專利名稱：一種樹脂基復(fù)合材料零件的快速成型方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種樹脂基復(fù)合材料零件的快速成型方法，屬具有感光性能的樹脂基復(fù)合材料零件的紫外光固化快速成型方法的技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
光敏樹脂，是高分子聚合物，具有很好的粘合性，較好的韌性和化學(xué)穩(wěn)定性，通過添加一定量的增強劑，制備的樹脂基復(fù)合材料，具有很強的粘合性，具有更大的比強度、耐磨、耐腐蝕、高韌性和很高的機械性能，在工業(yè)上具有很廣泛的應(yīng)用價值，例如磨料砂輪、耐磨耐蝕零部件、工具等。
快速成型技術(shù)Rapid prototyping，簡稱RP，是二十世紀八十年代發(fā)展起來的工業(yè)加工技術(shù)，其工藝方法有光固法、疊層法、激光選區(qū)燒結(jié)法、熔融沉積法、掩膜固化法、三維印刷法、噴粒法等，常用于機器零件制造業(yè)、印刷業(yè)、光電子器件業(yè)、工模具制造、復(fù)雜零件成型等。
光固化快速成型技術(shù)Stereolithography，簡稱SL，是在快速成型技術(shù)基礎(chǔ)上發(fā)展起來的一種最具實用價值的技術(shù)，是用可控制的紫外激光束為光源，按照零件的CAD三維信息轉(zhuǎn)化成的二維平面為輪廓和軌跡，對液態(tài)光敏樹脂逐點、逐線、逐層進行掃描固化，形成連續(xù)固化的點、線軌跡，構(gòu)成模型的薄截面輪廓，從零件的底層開始，一次一層的逐層固化，并連續(xù)進行，形成三維立體模型零件。
目前，光固化快速成型技術(shù)屬于綜合性、交叉性前沿技術(shù)，在實際應(yīng)用中也存在諸多不足之處，例如光固化成型材料沒有統(tǒng)一的指數(shù)標準，樹脂性能不夠穩(wěn)定，不能直接使用，而是根據(jù)需要專門配制，影響了光固化快速成型的效果及產(chǎn)品質(zhì)量；例如超薄砂輪切割鋸片所用的金剛石和樹脂的結(jié)合方式不夠理想，金剛石和光固化樹脂的結(jié)合力不佳，致使其強度不足；例如在光固化快速成型中，有的光固化成型工藝方法不夠嚴密，固化速度慢，增強劑配比不夠合理，聚焦光束能量不足、掃描固化軌跡不夠準確，致使產(chǎn)品零件的內(nèi)部組織和致密性差，材料配比、加工工藝亦不夠理想。

發(fā)明內(nèi)容
發(fā)明目的本發(fā)明的目的就是針對背景技術(shù)的不足，采用一種新的紫外光固化快速成型技術(shù)，用合成光敏樹脂為基體原料，以碳化硅晶須為增強劑，合成具有光敏性能的樹脂基復(fù)合材料，用監(jiān)視器、攝像機、紫外光源、光柵鏡、雙透射鏡、X-Y-Z向工作臺、正負電極零件成型模，用計算機程序控制紫外光固化路徑來制造零件，達到提高零件強度、剛度，提高光固化速度、效率，減少污染，達到快速成型的目的。
技術(shù)方案本發(fā)明使用的化學(xué)物質(zhì)原料為環(huán)氧樹脂(E-51)、丙烯酸、催化劑N，N-二甲基苯胺、阻聚劑對羥基苯甲醚、光引發(fā)劑異丙基硫雜蒽酮(ITX)、稀釋單體三羥甲基丙烷三丙烯酸酯(TMPTA)、清洗劑去離子水、擦拭劑酒精、增強劑碳化硅晶須、改性偶聯(lián)劑硅烷(KH-560)、溶劑甲醇，其組合配比是以60.141×27.187×1.936mm的矩形零件為例，以克、毫升為計量單位環(huán)氧樹脂(E-51)30.81g±0.01g丙烯酸16.41g±0.01gN，N-二甲基苯胺0.47452g±0.00001g對羥基苯甲醚0.23486g±0.00001g異丙基硫雜蒽酮(ITX)0.56692g±0.00001g三羥甲基丙烷三丙烯酸酯(TMPTA)5.21g±0.01g去離子水450ml±5ml無水乙醇100ml±5ml碳化硅晶須0.0511g±0.00001g硅烷偶聯(lián)劑(KH-560)0.9021g±0.00001g甲醇15.43g±0.01g制備成型方法如下
