ЭЛЕКТРОПРОВОДЯЩАЯ ПОЛИМЕРНАЯ КОМПОЗИЦИЯ ДЛЯ 3D-ПЕЧАТИ
ELECTRIC CONDUCTIVE POLYMER COMPOSITION FOR 3D PRINTING

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 акрилонитрил-бутадиен-стирола и технического углерода марок П803, П805Э и Printex ХЕ-2В, применяемые для изготовления трехмерных объектов методом 3D-печати. [Simon J. Leigh, Robert J. Bradley, Christopher P. Purssell and others. A simple, low-cost conductive composite material for 3D printing of electronic sensors. PLOSONE, November 2012. - V. 7 - №11.]
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], содержащие полипропилен и полиэтилен, стирол-бутадиеновый сополимер, технические углероды марок П805Э, Printex ХЕ-2В и УВИС АК-П, в следующих вариантах:
1. Полиэтилен марки 2287 с техническим углеродом (ТУ) марки П805Э со степенью наполнения 40-70%;
2. Полипропилен марки 01270 с ТУ марки УВИС АК-П со степенью наполнения 10-70%;
3. Полиэтилен марки 2287 с ТУ марки Printex XE-2B со степенью наполнения 5-20%;
4. Полипропилен марки 01270 с ТУ марки Printex XE-2B со степенью наполнения 5-20%;
5. Стирол-бутадиеновый сополимер марки LG-501 с ТУ марки Printex XE-2B со степенью наполнения 10-25%.
Недостатком данных электропроводящих композиций является низкий показатель текучести расплавов полимерных композиций (менее 2,5 г/10 мин), что не позволяет осуществлять изготовление на их основе трехмерных объектов методом 3D-печати.
Техническим результатом изобретения является увеличение электропроводности и показателя текучести расплава для полимерных композиций, предназначенных для 3D-печати.
Указанный технический результат достигается тем, что полимерная композиция дополнительно содержит поливинилацетат в количестве от 30 до 97 масс. %. Электропроводящая полимерная композиция содержит компоненты в следующем соотношении, масс. %.:
технический углерод - 3-70;
поливинилацетат - 30-97.
В качестве технического углерода могут использоваться технические углероды марок ТУ П803, ТУ П805Э, Printex ХЕ-2В или углеродные волокна марки УВИС АК-П.
В результате введения в полимерную композицию поливинилацетата, существенно увеличивается электропроводность и показатель текучести расплава электропроводящих полимерных композиций.
Полимерную композицию получают следующим образом.
-1
В реактор загружают 3-70 масс. %. технического углерода, 30-97 масс. %. поливинилацетата. Композиции смешивают в металлическом цилиндре в течение 12 мин при скорости перемешивания 440 мин.
Получаемые порошкообразные композиции помещают в лабораторный одношнековый экструдер при температуре материального цилиндра 190°C, с последующим дроблением экструдата.
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 (ПТР) полимерных композиций проводят на экструзионном пластографе ИИРТ-2М. Значение электропроводности и ПТР полимерных композиций определяют по ГОСТ 11645-73.
Данное изобретение иллюстрируется следующими примерами.
Пример 1
-1
-7
2
-1
В реактор загружают 90 масс. %. поливинилацетата, 10 масс. %. гранулированного технического углерода. Композиции смешивают в металлическом цилиндре в течение 12 мин при скорости перемешивания 440 мин. Получаемые порошкообразные композиции гранулируют на лабораторном одношнековом экструдере при температуре материального цилиндра 190°C с последующим дроблением экструдата. Электропроводность полученной полимерной композиции составляет 5×10 (Ом × мм/см), показатель текучести расплава 11,89 г/10 мин.
Пример 2
-5
2
-1
В условиях примера 1 при следующей загрузке компонентов, масс. %: поливинилацетат - 80, технический углерод марки ТУ П803 - 20. Электропроводность полученной полимерной композиции составляет 3,9×10 (Ом × мм/см), показатель текучести расплава 10,57 г/10 мин.
Пример 3
-3
2
-1
В условиях примера 1 при следующей загрузке компонентов, масс. %: поливинилацетат - 70, технический углерод марки ТУ П803 - 30. Электропроводность полученной полимерной композиции составляет 5,3×10 (Ом × мм/см), показатель текучести расплава 5,47 г/10 мин.
Пример 4
-1
2
-1
В условиях примера 1 при следующей загрузке компонентов, масс. %: поливинилацетат - 60, технический углерод марки ТУ П803 - 40. Электропроводность полученной полимерной композиции составляет 1,6×10 (Ом × мм/см), показатель текучести расплава 2,86 г/10 мин.
Пример 5
-1
2
-1
В условиях примера 1 при следующей загрузке компонентов, масс. %: поливинилацетат - 50, технический углерод марки ТУ П803 - 50. Электропроводность полученной полимерной композиции составляет 1,7×10 (Ом × мм/см), показатель текучести расплава 2,30 г/10 мин.
Пример 6
-7
2
-1
В условиях примера 1 при следующей загрузке компонентов, масс. %: поливинилацетат - 60, технический углерод марки ТУ П805Э - 40. Электропроводность полученной полимерной композиции составляет 5×10 (Ом × мм/см), показатель текучести расплава 2,31 г/10 мин.
Пример 7
-7
2
-1
В условиях примера 1 при следующей загрузке компонентов, масс. %: поливинилацетат - 50, технический углерод марки ТУ П805Э - 50. Электропроводность полученной полимерной композиции составляет 5×10 (Ом × мм/см), показатель текучести расплава 1,74 г/10 мин.
