一种3D打印用长链尼龙复合材料制造技术

本发明专利技术涉及一种3D打印用长链尼龙复合材料，包含如下重量份的组分：长链尼龙100份，kevlar短切纤维5‑10份，硅灰石5‑15份，偶联剂0.1‑0.3份，增韧剂3‑8份，超支化树脂0.5‑1份，抗氧剂0.2‑1份，线材及打印制品无明显纤维外露，且打印制品的拉伸强度和弯曲强度高，热变形温度高，尺寸稳定。 1

A long chain nylon composite for 3D printing

The invention relates to a long chain nylon composite for 3D printing, consisting of 100 parts of long chain nylon, 10 copies of Kevlar short cut fiber, 15 copies of wollastonite 5, 0.1 coupling agent, 0.3 parts, 3 toughening agent, 8 copies, 0.5 hyperbranched resin, 1, antioxidant 0.2, 1, wire and printing products without obvious fiber The printing products have high tensile and flexural strength, high thermal deformation temperature and stable size. One

【技术实现步骤摘要】
一种3D打印用长链尼龙复合材料
本专利技术涉及一种3D打印用长链尼龙复合材料，属于3D打印用材料

技术介绍
3D打印技术正深刻改变着现代制造业的进程，它是一种不需要传统刀具、夹具和机床，而是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，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。熔融沉积(FDM)技术是3D打印常用的一种技术，此技术利用热塑性聚合物在熔融状态下，从打印喷头挤出，然后凝固成轮廓薄层，再一层一层的叠加而成。FDM技术要求材料具有较低的冷凝收缩率、较陡的粘温曲线和较高的强度、刚度、热稳定性等，目前该技术常用的聚合物材料为聚乳酸(PLA)、丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物(ABS)和聚碳酸酯(PC)等，尼龙复合材料作为3D打印材料的文献很少。尼龙材料强度高且有一定的柔韧性，可以打印功能性的最终产品，一些结构复杂的活动件、配合件只要设计合理，可实现一次成型，在3D打印领域有着广阔的前景。长链尼龙(如PA11、PA12、PA1212、PA1012)比起尼龙66、尼龙6等具有以下突出的优点：(1)长链尼龙吸水率较低，而尼龙66、尼龙6易于吸水，具有比较大的结晶程度，使其作为3D打印材料所打印的制品具有一系列不良的问题，比如：制品吸水带来的尺寸、性能不稳定，成型后的结晶收缩使得制件尺寸小于原设计尺寸，并有更大的翘曲风险等；(2)长链尼龙的熔点较低(170-190℃)，最终能够在常用的FDM型3D打印机(一般打印温度最高为250-260℃)上使用，而尼龙66、尼龙6的熔点在220-260℃之间，但实际情况是250℃左右，尼龙66仍不能完全熔化，尼龙6也不具备3D打印时所需的熔体流动速率，且不能粘结在成型底板上，这使得尼龙66、尼龙6难以用于市场流行的FDM型3D打印机。但长链尼龙比起尼龙66、尼龙6或者聚碳酸酯等工程塑料仍有强度较差、耐热温度偏低、收缩率较大等劣势。因此，需要采取措施来改善长链尼龙材料的强度、耐热性和成型收缩率，使其应用于3D打印时具有更高的性能和打印效果，扩宽3D打印的应用领域。
技术实现思路
本专利技术要解决的技术问题是：为解决现有的3D打印用尼龙材料存在的强度较差、耐热温度偏低、收缩率较大的技术问题，提供一种3D打印用长链尼龙复合材料。本专利技术解决其技术问题所采用的技术方案是：一种3D打印用长链尼龙复合材料，包含如下重量份的组分：长链尼龙100份，kevlar短切纤维5-10份，硅灰石5-15份，偶联剂0.1-0.3份，增韧剂3-8份，超支化树脂0.5-1份，抗氧剂0.2-1份。优选地，所述3D打印用长链尼龙复合材料，包含如下重量份的组分：长链尼龙100份，kevlar短切纤维7-8份，硅灰石8-10份，偶联剂0.2-0.3份，增韧剂5-7份，超支化树脂0.7-1份，抗氧剂0.4-0.7份。优选地，所述kevlar短切纤维的长度为1-3mm，直径不超过15μm。优选地，所述硅灰石针状纤维的长径比在15以上。优选地，所述长链尼龙为PA11、PA12、PA1212、PA1012中的至少一种。优选地，所述偶联剂为硅烷偶联剂，所述硅烷偶联剂的通式为YSiX3,X为甲氧基或乙氧基,Y含有氨基或环氧基。