Электропроводящая металлонаполненная полимерная композиция для 3d-печати (варианты)

Авторы патента:

Колтаев Николай Владимирович (RU)

Басыров Азамат Айратович (RU)

Кокшарова Юлия Александровна (RU)

Абдуллин Марат Ибрагимович (RU)

Гадеев Азат Салаватович (RU)

C08K3/08 - металлы

B29C67/04 - спекание (комбинированное с прессованием B29C 43/00)

Владельцы патента RU 2641134:

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

Изобретение может применяться для производства 3D-печатных электропроводящих материалов, таких как механосенсоры, приборы емкостного обнаружения, автоматизированные динамичные механизмы. Электропроводящая полимерная композиция в качестве полимерной основы содержит полимер стирол-бутадиен-стирола (СБС) в количестве 10 мас.%, в качестве токопроводящего металлического наполнителя - припой марки ПОС-63 или свинец в количестве 40 мас.%, а в качестве пластификатора - масло ПН-6Ш в количестве 50 мас.%. Вариант композиции в качестве полимерной основы содержит СБС в количестве 10-20 мас.%, в качестве токопроводящего металлического наполнителя – медь или алюминий в количестве 30-40 мас.%, а в качестве пластификатора - масло ПН-6Ш в количестве 50 мас.%. Техническим результатом изобретения является увеличение электропроводности и показателя текучести расплава для полимерных композиционных материалов, предназначенных для 3D-печати. 2 н.п. ф-лы, 1 табл., 16 пр.

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

Известны электропроводящие полимерные композиции на основе меди и термопластов или эпоксидных смол, применяемые для изготовления электронных объектов [Conductive polymer composites. Patent US 20080272344 A1, №12/077,812].

Недостатком указанной полимерной композиции является низкая электропроводность и текучесть вследствие использования наполненного полимера.

Наиболее близкими к предлагаемой электропроводящей композиции являются электропроводящие композиции [Абдуллин М.И., Басыров А.А., Николаев А.В. Металлополимерные композиции для 3D-печати // Universum: Химия и биология: электрон. научн. журн. 2015. №11 (18).] на основе поливинилацетата марки М10 и металлического наполнителя (свинец марки ПС, никель марки А-2, медь марки ПМУ, алюминий марки ПАД-4), следующего состава, мас %:

1. Поливинилацетат марки М10 - свинец марки ПС со степенью наполнения 0-50%;

2. Поливинилацетат марки М10 - никель марки А-2 со степенью наполнения 0-70%

3. Поливинилацетат марки М10 - медь марки ПМУ со степенью наполнения 0-70%;

4. Поливинилацетат марки М10 - алюминий марки ПАД-4 со степенью наполнения 0-70%

Недостатком данных электропроводящих композиций является низкая электропроводность (менее 1⋅10^-4 (Ом×мм²/см)^-1), что не позволяет осуществлять изготовление на их основе токопроводящих трехмерных объектов методом 3D-печати.

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 стирол-бутадиен-стирол сополимер СБС, в качестве токопроводящего порошки - металлические наполнители: ПОС-63, свинца, алюминия, меди. Предлагаемая композиция дополнительно содержит пластификатор - масло ПН-6Ш.

Токопроводящий порошок ПОС-63 представляет собой оловянно-свинцовый сплав. Состав: олово - 63%; свинец - 27% (ТУ 48-13-39-89). Масло ПН-6Ш (ТУ 38.1011217-89) - нефтяной пластификатор, представляет собой концентрат ароматических углеводородов. Его получают путем компаундированиия экстрактов селективной (фенольной) очистки масляных фракций нефти.

Использование в составе электропроводящей композиции СБС позволяет существенно увеличить электропроводность и показатель текучести расплава электропроводящих полимерных композиций по сравнению с прототипом.

Электропроводящую полимерную композицию получают следующим образом.

В реактор загружают 20-40 мас % металлического наполнителя; 10-30 мас % СБС; 50 мас % масла ПН-6Ш. 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, глубина витка 16,5 мм, ширина гребня 20 мм) и получают экструдат при температуре материального цилиндра 150°С 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 30 мас % СБС; 20 мас % ПОС-63; 50 мас % масла ПН-6Ш. 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°С. Полученная полимерная композиция не обладает электропроводностью, показатель текучести расплава 3,7 г/10 мин.

Пример 2.

