶的具体制备步骤(1)中所述的玉米秸秆与玉米叶的质量比为5:1。
5.根据权利要求1所述的一种高拉伸光敏树脂材料的制备方法,其特征在于:混合溶胶的具体制备步骤(1)中所述的反应产物与质量分数为10~12%的盐酸的质量比为1:10。
6.根据权利要求1所述的一种高拉伸光敏树脂材料的制备方法,其特征在于:混合溶胶的具体制备步骤(2)中所述的混合研磨过程中可加入少量黑和氧化
7.根据权利要求1所述的一种高拉伸光敏树脂材料的制备方法,其特征在于:混合溶胶的具体制备步骤(3)中优选的按重量份数计,所述的研磨后的干燥产物为8~10份、丙二酮为5~7份、乙醇为13~15份、正硅酸四乙酯为3~5份。
8.根据权利要求1所述的一种高拉伸光敏树脂材料的制备方法,其特征在于:混合溶胶的具体制备步骤(3)中所述的搅拌过程中可加入少量十二烷基苯磺酸钠。

说明书全文

一种高拉伸光敏树脂材料的制备方法

技术领域

[0001] 本发明涉及一种高拉伸光敏树脂材料的制备方法,属于3D打印材料技术领域。

背景技术

[0002] 光敏树脂材料目前广泛应用与快速成型技术和3D打印技术,快速成型是20世纪80年代末由美国首先开发出的高新技术。该技术采用材料累加的新成形原理,直接通过CAD数据制成三维实体模型。这一技术不需要传统的机床、夹具、刀具,便可快速而精密地制造出任意复杂形状的零件模型,从而实现了“自由制造”。快速成型的出现给工业产品的造型开发,工艺品的模型设计提供了最为便捷的制造工具,使产品的开发速度数十倍地提高。而且越是复杂结构的物体,其制造速度提高越显著。常用的快速成形工艺是紫外激光固化快速成形,它是利用紫外激光在光敏树脂液面上按二维截面的形状逐点扫描,使树脂固化,固化后的树脂便形成一个二维图形,如此逐层扫描,固化,最终即可得到完整的三维实体。在立体光刻快速成型中,光敏树脂是成型材料,所用的光敏树脂是在传统的紫外光固化涂料的基础上逐步发展起来的。1995年以前的立体光刻快速成型光敏树脂主要是以环丙烯酸酯和聚酯丙烯酸酯作为预聚物的自由基型光敏树脂。虽然这类自由基型光敏树脂具有价格低廉,固化速率快等优势,但由于固化收缩严重,制件翘曲明显,精度难于满足要求,最终被淘汰。
[0003] 3D打印是一种采用分层制造原理的技术,一般它所采用的原料为液态光敏树脂,它的扫描用激光是被电脑控制的,然后对实物进行逐层扫描,再通过逐层叠加的方法构成实物打印体,该制造技术已被广泛应用在工业领域。当前成型光敏树脂的来源,主要依赖于进口,随着使用规模的扩展,对树脂的需求以及对高性能的要求都有了很大的提升,而国外的树脂价格很高,海内成型树脂的白度欠佳、且拉伸强度不高,不能够达到工业发展的要求,阻挡了该技术的普及和应用。
[0004] 现在,国外应用于立体光刻快速成型的光敏树脂主要是自由基-阳离子型混杂型光敏树脂,这种光敏树脂的特点是预聚物通常既含有双酚A型环氧丙烯酸酯又含有环氧树脂和氧杂环丁烷化合物。这种光敏树脂集中了丙烯酸酯固化速度快和环氧树脂和氧杂环丁烷化合物固化收缩小的优点,使之这种光敏树脂既具有光敏性好,又具有成型件精度高的特点。
[0005] 因此,提供一种色泽优良,拉伸强度较高且机械性能好的光敏树脂材料是本发明亟需解决的问题。

