本發(fā)明涉及一種各向同性光固化材料及其制備方法，具體涉及通過4-乙烯苯胺改性碳纖維來增強光敏丙烯酸酯樹脂體系，屬于化工與高分子材料。

背景技術(shù)：

1、光固化3d打印是計算機控制可見光/紫外光引發(fā)液態(tài)光敏樹脂在打印平臺上特定位置聚合，逐層制造三維結(jié)構(gòu)的技術(shù)。根據(jù)控制系統(tǒng)的不同，光固化3d打印技術(shù)包括立體光刻(sla)、數(shù)字光處理(dlp)、液晶顯示(lcd)、連續(xù)液體界面制造(clip)、和高面積快速打印(harp)等。這些打印技術(shù)具有打印速度快、分辨率高、打印結(jié)構(gòu)與液體樹脂易于分離以及未固化樹脂可重復(fù)使用等優(yōu)點。

2、然而，目前最常用的光固化3d打印丙烯酸酯樹脂的力學(xué)性能不佳，限制了其在醫(yī)療器械、電子器件、汽車配件、航空航天等領(lǐng)域中的實際應(yīng)用。究其原因，一方面是丙烯酸酯自身結(jié)構(gòu)決定的；另一方面，由于光固化3d打印逐層堆積的成型方式，層間作用力較弱，這導(dǎo)致打印樣品的力學(xué)性能表現(xiàn)出各向異性，特別是垂直于打印方向的力學(xué)性能明顯低于其他方向。

3、如何提高光固化3d打印樹脂的力學(xué)性能，以滿足更廣泛的應(yīng)用需求，成為了當(dāng)前的研究熱點。

技術(shù)實現(xiàn)思路

1、發(fā)明目的：本發(fā)明針對現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種各向同性光固化材料及其制備方法，使用化學(xué)接枝改性方法對纖維進行表面處理得到4-乙烯苯胺改性碳纖維，使得改性后的纖維與基體之間存在化學(xué)鍵，界面結(jié)合程度更高，打印制品的拉伸強度進一步提高，各向異性進一步降低。

2、為達到上述目的，本發(fā)明所采用的技術(shù)方案是:

3、本發(fā)明的第一方面在于提供一種各向同性光固化材料，該各向同性光固化材料為其中分布有4-乙烯苯胺改性碳纖維的光敏樹脂，所述4-乙烯苯胺改性碳纖維的含量為光敏樹脂的1-3wt.％，所述4-乙烯苯胺改性碳纖維是在碳纖維表面接枝有4-乙烯苯胺，其中，所述各向同性光固化材料的拉伸強度各向異性低于11.0％，斷裂伸長率各向異性低于8.5％。

4、本發(fā)明的第二方面在于提供4-乙烯苯胺改性碳纖維在制備各向同性光固化材料中的用途，所述各向同性光固化材料為如以上所述的各向同性光固化材料，所述4-乙烯苯胺改性碳纖維是在碳纖維表面接枝有4-乙烯苯胺。

5、本發(fā)明的第三面在于提供一種各向同性光固化材料的制備方法，所述的制備方法包括如下步驟:

6、(1)以4-乙烯苯胺為原料，采用化學(xué)接枝改性方法對碳纖維進行表面處理得到4-乙烯苯胺改性碳纖維；

7、(2)將環(huán)氧丙烯酸酯、雙環(huán)戊二烯丙烯酸酯和光引發(fā)劑混合，得光敏樹脂，添加4-乙烯苯胺改性碳纖維作為增強相，所述4-乙烯苯胺改性碳纖維的含量為光敏樹脂的1-3wt.％，分散均勻，通過光固化3d打印得到各向同性光固化材料。

8、本發(fā)明的第四方面在于提供如以上所述的，或如以上任一所述的方法制備的各向同性光固化材料在醫(yī)療設(shè)備、電子元件、汽車零部件或航空航天領(lǐng)域的應(yīng)用。

9、與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明取得的有益效果是:

10、1.碳纖維cf是一種含碳量在95％以上的高強度、高模量的新型纖維，作為增強相加入到光敏樹脂基體中，顯著提高了力學(xué)性能。在此基礎(chǔ)上，本發(fā)明使用化學(xué)接枝改性方法對纖維進行表面處理得到4-乙烯苯胺改性碳纖維，使得改性后的纖維與基體之間存在化學(xué)鍵，界面結(jié)合程度更高，打印制品的拉伸強度進一步提高，各向異性進一步降低。本發(fā)明利用改性碳纖維與樹脂基體之間的結(jié)合作用，在增強材料力學(xué)性能的同時實現(xiàn)了各向同性，有望拓展光固化3d打印制品在工業(yè)上的實際應(yīng)用場景。

