本发明专利技术公开了一种用于FDM技术的复合纤维丝材，包括丝芯和包覆在丝芯外层的热塑性塑料，所述丝芯为玻璃纤维、碳纤维或金属丝，其直径为5-20μm，所述丝材直径为20-50μm所述包覆在丝芯外层的热塑性塑料含有5-30％wt的直径为0.1-1μm，长度≤1mm的增强纤维；本发明专利技术制备该复合纤维丝材的方法，首先加热热塑性塑料至熔融态，然后将增强纤维加入熔融塑料并混合均匀，接着通过送丝机构使得混合熔体均匀的附着在丝芯表面，最后经挤出定型得到直径为20～50微米的复合丝材。本发明专利技术向热塑性塑料加入增强短纤维和丝芯，不仅能够增强熔融丝材界面之间的黏附效果，强化打印件各层轴向连接强度，也可以提高每层径向上独立的拉伸强度。
【技术实现步骤摘要】
【专利摘要】本专利技术公开了一种用于FDM技术的复合纤维丝材，包括丝芯和包覆在丝芯外层的热塑性塑料，所述丝芯为玻璃纤维、碳纤维或金属丝，其直径为5-20μm，所述丝材直径为20-50μm所述包覆在丝芯外层的热塑性塑料含有5-30％wt的直径为0.1-1μm，长度≤1mm的增强纤维；本专利技术制备该复合纤维丝材的方法，首先加热热塑性塑料至熔融态，然后将增强纤维加入熔融塑料并混合均匀，接着通过送丝机构使得混合熔体均匀的附着在丝芯表面，最后经挤出定型得到直径为20～50微米的复合丝材。本专利技术向热塑性塑料加入增强短纤维和丝芯，不仅能够增强熔融丝材界面之间的黏附效果，强化打印件各层轴向连接强度，也可以提高每层径向上独立的拉伸强度。【专利说明】一种用于FDM技术的复合纤维丝材及其制备方法
本专利技术属于增材制造领域，涉及熔融挤出成型技术，特别涉及一种用于FDM技术 的复合纤维丝材及制备该复合纤维材料的方法。
技术介绍
目前增材制造技术，即3D打印技术正对传统的制造业造成冲击。熔融挤出成型 (FDM)技术是增材制造技术中的一个重要分支，它主要以热塑性塑料作为加工材料，这类材 料通常需要被预先加工成丝材。丝材被送丝机构送入喷头，在喷头内被加热融化并挤出，之 后迅速固化并与周围的材料粘结，喷头沿零件截面轮廓逐层运动进行填充，从而达到成型 目的。相对传统工艺，FDM技术能够打印迅速的成型结构较为复杂的产品，免去了注塑开模 的过程，然而其产品强度相对较低，难以直接使用。 因此，为拓展FDM技术应用范围，有必要开发一种能够增强制品强度的适用于FDM 技术的复合纤维丝材。
技术实现思路
有鉴于此，本专利技术的目的在于提供一种用于FDM技术的复合纤维丝材及其制备方 法。 为达到上述目的，本专利技术提供如下技术方案： 一种用于FDM技术的复合纤维丝材，包括丝芯和包覆在丝芯外层的热塑性塑料， 所述丝芯为玻璃纤维、碳纤维或金属丝，其直径为5-20 μ m，所述丝材直径为20-50 μ m。 作为本专利技术用于FDM技术的复合纤维丝材的优选，所述包覆在丝芯外层的热塑性 塑料含有5-30% wt的直径为0· 1-1 μ m，长度彡1mm的增强纤维。 作为本专利技术用于FDM技术的复合纤维丝材的优选所述增强材料为碳纤维、碳纳米 管、凯夫拉纤维或玻璃纤维。 作为本专利技术用于FDM技术的复合纤维丝材的优选所述热塑性塑料为聚苯乙烯、聚 乙烯、聚丙烯、ABS、聚碳酸酯或聚乳酸等热塑性塑料。 本专利技术制备用于FDM技术的复合纤维丝材的方法，包括以下步骤： Stpl :取70-95份热塑性塑料、5-30份增强纤维和直径为5-20 μ m的丝芯； Stp2 :加热热塑性塑料至熔融状态； Stp3 :将增强纤维加入熔融的热塑性塑料中并混合均匀； Stp4 :通过送丝机构使丝芯匀速通过Stp3所得混合熔体，使混合熔体均匀的附着 在丝芯表面； Stp5 :控制最终丝材挤出口的孔径，得到直径20?50微米的复合丝材。 优选的，所述热塑性塑料为聚苯乙烯、聚乙烯、聚丙烯、ABS、聚碳酸酯或聚乳酸等 热塑性塑料，所述增强材料为碳纤维、碳纳米管、凯夫拉纤维或玻璃纤维，所述丝芯为玻璃 纤维、碳纤维或金属丝。 本专利技术的有益效果在于： 本专利技术的复合纤维丝材向热塑性塑料加入短纤维，能够有效地增强FDM过程熔融 丝材界面之间的黏附效果，提高界面连接处的剪切模量，从而强化打印件各层轴向连接强 度；本专利技术的复合纤维丝材含有高拉伸模量的丝芯，可以提高各层径向拉伸强度。