发明内容

[0006] 本发明所要解决的技术问题:针对目前光敏树脂材料抗拉伸强度性能不佳、机械性能差的缺陷,提供了一种高拉伸光敏树脂材料的制备方法。
[0007] 为解决上述技术问题,本发明采用的技术方案是:高拉伸光敏树脂材料的具体制备步骤为:
将预制产物倒入模具中,将上述模具投入热压机中,在温度为85~95℃、压制压强为16~18MPa的条件下压制70~90min,压制结束自然冷却后制得预制产物,将预制产物投入烘箱中,在温度为85~95℃的条件下干燥4~6h制得高拉伸光敏树脂材料;
预制产物的具体制备步骤为:
(1)将混合溶胶、3,4-环氧环己基甲基-3,4-环氧环己基甲酸酯、甲基丙烯酸羟乙酯和三芳基六氟磷酸硫鎓盐投入三口烧瓶中,将三口烧瓶置于浴温度为70~90℃的水浴锅中,用搅拌器以500~600r/min的转速混合搅拌60~80min制得反应产物;
(2)将反应产物置于反应釜中,向反应釜中滴加质量分数为16~20%的氨水,滴加后用搅拌器以300~400r/min的转速混合搅拌80~100min,搅拌后将反应釜升温至130~140℃,恒温静置100~120min制得预制产物;
混合溶胶的具体制备步骤为:
(1)将玉米秸秆与玉米叶投入粉碎机中粉碎共混制得反应产物,将反应产物与质量分数为10~12%的盐酸投入反应釜中,向反应釜中充入氮气升高釜内气压至1.8~2.0MPa,升高釜内温度至110~130℃恒温恒压静置2~3h制得混合液
(2)将混合液自然冷却至室温后,投入烧杯中,将烧杯置于真空干燥箱中,在温度为65~75℃、真空度为120~160Pa的条件下干燥12~14h,制得干燥产物,将干燥产物投入行星球磨机中,在转速为160~200r/min的条件下混合研磨60~80min;
(3)将研磨后的干燥产物、丙二乙醇和正酸四乙酯投入三口烧瓶中,用搅拌器以
300~400r/min的转速混合搅拌1~2h制得混合溶胶。
[0008] 预制产物的具体制备步骤(1)中优选的按重量份数计,混合溶胶为6~8份、3,4-环氧环己基甲基-3,4-环氧环己基甲酸酯为12~14份、甲基丙烯酸羟乙酯为2~4份、三芳基六氟磷酸硫鎓盐为1.3~1.5份。
[0009] 预制产物的具体制备步骤(2)中向反应釜中滴加的质量分数为16~20%的氨水的质量为反应产物质量的13~17%。
[0010] 混合溶胶的具体制备步骤(1)中玉米秸秆与玉米叶的质量比为5:1。
[0011] 混合溶胶的具体制备步骤(1)中反应产物与质量分数为10~12%的盐酸的质量比为1:10。
[0012] 混合溶胶的具体制备步骤(2)中混合研磨过程中可加入少量黑和氧化
[0013] 混合溶胶的具体制备步骤(3)中优选的按重量份数计,研磨后的干燥产物为8~10份、丙二酮为5~7份、乙醇为13~15份、正硅酸四乙酯为3~5份。
[0014] 混合溶胶的具体制备步骤(3)中搅拌过程中可加入少量十二烷基苯磺酸钠。
[0015] 本发明的有益技术效果是:(1)本发明首先将秸秆与玉米叶粉碎,再混入盐酸反应,反应后浓缩干燥制得干燥产物,研磨后混入正硅酸乙酯制得混合溶胶,再将混合溶胶与高分子有机物以及其它助剂高温混合搅拌,搅拌后加入氨水反应,反应后高温搅拌制得预制产物,最后将预制产物高温压制,烘干制得高拉伸光敏树脂材料,本发明以玉米秸秆和玉米叶为原料,利用盐酸浸泡和高温反应,提取出秸秆和玉米叶中的有机纤维,并使植物纤维表面羟基自由基被氧化,生成羧基自由基,同时盐酸腐蚀修饰从中提取的植物纤维成分,使植物纤维断裂,分解生成碳链长度较短的纤维物质,从而更加易于分散和接触纤维外部环境中的成分,有利于加强树脂材料内部空间结构的交联程度,同时这些植物纤维在树脂材料中形成结构强度很高的网络结构,在树脂材料被压制、冲击时各纤维之间的牢固粘结,难以破裂从而加强了光敏树脂材料的机械性能,使抗压性能、耐冲击强度提高;
(2)本发明将正硅酸四乙酯加入植物纤维中,正硅酸四乙酯的粘结性能优异,易于与植物纤维互相粘结吸附,使各植物纤维之间的间距变短,并提高植物纤维对光敏树脂材料中其它成分的粘结作用,使光敏树脂材料的结构强度进一步增强,随后加入氨水反应,使正硅酸四乙酯反应生成纳米级二氧化硅,此生成物中具有键能很大的Si-O键,本身化学性质稳定,同时又呈稳定的正四面体结构,空间结构稳定,学性能好,分散于光明树脂材料中易于提高树脂材料的结构间强度,从而进一步地加强光敏树脂的机械性能和力学性能,全面提高树脂材料的抗压性能、耐冲击以及抗拉伸强度,具有广阔的应用前景。

