一种用于3D打印的玻纤改性木塑复合材料及其制备方法技术

本发明专利技术属于3D打印材料技术领域，公开了一种用于3D打印的玻纤改性木塑复合材料及其制备方法。本发明专利技术用于3D打印的玻纤改性木塑复合材料包括以下重量份计的组分：聚乳酸40～90份、改性玻纤4～20份、木粉5～35份、抗氧化剂0.5～2份、硅烷偶联剂0.5～3份。本发明专利技术通过对玻璃纤维进行表面偶联处理和接枝增容处理，有效提高改性玻纤与聚乳酸的相容性，使材料具有优异的机械性能，显著提升PLA的拉伸强度、弯曲强度、弯曲模量和缺口冲击强度等性能，明显改善木粉遇热膨胀堵喷嘴的现象，制得工件能长时间暴露在环境中而不发生开裂、翘曲等问题，可用于3D打印玩具、红酒瓶塞、电绝缘材料、家具和雕刻艺术品等。

Glass fiber modified wood plastic composite material used for 3D printing and preparation method thereof

The invention belongs to the field of 3D printing material technology, and discloses a glass fiber modified wood plastic composite material used for 3D printing and a preparation method thereof. The invention is used for glass fiber 3D printing modified wood plastic composite material comprises the following components by weight: 40 to 90 portions of polylactic acid and modified glass fiber 4 ~ 20, 5 ~ 35, wood powder antioxidant 0.5 - 2, 0.5 to 3 portions of silane coupling agent. The present invention of the glass fiber surface coupling treatment and grafting compatibilizer, effectively improve the compatibility of modified glass fiber and polylactic acid, so that the material has excellent mechanical properties, significantly improve the tensile strength, flexural strength, flexural modulus PLA and notched impact strength of the wood powder, improve the heat expansion plug nozzle the phenomenon of the workpiece can be prepared long time exposure to the environment without cracking, warping and other problems, can be used for 3D printing toys, wine bottle, electrical insulating materials, furniture and sculpture works of art etc..

