一种3D打印用纤维改性陶瓷材料及其制备方法技术

本发明专利技术涉及一种3D打印用纤维改性陶瓷材料，由以下质量份数物质构成：碳酸钙粉0.5%—2.8%、纳米膨润土1%—3.5%、分散剂1%—3.5%、润滑剂0.5—3.5%、高分子聚合物20%—50%、石墨烯纤维1.1%—6.5%、尼龙纤维1.1%—6.5%、六聚磷酸钠0.5%—2.5%、锰合金颗粒粉0.2%—3.5%、表面改性剂0.1%—0.5%、抗氧化剂0.2%—0.8%、粘接剂0.05%—0.2%，余量为陶瓷颗粒粉，且制备方法包括原料预处理，混料，初步造粒及二次造型。本发明专利技术一方面生产原料获取容易，成本低廉，原料污染性低，生产工艺简单易行，加工效率高，运行能耗相对较低，另一方面在具备良好的热塑成型能力和机械结构强度、结构韧性的同时，另具有良好的抗磨损能力和和自润滑性能，从而在有效满足3D打印作业生产需要的同时。

【技术实现步骤摘要】
一种3D打印用纤维改性陶瓷材料及其制备方法
本专利技术涉及一种3D打印用纤维改性陶瓷材料及其制备方法，属3D打印

技术介绍
目前3D打印技术在模具、零件等众多的加工领域中均得到广泛的应用，但在实际使用中发现，当前虽然各类的3D打印设备种类众多、加工成型工件结构精度、加工效率就较高，且加工作业运行能耗相对较低，可有效满足多种零部件工件等加工作业的需要，但在当前可有效与3D打印设备配套使用的打印材料相对较少，且打印材料的自身结构性能相对较差，耐磨性和自润滑性均相对交差，不能有效满足不同工件实际使用的需要，从而严重限制了3D打印技术的推广和应用，因此针对这一现状，迫切需要开发一种可有效满足3D打印作业需要的高分子材料，以满足实际使用的需要。
技术实现思路
本专利技术目的就在于克服上述不足，提供一种3D打印用纤维改性陶瓷材料及其制备方法。为实现上述目的，本专利技术是通过以下技术方案来实现：一种3D打印用纤维改性陶瓷材料，由以下质量份数物质构成：碳酸钙粉0.5%—2.8%、纳米膨润土1%—3.5%、分散剂1%—3.5%、润滑剂0.5—3.5%、高分子聚合物20%—50%、石墨烯纤维1.1%—6.5%、尼龙纤维1.1%—6.5%、六聚磷酸钠0.5%—2.5%、锰合金颗粒粉0.2%—3.5%、表面改性剂0.1%—0.5%、抗氧化剂0.2%—0.8%、粘接剂0.05%—0.2%，余量为陶瓷颗粒粉。进一步的，所述的碳酸钙、陶瓷颗粒粉和锰合金颗粒粉均为100—600目的粉末结构。进一步的，所述的高分子聚合物为聚乳酸、丙烯腈—丁二烯—苯乙烯三元共聚物、聚己内酯中的任意一种。进一步的，所述的表面改性剂为正丁醇、聚乙二醇、硅烷偶联剂中的任意一种。进一步的，所述的分散剂为聚丙烯酸铵、柠檬酸铵、聚乙二胺、甲基纤维素、三乙醇胺及聚甲基丙烯胺中的任意一种或几种以任意比例混合使用。进一步的，所述的抗氧化剂为抗氧剂1010、抗氧剂168、抗氧剂626中的任意一种。进一步的，所述的粘接剂为热固性弹性体及热塑性弹性体中的任意一种。进一步的，所述的润滑剂为丙三醇、硬脂酸酰胺及硬脂酸锌中的任意一种或几种以任意比例混合使用。一种3D打印用纤维改性陶瓷材料的制备方法，包括以下步骤：第一步，原料预处理，先将碳酸钙粉、陶瓷颗粒粉同时添加到总量为碳酸钙粉、陶瓷颗粒粉总量1.5—3倍的去离子水中，并在25℃—50℃恒温环境下，以80—300r/min匀速单向搅拌10—15分钟，然后对混合后的碳酸钙粉、陶瓷颗粒粉干燥，并在干燥后使碳酸钙粉、陶瓷颗粒粉混合物含水量低于3%，然后对碳酸钙粉、陶瓷颗粒粉混合物破碎得到300目以上粉状混合物备用；第二步，混料，将纳米膨润土、分散剂、润滑剂、高分子聚合物、石墨烯纤维、尼龙纤维、六聚磷酸钠、锰合金颗粒粉、表面改性剂、抗氧化剂、粘接剂和碳酸钙粉、陶瓷颗粒粉混合物粉末一同添加到搅拌设备中，在20℃—60℃恒温环境下搅拌均匀制备呈膏体状，并在完成搅拌后保温静置10—20分钟；第三步，初步造粒，完成第二步后，将经过混合后的物料添加到捏炼机中，捏炼10—120分钟，然后将捏炼后的物料添加到螺杆挤出机中进行挤出作业，并由温度为0℃—5℃、风速为3m/s—10m/s的低温空气对挤出后的物料进行降温冷却，然后将挤出的物料通过粉碎造粒机粉碎成直径为0.1—3毫米的颗粒物料备用，其中螺杆挤出机挤出作业的最高温度不超过80℃，挤出螺杆转速为10—50r/min；第四步，二次造型，完成第三步作业后，向第二步制备得到的颗粒物料添加到螺杆挤出机中挤出作业，并将挤出得到的熔融态物料通过成型模具造型，然后将通过模具造型后的物料由温度为0℃—5℃、风速为3m/s—10m/s的低温空气进行降温冷却定型，即可得到成品3D打印用高分子材料，螺杆挤出机挤出作业的最高温度不超过200℃，挤出螺杆转速为50—130r/min。