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从树脂性能到成品质量的跨越

更新时间: 2024-12-13 10:25:05  查看次数: 94    
SILRES IC836 这种粉末在 400 到 700℃的时候,重量减少的速度在三种硅源里是最快的。这么剧烈的质量下降,会让样件受到很大的热应力,结果在变成陶瓷后就产生了好多大尺寸的裂纹。而且因为它的取代基或者官能团是苯基 -C6H5,这个官能团的分子质量大,在硅源里占的比例也高,在从有机物变成无机物的过程中,会排出比较多的气体,所以就容易在样件表面留下气孔。在 1000℃的时候,它的质量一共减少了 26.77%。而硅源 SILRES 604 的热失重情况处于另外两种硅源之间,在 1000℃的时候,质量损失一共是 20.79%。用 SILRES IC836 做硅源的前驱体光敏树脂,虽然它的稳定性、流变性能和固化性能都还不错,但是因为变成陶瓷后重量损失比较大,所以打印出来的东西在热解的时候,很容易出现各种表面的缺陷。这样一来,这种树脂在 DLP 光固化 3D 打印里就有比较大的限制。
台州3D打印
SILRES MK 和 SILRES IC836 这两种硅源的陶瓷前驱体光敏树脂,都可以用在 DLP 光固化 3D 打印上。不过 SILRES MK 因为官能团或者取代基的原因,放的时间长了以后,流变性能和固化性能都会变,这样就导致它打印的性能下降了,也就限制了它在光聚合里的应用。而 SILRES IC836 虽然稳定性和打印性能还行,但是在变成陶瓷的过程中,因为陶瓷的产量比较低,所以会产生表面缺陷,只适合用来打印薄壁的东西,在做致密厚壁的陶瓷件时就不行了。所以,同时具备高稳定性和高陶瓷产量的 SILRES 604 硅源光敏树脂,就是我们这次研究里最适合用来做 DLP 打印的原料。有机硅树脂的固化性能直接关系到能不能打印成功,而这个性能是体系本来就有的特性,主要受光引发剂和反应单体的影响。这是因为随着 TMPTA 浓度的增加,单位体积里光敏物质的浓度也会增加。单体 TMPTA 的浓度变高了,树脂的反应活性就增强了,不需要吸收太多的能量就能完成固化,所以临界曝光强度 Ec 就降低了。同时,当紫外光进到树脂里面的时候,能量会被表面的自由基全部吸收,而体系深处的自由基没办法引发聚合,还会阻止旁边树脂里光引发剂产生的自由基进一步聚合,这样就会让 Dp 明显降低。
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根据上一部分对有机硅前驱体树脂的配制、优化和性能的研究,我们选了同时具备高陶瓷产量、高稳定性、良好流动性和优异打印性能的 604 前驱体光敏树脂,作为这部分试验的研究对象,重点研究前驱体变成陶瓷的核心过程,也就是无机化或者陶瓷化的过程,还从很多方面进行论证和表征。用同步热分析仪对固化后的树脂样件做 TGA 测试,得到各个组分的失重数据和有机基团被排除的情况,然后根据这些制订出多组在氩气氛围下的聚合物热解制度。用 FT - IR 来研究陶瓷前驱体在固化、裂解、成瓷过程中官能团和键结构的变化。通过拉曼光谱来找不同热解温度下 SiOC 陶瓷里自由碳的演变规律,这样就能知道物质是怎么变得有序的。用 SEM 来观察各组点阵模型的微观样子,再结合 EDS 和 XPS 分别对硅、氧、碳三种元素的组分进行标定。通过采集热解前后前驱体和陶瓷样件的 XRD 图谱,对比不同温度下烧结得到的陶瓷样件和没烧结前树脂样件的吸收峰,来检测物相结构有没有变化。用比重计,根据阿基米德排水法来测量陶瓷样品的密度、开孔隙率和致密度。最后成功做出了又轻又结实的点阵结构 SiOC 前驱体转化陶瓷,还对它的机械性能进行了表征。