具体实施方式

[0016] 将玉米秸秆与玉米叶按质量比5:1投入粉碎机中粉碎共混制得反应产物,将反应产物与质量分数为10~12%的盐酸按质量比1:10投入反应釜中,向反应釜中充入氮气升高釜内气压至1.8~2.0MPa,升高釜内温度至110~130℃恒温恒压静置2~3h制得混合液;将上述混合液自然冷却至室温后,投入烧杯中,将烧杯置于真空干燥箱中,在温度为65~75℃、真空度为120~160Pa的条件下干燥12~14h,制得干燥产物,将干燥产物投入行星球磨机中,在转速为160~200r/min的条件下混合研磨60~80min;按重量份数计,将8~10份研磨后的干燥产物、5~7份丙二酮、13~15份乙醇和3~5份正硅酸四乙酯投入三口烧瓶中,用搅拌器以300~400r/min的转速混合搅拌1~2h制得混合溶胶;按重量份数计,将6~8份上述混合溶胶、12~14份3,4-环氧环己基甲基-3,4-环氧环己基甲酸酯、2~4份甲基丙烯酸羟乙酯和1.3~1.5份三芳基六氟磷酸硫鎓盐投入三口烧瓶中,将三口烧瓶置于水浴温度为70~90℃的水浴锅中,用搅拌器以500~600r/min的转速混合搅拌60~80min制得反应产物;将上述反应产物置于反应釜中,向反应釜中滴加反应产物质量13~17%的质量分数为16~
20%的氨水,滴加后用搅拌器以300~400r/min的转速混合搅拌80~100min,搅拌后将反应釜升温至130~140℃,恒温静置100~120min制得预制产物;将上述预制产物倒入模具中,将上述模具投入热压机中,在温度为85~95℃、压制压强为16~18MPa的条件下压制70~
90min,压制结束自然冷却后制得预制产物,将预制产物投入烘箱中,在温度为85~95℃的条件下干燥4~6h制得高拉伸光敏树脂材料。
[0017] 混合液的制备:将玉米秸秆与玉米叶按质量比5:1投入粉碎机中粉碎共混制得反应产物,将反应产物与质量分数为10%的盐酸按质量比1:10投入反应釜中,向反应釜中充入氮气升高釜内气压至1.8MPa,升高釜内温度至110℃恒温恒压静置2h制得混合液。
[0018] 混合溶胶的制备:将上述混合液自然冷却至室温后,投入烧杯中,将烧杯置于真空干燥箱中,在温度为65℃、真空度为120Pa的条件下干燥12h,制得干燥产物,将干燥产物投入行星球磨机中,在转速为160r/min的条件下混合研磨60min;按重量份数计,将8份研磨后的干燥产物、5份丙二酮、13份乙醇和3份正硅酸四乙酯投入三口烧瓶中,用搅拌器以300r/min的转速混合搅拌1h制得混合溶胶。
[0019] 反应产物的制备:按重量份数计,将6份上述混合溶胶、12份3,4-环氧环己基甲基-3,4-环氧环己基甲酸酯、2份甲基丙烯酸羟乙酯和1.3份三芳基六氟磷酸硫鎓盐投入三口烧瓶中,将三口烧瓶置于水浴温度为70℃的水浴锅中,用搅拌器以500r/min的转速混合搅拌
60min制得反应产物。
[0020] 预制产物的制备:将上述反应产物置于反应釜中,向反应釜中滴加反应产物质量13%的质量分数为16%的氨水,滴加后用搅拌器以300r/min的转速混合搅拌80min,搅拌后将反应釜升温至130℃,恒温静置100min制得预制产物。
[0021] 高拉伸光敏树脂材料的制备:将上述预制产物倒入模具中,将上述模具投入热压机中,在温度为85℃、压制压强为16MPa的条件下压制70min,压制结束自然冷却后制得预制产物,将预制产物投入烘箱中,在温度为85℃的条件下干燥4h制得高拉伸光敏树脂材料。
[0022] 混合液的制备:将玉米秸秆与玉米叶按质量比5:1投入粉碎机中粉碎共混制得反应产物,将反应产物与质量分数为11%的盐酸按质量比1:10投入反应釜中,向反应釜中充入氮气升高釜内气压至1.9MPa,升高釜内温度至110~130℃恒温恒压静置2.5h制得混合液。
[0023] 混合溶胶的制备:将上述混合液自然冷却至室温后,投入烧杯中,将烧杯置于真空干燥箱中,在温度为70℃、真空度为140Pa的条件下干燥13h,制得干燥产物,将干燥产物投入行星球磨机中,在转速为180r/min的条件下混合研磨70min;按重量份数计,将9份研磨后的干燥产物、6份丙二酮、14份乙醇和4份正硅酸四乙酯投入三口烧瓶中,用搅拌器以300~400r/min的转速混合搅拌1.5h制得混合溶胶。
