Page 115 - 《精细化工》2023年第3期

第 3 期 郑 玲，等: 3D 打印炭黑/水性聚氨酯导电复合材料的制备及性能
中断，进而影响样条内导电通路的搭建。而当填充
率变大时，打印线条彼此连接更为紧密，线与线之
间和层与层之间空隙更小，导电粒子之间接触更加
紧密。当填充率为 80%时，打印样条的电导率为
–3
2.66×10 S/m，而通过传统方法制备的复合材料电
–4
导率为 1.02×10 S/m [30] 。由于传统方法制备的复合
材料先在室温中干燥 12 h 再进入烘箱完全烘干，在
这个过程中填料会不可避免地有所沉淀，进而影响了
复合材料的导电性能。将含量为 3%的 KH550/CB 用
于 3D 打印 KH550/CB 3 /WPU 墨水的制备时，烘干时
间较短，且在烘干过程中会定时对墨水进行翻搅以
免固化，这些都会使墨水内的填料减少沉淀，分散
得更均匀。目前，大部分非 3D 打印产品的电导率
–5
–4
集中在 1.05×10 ~6.67×10 S/m 之间
方法将电导率提高了 1~2 个数量级。因此，
KH550/CB/WPU 应用于 3D 打印时其导电性能会略
优于传统方法制备的复合材料。
图 10 不同填充率对线形填充样条电导率的影响
Fig. 10 Effect of different filling rate on conductivity of
line-filled splines
表 4 线形填充条件下不同填充率的打印参数设置
Table 4 Experimental parameter settings for linear filling
with different filling rates
参数
打印速度
填充图案
边缘宽度
板温
封闭面厚度
3 结论
（1）粒径测试结果表明，经过 KH550 改性得到
的 CB 粒子，平均粒径约为 620 nm，粒径分布在
400~900 nm 之间，较未改性 CB 分布更窄，分散性
得到了提高；SEM 分析显示，改性 CB 分散更为整齐。
（2）由于 KH550/CB 在 WPU 基体中分散性更
好，导电 CB 粒子之间接触更加紧密。当 KH550/CB
·571·
含量为 3%时，KH550/CB/WPU 复合材料的电导率
–3
为 1.79× 10 S/m，较 CB/WPU 复合材料（CB 含量
为 3%）增加了 14 倍；力学测试显示，CB 或 KH550/
CB 含量为 2%时，KH550/CB/WPU 复合材料的拉伸
强度较 CB/WPU 复合材料增加了 175%；热重测试
结果表明，KH550/CB/WPU 复合材料热稳定性更好，
比纯 WPU 提高 65.1 ℃，KH550/CB 的加入明显提
高了 WPU 的耐热性能。
（3）选择 KH550/CB 含量为 3%进行 3D 打印墨
水的制备。与网格填充和圆填充的样品相比，线形
结构内部空隙更小，线与线之间和层与层之间空隙
更小，连接更紧密，对导电有利。同种填充图案，
电导率随着填充率的增大而增大。对于线形来说，
–3
填充率为 80%时样品电导率为 2.66×10 S/m，较通
[31-33] ，而本文
过传统制备方法制得的产物导电性能更佳。与其他
非 3D 打印产品相比，KH550/CB 3 /WPU 导电性能提
升了 1~2 个数量级。
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