(1)精選化學(xué)物質(zhì)原料對使用的化學(xué)物質(zhì)原料要進行精選，并進行純度、細度控制環(huán)氧樹脂(E-51)99.8％丙烯酸99.99％N，N-二甲基苯胺99.9％對羥基苯甲醚99.9％異丙基硫雜蒽酮(ITX)99.1％三羥甲基丙烷三丙烯酸酯(TMPTA)98％去離子水99.999％無水乙醇99.99％碳化硅晶須98.9％硅烷偶聯(lián)劑(KH-560)99.9％甲醇99.99％(2)合成環(huán)氧丙烯酸酯①、在四口燒瓶中，加入環(huán)氧樹脂(E-51)30.81g±0.01g；②、在四口燒瓶中加入阻聚劑對羥基苯甲醚0.23486g±0.00001g，并用攪拌器攪拌均勻；③、在等壓滴液漏斗中加入丙烯酸16.41g±0.01g、催化劑N，N-二甲基苯胺0.47452g±0.00001g并攪拌，使混合均勻，成混合液；④、將四口燒瓶置于電加熱套上，使四口燒瓶升溫至60℃時，開始均勻滴加丙烯酸與N，N-二甲基苯胺混合液，在反應(yīng)溫度75℃±1℃內(nèi)滴加完畢，繼續(xù)升溫至110℃±1℃，保溫維持反應(yīng)240min±5min，并間隔30min測定反應(yīng)物酸度值P，當(dāng)酸度值P≤5mg/gKOH時，結(jié)束反應(yīng)；關(guān)閉電加熱套，使其自然冷卻至20±3℃，冷卻后即為環(huán)氧丙烯酸酯；(3)稀釋環(huán)氧丙烯酸酯①、稱取環(huán)氧丙烯酸酯10.42g±0.01g、稀釋單體三羥甲基丙烷三丙烯酸酯(TMPTA)5.21g±0.01g，其比值為2∶1；②、將環(huán)氧丙烯酸酯、三羥甲基丙烷三丙烯酸酯置于容器中，攪拌均勻，即得環(huán)氧丙烯酸酯稀釋液；
(4)合成光敏樹脂稱取環(huán)氧丙烯酸酯稀釋液15.63g±0.01g，量取光引發(fā)劑異丙基硫雜蒽酮(ITX)0.56692g±0.00001g，置于燒杯中，將燒杯置于電加熱套上并加熱，加熱溫度為40℃±1℃，邊加熱、邊攪拌，使其成液態(tài)膠狀，時間為30min±0.5min，然后將溶液倒入容器中，容器中的膠狀溶液即為液態(tài)光敏樹脂；(5)增強劑碳化硅晶須改性處理①、稱取碳化硅晶須0.0511g±0.00001g、硅烷偶聯(lián)劑(KH-560)0.9021g±0.00001g、液態(tài)光敏樹脂3.73g±0.01g、去離子水1.71g±0.01g、甲醇15.43g±0.01g；②、將改性偶聯(lián)劑硅烷(KH-560)與甲醇，去離子水混合成混合溶液；③、將碳化硅晶須，置于盛有去離子水的容器中，然后將容器置于超聲波清洗器中振蕩清洗，時間為10min±1min，去除晶須表面雜質(zhì)，然后將晶須取出，置于真空干燥箱內(nèi)，加溫烘干，溫度為120℃±3℃，時間為1440min±5min；④、將晶須倒入已備的偶聯(lián)劑硅烷(KH-560)混合溶液中，輕微攪拌均勻；即得改性的碳化硅晶須，改性后呈相容性；(6)清洗電極槽將清洗劑去離子水150ml±1ml，置于電極槽內(nèi)，然后將電極槽置于超聲波清洗器中，進行清洗，時間為5min±0.5min，涼干；(7)擦洗透鏡、反射鏡、光柵用無水乙醇100ml±5ml、白色軟質(zhì)材料對透鏡、反射鏡、光柵分別逐一進行清洗、擦拭，使之潔凈；(8)混合溶液將容器內(nèi)的液態(tài)光敏樹脂加入改性后的增強劑碳化硅晶須；用攪拌器進行勻速輕微攪拌，使其成碳化硅/光敏樹脂溶液；(9)置放混合溶液將碳化硅/光敏樹脂混合溶液注入電極槽內(nèi)，使其成水平液面；