【技术实现步骤摘要】
一种用于3D打印的玻纤改性木塑复合材料及其制备方法
本专利技术属于3D打印材料
，特别涉及一种用于3D打印的玻纤改性木塑复合材料及其制备方法。
技术介绍
3D打印，是一种以数字三维模型文件为基础，通过3D打印设备按照“离散-堆积”的原理来制造三维产品的技术。常见的3D打印技术包括熔融沉积造型技术(FDM)、立体光固化技术(SLA)、选择性激光烧结技术(SLS)和分层实体制造技术(LOM)等。FDM技术主要是以工业级热塑材料作为成型材料的积层制造方法，打印出的物件具有可耐受高热、化学腐蚀性，并具有良好的机械性能等特性。聚乳酸(PLA)是基于FDM打印技术的主要耗材之一，具有良好的力学性能，较好的成型加工性能和良好的尺寸稳定性；但也存在玻璃转化温度低，容易堵塞打印机喷嘴和韧性差等缺点，因此在3D打印应用领域的应用受到限制。为了提高PLA的性能、拓展PLA的应用领域、降低打印线材的成本等，需要进行对其填充改性处理，如加入木粉或木质纤维等。目前，已有一些专利涉及木塑复合材料，利用木纤维粉制备PLA基木塑复合材料。专利CN201410015744公布了一种仿木质的3D塑料打印线条及其生产方法，该线条包括100份的ABS或PLA、5～70份的木粉和0.5～3份的钛酸酯偶联剂，经过熔融挤出制得该线材。专利CN201610104381将PLA、硅烷偶联剂、热塑性弹性体、纳米抗菌体与经碱处理后的木质粉末混合均匀，经单螺杆塑料挤出机挤出制得具有抗菌能力的线材。木塑复合材料作为打印耗材制作的产品，不仅具有木材的色泽和纹路，而且还具有木材的可钉、可钻、可削、可雕、可粘等特性。然而，美中不足的是木塑复合材料的强度不太理想；耐热温度偏低；同时，复合材料中的木粉容易受热膨胀，容易堵塞喷嘴，影响打印的稳定性；并且，木粉存在干缩湿胀的特性，打印产品在环境中暴露过久，可能会导致产品发生开裂、翘曲等缺陷。为了改善木塑复合材料的打印性能，拓宽其应用领域，需要开发一种3D木塑打印耗材，不仅具有价格低廉、强度高、吸湿性低、尺寸稳定性好、打印性能佳、耐热性和电绝缘性良好等优点，并且打印成品还要具有优良的耐候性。
技术实现思路
为了克服上述现有技术的缺点与不足，本专利技术的首要目的在于提供一种用于3D打印的玻纤改性木塑复合材料。本专利技术另一目的在于提供一种上述用于3D打印的玻纤改性木塑复合材料的制备方法。本专利技术方法通过对无碱玻璃纤维进行表面偶联处理和接枝增容处理，提高玻璃纤维与PLA的相容性，从而使所制得的材料具有优异的机械性能，使其适用于3D打印。本专利技术的目的通过下述方案实现：一种用于3D打印的玻纤改性木塑复合材料，包括以下重量份计的组分：聚乳酸40～90份、改性玻纤4～20份、木粉5～35份、抗氧化剂0.5～2份、硅烷偶联剂0.5～3份。所述的聚乳酸的分子量优选为5万～35万，熔融指数为1.5～30g/min。所述的木粉优选为天然松木粉、檀香木粉、红木粉、天然杂木粉、桉树粉和枣木粉中的至少一种。所述的抗氧化剂为常规使用的抗氧剂即可，优选为抗氧剂1010、抗氧剂1076、抗氧剂264和抗氧剂300中的至少一种。所述硅烷偶联剂优选为KH550、KH560、KH570和KH792中的至少一种。所述改性玻纤的直径优选为0.1～10μm，长度优选为50～1000μm。所述的改性玻纤由包括以下步骤方法制得：将无碱玻璃纤维与硅烷偶联剂的乙醇水溶液搅拌均匀，再加入木质磺酸钠或木质磺酸钙搅拌均匀，加热反应，得到改性玻纤。所用无碱玻璃纤维、硅烷偶联剂和木质磺酸钠或木质磺酸钙的质量比为1:(0.01～0.1):(0.01～0.15)。所述加热反应优选为在60～100℃下反应1～3h。所述反应优选在真空干燥箱中进行。所述的硅烷偶联剂的乙醇水溶液中，硅烷偶联剂、乙醇和水的体积比优选为(5～20):(50～90):(5～30)。所述的搅拌均匀均优选为在转速为500～1500rpm条件下搅拌混合10～15min。本专利技术还提供一种上述用于3D打印的玻纤改性木塑复合材料的制备方法，包括以下步骤：将聚乳酸、改性玻纤、木粉、抗氧化剂、硅烷偶联剂混合，挤出温度为175～190℃，转速15～30rpm下经挤出机挤出造粒，得到粒料；再在挤出温度为175～200℃，转速15～35rpm下挤出得到线材。所述聚乳酸、改性玻纤、木粉优选先在80℃条件下，真空干燥3～8h后再使用。所述混合优选为在转速为500～3000rpm的条件下，混合5～15min。本专利技术的用于3D打印的玻纤改性木塑复合材料直径优选为1.75～3mm。本专利技术通过对玻璃纤维进行表面偶联处理和接枝增容处理，有效地提高了改性玻纤与聚乳酸的相容性，从而使所制得的材料具有优异的机械性能，显著提升了PLA的拉伸强度、弯曲强度、弯曲模量和缺口冲击强度等性能，明显改善了木粉遇热膨胀堵喷嘴的现象，且本专利技术复合材料通过3D打印制得的工件能够长时间暴露在环境中而不发生开裂、翘曲等问题，因此本专利技术复合材料可用于3D打印玩具、红酒瓶塞、电绝缘材料、家具和雕刻艺术品等。本专利技术相对于现有技术，具有如下的优点及有益效果：(1)本专利技术使用适当比例的改性玻纤对PLA材料进行改性，显著提升了PLA的拉伸强度、弯曲强度、弯曲模量和缺口冲击强度等性能，明显改善了木粉遇热膨胀堵喷嘴的现象。(2)本专利技术所木塑复合材料通过3D打印制得的工件能够长时间暴露在环境中而不发生开裂、翘曲等问题，并且木粉和改性玻纤的使用大大降低了复合材料的成本。(3)玻纤本身具有良好的电绝缘性和耐高温性，因此，加入适量的玻纤能够提高复合材料的电绝缘性和玻璃转化温度，进而大大拓展了本专利技术复合材料的应用领域。具体实施方式下面结合实施例对本专利技术作进一步详细的描述，但本专利技术的实施方式不限于此。本专利技术实施例中所用PLA塑料为浙江海正生物材料REVODE190，抗氧化剂和硅烷偶联剂购买于上海麦克林生化科技有限公司，其他试剂均可从商业渠道获得。本专利技术实施例中的试样使用注塑机注塑成为标准样条，测试试样的力学性能，参照标准为《GB/T1447-2005纤维增强塑料拉伸性能试验方法》《GB/T1449-2005纤维增强塑料弯曲性能试验方法》《GB/T1451-2005纤维增强塑料简支梁式冲击韧性试验方法》。实施例1(1)所用原料(重量份)：聚乳酸85份、改性玻纤5份、天然杂木粉9份、抗氧化剂0.5份、硅烷偶联剂0.5份；(2)改性玻纤的制备方法为：a.将硅烷偶联剂KH550、无水乙醇和去离子水按体积比为1:10:1的比例混合均匀，制得KH550混合溶液；b.将无碱玻璃纤维与步骤a中所得的KH550混合溶液加入到搅拌机中，在常温、搅拌机转速为1000rpm条件下混合10min，得到混合物；其中硅烷偶联剂与无碱玻璃纤维的质量比为0.01:1；c.将木质磺酸钠加入到步骤b所得的混合物中，所述木质磺酸钠的质量为无碱玻璃纤维质量的1％；常温下，搅拌机转速为500rpm下，搅拌混合15min后，置于真空干燥箱内，在60℃下进行接枝反应3h，即得所述的改性玻纤。(3)将聚乳酸、改性玻纤、天然杂木粉置于真空干燥箱中80℃干燥3h；(4)将各原料按配方比例投入到混料机中，在混合机转速为500rpm的条件下混合15min；(5)将步本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于3D打印的玻纤改性木塑复合材料，其特征在于包括以下重量份计的组分：聚乳酸40～90份、改性玻纤4～20份、木粉5～35份、抗氧化剂0.5～2份、硅烷偶联剂0.5～3份。

