一种3D打印材料的制备方法及材料技术

本发明专利技术公开了一种3D打印材料的制备方法及材料，其方法包括：通过同轴共纺制备工艺得到壳-芯双层的复合纳米纤维薄膜，其中，复合纳米纤维薄膜芯层的材料为聚合物，复合纳米纤维薄膜壳体层的材料为透光聚合物；将多层复合纳米纤维薄膜进行热压处理，得到纳米纤维增强透光复合材料板。本发明专利技术的3D打印材料的制备方法及材料，弥补了现有透光材料在3D打印领域应用时力学性能不足的缺陷，具有设备简单，成本低廉，能够大批量生产，生产周期短等优点，具有较好的生产商业化的前景，为透明材料在3D打印领域得到广泛应用提供了一条切实可行的途径。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及3D打印材料
，特别是指一种3D打印材料的制备方法及材料。
技术介绍
3D打印，快速成型技术的一种，它是一种以数字模型文件为基础，运用粉末状金属或塑料等可粘合材料，通过逐层打印的方式来构造物体的技术。所谓的3D打印机与普通打印机工作原理基本相同，只是打印材料有些不同，普通打印机的打印材料是墨水和纸张，而3D打印机内装有金属、陶瓷、塑料、砂等不同的“打印材料”，是实实在在的原材料，打印机与电脑连接后，通过电脑控制可以把“打印材料”一层层叠加起来，最终把计算机上的蓝图变成实物。由此可见，打印材料在3D技术的发展与应用过程中起着非常关键的作用。尤其是为了满足现代用户个性化订制的要求，一些具有特殊性能的打印材料的研发日益受到大家的重视，如透明材料在3D打印领域的应用已经开始引起业内的研究兴趣，但是，目前被作为3D打印材料的多种透明材料的抗冲击性能普遍较弱，在应用时具有力学性能不足的缺陷。因此，如何使具有较好透光率的高聚物材料同时具备较好的力学性能，以及其它适于打印机打印的性能是透明材料在3D打印领域应用的关键。
技术实现思路
有鉴于此，本专利技术的目的在于提出一种3D打印材料的制备方法及材料，能够制得一种纳米纤维增强的透光复合材料。基于上述目的本专利技术提供一种3D打印材料的制备方法，包括：通过同轴共纺制备工艺得到壳-芯双层的复合纳米纤维薄膜，其中，所述复合纳米纤维薄膜芯层的材料为聚合物，所述复合纳米纤维薄膜壳体层的材料为透光聚合物；将多层所述复合纳米纤维薄膜进行热压处理，得到纳米纤维增强透光复
合材料板。根据本专利技术的一个实施例，进一步的，所述将多层所述复合纳米纤维薄膜进行热压处理、得到纳米纤维增强透光复合材料板包括：将多层所述复合纳米纤维薄膜放置在模具内，并将所述模具置于热压机中加热加压，使所述复合纳米纤维薄膜的壳层熔融，并且所述复合纳米纤维薄膜透光的芯层保持原有的纤维结构，得到所述纳米纤维增强透光复合材料板。根据本专利技术的一个实施例，进一步的，所述将多层所述复合纳米纤维薄膜放置在模具内、并将所述模具置于热压机中加热加压包括：将所述模具放在所述热压机上预热；在所述模具中放入多层复合纳米纤维薄膜，将所述模具放入达到设定温度值的热压机的上、下面板之间，控制所述热压机加压至第一压力；当判断所述热压机的压力下降为0时，控制所述热压机加压至第二压力；在间隔预设的第一时间间隔后，控制所述热压机加压至第三压力；在保温、保压并经过第二时间间隔后，取下所述模具，并在室温下完全冷却，得到所述纳米纤维增强透光复合材料板。根据本专利技术的一个实施例，进一步的，在热压的过程中，所述热压机上、下面板的热压温度分别为185℃和186℃。根据本专利技术的一个实施例，进一步的，所述第一压力为：0.3-0.5MPa；所述第二压力为：1MPa；所述第三压力为2.5MPa：根据本专利技术的一个实施例，进一步的，所述第一时间间隔为：15分钟；所述第二时间间隔为：20分钟。根据本专利技术的一个实施例，进一步的，所述复合纳米纤维薄膜的芯层材料为：尼龙PA-6、聚醚酰亚胺PEI或聚碳酸酯PC。根据本专利技术的一个实施例，进一步的，所述复合纳米纤维薄膜的壳层材料为聚甲基丙烯酸甲酯。一种根据上述的3D打印材料的制备方法制备的3D打印材料。从上面所述可以看出，本专利技术的3D打印材料的制备方法及材料，弥补了现有透光材料在3D打印领域应用时力学性能不足的缺陷，具有设备简单，成本低廉，能够大批量生产，生产周期短等优点，具有较好的生产商业化的前景，为透明材料在3D打印领域得到广泛应用提供了一条切实可行的途径。附图说明图1为本专利技术的3D打印材料的制备方法的一个实施例的流程图；图2和图3分别为一种复合纳米纤维的扫描电镜(SEM)和透射电镜(TEM)图。其中，图2、3中的a,b,c和d所示复合纤维中PA-6的含量分别为0.8％，2.5％，4.1％和5.9％；图4和图5分别为不同PA-6含量的纳米纤维增强复合材料的拉伸性能和弯曲性能曲线；图6和图7分别为不同PA-6含量的纳米纤维增强复合材料的透光效果和可见光透过率曲线；其中，图6、7中的a,b,c，d和e所示复合纤维中PA-6的含量分别为0％,0.8％，2.5％，4.1％和5.9％。具体实施方式为使本专利技术的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，并参照附图，对本专利技术进一步详细说明。本专利技术中的“第一”、“第二”等为描述上相区别，并没有其它特殊的含义。图1为本专利技术的3D打印材料的制备方法的一个实施例的流程图，如图1所示：步骤101，通过同轴共纺制备工艺得到壳-芯双层的复合纳米纤维薄膜，其中，复合纳米纤维薄膜芯层的材料为聚合物，复合纳米纤维薄膜壳体层的材料为透光聚合物。步骤102，将多层复合纳米纤维薄膜进行热压处理，得到纳米纤维增强透光复合材料板。本专利技术的3D打印材料的制备方法，为了提高高聚物材料的力学性能的同时尽可能地不降低材料的透光率，采用的是纳米纤维增强的方法。直径在微米以上的传统纤维，其重要用途之一是复合材料的增强材料，如玻璃纤维、碳纤维增强的复合材料，表现出高模量、高比强度等优于单一材料的力学性能。同样，纳米纤维在制备纳米复合材料上具有重要意义。纳米纤维具有较高的比表面积，同种材料的纳米纤维比微米纤维具有更好的力学性能，且纳米纤维增强的材料可具备微米纤维复合材料所没有的一些优点。例如，轻质、耐冲击的透明聚合物树脂如PMMA和PC在制备车辆飞机的挡风玻璃以及头盔面罩、眼镜镜片等制品中被广泛采用。与高性能纤维材料如玻璃纤维、Kevlar纤维相比，这些透明聚合物树脂
制品的抗冲击性能较弱。主要原因是这些材料的力学性能相对较低。采用高性能纤维增强是提高透明聚合物树脂制品抗冲击特性的有效途径。然而，添加普通纤维必然会影响制品的光学特性。只有当纤维的直径小于可见光的衍射极限(λ＝400-700nm)时，增强纤维才可能不对制品的透光性产生影响。采用传统电纺技术制备出纳米纤维膜，再与树脂浸胶复合所面临的挑战是如何均匀浸胶以及使增强纤维与树脂基体间达到足够的界面结合强度。但是，采用同轴电纺技术，可以将增强材料用作芯质、透明聚合物树脂作为表层，纺出纳米纤维无纺布(薄膜)，再将多层这样的无纺布热压得到复合透光制品。本专利技术的3D打印材料的制备方法，首先以具有较高力学性能和熔点的聚合物材料，如Nylon-6(PA-6)为芯质、以透光聚合物聚甲基丙烯酸甲酯PMMA为壳层材料，经同轴共纺技术制得复合纳米纤维膜；然后将多层这种纤维膜置于模具中加温加压，使壳层的透光材料熔融而芯层的增强材料保持原有的纤维结构，进而制得一种纳米纤维增强的透光复合材料，弥补了现有透光材料在3D打印领域应用时力学性能不足的缺陷。在一个实施例中，同轴共纺制备工艺为：芯质和表层材料的液体分装在两个不同的储液罐(如注射器)中,液罐末端均连接一根内径不同的毛细管，内层毛细管套在外层毛细管内并保持同轴，两个毛细管之间根据需要留有一定的间隙，以保证外层液体能够顺利流出与芯质液体汇合。对内外层液体施加相同或不同的高压电场，使得芯质和表层液体从两个同轴但不同直径的喷管中喷出的液体为同心分层流，由于纺丝过程中两液体在喷口处汇合的时间很短，加上聚合物液体的扩散系数较低本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种3D打印材料的制备方法，其特征在于，包括：通过同轴共纺制备工艺得到壳‑芯双层的复合纳米纤维薄膜，其中，所述复合纳米纤维薄膜芯层的材料为聚合物，所述复合纳米纤维薄膜壳体层的材料为透光聚合物；将多层所述复合纳米纤维薄膜进行热压处理，得到纳米纤维增强透光复合材料板。

