一種3D列印建築材料的製作方法
2023-06-09 23:11:46 1
本發明屬於建築材料領域，尤其涉及一種3D列印建築材料。
背景技術：
傳統的建築方式中，勞動強度和工力耗費大、建築垃圾粉塵量大、汙染嚴重，另一方面，在建築過程中，建築材料提前預製難、不可回收、預製件精度不夠、不能預製管道及無法預留電路通道、通風通道及功能口等問題給建築作業帶來了很大的不便和麻煩，隨著新興技術3D列印在製造業領域的迅猛發展，給傳統的建築模式帶來了顛覆性變革。但目前的3D列印材料一般多為高分子聚合物材料或金屬材料，聚合物材料如ABS、PLA、PVA等，金屬材料還諸如鋁材料、鈦合金、不鏽鋼、鍍銀材料等，上述材料用於列印建築模型或用於3D列印建築時，都存在較大弊端，如牢固度不佳、易變形、易老化、環保性能不佳、成本高等，尚無適用於3D列印技術的建築材料，由此造成3D列印的建築物嚴重阻礙了3D列印建築的推廣和普及。
技術實現要素：
本發明為解決目前材料在用於3D列印建築時牢固度不佳、易變形、易老化、環保性能差的技術問題，提供了一種3D列印建築材料，採用高溫加熱聚乙烯和抗氧化劑並與矽酸鹽材料複合的技術方案，實現了所得材料在用於3D列印建築物時成型好、牆體牢固度好、抗老化、易施工。
本發明採用的技術方案是：一種3D列印建築材料，關鍵在於，所述材料包括以下質量百分比的原料：聚乙烯顆粒10-15%、矽酸鹽粉末75-85%和抗氧化劑5-12%。
優選的，所述材料由以下質量百分比的原料組成：聚乙烯顆粒12%、矽酸鹽粉末80%和抗氧化劑8%。
上述技術方案中，3D列印建築材料的原料中以矽酸鹽粉末為主要成分，聚乙烯顆粒為成型材料組分，抗氧化劑的作用是降低聚乙烯顆粒的氧化老化，延長材料使用壽命。矽酸鹽材料硬度大、廣泛用於建築材料，但矽酸鹽材料如水泥等需有水才能凝固成型，迄今為止並未用於3D列印材料中，即使將其用於高分子聚合物，通常是作為增強材料，以較少含量添加至材料中以增強其力學性能，本發明採用少量聚乙烯將矽酸鹽粉末包裹，不僅保留了矽酸鹽硬度好的特點，矽酸鹽粉末同時作為增強材料大大提高了聚乙烯的力學性能，還藉助聚乙烯使得整體易於成型，同時其抗氧化性能、抗老化性能大大提高，穩定性顯著提高。在製備時，將矽酸鹽粉末、聚乙烯顆粒、抗氧化劑共同攪拌後加入設備料鬥中，由設備螺旋杆將材料傳入設備加熱倉，加熱倉溫度180攝氏度，使聚乙烯和氧化劑熔化對矽酸鹽形成包裹，並具有流動性，受螺杆壓力的影響和材料流動性的產生，材料被擠出，並開始列印，本發明解決了快裝板精度問題和預製板養生問題，且材料製備簡單，成本低，適於廣泛推廣應用。
本發明的有益效果是：（1）本發明提供的材料易施工，實現了快速列印、快速成型、快速入庫、快速使用，成型後的建築牆體牢固度好、抗衝擊能力強，抗老化能力強、成本低；（2）材料製備簡單，適於廣泛推廣應用，且解決了建築材料回收問題，加熱至一定溫度後可回收重新利用，大大節約了能源材料，綠色環保。
具體實施方式
本發明提供一種3D列印建築材料，所述材料的原料包括以下質量百分比的組分：聚乙烯顆粒10-15%、矽酸鹽粉末75-85%和抗氧化劑5-12%。
其中，所述抗氧化劑由四[β-（3，5-二叔丁基-4-羥基苯基）丙酸]季戊四醇酯、β-（3,5-二叔丁基-4-羥基苯基）丙酸正十八碳醇酯和亞磷酸三(2,4-二叔丁基苯基)酯組成，即抗氧化劑1010、抗氧化劑1076和抗氧化劑168組成，四[β-（3，5-二叔丁基-4-羥基苯基）丙酸]季戊四醇酯：β-（3,5-二叔丁基-4-羥基苯基）丙酸正十八碳醇酯：亞磷酸三(2,4-二叔丁基苯基)酯的質量份數比為2-5：3-4：1-3。
所述聚乙烯為高密度聚乙烯（HDPE）、納米TiO2改性高密度聚乙烯（納米TiO2改性HDPE）和/或納米CeO2改性高密度聚乙烯（納米CeO2改性HDPE）。高密度聚乙烯（HDPE）具有良好的耐熱性和耐寒性，化學穩定性好，還具有較高的剛性和韌性，機械強度好。介電性能，耐環境應力開裂性亦較好，且高密度聚乙烯無毒，無味，無臭，屬環保材質，加熱達到熔點，即可回收再利用；納米TiO2改性高密度聚乙烯及納米CeO2改性高密度聚乙烯具有優異的化學與物理性能，結合了無機納米粒子的性能及高分子材料性能於一體，在力學、熱穩定性等方面的性能更加優越，3D列印出的建築材料及模型力學性能及穩定性更加優異，更主要的是，建築材料的抗老化性能也大大增強。
所述矽酸鹽粉末為42.5矽酸鹽水泥、蒙脫土、陶土和/或粘土。
所述3D列印建築材料製備方法如下：
（1）將矽酸鹽粉末、聚乙烯顆粒和抗氧化劑混合均勻；
（2）170-190℃加熱1-5min至熔融的聚乙烯和抗氧化劑包裹矽酸鹽，擠出。
為便於理解，表1列舉具體實施例，以更好的說明本發明3D列印建築材料的組成及性能。
表1 3D列印建築材料原料組成示例（質量百分比）
。
上述表中，將矽酸鹽、聚乙烯和抗氧化劑加入高速混合機中，以1200-1600r/min攪拌15min，混合均勻後，加入至雙螺杆擠出成型機中，以180℃加熱5min，此時，聚乙烯和抗氧化劑熔融並將矽酸鹽包裹，藉助雙螺杆擠出機擠出至3D印表機進料管，進而通過高溫（180-250℃）的噴頭實現3D列印，且成型快速，列印後的材料模型穩定性大大提高，根據相關規範方法測試並得到上述性能測試數據，可見本材料抗衝擊能力、抗壓強度都很高，熱變形溫度較高，能很好的滿足3D列印建築的成型、穩定、牢固性的要求。