В условиях примера 1 при следующей загрузке компонентов, мас %: СБС - 20; ПОС-63 - 30; масло ПН-6Ш - 50. Полученная полимерная композиция не обладает электропроводностью, показатель текучести расплава 0,5 г/10 мин.

Пример 3.

В условиях примера 1 при следующей загрузке компонентов, мас %: СБС - 10; ПОС-63 - 40; масло ПН-6Ш - 50. Электропроводность полимерной композиции составляет 1,2×10^-2 (Ом×мм²/см)^-1, показатель текучести расплава 0,2 г/10 мин.

Пример 4.

В условиях примера 1 при следующей загрузке компонентов, мас %: СБС - 5; ПОС-63 - 45; масло ПН-6Ш - 50. Электропроводность полимерной композиции составляет 0,20 (Ом×мм²/см)^-1, расплав полимерной композиции не проявляет текучести.

Пример 5.

В условиях примера 1 при следующей загрузке компонентов, мас %: СБС - 30; свинец - 20; масло ПН-6Ш - 50. Полученная полимерная композиция не обладает электропроводностью, показатель текучести расплава 1,53 г/10 мин.

Пример 6.

В условиях примера 1 при следующей загрузке компонентов, мас %: СБС - 20, свинец - 30; масло ПН-6Ш - 50. Полученная полимерная композиция не обладает электропроводностью, показатель текучести расплава 0,3 г/10 мин.

Пример 7.

В условиях примера 1 при следующей загрузке компонентов, мас %: СБС - 10, свинец - 40; масло ПН-6Ш - 50. Электропроводность полимерной композиции составляет 2,2×10^-2 (Ом×мм²/см)^-1, показатель текучести расплава 0,1 г/10 мин.

Пример 8.

В условиях примера 1 при следующей загрузке компонентов, мас %: СБС - 5, свинец - 45; масло ПН-6Ш - 50. Электропроводность полимерной композиции составляет 0,21 (Ом×мм²/см)^-1, расплав полимерной композиции не проявляет текучести.

Пример 9.

В условиях примера 1 при следующей загрузке компонентов, мас %: СБС - 30; медь - 20; масло ПН-6Ш - 50. Полученная полимерная композиция не обладает электропроводностью, показатель текучести расплава 2,8 г/10 мин.

Пример 10.

В условиях примера 1 при следующей загрузке компонентов, мас %: СБС - 20; медь - 30; масло ПН-6Ш - 50. Электропроводность полимерной композиции составляет 1,7×10^-2 (Ом×мм²/см)^-1, показатель текучести расплава 0,9 г/10 мин.

Пример 11.

В условиях примера 1 при следующей загрузке компонентов, мас %: СБС - 10; медь - 40; масло ПН-6Ш - 50. Электропроводность полимерной композиции составляет 6,5×10^-2 (Ом×мм²/см)^-1, показатель текучести расплава 0,3 г/10 мин.

Пример 12.

В условиях примера 1 при следующей загрузке компонентов, мас %: СБС - 5; медь - 45; масло ПН-6Ш - 50. Электропроводность полимерной композиции составляет 0,11 (Ом×мм²/см)^-1, расплав полимерной композиции не проявляет текучести.

Пример 13.

В условиях примера 1 при следующей загрузке компонентов, мас %: СБС - 30; алюминий - 20; масло ПН-6Ш - 50. Полученная полимерная композиция не обладает электропроводностью, показатель текучести расплава 3 г/10 мин.

Пример 14.

В условиях примера 1 при следующей загрузке компонентов, мас %: СБС - 20; алюминий - 30; масло ПН-6Ш - 50. Электропроводность полимерной композиции составляет 1,1×10^-2 (Ом×мм²/см)^-1, показатель текучести расплава 0,4 г/10 мин.

Пример 15.

В условиях примера 1 при следующей загрузке компонентов, мас %: СБС - 10; алюминий - 40; масло ПН-6Ш - 50. Электропроводность полимерной композиции составляет 3,6×10^-2 (Ом×мм²/см)^-1, показатель текучести расплава 0,1 г/10 мин.

Пример 16.

В условиях примера 1 при следующей загрузке компонентов, мас %: СБС - 5; алюминий - 45; масло ПН-6Ш - 50. Электропроводность полимерной композиции составляет 0,1 (Ом×мм²/см)^-1, расплав полимерной композиции не проявляет текучести.