(10)置放電極槽將盛有混合溶液的電極槽整體置于X-Y-Z向工作臺上部中間位置，并固定；(11)制備樹脂基復(fù)合材料零件制備樹脂基復(fù)合材料零件在紫外光固化快速成型設(shè)備上進行將盛有碳化硅/光敏樹脂混合溶液的電極槽置于X-Y-Z向工作臺的中間位置；開啟電極槽電源，使其升溫，從常溫20℃±3℃升溫至40℃±1℃，升溫速度為1℃/min，恒溫、保溫時間10min±0.5min；開啟攝像機、監(jiān)視器，并垂直對準聚焦透鏡、觀察透鏡及電極槽中心；開啟紫外光源，紫外光通過光柵對準反射鏡，反射鏡折射后，紫外光垂直對準聚焦透鏡，聚焦透鏡垂直對準電極槽；反射鏡折射出的紫外光，通過聚焦透鏡聚焦，聚焦點對準電極槽內(nèi)的樹脂混合溶液；開啟X-Y-Z向工作臺，由計算機程序控制勻速轉(zhuǎn)動，進行逐點逐層掃描、進行紫外光照固化，固化速度按產(chǎn)品零件厚度、外型輪廓尺寸設(shè)置，每個聚焦點的固化時間平均為0.25秒；紫外光固化完成后，碳化硅/光敏樹脂混合溶液轉(zhuǎn)化為固體產(chǎn)品零件；(12)冷卻關(guān)閉紫外光源、電極槽電源、攝像機、計算機、X-Y-Z向工作臺；取下X-Y-Z向工作臺上的電極槽，置于陰涼、潔凈的環(huán)境中自然冷卻，至常溫20℃±3℃，冷卻時間120min；(13)產(chǎn)品脫模冷卻后的光敏樹脂產(chǎn)品零件，從電極槽中由頂桿裝置脫模，脫模后的產(chǎn)品零件置于潔凈的容器中；(14)修整外型輪廓、清除外形毛刺、污物，使其光潔；
(15)檢測、化驗分析、表征對制備的光敏樹脂產(chǎn)品零件進行形狀、尺寸、色澤、強度、剛度、硬度、化學(xué)成分、機械物理性能檢測、分析、化驗、表征；用紅外光譜儀進行紅外光譜檢測；用顯微硬度儀進行硬度測試；用場發(fā)射掃描電鏡進行產(chǎn)品內(nèi)部組織結(jié)構(gòu)分析；(16)包裝、儲存對光固化快速成型制備的光敏樹脂零件儲存于陰涼、干燥、潔凈的環(huán)境中，儲存溫度為20℃±3℃，相對濕度≤40％，要防火、防潮、防曬、防酸堿侵蝕。
所述的樹脂基復(fù)合材料零件的紫外光固化、快速成型使用的化學(xué)物質(zhì)是以環(huán)氧樹脂(E-51)、丙烯酸為原料、以N，N-二甲基苯胺為催化劑、以對羥基苯甲醚為阻聚劑、以三羥甲基丙烷三丙烯酸酯為稀釋單體、以異丙基硫雜蒽酮(ITX)為光引發(fā)劑、以碳化硅晶須為增強劑、以硅烷(KH-560)為改性偶聯(lián)劑、以甲醇為溶劑、以去離子水為清洗劑、以無水乙醇為擦拭劑。
所述的樹脂基復(fù)合材料零件的紫外光固化、快速成型電極槽由正-負極組成，圓形、弧形、孔形零件、電極槽側(cè)面為負極、電極槽中間為正極；方形、矩形、無孔形零件，電極槽相對應(yīng)面為正極、負極。
所述的增強劑碳化硅晶須的改性處理是以去離子水浸泡、超聲波震蕩、偶聯(lián)劑硅烷(KH-560)改性、真空干燥箱烘干，碳化硅晶須改性后成相容性。
所述的紫外光源制備傳輸、轉(zhuǎn)換折射、聚焦透鏡聚焦是連續(xù)進行的，其聚焦距離為400mm。
