複合微纖增強3D列印耗材及其製備方法與設備與流程
2024-03-04 17:42:15 1
本發明涉及材料科學領域，尤其是一種複合微纖增強3D列印耗材及其製備方法與設備。
背景技術：
3D列印相關技術越來越受到世界各發達國家重視，國家已將3D列印相關技術作為《中國製造2025》規劃的重點支持領域。聚合物的FDM模式3D列印材料性能增強，特別是衝擊力學性能以及材料的熱收縮問題。眾多的應用表明纖維增強聚合物是提高聚合物力學性能的有效方法，但是加入纖維增強FDM模式3D列印耗材非常困難，一方面，纖維容易在聚合物基體中發生纏結，很難均勻分散；另一方面，纖維的加入，常用的纖維尺度較大，在進行列印是容易造成堵塞噴頭；傳統的原位微纖法增強聚合物材料，增強效果很有限。採用原位微纖增強FDM模式3D列印耗材，大長徑比納米填料/聚合物複合原位微纖增強聚合物基3D列印耗材還未見報導。
技術實現要素：
本發明的目的是：提供一種複合微纖增強3D列印耗材及其製備方法與設備，它能大幅提高FDM模式聚合物基3D列印耗材的力學性能，並且不會因此造成噴頭堵塞，而且產品的生產方法簡單，易於實施產業化，以克服現有技術的不足。
本發明是這樣實現的：複合微纖增強3D列印耗材，按質量份數計算，包括聚合物基體70-98份，微纖相複合材料2-30份及粘度調控助劑0-2份。
所述聚合物基體為PE、PLA、PBAT、PBS、POE、SEBS、EVA、PP或EPDM中的一種或幾種的任意比例組合。
所述微纖相複合材料的質量百分比組成包括易成纖聚合物90-99％及大長徑比納米填料1-10％，合計100％。
所述的易成纖聚合物為PP、PA、PET、PBT、PC、PLA、PBS或PBAT中的一種或幾種的任意比例組合。
所述的大長徑比微納米填料為碳納米管、微納米銀線、微納米銅線、磷酸鹽微晶玻璃纖維或石墨烯中的一種或幾種的任意比例組合。
所述的粘度調控助劑為環氧擴鏈劑或流動改性劑。
複合微纖增強3D列印耗材的製備方法，將聚合物基體、微纖相複合材料和粘度調控助劑按照上述重量分數預混均勻後，採用複合微纖增強聚合物基3D列印耗材生產設備進行擠出，擠出後經拉伸、冷卻、收卷後，製備得到複合微纖增強3D列印耗材。
微纖相複合材料的製備是，將易成纖聚合物與大長徑比微納米填料經雙螺杆擠出機預先共混擠出製備成微纖相複合材料。
大長徑比微納米填料在進行採用偶聯劑，KH550，KH560或KH590進行預處理混合。
複合微纖增強3D列印耗材生產設備，包括擠出機，在擠出機前端連接有靜態混合器，在靜態混合器前端連接有耗材成型模具；在耗材成型模具前端設有加熱裝置；在加熱裝置前端設有冷卻定型水槽；在冷卻定型水槽前端設有雷射測徑儀；在雷射測徑儀前端設有拉伸牽引輥；在拉伸牽引輥前端設置有收卷裝置。
與現有技術相比，本發明採取具有大長徑比及力學性能優異的納米材料與易成纖聚合物材料複合，提升微纖相複合材料的力學性能，可以大幅提升微纖對3D列印耗材的增強作用；並採用了靜態混合器進行進一步混合，減小了微纖相複合材料的尺寸，再經過牽引裝置進一步的拉伸，使產品中形成複合微纖，大幅提升材料的力學性能，解決了3D列印耗材的纖維增強和堵塞噴頭之間的矛盾。本發明材料來源廣泛，成本低廉，使用效果好。
附圖說明
附圖1為本發明的設備的結構示意圖；
附圖2為本發明的產品的結構示意圖。
具體實施方式
本發明的實施例1：複合微纖增強3D列印耗材，按質量份數計算，包括聚合物基體89.6份，微纖相複合材料10份及粘度調控助劑0.4份；所述聚合物基體為PLA；所述微纖相複合材料的質量百分比組成包括易成纖聚合物98％及大長徑比納米填料2％；易成纖聚合物為PET，大長徑比微納米填料為多壁碳納米管；所述的粘度調控助劑為環氧擴鏈劑。
複合微纖增強3D列印耗材的製備方法，將PET與MWCNTs預混合，經雙螺杆擠出機擠出混合製備獲得PET/MWCNTs複合材料，即為微纖相複合材料；將聚合物基體(PLA)、微纖相複合材料(PET/MWCNTs複合材料)和粘度調控助劑(環氧擴鏈劑)按照上述重量分數預混均勻後，採用複合微纖增強聚合物基3D列印耗材生產設備進行擠出，擠出後經拉伸、冷卻、收卷後，製備得到複合微纖增強3D列印耗材。
複合微纖增強3D列印耗材生產設備，包括擠出機1，在擠出機1前端連接有靜態混合器2，在靜態混合器2前端連接有耗材成型模具3；在耗材成型模具3前端設有加熱裝置4；在加熱裝置4前端設有冷卻定型水槽5；在冷卻定型水槽5前端設有雷射測徑儀6；在雷射測徑儀6前端設有拉伸牽引輥7；在拉伸牽引輥7前端設置有收卷裝置8。
實施例2：複合微纖增強3D列印耗材，按質量份數計算，包括聚合物基體89份及微纖相複合材料11份；所述聚合物基體為EVA；所述微纖相複合材料的質量百分比組成包括易成纖聚合物97％(包括PLA79％的，PBS 18％的)及大長徑比納米填料2％(納米銀線)。
複合微纖增強3D列印耗材的製備方法，將PLA、PBS與納米銀線預混合，經雙螺杆擠出機擠出混合製備獲得PLA/PBS/銀納米線複合材料，即為微纖相複合材料；將聚合物基體(EVA)和微纖相複合材料(PLA/PBS/銀納米線)按照上述重量分數預混均勻後，採用複合微纖增強聚合物基3D列印耗材生產設備進行擠出，擠出後經拉伸、冷卻、收卷後，製備得到複合微纖增強3D列印耗材。
為了驗證本發明的效果，將上述實施實例製備的複合微纖增強3D列印耗材進行力學性能測試，測試結果如下表所示：