一种超高导3D打印碳纤维复合线材制备方法技术

本发明专利技术公开了一种用于3D打印的超高导碳纤维复合线材制备方法，其配方为：HKT800碳纤维60‑70份、热塑性树脂60‑64份、三氟化硼单乙胺5‑8份、AG80环氧树脂1‑4份、抗氧化剂1‑3份、纳米粒子载体型催化剂2‑5份、色母2‑8份、加工助剂4‑10份，按配方配制后在高速捏合机内混料2‑4min，然后至于150℃的真空转鼓干燥箱内干燥3‑5h，通过双螺杆挤出机进行挤出、铸带、牵伸、收卷，制备出不同线径的3D打印碳纤维复合线材。该3D打印碳纤维复合线材打印的材料具有耐高温、耐摩擦、导热、耐腐蚀以及超高导特性，该制备工艺简单可行，成本低。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及3D打印材料
，具体涉及一种用于3D打印的超高导碳纤维复合线材。
技术介绍
3D打印(3DP)是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线材等可粘合材料，通过逐层打印的方式来构造物体的技术。3D打印通常是采用数字技术材料打印机来实现的。常在模具制造、工业设计等领域被用于制造模型，后逐渐用于一些产品的直接制造，已经有使用这种技术打印而成的零部件。该技术在珠宝、鞋类、工业设计、建筑、工程和施工(AEC)、汽车，航空航天、牙科和医疗产业、教育、地理信息系统、土木工程、枪支以及其他领域都有所应用。在复合材料大家族中，纤维增强材料一直是人们关注的焦点。自玻璃纤维与有机树脂复合的玻璃钢问世以来，碳纤维、芳纶、陶瓷纤维以及硼纤维增强的复合材料相继研制成功，性能不断得到改进，使其复合材料领域呈现出一派勃勃生机。3D打印技术是一种广泛应用的快速成型技术，其生产技术原理为：首先通过计算机建立目标生产零件的三维数据模型，然后通过对应的三维分层技术对三维模型进行切片处理，从而得到一个以切面为单元的数据信息组合，在计算机的控制下，通过单元切面的对应数据，对可熔性材料进行逐层打印，最终完成相应复杂零件的加工制造。目前，3D打印已经应用于金属，树脂，陶瓷等材料复杂零件的制备。但是目前现有技术中碳纤维和热解碳之间的结合属于机械结合不适合3D打印，且3D打印复合材料力学性能都存在着力学性能有待提升的问题。因此，寻找一种制备方法简单方便且可以有效用于3D打印制备碳/碳复合材料的制备方法，且可以提升打印出的碳/碳复合材料的力学性能是本领域的技术人员所需要解决的一个难题。
技术实现思路
针对以上问题，本专利技术提供了一种用于3D打印的超高导碳纤维复合线材制备方法，该碳纤维复合材料具有耐高温、耐摩擦、导热、耐腐蚀以及超高导特性，其外形有显著的各向异性、柔软、可熔融加工性好，沿线材轴方向表现出很高的强度，该制备工艺简单可行，成本低，可以有效解决
技术介绍
中的问题。本专利技术目的的技术方案提供一种用于3D打印的超高导碳纤维复合线材制备方法，物料按质量计，包括如下步骤：(1)将60-64份热塑性树脂、5-8份三氟化硼单乙胺、1-3份抗氧化剂、2-5份纳米粒子载体型催化剂、2-8份色母、4-10份加工助剂置于150℃真空转鼓干燥箱内干燥3-5h，然后冷却至室温备用；(2)将1-4份AG80环氧树脂与(1)步骤中干燥混合好的塑料物料一起放入到高速捏合机中混合2～4min直到均匀；(3)随后将高速捏合机中经步骤(2)混合好的原料投入到双螺杆挤出机的加料斗，将60-70份碳纤维通过侧喂料加入到挤出机中，经熔融挤出、铸带、牵伸、收卷；根据热塑性树脂原料的不同，控制挤出机一区到机头的温度范围在220℃-360℃之间，各区的停留时间2～3min，真空压力为-0.08～0.1MPa。本专利技术技术方案所述热塑性树脂为聚酰胺树脂、聚苯硫醚树脂、聚醚醚酮、弹性聚酰亚胺树脂其中的一种或多种组成；所述加工助剂为硬脂酸锌、PE蜡、PP蜡或硬脂酸单甘油脂中的一种或多种组成；所述抗氧化剂为受阻酚类抗氧化剂和亚磷酸酸脂类抗氧化剂组合成的复合抗氧化剂。本专利技术提供的用于3D打印超高导碳纤维复合线材制备方法，利用环氧树脂以及纳米粒子载体型催化剂使得碳纤维能够充分分散在热塑性树脂基体中，形成微弱的交联但又不影响复合材料整体的可熔融加工性，采用熔体挤出工艺，经螺杆挤出机机头挤出、铸带、牵伸、收卷，得到超高导碳纤维复合线材。利用三氟化硼单乙胺、环氧树脂提高了碳纤维与热塑性树脂的界面粘结强度，有利于提升该复合线材的整体性能，与现有技术相比，本专利技术的有益效果：本专利技术的3D打印碳纤维复合材料具有耐高温、耐摩擦、导热、耐腐蚀以及超高导特性，其外形有显著的各向异性、柔软、可熔融加工性好，沿线材轴方向表现出很高的强度，该制备工艺简单可行，成本低。具体实施方式为了使本专利技术的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例，对本专利技术进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本专利技术，并不用于限定本专利技术。