因此，本 专利技术的复合丝材结构能够有效地提高打印件的整体强度。 【专利附图】【附图说明】 为了使本专利技术的目的、技术方案和有益效果更加清楚，本专利技术提供如下附图进行 说明： 图1为本专利技术复合纤维丝材纵截面示意图； 图2为本专利技术复合纤维丝材纵横面示意图。 【具体实施方式】 下面将结合附图，对本专利技术的优选实施例进行详细的描述。 以下实施例将公开一种用于FDM技术的复合纤维丝材，包括丝芯和包覆在丝芯外 层的热塑性塑料，所述丝芯为玻璃纤维、碳纤维或金属丝，其直径为5-20 μ m，所述丝材直径 为 20-50 μ m。 其中： 包覆在丝芯外层的热塑性塑料含有5-30% wt的直径为0. 1-1 μ m，长度彡1mm的 增强纤维； 增强材料为碳纤维、碳纳米管、凯夫拉纤维或玻璃纤维； 热塑性塑料为聚苯乙烯、聚乙烯、聚丙烯、ABS、聚碳酸酯或聚乳酸等热塑性塑料。 实施例1 : 本实施例制备用于FDM技术的复合纤维丝材的方法，包括以下步骤： Stpl :取90份聚苯乙烯、10份增强短碳纤维丝和直径为10 μ m的长碳纤维丝芯； Stp2 :加热聚苯乙烯至熔融状态； Stp3 :将短碳纤维丝加入熔融的聚苯乙烯并混合均匀； Stp4 :通过送丝机构使长碳纤维丝芯以0. 5m/min的速度勻速通过Stp3所得混合 熔体，使混合熔体均匀的附着在丝芯表面； Stp5 :控制丝材挤出口的孔径，最终得到直径35?45微米的复合丝材。 本实施例中，增强短碳纤维直径为0· 3-0. 8 μ m，长度彡1mm。 采用本实施例制得的复合纤维丝材应用到FDM技术中，所得打印件的强度较纯PS 丝材打印件高30 %?70%。 实施例2 : 本实施例制备用于FDM技术的复合纤维丝材的方法，包括以下步骤： Stpl :取80份聚丙烯、20份增强玻璃纤维和直径为18 μ m的金属丝芯； Stp2 :加热聚丙烯至熔融状态； Stp3 :将增强玻璃纤维加入熔融的聚丙烯中并混合均匀； Stp4 :通过送丝机构使金属丝芯以0. 8m/min的速度勻速通过Stp3所得混合烙体， 使混合熔体均匀的附着在金属丝芯表面； Stp5 :控制丝材挤出口的孔径，最终得到直径20?35微米的复合丝材。 本实施例中，增强玻璃纤维直径为0. 5-0. 9 μ m，长度彡1mm。 实施例3 : 本实施例制备用于FDM技术的复合纤维丝材的方法，包括以下步骤： Stpl :取75份聚碳酸酯、25份增强碳纳米管和直径为6 μ m的玻璃纤维丝芯； Stp2 :加热聚碳酸酯至熔融状态； Stp3 :将增强碳纳米管加入熔融的聚碳酸酯并混合均匀； Stp4 :通过送丝机构使玻璃纤维丝芯以0. 3m/min的速度勻速通过Stp3所得混合 熔体，使混合熔体均匀的附着在玻璃纤维丝芯表面； Stp5 :控制丝材挤出口的孔径，最终得到直径30?45微米的复合丝材。 本实施例中，增强碳纳米管直径为0. 2-0. 6 μ m，长度彡1mm。 本专利技术的复合纤维丝材向热塑性塑料加入短纤维，能够有效地增强FDM过程熔融 丝材界面之间的黏附效果，提高界面连接处的剪切模量，从而强化打印件各层轴向连接强 度；本专利技术的复合纤维丝材含有高拉伸模量的丝芯，可以提高各层径向拉伸强度。因此，本 专利技术的复合丝材结构能够有效地提高打印件的整体强度，使用本专利技术的复合纤维丝材打印 时所得打印件的强度较纯打印件强度提高30%?70%。 需要说本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种用于FDM技术的复合纤维丝材，其特征在于：包括丝芯和包覆在丝芯外层的热塑性塑料，所述丝芯为玻璃纤维、碳纤维或金属丝，其直径为5‑20μm，所述丝材直径为20‑50μm。
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：谭陆西，黎静，张代军，
申请(专利权)人：中国科学院重庆绿色智能技术研究院，
类型：发明
国别省市：重庆;85
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