有益效果本發(fā)明與背景技術(shù)相比具有明顯的先進性，采用了全新的制備工藝流程，它是以環(huán)氧樹脂(E-51)、丙烯酸為原料、以N，N-二甲基苯胺為催化劑、以對羥基苯甲醚為阻聚劑，以異丙基硫雜蒽酮(ITX)為光引發(fā)劑、以碳化硅晶須為增強劑、以硅烷(KH-560)為偶聯(lián)改性劑、以去離子水為清洗劑、以無水乙醇為擦拭劑、以甲醇為溶劑，首先合成環(huán)氧丙烯酸酯預(yù)聚物，再合成光敏樹脂，光敏樹脂與改性后的增強劑碳化硅晶須合成具有光敏性能的樹脂基復(fù)合材料，然后在光固化成型設(shè)備中進行產(chǎn)品零件的快速成型，碳化硅/光敏樹脂混合溶液在X-Y-Z工作臺及電極槽內(nèi)由紫外光源、透鏡聚焦，由計算機程序控制，逐點逐線逐層進行快速成型掃描固化，聚焦掃描固化速度快、時間短，每點固化時間為0.25秒，紫外光源、透鏡聚焦容易實現(xiàn)，是制備注射模具、薄片砂輪、超薄零件及特殊形狀零件的最快捷的方法，能源消耗少、制備成本低，零件的內(nèi)部結(jié)構(gòu)緊密，膠粘性好、致密性強、強度高、質(zhì)量好，機械性能、物理性能穩(wěn)定，此制備方法可制備多種產(chǎn)品零件及特殊形狀零件，是十分理想的具有光敏性能的樹脂基復(fù)合材料零件的快速制備成型方法。


圖1為制備工藝流程2為制備工藝紫外光固化狀態(tài)3為電極槽光固化溫度與時間坐標關(guān)系4為圓形零件紫外光固化狀態(tài)5為圓形零件紫外光固化徑向控制狀態(tài)6為方形零件紫外光固化狀態(tài)7為圓形零件紫外光固化聚焦掃描曲線8為圖7的A-A剖面層疊狀態(tài)9為矩形零件紫外光固化聚焦掃描曲線10為圖9的B-B剖面層疊狀態(tài)11為掃描電鏡放大200倍零件縱切面固化層界結(jié)合狀態(tài)12為掃描電鏡放大55000倍零件縱切面內(nèi)部微觀膠粘狀態(tài)中所示，件號清單如下1.X-Y-Z向工作臺，2.電極槽，3.電源，4.計算機，5.聚焦透鏡，6.觀察透鏡，7.反射鏡，8.光柵，9.紫外光源，10.攝象機，11.顯示器，12.光敏樹脂混合液，13.正電極，14.負電極，15.圓形軌跡曲線，16.軌跡起點，17.軌跡終點，18.軌跡起點，19.軌跡終點，20.矩形軌跡曲線，21.疊層，22.疊層，23.導(dǎo)線，24.導(dǎo)線。
實施方式以下結(jié)合附圖對本發(fā)明做進一步說明圖1、2所示，為光敏樹脂快速制備成型工藝流程圖，各制備參數(shù)要嚴格控制，按序操作。
對制備成型所需的化學(xué)物質(zhì)原料環(huán)氧樹脂(E-51)、丙烯酸、N，N-二甲基苯胺、對羥基苯甲醚、異丙基硫雜蒽酮(ITX)、三羥甲基丙烷三丙稀酸酯(TMPTA)、碳化硅晶須、硅烷偶聯(lián)劑(KH-560)、無水乙醇、甲醇、去離子水要嚴格進行精選，并進行純度控制，不得有雜質(zhì)介入，防止生成副產(chǎn)物和影響產(chǎn)品零件的機械物理性能。
對所需的化學(xué)物質(zhì)要嚴格按配比稱量，各量值不得超出最大最小范圍，以免影響紫外光固化性能。
X-Y-Z工作臺1上中部為電極槽2，電極槽2由正極13、負極14組成電場，中間為光敏樹脂混合液12，X-Y-Z工作臺1通過導(dǎo)線23連接計算機4、電源3；顯示器11通過導(dǎo)線24連接攝像機10，攝像機10垂直對準觀察透鏡6，觀察透鏡6對準反射鏡7、聚焦透鏡5，紫外光源9平行對準光柵8，光柵8對準反射鏡7，反射鏡7對準聚焦透鏡5，聚焦透鏡5中心垂直對準電極槽2。
