[发明专利]一种原位固化的环氧树脂制件及其制备方法

说明书

本发明公开了一种沉积线条，及采用该沉积线条经原位固化制备的环氧树脂制件，所述沉积线条具有同心圆柱的皮芯结构，所述皮芯结构的皮中的材料包括热塑性树脂，所述皮芯结构的芯中的材料包括环氧树脂、稀释剂、潜伏性固化剂和填料。本发明利用3D打印的可设计性优势，从喷头结构、材料配方、工艺参数三方面设计优化，三者协同作用实现复杂形状的环氧树脂制件的制备，且制件具有优异的力学性能。此外，可以根据实际需要，通过改变工艺参数实现沉积线条的微组分的变化，实现微观性能的调控，继而实现制件在宏观上的各向异性。

技术领域

本发明涉及一种环氧树脂制件及其制备方法，属于热固性树脂技术领域。

背景技术

环氧树脂是指分子中含有两个以上环氧基团的一类聚合物的总称，是环氧氯丙烷与双酚A或多元醇的缩聚产物。由于环氧基的化学活性高，可用多种含有活泼氢的化合物使其开环，固化交联生成网状结构。环氧树脂具有优良的物理机械和电绝缘性能，其与各种材料较好的粘接性能以及使用工艺的灵活性是其他热固性材料所不具备的，因此在国民经济的各个领域中得到广泛的应用，包括涂料、电工绝缘、土木建筑、粘接剂等行业。

随着电子信息技术的成熟，3D打印也应运而生并大规模普及，开启了无模具制造的时代。《经济学人》杂志曾描述，以3D打印为代表的数字化制造技术将改写制造业的生产方式，进而改变产业链的运作模式。3D打印，又名增材制造(Additive Manufacturing,AM)出现于20世纪70年代。按照美国材料与试验协会国际标准组织F42增材制造技术委员会给出的定义：3D打印是根据3D模型数据，用材料的层层相连接来制造物体的工艺。其核心就是将所需成型制件的复杂3D实体通过切片处理转化为简单的2D截面的组合，依据制件的3D计算机辅助设计模型，在3D打印设备上直接成型实体制件。3D打印最大的特点是不用模具成型，因此可以省去开模费用，大大降低成本。环氧丙烯酸酯树脂是目前应用最广泛、用量最大的光固化低聚物树脂，其光固化速度在各类低聚物中是最快的。但是环氧树脂还未用于3D打印，主要原因在于环氧树脂的固化反应需要固化剂的参与且不是瞬间完成，无法满足3D打印的要求。

目前3D打印领域中对环氧树脂制件制备工艺的研究相对较少。CN108976714A公开了一种3D打印用单组份环氧树脂改性光敏树脂组合物及其制备方法，树脂组合物包括单组份环氧树脂10-30％、双官能团丙烯酸酯预聚物24-50％、多官能团丙烯酸酯单体10-30％、活性稀释剂11-30％和光引发剂1.5-4％。CN111234513A公开了高模量3D打印环氧树脂及其制备方法，树脂组合物包括脂环族环氧树脂20-50份、预聚体10-30份、活性稀释剂8-20份、高模量碳纤维1-20份、不饱和聚酯树脂5-15份、异氰酸铵0.5-1份和聚碳酸酯7-10份、邻苯二甲酸二乙酯1-5份。可见，上述已公开的相关技术均采用光固化3D打印且组合物中环氧树脂的含量不超过50％，这是因为环氧树脂不能直接参与到光固化反应中，只起到改性的作用，其主要成分树脂依然是丙烯酸酯，因此严格意义上并不是3D打印环氧树脂。因此开发一种新的工艺或方法将环氧树脂直接通过3D打印制备具有特定形状的制件非常有意义，可使3D打印从普通原型件制造转向功能原型件制造，进一步拓宽其应用范围。

发明内容

为了改善现有技术的不足，本发明提供一种环氧树脂制件及其制备方法。具体地，本发明提供一种熔融沉积成型(Fused Deposition Modeling,FDM)3D打印环氧树脂制件。

本发明的一个目的是提供一种具有同心圆柱的皮芯结构的沉积线条；本发明的另一个目的是提供一种由上述沉积线条经固化得到的环氧树脂制件；本发明的再一个目的是提供一种基于FDM 3D打印制备上述环氧树脂制件的方法。其中，在FDM 3D打印过程中沉积的线条具有皮芯结构，且可以通过调节工艺参数实现沉积线条的材料体系中两个组分的比例控制，达到微观性能的调控，继而实现宏观上制件中的各部位性能的调控。

本发明的目的是通过如下技术方案实现的：