实施例1：本专利技术提供了一种用于3D打印超高导碳纤维复合线材制备方法，物料按重量计，具体步骤包括:(1)将60份聚酰胺树脂、5份三氟化硼单乙胺、5份抗氧化剂、2份纳米粒子载体型催化剂、2份色母、4份加工助剂置于150℃真空转鼓干燥箱内干燥3h，然后冷却至室温备用；(2)将1份AG80环氧树脂与(1)步骤中干燥混合好的塑料物料一起放入到高速捏合机中混合2min；(3)随后将高速捏合机中经步骤(2)混合好的原料投入到双螺杆挤出机的加料斗，将60份碳纤维通过侧喂料加入到挤出机中，经熔融挤出、铸带、牵伸、收卷；加工工艺如下：双螺杆挤出机一区温度220～240℃，二区温度265～275℃，三区温度265～275℃，四区温度265～275℃，五区温度255～265℃，六区温度255～265℃，七区温度245～260℃，八区温度255～265℃，九区温度265～270℃，机头250～270℃，各区的停留时间2～3min，各区的真空压力为-0.08～0.00MPa。实施例2：本专利技术提供了一种用于3D打印超高导碳纤维复合线材制备方法，物料按重量计，具体步骤包括:(1)将63份聚苯硫醚树脂、6份三氟化硼单乙胺、1份抗氧化剂、4份纳米粒子载体型催化剂、3份色母、5份加工助剂置于150℃真空转鼓干燥箱内干燥4h，然后冷却至室温备用；(2)将2份AG80环氧树脂与(1)步骤中干燥混合好的塑料物料一起放入到高速捏合机中混合4min；(3)随后将高速捏合机中经步骤(2)混合好的原料投入到双螺杆挤出机的加料斗，将65份碳纤维通过侧喂料加入到挤出机中，经熔融挤出、铸带、牵伸、收卷；加工工艺如下：双螺杆挤出机一区温度180～200℃，二区温度230～240℃，三区温度280～300℃，四区温度300～320℃，五区温度300～320℃，六区温度290～300℃，七区温度270～290℃，八区温度280～290℃，九区温度285～290℃，机头270～280℃，各区的停留时间2～3min，各区的真空压力为-0.06～0.06MPa。实施例3：本专利技术提供了一种用于3D打印超高导碳纤维复合线材制备方法，物料按重量计，具体步骤包括:(1)将64份聚醚醚酮树脂、5份三氟化硼单乙胺、1份抗氧化剂、4份纳米粒子载体型催化剂、4份色母、5份加工助剂置于150℃真空转鼓干燥箱内干燥4h，然后冷却至室温备用；(2)将3份AG80环氧树脂与(1)步骤中干燥混合好的塑料物料一起放入到高速捏合机中混合4min；(3)随后将高速捏合机中经步骤(2)混合好的原料投入到双螺杆挤出机的加料斗，将70份碳纤维通过侧喂料加入到挤出机中，经熔融挤出、铸带、牵伸、收卷；加工工艺如下：双螺杆挤出机一区温度310～330℃，二区温度340～360℃，三区温度350～370℃，四区温度350～370℃，五区温度360～370℃，六区温度360～370℃，七区温度350～370℃，八区温度360～370℃，九区温度360～370℃，机头355～370℃，各区的停留时间2～3min，各区的真空压力为-0.08～0.1MPa。本专利技术本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于3D打印的超高导碳纤维复合线材制备方法，其特征在于：物料按质量计，包括如下步骤：(1)将60‑64份热塑性树脂、5‑8份三氟化硼单乙胺、1‑3份抗氧化剂、2‑5份纳米粒子载体型催化剂、2‑8份色母、4‑10份加工助剂置于150℃真空转鼓干燥箱内干燥3‑5h，然后冷却至室温备用；(2)将1‑4份AG80环氧树脂与(1)步骤中干燥混合好的塑料物料一起放入到高速捏合机中混合2～4min直到均匀；(3)随后将步骤(2)中混合好的原料投入到双螺杆挤出机的加料斗，将60‑70份碳纤维通过侧喂料加入到挤出机中，经熔融挤出、铸带、牵伸、收卷；根据热塑性树脂原料的不同，控制挤出机温度控制在220℃‑360℃之间，各区的停留时间2～3min，真空压力为‑0.08～0.1MPa。

【技术特征摘要】
1.一种用于3D打印的超高导碳纤维复合线材制备方法，其特征在于：物料按质量计，包括如下步骤：(1)将60-64份热塑性树脂、5-8份三氟化硼单乙胺、1-3份抗氧化剂、2-5份纳米粒子载体型催化剂、2-8份色母、4-10份加工助剂置于150℃真空转鼓干燥箱内干燥3-5h，然后冷却至室温备用；(2)将1-4份AG80环氧树脂与(1)步骤中干燥混合好的塑料物料一起放入到高速捏合机中混合2～4min直到均匀；(3)随后将步骤(2)中混合好的原料投入到双螺杆挤出机的加料斗，将60-70份碳纤维通过侧喂料加入到挤出机中，经熔融挤出、铸带、牵伸、收卷；根据热塑性树脂原料的不同，控制挤出机温度...

【专利技术属性】
技术研发人员：毛国栋，孙君，梁雪娇，
申请(专利权)人：苏州聚冠复合材料有限公司，孙君，梁雪娇，
类型：发明
国别省市：江苏;32