電極槽是樹脂基復(fù)合材料零件的成型載體，是十分重要的，可用導(dǎo)電性能好的合金工具鋼或不銹鋼材料制作，槽內(nèi)表面要光滑，以利于產(chǎn)品零件冷卻收縮后便于脫模，取出零件，槽內(nèi)形狀、尺寸、深度可根據(jù)產(chǎn)品零件形狀要求而設(shè)計，可為圓形、方形、矩形、三角形、五角形、六邊形、弧面曲線形及特殊型面，電極槽的電極由正極、負極組成，其位置可視零件形狀設(shè)在中間或周邊，均受電源控制，并由電源控制電極槽內(nèi)的電場強度。
X-Y-Z向工作臺，是置放電極槽的縱橫坐標及垂直升降工作臺，受計算機程序控制，可前、后、左、右、上、下等間距移動，當(dāng)制作圓形、弧面形或特殊形狀曲線產(chǎn)品時，可按計算機程序進行模擬曲線移動，X-Y-Z向工作臺的移動速度、距離視紫外光固化需要和產(chǎn)品零件的厚度、面積、體積而設(shè)置。
紫外光源是光固化的光能源泉，紫外光源可通過光柵把紫外光平行傳輸給反射鏡，反射鏡呈45°角傾斜，反射鏡接收平行傳輸?shù)淖贤夤夂?，?jīng)角度折射，紫外光垂直轉(zhuǎn)換方向，紫外光呈上下垂直傳輸給聚焦透鏡，紫外光經(jīng)聚焦透鏡聚焦后形成紫外光聚焦點，紫外光聚焦點對準電極槽內(nèi)的光敏樹脂混合液，紫外光源與光柵、反射鏡、聚焦透鏡、聚焦點的距離要嚴格計算設(shè)置，否則將影響紫外光聚焦點的光能及光固化效果。
觀察透鏡、攝象機、顯示器為光固化的監(jiān)控裝置，觀察透鏡為放大鏡，可把紫外光固化的運作情況信息傳輸給攝象機，攝象機可把光固化信息傳輸給監(jiān)視器，操作人員可根據(jù)光固化信息、操作、調(diào)整計算機數(shù)據(jù)、程序，使光固化過程處于全程監(jiān)控中。
對制備所需的設(shè)備電極槽、燒杯、攪拌器、電熱套、容器、超聲清洗器、檢測儀器等要保持潔凈，不得有污染。
對紫外光固化快速成型制備產(chǎn)品零件所需的化學(xué)物質(zhì)配比，是在一個預(yù)先設(shè)置的數(shù)值范圍內(nèi)確定的，以克、毫升為計量單位，當(dāng)進行工業(yè)化制備時，以千克、升為計量單位。
圖3所示，是電極槽內(nèi)紫外光固化溫度與時間坐標關(guān)系圖，當(dāng)電極槽內(nèi)按零件要求注入光敏樹脂混合液后，開啟電源，正、負電極接通，電極槽開始升溫，從20℃±3℃升至40℃±1℃，升溫速度為1℃/min，相交于E點，并在零件光固化過程中恒溫、保溫10min±0.5min，即E-F區(qū)段，制備完成后，關(guān)閉電源，使電極槽及產(chǎn)品零件自然冷卻至20℃±3℃，時間為120min。
圖4、5所示，是圓形零件紫外光固化徑向控制狀態(tài)圖，電極槽2中間為電極的正極13(旋轉(zhuǎn)電極棒)，電極槽2外部為電極的負極14，正極13、負極14組成電極回路，電極槽2內(nèi)為光敏樹脂和碳化硅晶須的混合液12，聚焦透鏡5、紫外光聚焦點對準電極槽2逐點逐線逐層固化，由外向內(nèi)按圓形軌跡快速進行固化成型，正極13和負極14形成固化電場，并進行徑向控制。
圖6所示，是矩形零件紫外光固化狀態(tài)圖，電極槽2縱橫對應(yīng)面組成電極槽的正負極電源電場，電極槽2內(nèi)為光敏樹脂和碳化硅晶須的混合液12，聚焦透鏡5、紫外光束的聚焦點對準混合液12逐點逐層進行快速固化，并按X-Y-Z軸坐標方向由一側(cè)面向另一側(cè)面進行，并按計算機設(shè)置的程序縱橫坐標軌跡進行。
