Электропроводящая полимерная композиция для 3d-печати



Электропроводящая полимерная композиция для 3d-печати
Электропроводящая полимерная композиция для 3d-печати

 


Владельцы патента RU 2611880:

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Башкирский государственный университет" (RU)

Изобретение относится к производству 3D-печатных электропроводящих материалов, таких как механосенсоры, приборы емкостного обнаружения, автоматизированные динамичные механизмы. Описана электропроводящая полимерная композиция для 3D-печати, состоящая из полимерной основы, углеродного наполнителя, которая дополнительно содержит антиоксидант, в качестве полимерной основы используется синдиотактический 1,2-полибутадиен, при следующем соотношении, мас.%: 1,2-СПБ - 77,5-94,5; технический углерод - 3-20; антиоксидант - 2,5. Технический результат: получение полимерных композиций с повышенной электропроводностью и технологичностью, предназначенных для 3D-печати. 2 з.п. ф-лы, 1 табл., 11 пр.

 

Изобретение относится к области получения электропроводящих полимерных композиций, используемых для изготовления токопроводящих материалов, предназначенных для 3D-печати.

Изобретение может применяться для производства 3D-печатных электропроводящих материалов, таких как механосенсоры, приборы емкостного обнаружения, автоматизированные динамичные механизмы.

Известны электропроводящие полимерные композиции на основе сополимера акрилонитрила-бутадиена-стирола и технического углерода марки Raven 960, применяемые для изготовления трехмерных объектов методом 3D-печати. [Runqing Oua, Rosario A. Gerhardta, Courtney Marrettb, Alexandre Moulartb, Jonathan S. Colton. Assessment of percolation and homogeneity in ABS/carbon black composites by electrical measurements. Composites: Part B. 2003. - V. 34. - P. 607-614.]

Недостатком указанной полимерной композиции является низкая электропроводность и текучесть вследствие использования наполненного акрилонитрил-бутадиен-стирола.

Наиболее близкими к предлагаемой электропроводящей композиции являются электропроводящие композиции [Абдуллин М.И., Басыров А.А., Гадеев А.С. и др. Сравнение электропроводности токопроводящих полимерных композиций, наполненных техническим углеродом и углеродными волокнами. Журнал научных публикаций аспирантов и докторантов, 2014, №8 (98), с. 95-99] на основе термопластов (полипропилен, полиэтилен, стирол-бутадиеновый сополимер) и технического углерода марок П805Э, Printex ХЕ-2В и УВИС АК-П, следующего состава, масс. %:

1. Полиэтилен марки 2287 - технический углерод (ТУ) марки П805Э со степенью наполнения 40-70%;

2. Полипропилен марки 01270 - углеродные волокна марки УВИС АК-П со степенью наполнения 10-70%;

3. Полиэтилен марки 2287 - ТУ марки Printex ХЕ-2В со степенью наполнения 5-20%;

4. Полипропилен марки 01270 - ТУ марки Printex ХЕ-2В со степенью наполнения 5-20%;

5. Стирол-бутадиеновый сополимер марки LG-501 - ТУ марки Printex ХЕ-2В со степенью наполнения 10-25%.

Недостатком данных электропроводящих композиций является низкая текучесть расплава (показатель текучести расплава (ПТР) - менее 2,5 г/10 мин), что не позволяет осуществлять изготовление на их основе трехмерных объектов методом 3D-печати, который предполагает нанесение электропроводящего полимерного слоя в виде расплава.

Техническим результатом изобретения является получение полимерных композиций с повышенной электропроводностью и технологичностью, предназначенных для 3D-печати.

Указанный технический результат достигается тем, что в качестве полимерной основы электропроводящей композиции используется синдиотактический 1,2-полибутадиен (1,2-СПБ). Электропроводящая полимерная композиция содержит компоненты в следующем соотношении, масс. %:

1,2-СПБ 77,5-94,5
технический углерод 3-20
антиоксидант 2,5

В качестве технического углерода может использоваться технический углерод марок ТУ П803, Printex ХЕ-2В или углеродные волокна марки УВИС АК-П. В качестве антиоксиданта может использоваться технический ионол «марки Б».

Использование в составе электропроводящей композиции 1,2-СПБ позволяет существенно увеличить электропроводность и показатель текучести расплава электропроводящих полимерных композиций по сравнению с прототипом.

Электропроводящую полимерную композицию получают следующим образом.

