[发明专利]可打印的混合填料环氧复合物

说明书

一种物质组合物，所述物质组合物包含至少10重量％的环氧官能化二维成形颗粒、0.1重量％至5重量％范围内的碳纳米管、环氧树脂和固化剂。一种制造物质组合物的方法，所述方法包括将环氧树脂、碳纳米管和溶剂混合以产生材料，干燥所述材料，以及将材料与固化剂混合以产生物质组合物。一种打印物质组合物的方法，所述方法包括通过将环氧官能化石墨烯、碳纳米管、环氧基础树脂和固化剂组合来产生物质组合物，将物质组合物挤出打印成期望的图案，以及固化所述图案。

技术领域

本公开涉及三维可打印复合物，更具体地，具有高负载官能化颗粒的3D可打印复合物。

背景技术

新的三维(3D)颗粒填充的环氧聚合物复合物，诸如热固性材料，具有优于已建立的热塑性聚合物复合物的优点。它们具有改善的机械性能，诸如强度和弹性模量。在固化后，这些复合物形成具有高交联密度的稳固结构，从而导致出色的机械性能。用于航空、能量和汽车应用的聚合物复合物必须具有优异的机械性能。

实现显著更好的机械性能需要高的填料颗粒负载，诸如大于总体复合物的10重量％。然而，环氧基质中的颗粒附聚和较差的颗粒分散使实现更高的颗粒负载非常困难。由于这些问题，高颗粒负载导致较差的机械性能。具体地，主要的挑战在于实现增加的弹性模量，同时维持高强度。此类制剂无法被用于3D打印。

将这些复合制剂用于挤出3D打印的主要挑战在于在挤出期间在剪切下满足低粘度的关键流变特性要求，以及在挤出后保持3D打印形状所需的在挤出后粘度和弹性的快速增加。高度分散性的颗粒在树脂中不形成强网络，并且即使在高颗粒浓度下也不显示出适用于3D打印的粘度，这使其难以满足流变特性要求。一些方法添加流变特性改性剂，诸如粘土颗粒，以调节复合物的流变特性。这导致较差的复合物机械性能，诸如减小的韧性和强度。

当前方法公开了掺有二维石墨烯、碳纳米管(CNT)增强颗粒的一系列环氧复合物，由于若干问题中的至少一个问题而不适用于挤出3D打印。这些问题包括低石墨烯颗粒负载，通常为少于2重量％，具有低粘度并且不显示剪切致稀性能，具有3D打印所需的弹性。其它复合材料具有高石墨烯和CNT颗粒负载，但较差的分散导致填料分布的不均匀性，从而导致较差的可打印性。对于掺有胺硬化剂作为固化剂的具有A+B体系的环氧制剂，它们在室温下快速固化，导致挤出打印机的管道和喷嘴堵塞。

发明内容

根据这里示出的方面，提供了一种物质组合物，所述物质组合物包含至少10重量％的环氧官能化二维成形颗粒、0.1重量％至5重量％范围内的碳纳米管、环氧树脂和固化剂。

根据这里示出的方面，提供了一种制造物质组合物的方法，所述方法包括将环氧树脂、碳纳米管和溶剂混合以产生材料，干燥所述材料，以及将材料与固化剂混合以产生物质组合物。

根据这里示出的方面，提供了一种打印物质组合物的方法，所述方法包括通过将环氧官能化石墨烯、碳纳米管、环氧基础树脂和固化剂组合来产生物质组合物，将物质组合物挤出打印成期望的图案，以及固化所述图案。

附图说明

图1示出了物质组合物的实施方案的图形表示。

图2示出了用于制造物质组合物的方法的实施方案的流程图。

图3示出了不同物质组合物的粘度与剪切速率的图。

图4示出了固定振荡频率下的振荡应力扫描图。

图5示出了应力-应变原始数据的图。

图6示出了韧性结果的柱形图。

图7示出了拉伸强度数据的柱形图。

具体实施方式