圖7所示，是圓形零件和弧形零件紫外光固化聚焦掃描曲線圖，以電極槽2外部負極14、即零件輪廓外部為起點16，圓形軌跡曲線15，電極槽2內(nèi)部為正極13、即內(nèi)孔部為軌跡終點17。
圖8所示，是圓形、弧形零件紫外光固化后A-A剖面圖，零件內(nèi)部結(jié)構(gòu)為平行疊層21。
圖9所示，是矩形零件紫外光固化聚焦掃描曲線圖，它是以電極槽2外部側(cè)面負極13為起點18，按往返循環(huán)曲線進行逐點逐層掃描固化，以電極槽2另一相對應(yīng)面正極14為終點19，軌跡為矩形軌跡曲線20。
圖10所示，是矩形零件紫外光固化后B-B剖面圖，零件內(nèi)部結(jié)構(gòu)為平行疊層22。
圖11所示，是光敏樹脂零件紫外光固化快速成型后，掃描電鏡放大200倍成像圖，固化層結(jié)合狀態(tài)好，膠粘緊密，致密性好。
圖12所示，為零件紫外光固化后，掃描電鏡放大55000倍成像圖，內(nèi)部結(jié)構(gòu)為膠粘狀態(tài)，交聯(lián)性和致密性好。
權(quán)利要求
1.一種樹脂基復(fù)合材料零件的快速成型方法，其特征在于本發(fā)明使用的化學(xué)物質(zhì)原料為環(huán)氧樹脂(E-51)、丙烯酸、催化劑N，N-二甲基苯胺、阻聚劑對羥基苯甲醚、光引發(fā)劑異丙基硫雜蒽酮(ITX)、稀釋單體三羥甲基丙烷三丙烯酸酯(TMPTA)、清洗劑去離子水、擦拭劑酒精、增強劑碳化硅晶須、改性偶聯(lián)劑硅烷(KH-560)、溶劑甲醇，其組合配比是以60.141×27.187×1.936mm的矩形零件為例，以克、毫升為計量單位環(huán)氧樹脂(E-51)30.81g±0.01g丙烯酸16.41g±0.01gN，N-二甲基苯胺0.47452g±0.00001g對羥基苯甲醚0.23486g±0.00001g異丙基硫雜蒽酮(ITX)0.56692g±0.00001g三羥甲基丙烷三丙烯酸酯(TMPTA)5.21g±0.01g去離子水450ml±5ml無水乙醇100ml±5ml碳化硅晶須0.0511g±0.00001g硅烷偶聯(lián)劑(KH-560)0.9021g±0.00001g甲醇15.43g±0.01g制備成型方法如下(1)精選化學(xué)物質(zhì)原料對使用的化學(xué)物質(zhì)原料要進行精選，并進行純度、細度控制環(huán)氧樹脂(E-51)99.8％丙烯酸99.99％N，N-二甲基苯胺99.9％對羥基苯甲醚99.9％異丙基硫雜蒽酮(ITX)99.1％三羥甲基丙烷三丙烯酸酯(TMPTA)98％去離子水99.999％無水乙醇99.99％碳化硅晶須98.9％硅烷偶聯(lián)劑(KH-560)99.9％甲醇99.99％(2)合成環(huán)氧丙烯酸酯①、在四口燒瓶中，加入環(huán)氧樹脂(E-51)30.81g±0.01g；②、在四口燒瓶中加入阻聚劑對羥基苯甲醚0.23486g±0.00001g，并用攪拌器攪拌均勻；③、在等壓滴液漏斗中加入丙烯酸16.41g±0.01g、催化劑N，N-二甲基苯胺0.47452g±0.00001g并攪拌，使混合均勻，成混合液；④、將四口燒瓶置于電加熱套上，使四口燒瓶升溫至60℃時，開始均勻滴加丙烯酸與N，N-二甲基苯胺混合液，在反應(yīng)溫度75℃±1℃內(nèi)滴加完畢，繼續(xù)升溫至110℃±1℃，保溫維持反應(yīng)240min±5min，并間隔30min測定反應(yīng)物酸度值P，當(dāng)酸度值P≤5mg/gKOH時，結(jié)束反應(yīng)；關(guān)閉電加熱套，使其自然冷卻至20±3℃，冷卻后即為環(huán)氧丙