液态膨胀单体的合成及光固化快速成型用光敏树脂的研究

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光固化快速成型是一种应用的最早和最广泛的三维快速成型方法,其具有加工效率高和原材料利用率达到近百分之百等优点,并且是快速成型技术中精度最高的方法之一,可以用来成型复杂形状和高精度的器件。美国3D打印巨头3D Systems公司预测,未来三年3D打印材料将成为行业最大的利润来源。目前,国内高等院校、科研机构和企业在光固化快速成型技术用的光敏树脂方面有所研究,并且开发出了一些自主品牌的树脂,但与国外进口树脂相比,不管是在产品性能、成型速度还是精度方面都有非常大的差距。光固化快速成型最核心的部分就是成型材料光敏树脂的研究和开发,因而深入地对光敏树脂进行系统的研究有较为重要的理论价值和应用意义。  本文以自由基型光敏树脂、混杂型光敏树脂和膨胀单体改性的混杂型光敏树脂为研究对象,考查了引发剂含量、活性稀释剂种类及用量比例、低聚物种类及用量比例和液态膨胀单体含量等对光固化快速成型用光敏树脂热性能和物理机械性能的影响,通过实验设计和优化工艺配方,以期得到低体积收缩率和较好物理机械性能的光固化快速成型专用光敏树脂。  对于自由基型光敏树脂和混杂型光敏树脂这前两部分,通过实验设计和优化配方发现它们的固化体积收缩率分别维持在6%和5%左右,很难满足高表面质量和精度的光固化快速成型的要求。鉴于前两者仍然存在树脂固化体积收缩较大的问题,本文合成了3,9-二乙基-3,9-二(烯丙氧甲基)-1,5,7,11-四氧杂螺[5,5]十一烷螺环原碳酸酯液态膨胀单体,并对其进行红外、核磁、质谱和元素分析表征,分析表明该物质与预期的化合物相符合。  本文利用液态膨胀单体对混杂光敏树脂进行共混改性,研究了膨胀单体用量对树脂体系体积收缩率、动态力学性能和热稳定性以及机械性能等的影响。研究结果表明,液态膨胀单体不仅可以有效减小光敏树脂的体积收缩,起到膨胀的作用;并且还可以较好的改善树脂粘度,达到活性稀释剂的功能。同时由于其独特的结构特征,能使树脂固化后形成致密的网络状结构,从而能在一定程度上改善体系机械性能。当混杂光敏树脂体系中膨胀单体用量为15%时,固化体系粘度、玻璃化转变温度、体积收缩率、拉伸强度、弹性模量和断裂伸长率分别为342.5mpa·s、74.6℃、4.3%、57.3MPa、2177.0MPa、4.8%,并且具有较快的成型速率和良好的热稳定性。
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