В реактор загружают 3-20 масс. % технического углерода, 77,5-94,5 масс. % 1,2-СПБ, 2,5 масс. % технического ионола. Компоненты смешивают в металлическом смесителе, снабженном механической мешалкой, в течение 12 мин при скорости перемешивания 440 мин-1.

Порошкообразную получаемую композицию загружают в лабораторный одношнековый экструдер (D/L=15 см, глубиной витка 16,5 мм, ширина гребня 20 мм) и получают экструдат при температуре материального цилиндра 150°C и скорости вращения шнека 30 мин-1.

Измерение удельной электропроводности приготовленных таким образом полимерных композиций проводят на цилиндрических образцах длиной около 20 мм и диаметром 4 мм контактным способом. Измерение показателя текучести расплава полимерных композиций проводят на экструзионном пластографе ИИРТ-АМ. Значение электропроводности и ПТР полимерных композиций определяют по ГОСТ 11645-73.

Данное изобретение иллюстрируется следующими примерами.

Пример 1.

В смеситель загружают 87,5 масс. % 1,2-СПБ, 10 масс. % гранулированного технического углерода марки ТУ П803, 2,5 масс. % технического ионола. Композицию смешивают в смесителе в течение 12 мин при скорости перемешивания 440 мин-1. Полученную порошкообразную композицию гранулируют на лабораторном одношнековом экструдере при температуре 150°C. Электропроводность полимерной композиции составляет 6×10-7 (Ом×мм2/см)-1, показатель текучести расплава 5 г/10 мин.

Пример 2.

В условиях примера 1 при следующей загрузке компонентов, масс. %: 1,2-СПБ - 77,5, технический углерод марки ТУ П803 - 20, технический ионол «марки Б» - 2,5. Электропроводность полимерной композиции составляет 1,9×10-5 (Ом×мм2/см)-1, показатель текучести расплава 2 г/10 мин.

Пример 3.

В условиях примера 1 при следующей загрузке компонентов, масс. % 1,2-СПБ - 92,5, углеродные волокна марки УВИС АК-П - 5, технический ионол «марки Б» - 2,5. Электропроводность полимерной композиции составляет 1,00×10-8 (Ом×мм2/см)-1, показатель текучести расплава 5 г/10 мин.

Пример 4.

В условиях примера 1 при следующей загрузке компонентов, масс. %: 1,2-СПБ - 87,5, углеродные волокна марки УВИС АК-П - 10, технический ионол «марки Б» - 2,5. Электропроводность полимерной композиции составляет 8,0×10-7 (Ом×мм2/см)-1, показатель текучести расплава 1,3 г/10 мин.

Пример 5.

В условиях примера 1 при следующей загрузке компонентов, масс. %: 1,2-СПБ - 94,5, технический углерод марки Printex ХЕ-2В - 3, технический ионол «марки Б» - 2,5. Электропроводность полимерной композиции составляет 4×10-7 (Ом×мм2/см)-1, показатель текучести расплава 12 г/10 мин.

Пример 6.

В условиях примера 1 при следующей загрузке компонентов, масс. %: 1,2-СПБ - 92,5, технический углерод марки Printex ХЕ-2В - 5, технический ионол «марки Б» - 2,5. Электропроводность полимерной композиции составляет 6×10-7 (Ом×мм2/см)-1, показатель текучести расплава 6,5 г/10 мин.

Пример 7.

В условиях примера 1 при следующей загрузке компонентов, масс. %: 1,2-СПБ - 87,5, технический углерод марки Printex ХЕ-2В - 10, технический ионол «марки Б» - 2,5. Электропроводность полимерной композиции составляет 1,47×10-4 (Ом×мм2/см)-1, показатель текучести расплава 1,2 г/10 мин.

Пример 8.

В условиях примера 1 при следующей загрузке компонентов, масс. %: 1,2-СПБ - 82,5, технический углерод марки Printex ХЕ-2В - 15, технический ионол «марки Б» - 2,5. Электропроводность полимерной композиции составляет 4,7×10-3 (Ом×мм2/см)-1, показатель текучести расплава 0,48 г/10 мин.

Пример 9.

В условиях примера 1 при следующей загрузке компонентов, масс. %: 1,2-СПБ - 77,5, технический углерод марки Printex ХЕ-2В - 20, технический ионол «марки Б» - 2,5. Электропроводность полимерной композиции составляет 1,9×10-2 (Ом×мм2/см)-1, показатель текучести расплава 0,12 г/10 мин.