烯酸酯；(3)稀釋環(huán)氧丙烯酸酯①、稱取環(huán)氧丙烯酸酯10.42g±0.01g、稀釋單體三羥甲基丙烷三丙烯酸酯(TMPTA)5.21g±0.01g，其比值為2∶1；②、將環(huán)氧丙烯酸酯、三羥甲基丙烷三丙烯酸酯置于容器中，攪拌均勻，即得環(huán)氧丙烯酸酯稀釋液；(4)合成光敏樹脂稱取環(huán)氧丙烯酸酯稀釋液15.63g±0.01g，量取光引發(fā)劑異丙基硫雜蒽酮(ITX)0.56692g±0.00001g，置于燒杯中，將燒杯置于電加熱套上并加熱，加熱溫度為40℃±1℃，邊加熱、邊攪拌，使其成液態(tài)膠狀，時間為30min±0.5min，然后將溶液倒入容器中，容器中的膠狀溶液即為液態(tài)光敏樹脂；(5)增強劑碳化硅晶須改性處理①、稱取碳化硅晶須0.0511g±0.00001g、硅烷偶聯(lián)劑(KH-560)0.9021g±0.00001g、液態(tài)光敏樹脂3.73g±0.01g、去離子水1.71g±0.01g、甲醇15.43g±0.01g；②、將改性偶聯(lián)劑硅烷(KH-560)與甲醇，去離子水混合成混合溶液；③、將碳化硅晶須，置于盛有去離子水的容器中，然后將容器置于超聲波清洗器中振蕩清洗，時間為10min±1min，去除晶須表面雜質(zhì)，然后將晶須取出，置于真空干燥箱內(nèi)，加溫烘干，溫度為120℃±3，時間為1440min±5min；④、將晶須倒入已備的偶聯(lián)劑硅烷(KH-560)混合溶液中，輕微攪拌均勻；即得改性的碳化硅晶須，改性后呈相容性；(6)清洗電極槽將清洗劑去離子水150ml±1ml，置于電極槽內(nèi)，然后將電極槽置于超聲波清洗器中，進行清洗，時間為5min±0.5min，涼干；(7)擦洗透鏡、反射鏡、光柵用無水乙醇100ml±5ml、白色軟質(zhì)材料對透鏡、反射鏡、光柵分別逐一進行清洗、擦拭，使之潔凈；(8)混合溶液將容器內(nèi)的液態(tài)光敏樹脂加入改性后的增強劑碳化硅晶須；用攪拌器進行勻速輕微攪拌，使其成碳化硅/光敏樹脂溶液；(9)置放混合溶液將碳化硅/光敏樹脂混合溶液注入電極槽內(nèi)，使其成水平液面；(10)置放電極槽將盛有混合溶液的電極槽整體置于X-Y-Z向工作臺上部中間位置，并固定；(11)制備樹脂基復(fù)合材料零件制備樹脂基復(fù)合材料零件在紫外光固化快速成型設(shè)備上進行將盛有碳化硅/光敏樹脂混合溶液的電極槽置于X-Y-Z向工作臺的中間位置；開啟電極槽電源，使其升溫，從常溫20℃±3℃升溫至40℃±1℃，升溫速度為1℃/min，恒溫、保溫時間10min±0.5min；開啟攝像機、監(jiān)視器，并垂直對準聚焦透鏡、觀察透鏡及電極槽中心；開啟紫外光源，紫外光通過光柵對準反射鏡，反射鏡折射后，紫外光垂直對準聚焦透鏡，聚焦透鏡垂直對準電極槽；反射鏡折射出的紫外光，通過聚焦透鏡聚焦，聚焦點對準電極槽內(nèi)的樹脂混合溶液；開啟X-Y-Z向工作臺，由計算機程序控制勻速轉(zhuǎn)動，進行逐點逐層掃描、進行紫外光照固化，固化速度按產(chǎn)品零件厚度、外型輪廓尺寸設(shè)置，每個聚焦點的固化時間平均為0.25秒；紫外光固化完成后，碳化硅/光敏樹脂混合溶液轉(zhuǎn)化為固體產(chǎn)品零件；(12)冷卻關(guān)閉紫外光源、電極槽電源、攝像機、計算機、X-Y-Z向工作臺；取下X-Y-Z向工作臺上的電極槽，置于陰涼、潔凈的環(huán)境中自然冷卻，至常溫20℃±3℃，冷卻時間120min；(13)產(chǎn)品脫模冷卻后的光敏樹脂產(chǎn)品零件，從電極槽中由頂桿