加氫石油樹脂憑借良好的相容性、熱穩(wěn)定性和低分子量特性,可通過優(yōu)化自身添加參數(shù)、與光敏樹脂體系協(xié)同改性及匹配適配打印工藝等方式,有效控制3D打印光敏樹脂的固化收縮率,提升打印件尺寸精度。以下是具體控制路徑的詳細解析:
優(yōu)化加氫石油樹脂自身添加參數(shù)
把控添加比例適配區(qū)間:加氫石油樹脂作為低分子量熱塑性樹脂,與丙烯酸酯、EVA等光敏樹脂常用基體材料相容性優(yōu)良,其添加比例是收縮率控制的關(guān)鍵。添加過少時,難以抵消光敏樹脂中單體聚合產(chǎn)生的體積收縮;過量添加則會破壞樹脂體系交聯(lián)網(wǎng)絡(luò)的完整性,反而導(dǎo)致收縮應(yīng)力不均。實驗表明,將C5或DCPD型加氫石油樹脂的添加量控制在樹脂體系總質(zhì)量的5%-15%為宜,既能利用其分子鏈填充基體樹脂分子間隙,減少聚合時分子間距縮短帶來的收縮,又不會影響光敏樹脂的固化速率。例如在丙烯酸酯類光敏樹脂中加入10%的BTack H100型全加氫C5樹脂,可使固化收縮率降低約20%-30%。
篩選適配分子量規(guī)格:不同分子量的加氫石油樹脂對收縮率的調(diào)控效果差異顯著。分子量在1000-3000Da的產(chǎn)品綜合效果很好,該區(qū)間的分子鏈長度適中,既能與光敏樹脂的預(yù)聚物、單體形成緊密的分子纏結(jié),約束固化過程中的分子鏈運動,降低收縮幅度;又不會因分子體積過大阻礙光敏單體的聚合反應(yīng)。像低分子量的BTack H420型DCPD加氫樹脂,可均勻分散在樹脂體系中,通過物理填充作用彌補固化收縮,而分子量過高的加氫樹脂易團聚,反而造成局部收縮不均。
協(xié)同樹脂體系進行復(fù)合改性
復(fù)配膨脹單體抵消收縮:將加氫石油樹脂與螺環(huán)類膨脹單體(如DB-TOSU)復(fù)配,可通過協(xié)同作用進一步降低收縮率。加氫石油樹脂的分子鏈可作為柔性骨架,提升體系兼容性,避免膨脹單體團聚;而膨脹單體在陽離子引發(fā)下開環(huán)聚合會產(chǎn)生體積膨脹,恰好抵消光敏樹脂聚合時的收縮。例如在含8%加氫石油樹脂的丙烯酸酯光敏體系中,加入30wt.的DB-TOSU,可使整體收縮率從3.28%降至0.93%,相比單一添加加氫石油樹脂的體系,收縮率進一步下降70%以上。
搭配剛性填料優(yōu)化結(jié)構(gòu):加氫石油樹脂可與納米ZnO、硅烷偶聯(lián)劑改性碳化硅等填料協(xié)同使用。加氫石油樹脂能提升填料在光敏樹脂中的分散性,防止填料團聚形成缺陷;而剛性填料可作為 “支撐點”構(gòu)建穩(wěn)定的物理骨架,抑制固化過程中的體積收縮。比如在含12%加氫石油樹脂的體系中摻雜1%的納米ZnO,不僅能將收縮率從2.3%降至2.1%,還能提升固化后材料的力學(xué)性能,避免因添加加氫石油樹脂導(dǎo)致的強度下降問題。
調(diào)和自由基-陽離子體系比例:對于自由基-陽離子混雜型光敏樹脂,加氫石油樹脂可作為緩沖組分調(diào)和兩種體系的反應(yīng)速率。自由基體系固化快但收縮大,陽離子體系固化慢卻收縮小,加氫石油樹脂的分子鏈可延緩自由基聚合速率,使兩種體系反應(yīng)更同步。當自由基組分占70%左右時,搭配10%的加氫石油樹脂,既能保證固化速度,又能使體系收縮率控制在較低水平,同時減少翹曲變形。
匹配適配的打印與后固化工藝
調(diào)整打印參數(shù)減少收縮應(yīng)力:打印參數(shù)需與含加氫石油樹脂的光敏樹脂特性匹配。曝光方面,采用405nm LED光源時,將曝光時間控制在30s左右,層厚設(shè)為100μm,可避免因曝光不足導(dǎo)致的固化不完全,減少后期二次收縮;若曝光過度,會使交聯(lián)密度驟增,反而引發(fā)收縮應(yīng)力集中。環(huán)境控制上,將打印溫度維持在25-30℃,該溫度下加氫石油樹脂與光敏樹脂體系流動性極佳,能減少樹脂流平過程中的收縮隱患,濕度則控制在40%-60%,防止環(huán)境水汽影響體系穩(wěn)定性。
優(yōu)化后固化工藝消除殘留收縮:打印完成后,對制品進行分段后固化處理。先將含加氫石油樹脂的打印件置于紫外燈箱中低溫預(yù)固化,利用加氫石油樹脂良好的熱穩(wěn)定性,逐步釋放固化過程中積累的內(nèi)應(yīng)力;再適度提升溫度完成二次固化,可有效消除殘留收縮,例如對添加加氫石油樹脂的復(fù)雜結(jié)構(gòu)件,采用先30℃紫外照射30分鐘,再50℃照射20分鐘的后固化流程,可使最終尺寸偏差從3%以上降至2%以內(nèi),顯著提升精度。
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