3D打印快速手板制作用膠粘劑制備及性能研究

關(guān)鍵詞：3D打印快速手板設(shè)計制作；膠粘劑組成；光產(chǎn)堿劑含量；制備；性能中圖分類號： TQ433.4⁺37 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號：1001-5922（2025）07-0056-04

Preparation and performance study of adhesive for 3D printing rapid prototype fabrication

XING Yanyan （Shanghai Vocational College of Arts and Crafts，Shanghai 2O18O8，China）

Abstract：Basedon the requirements of 3D printing fast prototype designand production of high-performance adhesivessuch as bonding strength and lapseting time，the effects of adhesive composition and light alkali production content on the tensile properties and lap seting time of adhesive specimens were studied.The results showed that with the increaseof epoxyacrylate（EA）content in theadhesive，the tensile strength of the sample gradually decreased，and the elongationafter break first decreasedand then increased，andthe pentaerythrityltetra-3-mercaptopropionate -hexanediol diacrylate （HDDA） ： epoxy resin （E5l）=100：10：10：80 specimen had a goodcombination of tensile strength and elongation after break.Whenthe content of light alkali production agent gradually increased to 2.0% ，the initial bonding strength of the sample gradually increased，the lap seting time，the finalbonding strengthand tensilestrength graduallydecreased，andtheelongationafter fracture first increasedand then decreased. When the content of photoalkali production agent was 1.0% ，the sample had a short lap seting time and high bonding strength and tensile properties，which is a suitable amount of light alkali production agent.

Key words：3D printing rapid prototype design and production;adhesive composition;photoalkali content; preparation ; performance

國民經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展和人們生活品質(zhì)逐漸提高，國內(nèi)3D打印行業(yè)得到了迅猛發(fā)展，各種3D打印快速手板設(shè)計制作也隨之應(yīng)運(yùn)而生，由此也給3D打印快速手板設(shè)計制作用膠粘劑帶來了良好發(fā)展機(jī)遇[2-3]。目前市場上常見的傳統(tǒng)膠粘劑在應(yīng)用于3D打印快速手板設(shè)計制作時，常常會由于輻射固化深度有限等緣故，在使用過程中不能使光穿透基體材料而影響固化效果，不利于搭接定型時間和拉伸性能優(yōu)化[47]。因此，有必要開發(fā)出一種適應(yīng)于3D打印快速手板設(shè)計制作使用的光固化膠粘劑，以保證膠粘劑在3D打印快速手板設(shè)計制作中應(yīng)用時既可以滿足搭接對性能的使用要求，有具有良好的搭接使用性能[8-9]。在此基礎(chǔ)上，基于3D 打印快速手板設(shè)計制作對高性能膠粘劑的粘接強(qiáng)度和搭接定型時間等要求，本文研究了膠粘劑組成和光產(chǎn)堿劑含量對膠粘劑試樣拉伸性能、搭接定型時間等的影響，優(yōu)化了膠粘劑的成分配比和光產(chǎn)堿劑含量，結(jié)果可為3D打印快速手板設(shè)計制作用高性能膠粘劑的開發(fā)與應(yīng)用提供技術(shù)支撐。

1試劑與測試方法

1.1 藥品與試劑

工業(yè)級乙烯基酯樹脂（EA）和E51環(huán)氧樹脂、純度 90% 的季戊四醇四-3-巰基丙酸酯（SH）、純度 90% 的三乙胺（TEA）純度 90% 的二丙烯酸1，6-己二醇酯（HDDA）純度 98% 的2-異丙基硫雜蒽酮（ITX）、純度95% 的2，2，6，6-四甲基哌啶-1-氧基自由基（TEMPO）純度 92% 的，3，5-三氮雜雙環(huán)[4.4.0]癸-5-烯（TBD）和光產(chǎn)堿劑TEA ? HBPh₄ 。

1.2 試樣制備

表1為膠粘劑的成分配比，其中，TBD、ITX和TEMPO占比分別為 1.0%.0.5% 和 0.5% 。根據(jù)表1的膠粘劑的成分配比將原料置于燒瓶中，在室溫下高速攪拌并充分混合均勻，然后轉(zhuǎn)入烘箱中進(jìn)行

25min 的脫泡處理，空冷至室溫后轉(zhuǎn)入冰箱中進(jìn)行-25°C 的冷凍處理，制備得到膠粘劑試樣。單搭接接頭試樣：以304不銹鋼（ 120mm×30mm×2mm） 作為粘接基材，表面經(jīng)過清洗、吹干后涂覆膠粘劑，光刮花處理后進(jìn)行搭接[10]，施加壓力為 0.15MPa ，在室溫條件下等待固化所得的粘接強(qiáng)度為初始粘接強(qiáng)度，然后轉(zhuǎn)入烘箱中進(jìn)行完全固化并獲得最終粘接強(qiáng)度[1]