裝置脫模，脫模后的產(chǎn)品零件置于潔凈的容器中；(14)修整外型輪廓、清除外形毛刺、污物，使其光潔；(15)檢測、化驗分析、表征對制備的光敏樹脂產(chǎn)品零件進行形狀、尺寸、色澤、強度、剛度、硬度、化學(xué)成分、機械物理性能檢測、分析、化驗、表征；用紅外光譜儀進行紅外光譜檢測；用顯微硬度儀進行硬度測試；用場發(fā)射掃描電鏡進行產(chǎn)品內(nèi)部組織結(jié)構(gòu)分析；(16)包裝、儲存對光固化快速成型制備的光敏樹脂零件儲存于陰涼、干燥、潔凈的環(huán)境中，儲存溫度為20℃±3℃，相對濕度≤40％，要防火、防潮、防曬、防酸堿侵蝕。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種樹脂基復(fù)合材料零件的快速成型方法，其特征在于樹脂基復(fù)合材料零件的紫外光固化、快速成型使用的化學(xué)物質(zhì)是以環(huán)氧樹脂(E-51)、丙烯酸為原料、以N，N-二甲基苯胺為催化劑、以對羥基苯甲醚為阻聚劑、以三羥甲基丙烷三丙烯酸酯為稀釋單體、以異丙基硫雜蒽酮(ITX)為光引發(fā)劑、以碳化硅晶須為增強劑、以硅烷(KH-560)為改性偶聯(lián)劑、以甲醇為溶劑、以去離子水為清洗劑、以無水乙醇為擦拭劑。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種樹脂基復(fù)合材料零件的快速成型方法，其特征在于樹脂基復(fù)合材料零件的紫外光固化、快速成型電極槽由正-負極組成，圓形、弧形、孔形零件、電極槽側(cè)面為負極、電極槽中間為正極，方形、矩形、無孔形零件，電極槽相對應(yīng)面為正極、負極。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種樹脂基復(fù)合材料零件的快速成型方法，其特征在于增強劑碳化硅晶須的改性處理是以去離子水浸泡、超聲波震蕩、偶聯(lián)劑硅烷(KH-560)改性、真空干燥箱烘干，碳化硅晶須改性后成相容性。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種樹脂基復(fù)合材料零件的快速成型方法，其特征在于紫外光源制備傳輸、轉(zhuǎn)換折射、聚焦透鏡聚焦是連續(xù)進行的，其聚焦距離為400mm。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種樹脂基復(fù)合材料零件的快速成型方法，它是以環(huán)氧樹脂(E－51)和丙烯酸為原料，以碳化硅晶須為增強劑，以N，N－二甲基苯胺為催化劑，以對羥基苯甲醚為阻聚劑，以三羥甲基丙烷三丙烯酸酯為稀釋單體，以異丙基硫雜蒽酮(ITX)為光引發(fā)劑，以硅烷偶聯(lián)劑(KH－560)為改性劑，以甲醇為溶劑，先合成環(huán)氧丙烯酸酯，由三羥甲基丙烷三丙烯酯稀釋，合成光敏樹脂，光敏樹脂與碳化硅晶須合成樹脂基復(fù)合材料混合液，在光固化成型設(shè)備上進行零件的快速成型，復(fù)合材料混合液在X－Y－Z向工作臺的電極槽內(nèi)由紫外光源、聚焦透鏡聚焦、計算機程序控制，逐點逐層快速成型固化，是制備注射模具、薄片砂輪、超薄零件、特殊形狀零件的最快捷的方法。
文檔編號C08K9/00GK1876355SQ200610012758
公開日2006年12月13日 申請日期2006年5月24日 優(yōu)先權(quán)日2006年5月24日
發(fā)明者王永禎, 王愛玲, 許并社 申請人:太原理工大學(xué)