Пример 8
-5
2
-1
В условиях примера 1 при следующей загрузке компонентов, масс. %: поливинилацетат - 40, технический углерод марки ТУ П805Э - 60. Электропроводность полученной полимерной композиции составляет 2,8×10 (Ом × мм/см), показатель текучести расплава 1,03 г/10 мин.
Пример 9
-4
2
-1
В условиях примера 1 при следующей загрузке компонентов, масс. %: поливинилацетат - 35, технический углерод марки ТУ П805Э - 65. Электропроводность полученной полимерной композиции составляет 5,9×10 (Ом × мм/см), показатель текучести расплава 0,73 г/10 мин.
Пример 10
-1
2
-1
В условиях примера 1 при следующей загрузке компонентов, масс. %: поливинилацетат - 30, технический углерод марки ТУ П805Э - 70. Электропроводность полученной полимерной композиции составляет 4,3×10 (Ом × мм/см), показатель текучести расплава 0,22 г/10 мин.
Пример 11
-6
2
-1
В условиях примера 1 при следующей загрузке компонентов, масс. %: поливинилацетат - 95, углеродные волокна марки УВИС АК-П - 5. Электропроводность полученной полимерной композиции составляет 2,00×10 (Ом × мм/см), показатель текучести расплава 7,80 г/10 мин.
Пример 12
-6
2
-1
В условиях примера 1 при следующей загрузке компонентов, масс. %: поливинилацетат - 90, углеродные волокна марки УВИС АК-П - 10. Электропроводность полученной полимерной композиции составляет 8,3×10 (Ом × мм/см), показатель текучести расплава 3,70 г/10 мин.
Пример 13
-5
2
-1
В условиях примера 1 при следующей загрузке компонентов, масс. %: поливинилацетат - 85, углеродные волокна марки УВИС АК-П - 15. Электропроводность полученной полимерной композиции составляет 3,8×10 (Ом × мм/см), показатель текучести расплава 1,00 г/10 мин.
Пример 14
-4
2
-1
В условиях примера 1 при следующей загрузке компонентов, масс. %: поливинилацетат - 80, углеродные волокна марки УВИС АК-П - 20. Электропроводность полученной полимерной композиции составляет 1,8×10 (Ом × мм/см), показатель текучести расплава 0,01 г/10 мин.
Пример 15
-3
2
-1
В условиях примера 1 при следующей загрузке компонентов, масс. %: поливинилацетат - 70, углеродные волокна марки УВИС АК-П - 30. Электропроводность полученной полимерной композиции составляет 1,5×10 (Ом × мм/см), показатель текучести расплава менее 0,01 г/10 мин.
Пример 16
-6
2
-1
В условиях примера 1 при следующей загрузке компонентов, масс. %: поливинилацетат - 60, углеродные волокна марки УВИС АК-П - 40. Электропроводность полученной полимерной композиции составляет 2,00×10 (Ом × мм/см), показатель текучести расплава менее 0,01 г/10 мин.
Пример 17
-4
2
-1
В условиях примера 1 при следующей загрузке компонентов, масс. %: поливинилацетат - 50, углеродные волокна марки УВИС АК-П - 50. Электропроводность полученной полимерной композиции составляет 7,8×10 (Ом × мм/см), показатель текучести расплава менее 0,01 г/10 мин.
Пример 18
-7
2
-1
В условиях примера 1 при следующей загрузке компонентов, масс. %: поливинилацетат - 97, технический углерод марки Printex ХЕ-2В - 3. Электропроводность полученной полимерной композиции составляет 4×10 (Ом × мм/см), показатель текучести расплава 8,86 г/10 мин.
Пример 19
-7
2
-1
В условиях примера 1 при следующей загрузке компонентов, масс. %: поливинилацетат - 95, технический углерод марки Printex ХЕ-2В - 5. Электропроводность полученной полимерной композиции составляет 5×10 (Ом × мм/см), показатель текучести расплава 8,70 г/10 мин.
Пример 20
-3
2
-1
В условиях примера 1 при следующей загрузке компонентов, масс. %: поливинилацетат - 90, технический углерод марки Printex ХЕ-2В - 10. Электропроводность полученной полимерной композиции составляет 5,3×10 (Ом × мм/см), показатель текучести расплава 4,30 г/10 мин.
Пример 21
-1
2
-1
В условиях примера 1 при следующей загрузке компонентов, масс. %: поливинилацетат - 85, технический углерод марки Printex ХЕ-2В - 15. Электропроводность полученной полимерной композиции составляет 1,6×10 (Ом × мм/см), показатель текучести расплава 1,60 г/10 мин.
Пример 22
-1
2
-1
В условиях примера 1 при следующей загрузке компонентов, масс. %: поливинилацетат - 80, технический углерод марки Printex ХЕ-2В - 20. Электропроводность полученной полимерной композиции составляет 1,7×10 (Ом × мм/см), показатель текучести расплава 0,60 г/10 мин.
Пример 23
-1
2
-1
В условиях примера 1 при следующей загрузке компонентов, масс. %: поливинилацетат - 29, технический углерод марки П805Э - 71. Электропроводность полученной полимерной композиции составляет 4,2×10 (Ом × мм/см), расплав полимерной композиции не проявляет текучести.
Пример 24
В условиях примера 1 при следующей загрузке компонентов, масс. %: поливинилацетат - 98, технический углерод марки Printex ХЕ-2В - 2. Полученная полимерная композиция не обладает электропроводностью, показатель текучести расплава 10,4 г/10 мин.
Из данных табл. 1 следует, что электропроводящие полимерные композиции, получаемые с использованием поливинилацетата, обеспечивают по сравнению с прототипом существенно более высокую электропроводность и показатель текучести расплава.
Таким образом, дополнительное введение поливинилацетата позволяет увеличить электропроводность и показатель текучести расплава полимерных композиций.