1.3 測試與表征

搭接定型時間測定取搭接試樣末端掛 0.1kg 砝碼而界面不剝落對應(yīng)的時間[12]；根據(jù)GB/T13022—1991《塑料薄膜拉伸性能試驗方法》標(biāo)準(zhǔn)，在INSTRON5200型拉伸試驗機(jī)上進(jìn)行室溫拉伸性能測試[13」；根據(jù)GB/T7124—2008《膠粘劑拉伸剪切強(qiáng)度的測定》標(biāo)準(zhǔn)，拉伸剪切性能測試在MTS－809 型萬能材料試驗機(jī)上進(jìn)行[14]，測試溫度為室溫。

2 試驗結(jié)果與討論

2.1 膠粘劑組分

表2為不同組分膠粘劑的搭接定型時間和力學(xué)性能，分別列出了相應(yīng)地搭接定型時間、粘接強(qiáng)度和拉伸性能測試結(jié)果。

圖1為不同組分膠粘劑的拉伸剪切強(qiáng)度測試結(jié)果，其中，室溫 ³h 是指初始粘接強(qiáng)度， 是指最終粘接強(qiáng)度。

由圖1可知，試樣A和試樣B沒有初粘強(qiáng)度，而試樣C的初粘強(qiáng)度很低，試樣D、試樣E和試樣F有一定的初粘強(qiáng)度；隨著膠粘劑中EA含量的增加，試樣的最終粘接強(qiáng)度逐漸減小。

由圖2（a）可知，隨著膠粘劑中EA含量增加，試樣的拉伸強(qiáng)度逐漸減小，斷后伸長率先減小后增大，試樣B具有良好的拉伸強(qiáng)度和斷后伸長率的結(jié)合。由圖2（b）可知，試樣A和試樣B的應(yīng)力-應(yīng)變曲線中有屈服特征，發(fā)生斷裂時的應(yīng)變量較大，而其余試樣的應(yīng)力-應(yīng)變曲線中未見明顯屈服，斷裂時的應(yīng)變相對較小。這主要是因為隨著EA含量的增加，膠粘劑體系中剛性芳香環(huán)結(jié)構(gòu)含量增多，韌塑性會有所降低[15-17]

2.2 光產(chǎn)堿劑

當(dāng)光產(chǎn)堿劑含量為 0.5% 時，試樣的搭接定型時間為 44min 、初始粘接強(qiáng)度 0.34MPa 最終粘接強(qiáng)度為 4.37MPa 、抗拉強(qiáng)度為 2.50MPa 、斷后伸長率為 39.7% ；當(dāng)光產(chǎn)堿劑含量逐漸增至 2.0% 時，試樣的初始粘接強(qiáng)度逐漸增大，搭接定型時間、最終粘接強(qiáng)度、抗拉強(qiáng)度逐漸減小，斷后伸長率先增加后減??；當(dāng)光產(chǎn)堿劑含量為 1.0% 時，試樣具有較短的搭接定型時間和較高的粘接強(qiáng)度和拉伸性能，為適宜的光產(chǎn)堿劑添加量。這主要是因為隨著膠粘劑體系中光產(chǎn)堿劑含量增加，堿性活性種相對會更多[18]膠粘劑的固化速率增大，使得最終搭接定型時間會減小。圖3為不同光產(chǎn)堿劑含量膠粘劑試樣的拉伸剪切強(qiáng)度和拉伸性能。

由圖3可知，從拉伸剪切強(qiáng)度測試結(jié)果可知，在光產(chǎn)堿劑含量較低時，初粘強(qiáng)度較小且初粘強(qiáng)度會隨著光產(chǎn)堿劑含量增加而增大，最終粘接強(qiáng)度會隨著光產(chǎn)堿劑含量增加而先增加后減小，在光產(chǎn)堿劑含量為 1.0% 時具有較高的從初粘強(qiáng)度和最終粘接強(qiáng)度；從拉伸性能測試結(jié)果可知，在光產(chǎn)堿劑含量較低時，拉伸強(qiáng)度較大且隨著光產(chǎn)堿劑含量增加而逐漸減小，而斷后伸長率呈現(xiàn)先增加后減小趨勢，在光產(chǎn)堿劑含量為 1.0% 時具有較高的拉伸強(qiáng)度和斷后伸長率。這主要是因為適量的光產(chǎn)堿劑含量有助于增加膠粘劑中的活性種并使得強(qiáng)塑性增加[9]，但是過多的光產(chǎn)堿劑含量會加速固化反應(yīng)并使得膠層發(fā)生收縮，局部產(chǎn)生應(yīng)力集中而降低強(qiáng)度和斷后伸長率[20]

3結(jié)語

（1）SH：EA：HDDA：E51=100：0：0：100 和SH：EA：HDDA： 試樣的最終粘接強(qiáng)度、抗拉強(qiáng)度和斷后伸長率都相較較大，且 ：HDDA： 試樣相較具有更高的最終粘接強(qiáng)度和抗拉強(qiáng)度，而 試樣相對有更高的斷后伸長率；