Таким образом, использование в качестве полимерной основы СБС 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 пластификатора масла ПН-6Ш увеличивает эластичность металлонаполненных композиций при их переработке и эксплуатации.

1. Электропроводящая металлонаполненная полимерная композиция для 3D-печати, состоящая из полимерной основы, токопроводящего наполнителя, отличающаяся тем, что композиция дополнительно содержит пластификатор, при этом в качестве полимерной основы содержит полимер стирол-бутадиен-стирола (СБС), в качестве токопроводящего наполнителя содержит металлический наполнитель – припой марки ПОС-63 или свинец, а в качестве пластификатора - масло ПН-6Ш при следующем соотношении, мас. %:

Полимер СБС	10
Наполнитель	40
Пластификатор	50

2. Электропроводящая металлонаполненная полимерная композиция для 3D-печати, состоящая из полимерной основы, токопроводящего наполнителя, отличающаяся тем, что композиция дополнительно содержит пластификатор, при этом в качестве полимерной основы содержит полимер стирол-бутадиен-стирола (СБС), в качестве токопроводящего наполнителя содержит металлический наполнитель - медь или алюминий, а в качестве пластификатора - масло ПН-6Ш при следующем соотношении, мас. %:

Полимер СБС	10-20
Наполнитель	30-40
Пластификатор	50

Изобретение относится к композициям, используемым, например, в процессе изготовления упаковочных материалов и других изделий, и конкретно касается получения композиции суперконцентрата и самого концентрата на основе переходного металла кобальта, уплотненной композиции на основе переходного металла кобальта и к способу получения уплотненных гранул на основе переходного металла кобальта.

Однослойный контейнер с защитой от света и способ его получения // 2636709

Изобретение относится к однослойному пластиковому контейнеру, такому как, например, однослойная пластиковая бутыль. Контейнер содержит матрицу на основе термопластов и по меньшей мере два неорганических наполнителя со светозащитной функцией, диспергированных в матрице.

Способ получения порошка сверхвысокомолекулярного полиэтилена, модифицированного наночастицами серебра // 2631567

Изобретение относится к получению сверхвысокомолекулярного полиэтилена (СВМПЭ), модифицированного наночастицами серебра. Способ включает импрегнирование СВМПЭ органическим раствором наносеребра.

Композитные материалы // 2631299

Изобретение может быть использовано в аэрокосмической промышленности. Отверждаемый композитный материал содержит по меньшей мере один структурный слой армирующих волокон, пропитанных отверждаемой смолистой матрицей, и по меньшей мере одну проводящую композитную частицу, расположенную рядом или вблизи с указанными армирующими волокнами.

Полимерная композиция для пропитки при изготовлении стекло - органо - углепластиков // 2620806

Изобретение относится к области химии и технологии получения и переработки полимерных композиций, конкретно к полимерным композициям, сохраняющим длительную работоспособность в наиболее агрессивных средах, преимущественно в растворах фтористоводородной (плавиковой) кислоты.

Электропроводящие металлонаполненные полимерные композиции для 3d-печати // 2620435

Металлополимерная композиция для изготовления pim - изделий // 2614010

Изобретение относится к порошковой металлургии, а именно к металлополимерным композициям для изготовления PIM-изделий путем формования и спекания указанных композиций.

Способ получения композитного материала на подложке // 2611540

Изобретение относится к полимерной химии. Выбирают металлические частицы двух разных размеров.

Способ производства самоскручивающегося удлиненного элемента, в частности, электрического кабеля, а также самоскручивающийся удлиненный элемент, в частности, электрический кабель // 2610062

Изобретение относится к способу производства скручивающегося удлиненного элемента, в частности электрического кабеля, а также самоскручивающегося удлиненного элемента, в частности электрического кабеля, предназначенного специально для питания и передачи сигнала по проводам, канатам и кабелям.

Способ получения маточной смеси на основе диенового эластомера и диоксида кремния // 2609162

Изобретение относится к способу получения маточной смеси диенового эластомера и диоксида кремния, а также к применению такой маточной смеси в изготовлении композиций на основе диенового каучука, упрочненных неорганическим наполнителем, предназначенных для изготовления шин или полупродуктов для шин, в частности протекторов этих шин.

