[发明专利]一种含石墨烯用于3D打印的导电材料及其制备方法

说明书

技术领域

本发明属于3D打印制造领域，具体涉及一种含石墨烯用于3D打印的导电材料及其 制备方法。

背景技术

3D打印技术作为快速成型领域的一种迅猛发展的新兴技术，是指通过连续的物理 层叠加，逐层增加材料来生成三维实体的技术，与传统的去除材料的加工技术不同，因此又 被称为添加制造。作为一种综合性应用技术，3D打印综合了数字建模技术、机电控制技术、 信息技术、材料科学与化学等诸多方面的前沿技术知识，具有很高的科技含量。而打印材料 则是3D打印技术中重要的组成部分。

中国专利公开号为CN103694422A公开了一种聚苯乙烯导电塑料，该方法由聚苯乙 烯220份，甲基丙烷三甲基丙烯酸酯30份，酚醛树脂20份，三正丁基胺30份，铜粉12份，铝粉 份5，石墨12份，聚四氟乙烯6份，氯化聚乙烯7份，三乙烯二胺12份，对苯二甲醇12份组成制 得聚苯乙烯导电塑料。该方法制备的塑料导电性能良好，且强度大，抗拉伸，不易老化，高韧 性，但是该方法制备工艺复杂，生产成本高。

中国专利公开号为CN102827315A公开了氧化石墨烯/聚苯乙烯纳米复合材料及其 制备方法，该方法用氧化剂将天然鳞片石墨氧化得到氧化石墨，经超声剥离和离心分离后 得到氧化石墨烯；将其加入盐溶液中，搅拌后形成氧化石墨烯和盐的均匀分散体系。将苯乙 烯加入到所得的分散体系中，超声得到稳定的Pickering乳液，再加入引发剂、搅拌聚合得 到氧化石墨烯/聚苯乙烯纳米复合材料，该方法制具有重复性好，具有反应条件温和、能耗 低、易于操作的特点，但是制备工艺复杂，生产成本高，应用领域较小。

中国专利公开号为CN104193921A公开了3D打印用聚乙撑二氧噻吩导电复合材料 及其制备方法，该方法将聚苯乙烯磺酸与异丙醇混合，加入咪唑，室温搅拌，再依次加入对 甲苯磺酸铁、丙烯酸甲酯，室温搅拌，然后加入聚乙撑二氧噻吩颗粒，加热搅拌，冷却得3D打 印用聚乙撑二氧噻吩导电复合材料，聚乙撑二氧噻吩含量为45~50%，丙烯酸甲酯含量为5~ 20%，聚苯乙烯磺酸含量为10~20%，异丙醇含量为10~30%，咪唑含量为1~2%，对甲苯磺酸铁含 量为1~2%。该方法打印成型后的聚乙撑二氧噻吩导电复合材料具有能隙小、电导率高等特 点，但是耐热性和力学性能较差。

高分子导电材料作为3D打印材料中的一种，按制备方法的差异可将其分为结构型 和复合型高分子导电材料。结构型高分子材料由于本身刚度大，难熔，难溶，成型困难，导电 性和稳定性差，导电率分布范围较窄，因此实用价值有限；复合型高分子导电材料既具备导 电功能，又具有高分子材料的许多优异特性，可以再较大范围内根据使用需要调节材料的 电学和力学性能，且成本较低，简单易行。聚苯乙烯具有质量轻，价格低廉，成型好的特点， 在实际应用中非常广泛。但是由于力学性能不够，经不起冲击，导电性和耐热性差；而石墨 烯在力学性能，耐热性能和导电性都具备优异的性质。因此，开发一种既克服了聚苯乙烯的 力学性能不够，经不起冲击，导电性和耐热性差，又具备石墨烯的优异的力学性能，耐热性 能和导电性能的3D打印的聚苯乙烯复合导电材料来弥补现有3D材料的不足，对促进3D打印 技术的发展具有重要意义。

发明内容

本发明目的：为了克服现有技术中存在的不足，本发明提供一种用于3D打印技术 的导电材料及其制备方法。

本发明采用的技术方案：为了解决上述问题，提供了一种含石墨烯用于3D打印的 导电材料，由包含聚苯乙烯和石墨烯的以下材料组成：

聚苯乙烯97-99

石墨烯1.0-3.0

二甲基甲酰胺1.0-2.0

铝酸酯偶联剂0.01-0.03

异氰酸酯0.001-0.003。

即由聚苯乙烯、石墨烯、二甲基酰胺、铝酸酯偶联剂、异氰酸酯组成。聚苯乙烯具有 质量轻，价格低廉，成型好的特点，在实际应用中非常广泛。但是由于力学性能不够，经不起 冲击，导电性和耐热性差，在电子元件中作用受到限制。而石墨烯在力学性能，耐热性能和 导电性都具备优异的性质，利用石墨烯的优点，改性聚苯乙烯，制得用于3D打印的聚苯乙烯 和石墨烯复合导电材料，既克服了聚苯乙烯的力学性能不够，经不起冲击，导电性和耐热性 差，又具备石墨烯的优异的力学性能，耐热性能和导电性能，而且成本低廉，化学稳定性、热 稳定性和加工热塑性好，非常适用于3D打印技术中。