[發(fā)明專(zhuān)利]一種纖維增強(qiáng)聚合物膜的制備方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201710312900.3
• 申請(qǐng)日: 2017-05-05
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN107244127B
• 公開(kāi)（公告）日: 2020-08-18
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 秦巖;邊玉偉
• 申請(qǐng)（專(zhuān)利權(quán)）人: 武漢理工大學(xué)
• 主分類(lèi)號(hào): B32B37/10
• 分類(lèi)號(hào): B32B37/10;B32B37/12;B32B38/00;C08L63/10;C08K7/14;C08K5/29;C09J163/00
• 代理公司: 湖北武漢永嘉專(zhuān)利代理有限公司 42102
• 代理人: 王守仁

本發(fā)明公開(kāi)的一種纖維增強(qiáng)聚合物膜的制備方法，包括纖維增強(qiáng)聚合物膜的制備和光固化疊層復(fù)合步驟，具體是：首先使用光固化樹(shù)脂、活性稀釋劑按照100:20的質(zhì)量比例混合均勻使樹(shù)脂粘度降低，便于與纖維的混合；之后加入光引發(fā)劑、增稠劑、玻璃纖維，混合攪拌均勻，靜置保存3h后將混合物放在兩片聚酯薄膜中間，施加壓力制成可長(zhǎng)期保存的纖維增強(qiáng)聚合物膜；使用軟件建立樣品的三維模型并對(duì)其進(jìn)行切片分層，提取各層的輪廓，按照提取的輪廓對(duì)聚合物膜進(jìn)行切層；最后對(duì)制備的樣品進(jìn)行疊層、粘接、光固化，完成3D樣品的制作。本發(fā)明可以實(shí)現(xiàn)纖維增強(qiáng)聚合物的3D制造，而且逐層加工的形式能夠大大提高增材制造效率。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于快速成型制造領(lǐng)域，具體涉及到一種樹(shù)脂薄膜的制備方法，以及使用制備的薄膜進(jìn)行光固化疊層復(fù)合。

背景技術(shù)

樹(shù)脂基復(fù)合材料一直以其輕質(zhì)、高強(qiáng)、耐腐蝕、性能可設(shè)計(jì)等優(yōu)點(diǎn)被廣泛應(yīng)用在各個(gè)領(lǐng)域，但是相對(duì)較高的制造成本限制了其應(yīng)用。經(jīng)過(guò)近幾十年的發(fā)展，紫外光固化技術(shù)和3D打印技術(shù)得到了長(zhǎng)遠(yuǎn)的發(fā)展，并且在樹(shù)脂基復(fù)合材料的成型固化中也得到了一定的應(yīng)用。3D打印技術(shù)是一系列由數(shù)字化模型直接快速驅(qū)動(dòng)的快速制造任意復(fù)雜形狀三維物理實(shí)體的快速成型技術(shù)的統(tǒng)稱(chēng)，其基本原理采用“分層制造、逐層疊加”的制造思想，區(qū)別于傳統(tǒng)“減法”制造模式，是一種綠色智能化“加法”制造。

目前國(guó)內(nèi)外對(duì)3D打印和紫外光固化的研究主要集中在對(duì)新的打印技術(shù)的研發(fā)、對(duì)原材料的改性和配方的優(yōu)化等方面，比如美國(guó)LINL實(shí)驗(yàn)室近日研究出了新的3D打印復(fù)合材料新技術(shù)－直接油墨書(shū)寫(xiě)(DIW)；卓東賢等人申請(qǐng)的專(zhuān)利(公布號(hào)CN104817 835A)使用不飽和聚酯樹(shù)脂和丙烯酸酯樹(shù)脂為原料進(jìn)行光敏樹(shù)脂的合成，合出了成本低、適用性廣的樹(shù)脂。而對(duì)3D打印纖維增強(qiáng)樹(shù)脂基復(fù)合材料的研究較少，祝成炎等人的專(zhuān)利(公布號(hào)CN105711101A)中公開(kāi)了一種方法，可以在光敏樹(shù)脂中加入短切玻璃纖維，使用SLA技術(shù)打印出強(qiáng)度較高的3D樣品，但是需要特殊的3D打印設(shè)備或者對(duì)原有的3D打印設(shè)備進(jìn)行改進(jìn)；美國(guó)MarkForged公司生產(chǎn)的Mark One打印機(jī)可以使用FDM技術(shù)打印含有碳纖維或玻璃纖維增強(qiáng)尼龍復(fù)合材料，這臺(tái)設(shè)備具有兩個(gè)噴頭，工作時(shí)一個(gè)噴頭輸出熱塑性樹(shù)脂，另一個(gè)噴頭輸送連續(xù)的預(yù)浸纖維，進(jìn)而通過(guò)兩個(gè)噴頭的輪流工作來(lái)實(shí)現(xiàn)纖維增強(qiáng)3D樣品的制作；林潤(rùn)雄等人的專(zhuān)利(公布號(hào)CN1046292 31A)直接將玻璃纖維與光敏樹(shù)脂在反應(yīng)釜中混合攪拌均勻，同樣使用SLA技術(shù)可以生產(chǎn)出纖維增強(qiáng)的3D樣品，但是其重點(diǎn)在于改善樹(shù)脂的耐熱性能，對(duì)樹(shù)脂力學(xué)性能的研究較少。

因此可以看出目前纖維增強(qiáng)復(fù)合材料的3D打印需要開(kāi)發(fā)新的技術(shù)、原料，生產(chǎn)成本較高；固化時(shí)一般是由點(diǎn)到線，再由線到面的固化方式，生產(chǎn)周期較長(zhǎng)。本發(fā)明中的原材料容易獲得且價(jià)格低廉，加入短切纖維后又可以提高最終制品的力學(xué)性能，同時(shí)使用制備的聚合物膜直接進(jìn)行面固化，相比于由點(diǎn)到線、面的固化方式具有更高的生產(chǎn)效率。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明所要解決的技術(shù)問(wèn)題是：提供一種纖維增強(qiáng)聚合物膜的制備及光固化疊層復(fù)合方法，結(jié)合紫外光固化技術(shù)和3D打印技術(shù)，為解決復(fù)合材料傳統(tǒng)成型技術(shù)生產(chǎn)成本高，光敏樹(shù)脂固化后強(qiáng)度低等問(wèn)題提供新的思路。

本發(fā)明解決其技術(shù)問(wèn)題采用以下的技術(shù)方案：

本發(fā)明提供的纖維增強(qiáng)聚合物膜的制備方法，包括纖維增強(qiáng)聚合物膜的制備和光固化疊層復(fù)合步驟，具體是：首先使用光固化樹(shù)脂、活性稀釋劑按照100:20的比例混合均勻使樹(shù)脂粘度降低，便于與纖維的混合；之后加入光引發(fā)劑、增稠劑、玻璃纖維，混合攪拌均勻，靜置保存3h后將混合物放在兩片聚酯薄膜中間，施加壓力制成可長(zhǎng)期保存的纖維增強(qiáng)聚合物膜；使用軟件建立樣品的三維模型并對(duì)其進(jìn)行切片分層，提取各層的輪廓，按照提取的輪廓對(duì)聚合物膜進(jìn)行切層；最后對(duì)制備的樣品進(jìn)行疊層、粘接、光固化，完成3D樣品的制作。

所述的纖維增強(qiáng)聚合物膜由以下方法制成，該方法步驟包括：

(1)將光固化樹(shù)脂、短切玻璃纖維、光引發(fā)劑、增稠劑按一定比例混合、攪拌均勻，避光靜置3小時(shí)以去除氣泡；