【技术特征摘要】
1.一种3D打印材料的制备方法，其特征在于，包括：通过同轴共纺制备工艺得到壳-芯双层的复合纳米纤维薄膜，其中，所述复合纳米纤维薄膜芯层的材料为聚合物，所述复合纳米纤维薄膜壳体层的材料为透光聚合物；将多层所述复合纳米纤维薄膜进行热压处理，得到纳米纤维增强透光复合材料板。2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述将多层所述复合纳米纤维薄膜进行热压处理、得到纳米纤维增强透光复合材料板包括：将多层所述复合纳米纤维薄膜放置在模具内，并将所述模具置于热压机中加热加压，使所述复合纳米纤维薄膜的壳层熔融，并且所述复合纳米纤维薄膜透光的芯层保持原有的纤维结构，得到所述纳米纤维增强透光复合材料板。3.如权利要求2所述的方法，其特征在于，所述将多层所述复合纳米纤维薄膜放置在模具内、并将所述模具置于热压机中加热加压包括：将所述模具放在所述热压机上预热；在所述模具中放入多层复合纳米纤维薄膜，将所述模具放入达到设定温度值的热压机的上、下面板之间，控制所述热压机加压至第一压力；...

【专利技术属性】
技术研发人员：潘胜强，陈卢松，黄争鸣，黄健，
申请(专利权)人：长沙维纳斯克信息技术有限公司，
类型：发明
国别省市：湖南;43