本发明涉及增材制造领域，特别涉及一种高强度低残炭的双组元粘结剂、制备方法及应用。
背景技术：
1、增材制造技术(additive manufacturing，am)近年来得到了广泛的关注和应用，尤其是在高复杂度、高精度和定制化要求较高的制造领域。其中，粘结剂喷射成形(binderjetting，bj)作为增材制造的一种重要工艺，以其高速、高效率和材料选择多样性等优点，逐渐成为工业生产中的重要技术之一。
2、在粘结剂喷射成形工艺中，通过喷射液态粘结剂，将粉末材料逐层粘结成型，最终形成复杂的三维结构。在现有的粘结剂喷射成形工艺中，水性粘结剂因其环保、安全等优点得到了广泛应用。然而，水性粘结剂在实际应用中仍存在一些亟待解决的问题：首先，使用水性粘结剂制备的坯体在固化后通常不能达到足够的机械强度，导致其在后续加工和使用过程中容易破损。其次，水性粘结剂在固化过程中会残留较多杂质，尤其是碳残留，影响最终制品的性能和品质。为了提高粘结剂喷射成形工艺的整体性能，开发出一种能够在提供高机械强度的同时，显著降低残碳含量的双组元粘结剂系统，成为亟待解决的技术难题。
3、传统的粘结剂系统主要依赖单一组分的聚合物，这种方法难以在兼顾力学性能和杂质控制方面取得理想的平衡。为此，研究者们开始尝试将多种聚合物组合使用，以期通过不同分子量、不同功能的聚合物协同作用，提升粘结剂的综合性能。
4、在这一背景下，本发明提出了一种双组元粘结剂系统，包含低分子量聚合物和高分子量聚合物的组合，通过优化两者的比例和相互作用，力求在保持高机械强度的同时，显著降低坯体的碳残留量。此外，本发明还对粘结剂系统中的溶剂和表面活性剂进行了优化，以进一步提升粘结剂的性能和喷射成形效果。
技术实现思路
1、本发明的目的就是至少克服现有技术的不足之一，提供了一种高强度低残炭的双组元粘结剂、制备方法及应用，旨在解决现有的水性粘结剂在粘结剂喷射成形工艺中面临的坯体强度不足和杂质残留高的技术难题。
2、本发明采用如下技术方案：
3、一方面，本发明提供了一种高强度低残炭的双组元粘结剂，所述双组元粘结剂用于增材制造的粘结剂喷射成形，所述双组元粘结剂包括第一组分、第二组分、溶剂和表面活性剂：
4、所述第一组分，由低分子量聚合物组成，所述低分子量聚合物的重均分子量范围位于2000-20000间；
5、所述第二组分，由高分子量聚合物组成，所述高分子量聚合物重均分子量范围位于50000-500000间；
6、所述低分子量聚合物在打印喷射坯体初期提供结构支撑；所述高分子量聚合物用于提高坯体强度，并在热处理过程中降低杂质含量；所述溶剂用于溶解所述第一组分、第二组分并形成混合溶液；所述表面活性剂使混合溶液体系稳定，并改变双组分粘结剂的流变性能，使双组分粘结剂从喷头稳定喷出。
7、如上所述的任一可能的实现方式，进一步提供一种实现方式，所述低分子量聚合物包括聚乙烯醇pva、聚乙烯吡咯烷酮pvp和聚乙烯亚胺pei中的一种或多种组合。
8、如上所述的任一可能的实现方式，进一步提供一种实现方式，所述高分子量聚合物包括水性丙烯酸树脂、水性环氧树脂和水性聚氨酯中的一种或组合。
9、如上所述的任一可能的实现方式，进一步提供一种实现方式，所述子低分子量聚合物和所述高分子量聚合物的质量比为5:1～1:1。
10、如上所述的任一可能的实现方式，进一步提供一种实现方式，所述水性丙烯酸树脂、水性环氧树脂和水性聚氨酯中的固含量为30～70wt.％。上述类型树脂为乳液形式，固含量为乳液中高分子含量。
11、本发明所选用的低分子量聚合物在较低的温度下开始热分解，在tga曲线上表现为第一个明显的平台或质量损失阶段。此外，低分子量聚合物有助于减少打印过程中材料间的摩擦。在这个阶段，低分子量聚合物会迅速分解，形成高分子通道，释放出挥发性产物。由于低分子聚合物所占比例较高，在干燥固化过程中，低分子量聚合物已经分解，极大降低了坯体的杂质含量，尤其是碳含量。
12、本发明所选用的高分子量聚合物由于其长链结构，具有较高的热稳定性，通常在更高温度下开始分解。在干燥固化过程中，高分子聚合物未发生分解，而较大的分子量确保坯体高强度。此外，高分子量聚合物在粘结剂体系占比较低，不会引入超量杂质。
