Результат интеллектуальной деятельности: Отверждаемые смолы для изготовления термостойких трехмерных объектов методом DLP 3D-печати

Изобретение относится к отверждаемым смолам на основе акриламидных компонентов и термостойкого полибензимидазола и может быть использовано для изготовления термостойких трехмерных объектов методом DLP 3D-печати.

Из существующего уровня техники известны аналоги – отверждаемые смолы на основе различных моно-, ди- и полифункциональных (мет)акрилатных производных и фотоинициаторов, которые могут быть использованы для изготовления трехмерных полимерных объектов методом лазерной стереолитографии (патенты RU 2127444, RU 2515991, RU 2477290, RU 2244335). Общим недостатком указанных отверждаемых смол является низкая термостойкость получаемых изделий, что существенно ограничивает области их практического применения.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому изобретению аналогом, принятого за прототип (патент RU 2684387), являются отверждаемые смолы на основе поли-(м-фенилен)изофталамида с молекулярной массой 60 кДа, акриламидных соединений и фотоинициатора. Термостойкость изделий, сформированных методом лазерной стереолитографии на основе таких смол, составляет 370-390°С, а прочность на разрыв 86,8-90,3 МПа.

Техническим результатом настоящего изобретения является увеличение термостойкости и механической прочности изделий и уменьшение времени их формирования. Технический результат изобретения достигается за счет использования отверждаемых смол на основе термостойкого полимера – поли-2,2’-(п-оксидифенилен)-5,5’-дибензимидазола с молекулярной массой 100-180 кДа, ароматического акриламидного связующего – 3,3-ди(4’-акриламидофенил)фталида, активного растворителя – N,N-диметилакриламида и фотоинициатора – бис(2,4,6-триметилбензоил)-фенилфосфиноксида. Уменьшение времени формирования изделий достигается благодаря использованию метода DLP 3D-печать, поскольку в этом случае каждый слой засвечивается диодной матрицей, а не сканируется лазерным лучом как в методе лазерной стереолитографии.

Отверждаемая смола имеет следующий состав (%, масс.):

1. Поли-2,2’-(п-оксидифенилен)-5,5’-дибензимидазола – 5-15;

2. 3,3-ди(4’-акриламидофенил)фталид – 5-15;

3. N,N-диметилакриламид – 69-89;

4. Бис(2,4,6-триметилбензоил)-фенилфосфиноксид – 1.

Формирование трехмерных объектов на основе отверждаемых смол осуществлялся технологией DLP 3D-печати с использованием светодиодного излучения со следующими характеристиками: длина волны 405 нм, мощность излучения 30 мВт. Подвод светодиодного излучения производился снизу перпендикулярно поверхности смолы. Толщина слоя составляла 10-50 мкм, время засветки одного слоя – 10-30 секунд.

Полученные таким образом материалы заданной геометрической формы согласно данным синхронного термического анализа на воздухе при скорости нагревания 5 град/мин не плавятся вплоть до начала деструкции, которая происходит при 401-422°С, что свидетельствует об их высокой термостойкости. Прочность на разрыв материалов составляет 88,2-121,1 МПа.

Предлагаемое изобретение подтверждается следующими примерами.

Пример 1. В 8,863 мл N,N-диметилакриламида добавляли 0,5 г поли-2,2’-(п-оксидифенилен)-5,5’-дибензимидазола, 1 г 3,3-ди(4’-акриламидофенил)фталида и 0,1 г фотоинициатора бис(2,4,6-триметилбензоил)-фенилфосфиноксида и интенсивно перемешивали до полной гомогенизации. Полученную смолу подвергали светодиодному излучению с λ=405 нм. В результате получали изделие, которое после тщательного промывания и сушки в вакууме при 100°С начинало деструктировать на воздухе при 401°С. Образцы имеют следующие механические характеристики: прочность на разрыв 88,2±5,1 МПа, относительное удлинение при разрыве 9,4±1,4%.

Пример 2. В 8,316 мл N,N-диметилакриламида добавляли 1,0 г поли-2,2’-(п-оксидифенилен)-5,5’-дибензимидазола, 1 г 3,3-ди(4’-акриламидофенил)фталида и 0,1 г фотоинициатора бис(2,4,6-триметилбензоил)-фенилфосфиноксид и интенсивно перемешивали до полной гомогенизации. Полученную смолу подвергали светодиодному излучению с λ=405 нм. В результате получали изделие, которое после тщательного промывания и сушки вакууме при 100°С начинало деструктировать на воздухе при 408°С. Образцы имеют следующие механические характеристики: прочность на разрыв 101,1±7,1 МПа, относительное удлинение при разрыве 8,5±0,9%.

Пример 3. В 7,796 мл N,N-диметилакриламида добавляли 1,5 г поли-2,2’-(п-оксидифенилен)-5,5’-дибензимидазола, 1 г 3,3-ди(4’-акриламидофенил)фталида и 0,1 г фотоинициатора бис(2,4,6-триметилбензоил)-фенилфосфиноксид и интенсивно перемешивали до полной гомогенизации. Полученную смолу подвергали светодиодному излучению с λ=405 нм. В результате получали изделие, которое после тщательного промывания и сушки вакууме при 100°С начинало деструктировать на воздухе при 422°С. Образцы имеют следующие механические характеристики: прочность на разрыв 121,1±8,4 МПа, относительное удлинение при разрыве 6,7±1,0%.

Как видно из приведенных примеров, отверждаемые смолы выгодно отличаются от известных по совокупности эксплуатационных характеристик изделий на их основе.

Вышеперечисленный комплекс практически полезных свойств изделий на основе полученных отверждаемых смол определяет положительный эффект изобретения. Полученные отверждаемые смолы могут быть использованы для DLP 3D-печати при получении термо- и теплостойких изделий заданной архитектуры.