进一步的，所述的石墨烯纤维、尼龙纤维长度均为0.5—10毫米。本专利技术一方面生产原料获取容易，成本低廉，原料污染性低，生产工艺简单易行，加工效率高，运行能耗相对较低，另一方面在具备良好的热塑成型能力和机械结构强度、结构韧性的同时，另具有良好的抗磨损能力和和自润滑性能，从而在有效满足3D打印作业生产需要的同时，另可有效的提高3D打印制备工件的产品质量和使用性能。附图说明图1为本专利技术的制备工艺流程图；图2为本专利技术受力分析示意曲线图。具体实施方式实施例1如图1和2所示，一种3D打印用纤维改性陶瓷材料，由以下质量份数物质构成：碳酸钙粉0.5%、纳米膨润土1%、聚丙烯酸铵3.5%、丙三醇1.5%、丙烯腈—丁二烯—苯乙烯三元共聚物40%、石墨烯纤维3.5%、尼龙纤维6.5%、六聚磷酸钠2.5%、锰合金颗粒粉1.5%、正丁醇0.5%、0.8%的抗氧剂168、热固性弹性体0.2%，余量为陶瓷颗粒粉。本实施例中，所述的碳酸钙、陶瓷颗粒粉和锰合金颗粒粉均为100—600目的粉末结构。一种3D打印用纤维改性陶瓷材料的制备方法，包括以下步骤：第一步，原料预处理，先将碳酸钙粉、陶瓷颗粒粉同时添加到总量为碳酸钙粉、陶瓷颗粒粉总量2.6倍的去离子水中，并在50℃恒温环境下，以150r/min匀速单向搅拌10分钟，然后对混合后的碳酸钙粉、陶瓷颗粒粉干燥，并在干燥后使碳酸钙粉、陶瓷颗粒粉混合物含水量为3%，然后对碳酸钙粉、陶瓷颗粒粉混合物破碎得到400目的粉状混合物备用；第二步，混料，将纳米膨润土、聚丙烯酸铵、丙三醇、丙烯腈—丁二烯—苯乙烯三元共聚物、石墨烯纤维、尼龙纤维、六聚磷酸钠、锰合金颗粒粉、正丁醇、抗氧剂168、热固性弹性体和碳酸钙粉、陶瓷颗粒粉混合物粉末一同添加到搅拌设备中，在40℃恒温环境下搅拌均匀制备呈膏体状，并在完成搅拌后保温静置15分钟；第三步，初步造粒，完成第二步后，将经过混合后的物料添加到捏炼机中，捏炼70分钟，然后将捏炼后的物料添加到螺杆挤出机中进行挤出作业，并由温度为5℃、风速为5m/s的低温空气对挤出后的物料进行降温冷却，然后将挤出的物料通过粉碎造粒机粉碎成直径为0.1毫米的颗粒物料备用，其中螺杆挤出机挤出作业的最高温度为70℃，挤出螺杆转速为40r/min；第四步，二次造型，完成第三步作业后，向第二步制备得到的颗粒物料添加到螺杆挤出机中挤出作业，并将挤出得到的熔融态物料通过成型模具造型，然后将通过模具造型后的物料由温度为3℃、风速为5m/s的低温空气进行降温冷却定型，即可得到成品3D打印用高分子材料，螺杆挤出机挤出作业的最高温度为180℃，挤出螺杆转速为120r/min。本实施例中，所述的石墨烯纤维、尼龙纤维长度均为0.5—10毫米。实施例2如图1和2所示，一种3D打印用纤维改性陶瓷材料，由以下质量份数物质构成：碳酸钙粉1.5%、纳米膨润土2%、柠檬酸铵和三乙醇胺1：1混合物1.5%、硬脂酸锌0.5%、聚乳酸30%、石墨烯纤维3.5%、尼龙纤维5.5%、六聚磷酸钠1.3%、锰合金颗粒粉2%、硅烷偶联剂0.3%、0.3%的抗氧剂1010、热塑性弹性体0.1%，余量为陶瓷颗粒粉。本实施例中，所述的碳酸钙、陶瓷颗粒粉和锰合金颗粒粉均为100—600目的粉末结构。一种3D打印用纤维改性陶瓷材料的制备方法，包括以下步骤：第一步，原料预处理，先将碳酸钙粉、本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种3D打印用纤维改性陶瓷材料，其特征在于，所述3D打印用纤维改性陶瓷材料由以下质量份数物质构成：碳酸钙粉0.5%—2.8%、纳米膨润土1%—3.5%、分散剂1%—3.5%、润滑剂0.5—3.5%、高分子聚合物20%—50%、石墨烯纤维1.1%—6.5%、尼龙纤维1.1%—6.5%、六聚磷酸钠0.5%—2.5%、锰合金颗粒粉0.2%—3.5%、表面改性剂0.1%—0.5%、抗氧化剂0.2%—0.8%、粘接剂0.05%—0.2%，余量为陶瓷颗粒粉。