【技术特征摘要】
1.一种用于3D打印的玻纤改性木塑复合材料，其特征在于包括以下重量份计的组分：聚乳酸40～90份、改性玻纤4～20份、木粉5～35份、抗氧化剂0.5～2份、硅烷偶联剂0.5～3份。2.根据权利要求1所述的用于3D打印的玻纤改性木塑复合材料，其特征在于：所述的改性玻纤由包括以下步骤方法制得：将无碱玻璃纤维与硅烷偶联剂的乙醇水溶液搅拌均匀，再加入木质磺酸钠或木质磺酸钙搅拌均匀，加热反应，得到改性玻纤。3.根据权利要求2所述的用于3D打印的玻纤改性木塑复合材料，其特征在于：所用无碱玻璃纤维、硅烷偶联剂和木质磺酸钠或木质磺酸钙的质量比为1:(0.01～0.1):(0.01～0.15)。4.根据权利要求2所述的用于3D打印的玻纤改性木塑复合材料，其特征在于：所述加热反应为在60～100℃下反应1～3h。5.根据权利要求2所述的用于3D打印的玻纤改性木塑复合材料，其特征在于：所述的硅烷偶联剂的乙醇水溶液中，硅烷偶联剂、乙醇和水的体积比为(5～20):(50～90):(5～30)；所述的搅拌均匀均为在转速为500～1500rpm条件下搅拌混合10～15min。6.根据权利要求1所述的用于3D打印的玻纤改性木塑复合材...

【专利技术属性】
技术研发人员：郑华德，段海波，张明，
申请(专利权)人：华南协同创新研究院，
类型：发明
国别省市：广东,44