3d-принтер, система 3d-принтера и генеративный способ изготовления // 2640551

Изобретение относится к 3D-принтеру, системе 3D-принтера и генеративному способу изготовления. 3D-принтер (100) выполнен с возможностью послойного формирования трехмерного компонента путем формирования слоев конструкционного материала в виде частиц, лежащих один на другом, и путем выборочного отверждения частичной области соответствующего слоя конструкционного материала.

Способ изготовления полимерного изделия на трехмерном принтере // 2640063

Изобретение относится к области машиностроения и может быть использовано для изготовления широкого спектра изделий из полимерных материалов, в том числе и модельной оснастки для использования ее в литейных формах.

Способ формирования трехмерного изделия в свч электромагнитном поле // 2629072

Изобретение относится к аддитивным технологиям изготовления конструкционных элементов сложной геометрической формы, а именно к трехмерной печати из порошкового диэлектрического материала.

Система и комплект оборудования для трехмерной печати // 2620807

Группа изобретений относится к системе трехмерной печати, способу приготовления трехмерно напечатанных изделий и комплекту оборудования для изготовления трехмерно напечатанных изделий (варианты).

Производство в средах с микрогравитацией и изменяющимися внешними силами // 2611533

Группа изобретений относится к устройствам для аддитивного производства (варианты). Устройства выполнены с возможностью функционирования в средах с разными внешними силами.

Способ стереолитографии для изготовления трехмерного объекта, при котором опорная поверхность указанного объекта совершает перемещение, периодически приближаясь к дну контейнера // 2610505

Изобретение представляет собой способ послойного изготовления трехмерного объекта посредством стереолитографии. Способ содержит следующие операции: перемещение опорной поверхности (6а, 7а) близко ко дну (2а) контейнера (2), содержащего жидкую субстанцию (3), таким образом, чтобы обеспечить ее размещение в определенном рабочем положении (17); избирательное облучение слоя (6) жидкой субстанции (3) определенным излучением (4), чтобы обеспечить его затвердевание на опорной поверхности (6а, 7а).

Способ изготовления изделий рулонным порошковым спеканием // 2609911

Способ относится к области порошковой металлургии, в частности к способу послойного изготовления трехмерных объектов посредством спекания, и может быть использован при изготовлении композиционных изделий.

Способ печати на струйном 3d-принтере // 2609179

Изобретение относится к области технологий синтеза, т.е. изготовления трехмерных физических объектов добавочным нанесением (наслоением) с использованием полимерных материалов, а точнее к технологиям струйной 3D-печати.

Картридж для стереолитографической машины, стереолитографическая машина с таким картриджем и способ изготовления такого картриджа // 2606448

Изобретение представляет собой картридж (2; 2'; 2ʺ) для стереолитографической машины (1). Картридж содержит: контейнер (3), снабженный отверстием (4); резервуар (5) для содержания в нем основного материала (6), способного к отверждению под воздействием определенного излучения (7).

Машина для стереолитографии с улучшенным оптическим блоком // 2593448

Изобретение относится к машине (1) для стереолитографии. Машина содержит: контейнер (2) для жидкого вещества (14), источник (3) заранее установленного излучения (3а), пригодного для отверждения жидкого вещества (14); оптический блок (4), пригодный для направления излучения (3а) к базовой поверхности (5) в жидком веществе (14); логический блок (6) управления, выполненный с возможностью управления оптическим блоком (4) и/или источником (3) для облучения заранее установленной части базовой поверхности (5).

Электропроводящая металлонаполненная полимерная композиция для 3d-печати (варианты) // 2641921

Изобретение может применяться для производства 3D-печатных электропроводящих материалов, таких как механосенсоры, приборы емкостного обнаружения, автоматизированные динамичные механизмы. Электропроводящая полимерная композиция содержит в качестве полимерной основы синдиотактический 1,2-полибутадиен (1,2-СПБ) в количестве 60-50 мас.%, и в качестве токопроводящего металлического наполнителя: припой марки ПОС-63 или свинец – остальное. Вариант композиции содержит в качестве полимерной основы синдиотактический 1,2-СПБ в количестве 70-50 мас.%, а в качестве токопроводящего металлического наполнителя: медь или алюминий – остальное. Техническим результатом является увеличение электропроводности и показателя текучести расплава для полимерных композиционных материалов, предназначенных для 3D-печати. 2 н.п. ф-лы, 1 табл., 20 пр.