【技术特征摘要】
1.一种3D打印用纤维改性陶瓷材料，其特征在于，所述3D打印用纤维改性陶瓷材料由以下质量份数物质构成：碳酸钙粉0.5%—2.8%、纳米膨润土1%—3.5%、分散剂1%—3.5%、润滑剂0.5—3.5%、高分子聚合物20%—50%、石墨烯纤维1.1%—6.5%、尼龙纤维1.1%—6.5%、六聚磷酸钠0.5%—2.5%、锰合金颗粒粉0.2%—3.5%、表面改性剂0.1%—0.5%、抗氧化剂0.2%—0.8%、粘接剂0.05%—0.2%，余量为陶瓷颗粒粉。2.根据权利要求1所述的一种3D打印用纤维改性陶瓷材料，其特征在于：所述的碳酸钙、陶瓷颗粒粉和锰合金颗粒粉均为100—600目的粉末结构。3.根据权利要求1所述的一种3D打印用纤维改性陶瓷材料，其特征在于：所述的高分子聚合物为聚乳酸、丙烯腈—丁二烯—苯乙烯三元共聚物、聚己内酯中的任意一种。4.根据权利要求1所述的一种3D打印用纤维改性陶瓷材料，其特征在于：所述的表面改性剂为正丁醇、聚乙二醇、硅烷偶联剂中的任意一种。5.根据权利要求1所述的一种3D打印用纤维改性陶瓷材料，其特征在于：所述的分散剂为聚丙烯酸铵、柠檬酸铵、聚乙二胺、甲基纤维素、三乙醇胺及聚甲基丙烯胺中的任意一种或几种以任意比例混合使用。6.根据权利要求1所述的一种3D打印用纤维改性陶瓷材料，其特征在于：所述的抗氧化剂为抗氧剂1010、抗氧剂168、抗氧剂626中的任意一种。7.根据权利要求1所述的一种3D打印用纤维改性陶瓷材料，其特征在于：所述的粘接剂为热固性弹性体及热塑性弹性体中的任意一种。8.根据权利要求1所述的一种3D打印用纤维改性陶瓷材料，其特征在于：所述的润滑剂为丙三醇、硬脂酸酰胺及硬脂酸锌中的任意一种或几种以任意比例混合使用。9.一种3D打印用纤维改性陶瓷材料的制备方法，其特征在于：所述的高性...

【专利技术属性】
技术研发人员：朱洋，邵蓉，
申请(专利权)人：南京旭羽睿材料科技有限公司，
类型：发明
国别省市：江苏,32