[0024] 反应产物的制备:按重量份数计,将7份上述混合溶胶、13份3,4-环氧环己基甲基-3,4-环氧环己基甲酸酯、3份甲基丙烯酸羟乙酯和1.4份三芳基六氟磷酸硫鎓盐投入三口烧瓶中,将三口烧瓶置于水浴温度为80℃的水浴锅中,用搅拌器以550r/min的转速混合搅拌
70min制得反应产物。
[0025] 预制产物的制备:将上述反应产物置于反应釜中,向反应釜中滴加反应产物质量15%的质量分数为18%的氨水,滴加后用搅拌器以350r/min的转速混合搅拌80~100min,搅拌后将反应釜升温至130~140℃,恒温静置110min制得预制产物。
[0026] 高拉伸光敏树脂材料的制备:将上述预制产物倒入模具中,将上述模具投入热压机中,在温度为90℃、压制压强为17MPa的条件下压制80min,压制结束自然冷却后制得预制产物,将预制产物投入烘箱中,在温度为90℃的条件下干燥5h制得高拉伸光敏树脂材料。
[0027] 混合液的制备:将玉米秸秆与玉米叶按质量比5:1投入粉碎机中粉碎共混制得反应产物,将反应产物与质量分数为12%的盐酸按质量比1:10投入反应釜中,向反应釜中充入氮气升高釜内气压至2.0MPa,升高釜内温度至130℃恒温恒压静置3h制得混合液。
[0028] 混合溶胶的制备:将上述混合液自然冷却至室温后,投入烧杯中,将烧杯置于真空干燥箱中,在温度为75℃、真空度为160Pa的条件下干燥14h,制得干燥产物,将干燥产物投入行星球磨机中,在转速为200r/min的条件下混合研磨80min;按重量份数计,将10份研磨后的干燥产物、7份丙二酮、15份乙醇和5份正硅酸四乙酯投入三口烧瓶中,用搅拌器以400r/min的转速混合搅拌2h制得混合溶胶。
[0029] 反应产物的制备:按重量份数计,将8份上述混合溶胶、14份3,4-环氧环己基甲基-3,4-环氧环己基甲酸酯、4份甲基丙烯酸羟乙酯和1.5份三芳基六氟磷酸硫鎓盐投入三口烧瓶中,将三口烧瓶置于水浴温度为90℃的水浴锅中,用搅拌器以600r/min的转速混合搅拌
80min制得反应产物。
[0030] 预制产物的制备:将上述反应产物置于反应釜中,向反应釜中滴加反应产物质量17%的质量分数为20%的氨水,滴加后用搅拌器以400r/min的转速混合搅拌100min,搅拌后将反应釜升温至140℃,恒温静置120min制得预制产物。
[0031] 高拉伸光敏树脂材料的制备:将上述预制产物倒入模具中,将上述模具投入热压机中,在温度为95℃、压制压强为18MPa的条件下压制90min,压制结束自然冷却后制得预制产物,将预制产物投入烘箱中,在温度为95℃的条件下干燥6h制得高拉伸光敏树脂材料。
[0032] 对比例1:与实施例1的制备方法基本相同,唯有不同的是未加入混合溶胶。
[0033] 对比例2:与实施例2的制备方法基本相同,唯有不同的是未加入反应产物。
[0034] 对比例3:安徽省某公司生产的光敏树脂材料。 对本发明制得的高拉伸光敏树脂材料和对比例中的光敏树脂材料进行性能检测,检测结果如表1所示:测试方法:
拉伸性能测试
通过断裂伸长率测试显示各组实例与对比例的拉伸性能,采用断裂伸长率测试仪检测。
[0035] 机械强度测试通过冲击性能测试显示各组实例与对比例的机械性能,采用冲击性能测试仪进行检测。
[0036] 表1性能测定结果测试项目 实例1 实例2 实例3 对比例1 对比例2 对比例3
冲击吸收(%) 50.77 52.12 53.86 49.13 42.61 50.22
断裂伸长率(%) 288.5 291.1 293.4 267.8 279.5 284.1
拉伸强度(MPa) 56.7 58.1 58.6 43.7 42.5 51.0
弯曲强度(MPa) 8.2 8.9 9.4 7.3 7.7 7.2
固化收缩率(%) 2.6 2.5 2.3 5.1 4.7 4.5
根据上述检测数据可知本发明制得的高拉伸光敏树脂材料拉伸性好,机械强度优异,具有广阔的应用前景。
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