（2）隨著膠粘劑中EA含量增加，試樣的拉伸強(qiáng)度逐漸減小，斷后伸長率先減小后增大， ：HDDA： 試樣具有良好的拉伸強(qiáng)度和斷后伸長率的結(jié)合，可作為膠粘劑在3D打印快速手板設(shè)計制作中應(yīng)用；

（3）當(dāng)光產(chǎn)堿劑含量為 0.5% 時，試樣的搭接定型時間為 44min 、初始粘接強(qiáng)度 0.34MPa 、最終粘接強(qiáng)度為 4.37MPa 、抗拉強(qiáng)度為 2.50MPa 、斷后伸長率為 39.7% ；當(dāng)光產(chǎn)堿劑含量逐漸增加至 2.0% 時，試樣的初始粘接強(qiáng)度逐漸增大，搭接定型時間、最終粘接強(qiáng)度、抗拉強(qiáng)度逐漸減小，斷后伸長率先增加后減小。

【參考文獻(xiàn)】

[1] 董梁，屈云.用于轉(zhuǎn)軸結(jié)構(gòu)運(yùn)動康復(fù)器械的便攜式監(jiān)控設(shè)備[J].中國醫(yī)療器械雜志，2022，46（2）：147-151.

[2] 蘇凡獲.光固化膠粘劑的研究進(jìn)展［J].化工管理，2017（8） ：81-94.

[3] 王亞南，薛剛，陶冉，等.微波固化膠粘劑性能及修理應(yīng)用研究[J].化學(xué)與粘合，2021，43（6）：435-438.

[4] 李會錄，霍翠，祁向花，等.攝像頭模組粘接用UV/熱雙固化膠粘劑的研制[J].絕緣材料，2018，51（8）：6-11.

[5] 王漢民.建設(shè)工程常用膠粘劑的發(fā)展與展望［J].粘接，2022，49（9）：35-38.

[6] 李曉雷，包春連，凌欽才.單官能化改性環(huán)氧樹脂及其在UV固化膠粘劑中的應(yīng)用[J].粘接，2019，40（5）：139-143.

[7] 劉知習(xí)，張安佶，李勝偉，等.建筑結(jié)構(gòu)膠粘劑的研究現(xiàn)狀與展望[J].四川建材，2022，48（9）：1-2.

[8] 楊昇，付躍進(jìn)，袁同琦.木質(zhì)素-苯酚-尿素-甲醛共聚樹脂合成研究[J].中南林業(yè)科技大學(xué)學(xué)報，2021，41（12）：130-137.

[9] 閆興艷，彭陽峰，童天中，等.潮濕表面用環(huán)氧樹脂固化劑的合成及其性能[J].熱固性樹脂，2022，37（5）：1-6.

[10］萬愛國.環(huán)氧樹脂膠粘劑在建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計中的應(yīng)用[J].粘接，2022，49（7）：41-44.

[11］張紅生.包裝用快干型聚四氟乙烯用復(fù)合膠粘劑的制備及性能分析[J].化學(xué)與粘合，2022，44（5）：417-421.

[12]曾柳惠，曹有名，何偉光.有機(jī)硅改性聚氨酯/環(huán)氧樹脂膠粘劑的性能研究［J].材料研究與應(yīng)用，2022，16（3） ：438-441.

[13］張顧，何智.聚氨酯對羽毛球器械用環(huán)氧樹脂膠粘劑性能的影響[J].粘接，2022，49（7）：32-35.

[14］韓坤霖.乒乓球拍用膠粘劑的制備與力學(xué)性能研究[J].粘接，2022，49（8） ：39-42.

[15］趙立志.植物蛋白改性劑對脲醛樹脂膠粘劑性能影響研究[J].林業(yè)科技，2022，47（2）：47-51.

[16]劉漢超，周永，李利偉，等.高觸變性無填料水性環(huán)氧膠粘劑的制備與應(yīng)用[J].新型建筑材料，2022，49（3） ：118-122.

[17］林明仲，曾凡興，付磊，等.變電站組合電器用膠粘劑的制備與性能研究[J].粘接，2022，49（8）：43-46.

[18］丁宇，郝曉峰，李婷，等.濕熱協(xié)同對酚醛樹脂膠粘劑固化的影響[J].農(nóng)業(yè)與技術(shù)，2022，42（6）：6-9.

[19］張渺.環(huán)氧樹脂膠粘劑在鋼結(jié)構(gòu)施工中的現(xiàn)場配置及使用[J].粘接，2022，49（5）：40-43.

[20]李騰飛，武書彬，莊軍平，等.氧化預(yù)處理木質(zhì)素制備高性能木質(zhì)素酚醛樹脂膠粘劑[J].應(yīng)用化工，2022，51（4） ：907-911.（本欄目責(zé)任編輯：蘇幔）