Пример 10.

В условиях примера 1 при следующей загрузке компонентов, масс. %: 1,2-СПБ - 76,5, технический углерод марки Printex ХЕ-2В - 21, технический ионол «марки Б» - 2,5. Электропроводность полимерной композиции составляет 1,3×10-1 (Ом×мм2/см)-1, расплав полимерной композиции не проявляет текучести.

Пример 11.

В условиях примера 1 при следующей загрузке компонентов, масс. %: 1,2-СПБ - 95,5, технический углерод марки Printex ХЕ-2В - 2, технический ионол «марки Б» - 2,5. Полученная полимерная композиция не обладает электропроводностью, показатель текучести расплава 16 г/10 мин.

Таким образом, использование в качестве полимерной основы 1,2-СПБ позволяет получить полимерные композиции с повышенной электропроводностью и технологичностью, предназначенные для изготовления трехмерных объектов методом 3D-печати, который предполагает нанесение электропроводящего полимерного слоя в виде расплава.

Использование в качестве антиоксиданта технического ионола марки «Б» увеличивает термостабильность угленаполненных композиций при их переработке и продолжительность срока эксплуатации изделий из таких композиций.

1. Электропроводящая полимерная композиция для 3D-печати, состоящая из полимерной основы, углеродного наполнителя, отличающаяся тем, что она дополнительно содержит антиоксидант, в качестве полимерной основы используется синдиотактический 1,2-полибутадиен (1,2-СПБ) при следующем соотношении, мас.%:

1,2-СПБ 77,5-94,5
технический углерод 3-20

антиоксидант 2,5

2. Электропроводящая композиция по п. 1, где в качестве технического углерода используются технические углероды марок ТУ П803, Printex ХЕ-2 В или углеродные волокна марки УВИС АК-П.

3. Электропроводящая композиция по п. 1, где в качестве антиоксиданта используется технический ионол марки «Б».



 

Похожие патенты:

Настоящее изобретение касается пастообразного состава, содержащего проводящие углеродные наполнители, способа получения ее, а также применения ее для получения тонких проводящих пленок, красок или покрытий, в частности для изготовления Li-ионных батарей или суперконденсаторов, или для получения проводящих композиционных материалов.
Изобретение относится к способу получения полианилина, допированного металлом, который может быть использован в электронной технике для изготовления датчиков газовых сред, электродов конденсаторов и т.д.

Изобретение относится к многослойным материалам для защиты от разряда молнии (ЗРМ) и/или защиты от электромагнитных помех (ЭМП) и касается электропроводящего облицовочного материала для композитных структур.

Группа изобретений относится к получению концентрированной дисперсии наночастиц серебра. Дисперсия наночастиц серебра включает первый растворитель, находящиеся в упомянутом растворителе наночастицы серебра и по меньшей мере один диспергатор.

Изобретение относится к электропроводящим полимерным композициям и может быть использовано в качестве электропроводного материала при изготовлении труб, прутков, пленок и т.д.

Изобретение относится к новому полимеру бензодитиофена, способу его получения, к полимерной смеси и составу, используемым в качестве полупроводников в органических электронных устройствах, к применению полимера, а также к оптическому, электрооптическому или электронному компоненту или устройству.

Изобретение относится к области электрической техники, в частности безметаллическому электрическому проводнику и способам его получения, и может быть использовано в различных областях техники.

Настоящее изобретение относится к материалу, который содержит, по меньшей мере, эластичную и электропроводящую область, интегрированную непосредственно в материал, к способу для получения материала, а также к использованию кремнекаучука, снабженного электропроводящим материалом для получения материала согласно изобретению, и также относится к устройству, содержащему материал, а также к предмету одежды, содержащему такое устройство.
Изобретение относится к изготовлению электротехнических изделий из композиционного материала. Электротехническое изделие изготовлено из токопроводящего композиционного материала формованием методом холодного прессования, при этом токопроводящий композиционный материал содержит 40÷55 мас.% порошка естественного графита, 30÷15 мас.% связующего на основе новолачной смолы, 30 мас.% медного порошка и дополнительно поливинилацетат в качестве пластификатора в количестве 9÷35 мас.% от суммарной массы порошкообразных компонентов.