优选地，所述增韧剂为马来酸酐接枝三元乙丙橡胶或乙烯-丙烯酸酯-马来酸酐共聚物。优选地，所述超支化树脂为聚酯或聚酰胺型超支化树脂，优选为HyperC100、HyperHPN202和HyperH40系列，所述HyperH40系列包括HyperH401、HyperH402、HyperH403。本专利技术所述的聚酯或聚酰胺型超支化树脂具有高度支化结构(主链短、支链多),使其即使有较大的分子量却不会与其他长分子链相互缠结，易于在大分子间运动，少量即可有效降低熔体粘度，又不易从固态的聚合物中析出，可以改善因Kevlar短切纤维与硅灰石加入后带来的熔体流动速率下降和减少纤维外露；虽然热致液晶聚合物熔融后一段温度范围内呈液晶态，有高流动性又有部分的有序性，能够提高熔体流动速率，但是热致液晶聚合物需要的熔融温度很高，而本专利技术所采用的长链尼龙适合挤出加工的温度较低(一般不需要超过200度)，热致液晶聚合物在长链尼龙的合适的挤出温度范围内不能融化，即使考虑进螺杆共混时因剪切和摩擦所带来的附加热量、加工助剂以及长链尼龙本身的影响也实现不了长链尼龙和热致液晶聚合物的合适挤出。优选地，所述抗氧剂为受阻酚类抗氧剂或亚磷酸酯类抗氧剂，所述受阻酚类抗氧剂优选为抗氧剂1076、抗氧剂1010、抗氧剂1790、抗氧剂330、抗氧剂2246，所述亚磷酸酯类抗氧剂优选为抗氧剂168，抗氧剂626。本专利技术的上述3D打印用长链尼龙复合材料的制备方法，包括以下步骤：配制偶联剂溶液，优选为将偶联剂用乙醇或水配制成偶联剂溶液,并将其PH值调为4-5.5之间；以100-600r/min的速度搅拌硅灰石的同时喷入雾化的偶联剂溶液，喷完偶联剂后继续搅拌5-10分钟，然后将所得的表面浸润有偶联剂的硅灰石在90-120℃下烘2-3小时，冷却至常温，即得偶联剂改性硅灰石；将偶联剂改性硅灰石、长链尼龙、kevlar短切纤维、增韧剂、超支化树脂、抗氧剂以100-600r/min的速度搅拌混合5-15分钟，得到预混原料；将预混原料加入双螺杆挤出机中挤出造粒得改性粒子，双螺杆挤出机各段温度设置为：一区170-182℃、二区183-193℃、三区187-197℃、四区190-200℃、五区190-200℃、六区187-197℃、七区187-197℃、八区185-195℃、九区185-195℃、十区183-193℃、十一区183-193℃、机头187-197℃，主机转速350-450r/min，喂料频率7-12r/min；将改性粒子在80-105℃下烘干至水份不超过0.05％，得烘干粒料，然后将烘干粒料加入单螺杆挤出机中挤出塑料熔体，将所得塑料熔体经过热水处理、冷水冷却定型、风干，得到线材，单螺杆挤出机的各加热区间温度设置为一区175-185℃，二区187-198℃，三区190-200℃，四区192-202℃，五区188-198℃，六区185-197℃，热水温度45-55℃，冷水温度20-30℃。优选地，先将尼龙、增韧剂、超支化树脂、抗氧剂混合得混合物M1，将kevlar短切纤维与偶联剂改性硅灰石混合得混合物M2，再将混合物M1从双螺杆挤出机一区处的主加料口加入，混合物M2从双螺杆挤出机的四区侧加料口加入。本专利技术的有益效果是：本专利技术的3D打印用长链尼龙复合材料由一定比例的长链尼龙、kevlar短切纤维、硅灰石、偶联剂、增韧剂、超支化树脂和抗氧剂组成，线材及打印制品无明显纤维外露，且打印制品的拉伸强度和弯曲强度高，热变形温度高，尺寸稳定；具体的有益效果如下：(1)Kevlar短切纤维是一种特殊耐高温、高强度的全芳族聚酰胺纺成的有机纤维，即使不做特殊的表面处理和增容，一定含量的Kevlar短切纤维与长链尼龙也有良好的相容性，且能够大幅度提高长链尼龙的耐热温度、强度，减小成型收缩等，但成本较高，且仅大量加入Kevlar短切纤维本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种3D打印用长链尼龙复合材料，其特征在于，包含如下重量份的组分：

【技术特征摘要】
1.一种3D打印用长链尼龙复合材料，其特征在于，包含如下重量份的组分：长链尼龙100份，kevlar短切纤维5-10份，硅灰石5-15份，偶联剂0.1-0.3份，增韧剂3-8份，超支化树脂0.5-1份，抗氧剂0.2-1份。2.根据权利要求1所述的3D打印用长链尼龙复合材料，其特征在于，包含如下重量份的组分：长链尼龙100份，kevlar短切纤维7-8份，硅灰石8-10份，偶联剂0.2-0.3份，增韧剂5-7份，超支化树脂0.7-1份，抗氧剂0.4-0.7份。3.根据权利要求1或2所述的3D打印用长链尼龙复合材料，其特征在于，所述增韧剂为马来酸酐接枝三元乙丙橡胶或乙烯-丙烯酸酯-马来酸酐共聚物。4.根据权利要求1-3任一项...

【专利技术属性】
技术研发人员：李振，茅伟华，王立根，颜岩，梁雪娇，
申请(专利权)人：诺思贝瑞新材料科技苏州有限公司，
类型：发明
国别省市：江苏,32