加氢石油树脂凭借良好的相容性、热稳定性和低分子量特性,可通过优化自身添加参数、与光敏树脂体系协同改性及匹配适配打印工艺等方式,有效控制3D打印光敏树脂的固化收缩率,提升打印件尺寸精度。以下是具体控制路径的详细解析:
优化加氢石油树脂自身添加参数
把控添加比例适配区间:加氢石油树脂作为低分子量热塑性树脂,与丙烯酸酯、EVA等光敏树脂常用基体材料相容性优良,其添加比例是收缩率控制的关键。添加过少时,难以抵消光敏树脂中单体聚合产生的体积收缩;过量添加则会破坏树脂体系交联网络的完整性,反而导致收缩应力不均。实验表明,将C5或DCPD型加氢石油树脂的添加量控制在树脂体系总质量的5%-15%为宜,既能利用其分子链填充基体树脂分子间隙,减少聚合时分子间距缩短带来的收缩,又不会影响光敏树脂的固化速率。例如在丙烯酸酯类光敏树脂中加入10%的BTack H100型全加氢C5树脂,可使固化收缩率降低约20%-30%。
筛选适配分子量规格:不同分子量的加氢石油树脂对收缩率的调控效果差异显著。分子量在1000-3000Da的产品综合效果很好,该区间的分子链长度适中,既能与光敏树脂的预聚物、单体形成紧密的分子缠结,约束固化过程中的分子链运动,降低收缩幅度;又不会因分子体积过大阻碍光敏单体的聚合反应。像低分子量的BTack H420型DCPD加氢树脂,可均匀分散在树脂体系中,通过物理填充作用弥补固化收缩,而分子量过高的加氢树脂易团聚,反而造成局部收缩不均。
协同树脂体系进行复合改性
复配膨胀单体抵消收缩:将加氢石油树脂与螺环类膨胀单体(如DB-TOSU)复配,可通过协同作用进一步降低收缩率。加氢石油树脂的分子链可作为柔性骨架,提升体系兼容性,避免膨胀单体团聚;而膨胀单体在阳离子引发下开环聚合会产生体积膨胀,恰好抵消光敏树脂聚合时的收缩。例如在含8%加氢石油树脂的丙烯酸酯光敏体系中,加入30wt.的DB-TOSU,可使整体收缩率从3.28%降至0.93%,相比单一添加加氢石油树脂的体系,收缩率进一步下降70%以上。
搭配刚性填料优化结构:加氢石油树脂可与纳米ZnO、硅烷偶联剂改性碳化硅等填料协同使用。加氢石油树脂能提升填料在光敏树脂中的分散性,防止填料团聚形成缺陷;而刚性填料可作为 “支撑点”构建稳定的物理骨架,抑制固化过程中的体积收缩。比如在含12%加氢石油树脂的体系中掺杂1%的纳米ZnO,不仅能将收缩率从2.3%降至2.1%,还能提升固化后材料的力学性能,避免因添加加氢石油树脂导致的强度下降问题。
调和自由基-阳离子体系比例:对于自由基-阳离子混杂型光敏树脂,加氢石油树脂可作为缓冲组分调和两种体系的反应速率。自由基体系固化快但收缩大,阳离子体系固化慢却收缩小,加氢石油树脂的分子链可延缓自由基聚合速率,使两种体系反应更同步。当自由基组分占70%左右时,搭配10%的加氢石油树脂,既能保证固化速度,又能使体系收缩率控制在较低水平,同时减少翘曲变形。
匹配适配的打印与后固化工艺
调整打印参数减少收缩应力:打印参数需与含加氢石油树脂的光敏树脂特性匹配。曝光方面,采用405nm LED光源时,将曝光时间控制在30s左右,层厚设为100μm,可避免因曝光不足导致的固化不完全,减少后期二次收缩;若曝光过度,会使交联密度骤增,反而引发收缩应力集中。环境控制上,将打印温度维持在25-30℃,该温度下加氢石油树脂与光敏树脂体系流动性极佳,能减少树脂流平过程中的收缩隐患,湿度则控制在40%-60%,防止环境水汽影响体系稳定性。
优化后固化工艺消除残留收缩:打印完成后,对制品进行分段后固化处理。先将含加氢石油树脂的打印件置于紫外灯箱中低温预固化,利用加氢石油树脂良好的热稳定性,逐步释放固化过程中积累的内应力;再适度提升温度完成二次固化,可有效消除残留收缩,例如对添加加氢石油树脂的复杂结构件,采用先30℃紫外照射30分钟,再50℃照射20分钟的后固化流程,可使最终尺寸偏差从3%以上降至2%以内,显著提升精度。
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