13、将双组元粘结剂适配于合适的脱脂工艺即可确保产品的低杂质含量。
14、如上所述的任一可能的实现方式，进一步提供一种实现方式，所述溶剂包括但不限于乙二醇甲醚、丙二醇甲醚、乙二醇、甘油和三甘醇中的一种或多种组合，所述溶剂的比例为所述双组元粘结剂的60～90wt.％。
15、如上所述的任一可能的实现方式，进一步提供一种实现方式，所述表面活性剂包括但不限于十二烷基苯磺酸钠、十二烷基硫酸钠、烷基甘糖和有机硅表面活性剂中的一种或多种组合，所述表面活性剂的比例为所述双组元粘结剂的0.1～1.0wt.％。
16、本发明所选用的溶剂和表面活性剂，主要考虑与体系的相容性，无沉淀物或絮状物的产生。
17、另一方面，如图1所示，本发明还提供了一种上述的高强度低残炭的双组元粘结剂的制备方法，其特征在于，所述方法包括：
18、s1、制备第一组分溶液：将低分子量聚合物溶解于溶剂中，得到第一组分溶液；
19、s2、制备第二组分溶液：将高分子量聚合物溶解于溶剂中，得到第二组分溶液；
20、s3、按照预定质量比将第一组分溶液和第二组分溶液混合，均匀搅拌，得到混合溶液；
21、s4、在所述混合溶液中添加预定含量的表面活性剂，充分搅拌使其均匀分散，得到所述双组元粘结剂。
22、如上所述的任一可能的实现方式，进一步提供一种实现方式，步骤s1中，所述第一组分溶液的浓度为5～20wt.％；步骤s2中，所述第二组分溶液的浓度为1％～20wt.％。
23、另一方面，本发明还提供了一种上述的高强度低残炭的双组元粘结剂的应用，所述双组元粘结剂应用于粘结剂喷射成形坯体工艺，具体包括：
24、将所述双组元粘结剂通过喷射成形工艺喷射到基材上，得到坯体，加热使坯体固化，即得高强度低残炭坯体；
25、所述坯体在固化后抗弯强度>10mpa，碳含量<0.2wt.％。
26、传统的粘结剂，一般制备的坯体抗弯强度小于11mpa，残碳量高于0.8wt.％，其中，当坯体强度高于10mpa时，残碳量高于1.5wt.％。
27、本发明的有益效果为：
28、本发明通过优化低分子量和高分子量聚合物的组合及比例，显著提高了坯体的机械强度，降低了坯体的杂质残留，尤其是碳残留。最终制备的坯体在干燥后具有优异的机械强度(抗弯强度>10mpa)，且杂质含量极低(碳含量<0.2wt.％)，大幅提升了增材制造制品的质量和性能。
1.一种高强度低残炭的双组元粘结剂，其特征在于，所述双组元粘结剂用于增材制造的粘结剂喷射成形，所述双组元粘结剂包括第一组分、第二组分、溶剂和表面活性剂：
2.如权利要求1所述的高强度低残炭的双组元粘结剂，其特征在于，所述低分子量聚合物包括聚乙烯醇pva、聚乙烯吡咯烷酮pvp和聚乙烯亚胺pei中的一种或多种组合。
3.如权利要求1所述的高强度低残炭的双组元粘结剂，其特征在于，所述高分子量聚合物包括水性丙烯酸树脂、水性环氧树脂和水性聚氨酯中的一种或多种组合。
4.如权利要求1所述的高强度低残炭的双组元粘结剂，其特征在于，所述低分子量聚合物和所述高分子量聚合物的质量比为5:1～1:1。
5.如权利要求3所述的高强度低残炭的双组元粘结剂，其特征在于，所述水性丙烯酸树脂、水性环氧树脂和水性聚氨酯中的固含量为30～70wt.％。
6.如权利要求1所述的高强度低残炭的双组元粘结剂，其特征在于，所述溶剂包括乙二醇甲醚、丙二醇甲醚、乙二醇、甘油和三甘醇中的一种或多种组合，所述溶剂的比例为所述双组元粘结剂的60～90wt.％。
7.如权利要求1所述的高强度低残炭的双组元粘结剂，其特征在于，所述表面活性剂包括十二烷基苯磺酸钠、十二烷基硫酸钠、烷基甘糖和有机硅表面活性剂中的一种或多种组合，所述表面活性剂的比例为所述双组元粘结剂的0.1～1.0wt.％。
8.一种如权利要求1-7任一项所述的高强度低残炭的双组元粘结剂的制备方法，其特征在于，所述方法包括：
9.如权利要求8所述的高强度低残炭的双组元粘结剂的制备方法，其特征在于，步骤s1中，所述第一组分溶液的浓度为5～20wt.％；步骤s2中，所述第二组分溶液的浓度为1％～20wt.％。
10.一种如权利要求1-7任一项所述的高强度低残炭的双组元粘结剂的应用，其特征在于，所述双组元粘结剂应用于粘结剂喷射成形坯体工艺，具体包括：