11、2.本發(fā)明提供了一種可用于光固化dlp?3d打印的新型cf增強光敏丙烯酸酯樹脂體系，4-乙烯苯胺改性碳纖維能夠在層與層之間起到搭接作用，有望補足因?qū)訉盈B加的制造方式導(dǎo)致的薄弱的界面結(jié)合力。該方法操作簡單、對光敏丙烯酸酯的各向異性消除作用顯著。

技術(shù)特征：

1.一種各向同性光固化材料，其特征在于，該各向同性光固化材料為其中分布有4-乙烯苯胺改性碳纖維的光敏樹脂，所述4-乙烯苯胺改性碳纖維的含量為光敏樹脂的1-3wt.％，所述4-乙烯苯胺改性碳纖維是在碳纖維表面接枝有4-乙烯苯胺，其中，所述各向同性光固化材料的拉伸強度各向異性低于11.0％，斷裂伸長率各向異性低于8.5％。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的各向同性光固化材料，其特征在于，所述4-乙烯苯胺改性碳纖維的含量為光敏樹脂的2-3wt.％；和/或

3.4-乙烯苯胺改性碳纖維在制備各向同性光固化材料中的用途，其特征在于，所述各向同性光固化材料為如權(quán)利要求1或2所述的各向同性光固化材料，所述4-乙烯苯胺改性碳纖維是在碳纖維表面接枝有4-乙烯苯胺。

4.一種各向同性光固化材料的制備方法，其特征在于，所述的制備方法包括如下步驟:

5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的制備方法，其特征在于，步驟(2)中，所述單官能度丙烯酸酯單體包括丙烯酸異冰片酯、雙環(huán)戊二烯丙烯酸酯、羥乙基丙烯酸酯、雙乙氧基丙烯酸酯、四氫呋喃丙烯酸酯的一種或多種；和/或

6.根據(jù)權(quán)利要求4所述的制備方法，其特征在于，所述4-乙烯苯胺改性碳纖維的含量為光敏樹脂的2-3wt.％；和/或

7.根據(jù)權(quán)利要求4所述的制備方法，其特征在于，所述步驟(1)的具體方法包括：

8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的制備方法，其特征在于，步驟(ⅰ)中，所述的酸性氧化劑為包括濃硫酸、硝酸或鹽酸在內(nèi)的強酸中的一種或多種；和/或

9.根據(jù)權(quán)利要求7所述的制備方法，其特征在于，步驟(ⅱ)中，所述ocf與4-乙烯苯胺的質(zhì)量比為0.5～3:1；優(yōu)選的為0.6～2.4:1；和/或

10.如權(quán)利要求1或2所述的，或如權(quán)利要求4-9任一所述的方法制備的各向同性光固化材料在醫(yī)療設(shè)備、電子元件、汽車零部件或航空航天領(lǐng)域的應(yīng)用。

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明公開了一種各向同性光固化材料及其制備方法。該制備方法具體包括:(1)采用化學(xué)接枝改性方法對碳纖維進行表面處理得到4?乙烯苯胺改性碳纖維；(2)將環(huán)氧丙烯酸酯、雙環(huán)戊二烯丙烯酸酯和光引發(fā)劑混合，添加4?乙烯苯胺改性碳纖維作為增強相，通過光固化3D打印得到各向同性光固化材料。本發(fā)明使用化學(xué)接枝改性方法對纖維進行表面處理得到4?乙烯苯胺改性碳纖維，使得改性后的纖維與基體之間存在化學(xué)鍵，界面結(jié)合程度更高，打印制品的拉伸強度進一步提高，各向異性進一步降低。本發(fā)明利用改性碳纖維與樹脂基體之間的結(jié)合作用，在增強材料力學(xué)性能的同時實現(xiàn)了各向同性，有望拓展光固化3D打印制品在工業(yè)上的實際應(yīng)用場景。

技術(shù)研發(fā)人員：劉仁,繆佳濤,楊彬杰,桑欣欣
受保護的技術(shù)使用者：江南大學(xué)
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2025/5/8