Настоящее изобретение относится к маточной смеси в твердой агломерированной форме для электродов литий-ионных батарей или суперконденсаторов, способу получения такой маточной смеси, концентрированной маточной смеси, способу изготовления электрода, электроду, полученному таким способом, способу изготовления активного композитного материала для электрода, активному композитному материалу для электрода, полученному таким способом, и применению маточной смеси.

Изобретение относится к технологии получения неорганических железооксидных пигментов на кварцевой основе при переработке твердых отходов горно-обогатительных предприятий металлургического комплекса и может быть использовано в строительной, лакокрасочной промышленности и в производстве пигментов-наполнителей для полимерных материалов (пластмасс, резин, эмалей, красок, клеев и др.).

Изобретение относится к способу получения сверхвысокомолекулярного полиэтилена (СВМПЭ) модифицированного наноразмерными частицами оксида циркония, предназначенного для изготовления керамики, катализаторов, биомедицинских материалов.

Изобретение относится к неорганической химии и может использоваться при приготовлении водных суспензий, красок, дисперсионных покрытий для бумаги. Природный карбонат кальция диспергируют составом, сформированным глицерином в водной или чистой форме; или сформированным глицерином с одним или более из следующих агентов, находящихся в водной или чистой форме: этиленгликоля, монопропиленгликоля, триэтиленгликоля, неорганической кислоты или соли неорганической кислоты, муравьиной или лимонной кислоты или соли муравьиной или лимонной кислоты, органической многоосновной кислоты или соли органической многоосновной кислоты, алканоламина, полиэтиленимина, полимерного полиалкиленгликоля, одного или более полиглицеринов; или включающим один или более полиглицеринов при отсутствии глицерина.
Изобретение может быть использовано в производстве красок, пластиков, пигментов для покрытия бумаги. Способ получения водных суспензий с высоким содержанием твердого вещества включает обеспечение, по меньшей мере, одного минерального материала, получение водной суспензии, содержащей вышеуказанный минеральный материал, измельчение минерального материала и концентрирование суспензии при быстром охлаждении.

Изобретения относятся к химической и бумажной промышленности, а также к сельскому хозяйству и могут быть использованы при получении красок, бумаги, удобрений. Способ получения самосвязывающихся пигментных частиц включает следующие стадии: a) приготовление водной суспензии минерального пигментного материала; b) приготовление по меньшей мере одного полимерного связующего, содержащего карбоксиметилцеллюлозу, имеющую степень карбоксилирования 0,4-2,0 и внутреннюю вязкость в 3-300 мл/г; c) перемешивание связующего с водной суспензией минерального пигментного материала и коррекция содержания твердых веществ в полученной суспензии так, чтобы оно составляло 45-80 вес.%, в расчете на полный вес суспензии; d) измельчение водной суспензии.

Изобретение может быть использовано в производстве консервационных смазок. Для получения антикоррозионного пигмента проводят термообработку при 900°С в течение 1 часа смеси суспензий шламов электрохимической очистки сточных вод гальванического производства и содержащего гидроксид кальция отхода ванн нейтрализации машиностроительных производств.
Изобретение может быть использовано в химической, лакокрасочной, пищевой, фармацевтической промышленности, в производстве бумаги. Способ классификации минерального вещества включает классификацию в газообразной среде по меньшей мере одного минерального вещества, включающего доломит, или тальк, или диоксид титана, или оксид алюминия, или каолин, или карбонат кальция, или их смеси в присутствии по меньшей мере одной добавки, способствующей классификации.

Изобретение может быть использовано в космической технике, строительстве, в химической, пищевой и легкой промышленности. Пигмент для светоотражающих покрытий содержит смесь частиц диоксида циркония со средним размером 3 мкм и наночастицы диоксида циркония размером 30-40 нм.
Изобретение относится к пигментным гранулам, которые содержат один или больше воздействующих пигментов хлопьевидной формы, а также к их применению для пигментации среды нанесения, к примеру, для порошковых покрытий и, в частности, пластмасс, а также для приготовления концентрированных красителей.

Изобретение относится к композиции покрытия, способу ее приготовления, применению такой композиции, краске, содержащей такую композицию, а также бетону, дереву, бумаге, металлу или картону, покрытым указанной композицией.

Изобретение относится к каучуковой композиции, содержащей каучуковый компонент и полифарнезен. Композиция содержит каучуковый компонент, выбранный из синтетического и природного каучука, а также полимер фарнезена со средней молекулярной массой не менее 2000 и менее 25000 в количестве от 0,5 до 30 мас.ч.
Наверх