一种用于3D打印乐器的聚乳酸木塑复合材料及制备方法、应用技术

本发明专利技术公开了一种用于3D打印乐器的聚乳酸木塑复合材料及制备方法、应用，上述聚乳酸木塑复合材料由以下质量百分比的组分共混而成：改性木粉5wt%~30wt%，聚乳酸62wt%~86wt%，增韧剂5wt%~10wt%，纳米无机填料2wt%~5wt%，润滑剂1wt%~3wt%。该聚乳酸木塑复合材料具有耐拉伸、耐弯曲、耐冲击的优良特性，耐冲击经过FDM型3D打印机测试，并且复合材料表面打磨、上漆，完全适合用于3D打印乐器。

Polylactic acid wood plastic composite material for 3D printing musical instrument and its preparation method and Application

The invention discloses a polylactic acid wood-plastic composite material for 3D printing musical instruments and its preparation method and application. The polylactic acid wood-plastic composite material is composed of the following components: modified wood powder 5wt%~30wt%, polylactic acid 62wt%~86wt%, toughener 5wt%~10wt%, nano-inorganic filler 2wt%~5wt%, lubricant 1wt%~3wt%. %. The PLA wood-plastic composite has excellent properties of tensile resistance, flexural resistance and impact resistance. The impact resistance has been tested by FDM 3D printer, and the surface of the composite is polished and painted. It is suitable for 3D printing musical instruments.

【技术实现步骤摘要】
一种用于3D打印乐器的聚乳酸木塑复合材料及制备方法、应用
本专利技术属于高分子复合材料领域，具体涉及一种用于3D打印乐器的聚乳酸木塑复合材料及制备方法、应用。
技术介绍
聚乳酸（PLA）作为常用的FDM型3D打印高分子材料，其优势在于熔融时无难闻异味，来源于生物质且可完全生物降解，对人体无毒无害，而且可以采用挤出、吹塑、注塑等常规加工方法，加工工艺简单，因而应用十分广泛。但其力学性能不佳，韧性差、易断裂，且熔点较低、热稳定性差等缺点极大地限制了作为3D打印材料的应用范围。因此，通常采用添加增强材料如碳纤维、玻璃纤维、植物纤维等来提高PLA的力学性能和热稳定性，其中植物纤维由于具有来源广泛、价格低廉、绿色环保等优点因而备受人们青睐。中国专利技术专利申请CN104356618A中，所述的一种用于3D打印的生物质木塑复合材料，由PLA、木粉/竹粉/稻壳粉、纸浆、UHMWPE、空心微珠及其他助剂为原料，先经行星螺杆挤出机挤出造粒、再经锥形双螺杆挤出机拉丝成型制备。中国专利技术专利申请CN105820527A公开了一种以PLA、木塑粉、偶联剂等为原料制备用于3D打印的生物复合材料。但上述两个专利均未提供所制备的3D打印材料力学性能数据。中国专利CN104448738A以PLA、热塑性淀粉、增韧剂、交联剂、填充剂及其他助剂为原料制备了一种生物基3D打印材料，其拉伸强度在20~80Mpa之间，冲击强度在3~7KJ/m2范围内。中国专利技术专利申请CN106380652A公开了一种以植物纤维粉、聚烯烃塑料粉、PLA及其他助剂为原料制备的高冲击高韧性木塑复合材料，其拉伸强度最大为52.48MPa，弯曲强度最大为62.67MPa，弯曲模量最大为2311MPa，缺口冲击强度最高为4.39KJ/m2。传统的乐器（如吉他、小提琴等）制作方法通常采用木材经手工和机械加工，加工周期长，对木材的力学性能（特别是弯曲强度和弯曲模量）要求较高，而且对于一些形状独特、个性化的乐器较难制作。3D打印技术（即快速成型技术）是一种以数字化三维模型为基础，运用塑料、光敏树脂、金属、陶瓷等材料，通过逐层打印的方式来构造物体的技术，该技术已广泛应用于工业设计与制造、航空航天、医疗、教育、珠宝、鞋类、汽车、枪支等领域。3D打印技术也为形状独特、个性化的乐器制作提供了可能。但是，市面上的FDM型3D打印材料大多数为ABS、PLA、PC、POM等塑料添加少量助剂、色料制备而成，所打印的作品有明显的塑料感，而且无法打磨、上漆，不适合用于打印乐器。
技术实现思路
本专利技术旨在解决现有技术中木质聚乳酸复合材料3D打印制备的器件无法打磨、上漆，不适合用于打印乐器的问题，提供一种韧性强、制备的器件适合打磨、上漆的聚乳酸木塑复合材料；本专利技术的另一目的在于提供上述用于3D打印乐器的聚乳酸木塑复合材料的制备方法；本专利技术的又一目的在于提供上述聚乳酸木塑复合材料在3D打印制备乐器的应用。本专利技术上述目的通过以下技术方案予以实现：一种用于3D打印乐器的聚乳酸木塑复合材料，由以下质量百分比的组分共混而成：改性木粉5wt%~30wt%，聚乳酸62wt%~86wt%，增韧剂5wt%~10wt%，纳米无机填料2wt%~5wt%，润滑剂1wt%~3wt%。进一步地，所述复合材料有以下质量百分比的组分共混而成：改性木粉10wt%~20wt%，聚乳酸70wt%~80wt%，增韧剂5wt%~8wt%，纳米无机填料4wt%~4.5wt%，润滑剂1wt%~2wt%。在上述配方中，通过加入改性木粉，从而改善了其与聚乳酸基体的界面相容性，添加润滑剂可以使挤出更加顺利，表面光洁度提高，添加纳米无机填料不但可以显著增强弯曲强度和弯曲模量，拉伸强度和冲击强度也得到了较大幅度提高，利用该配方的复合材料3D打印的器件更适合在其表面打磨、着色和上漆，漆面与打磨的器件表面具备较强的相容性，从而使上漆的打磨的器件表面不易掉漆，该材料适合用于3D打印制备钢琴、提琴等乐器。优选地，所述改性木粉为云杉木、枫木、桃花心木、玫瑰木、相思木中的一种或多种，木粉粒径大小为120目~300目。优选地，所述增韧剂为SEBS（苯乙烯一丁二烯一苯乙嵌共聚物）、SBS（热塑性聚苯乙烯-聚丁二烯-聚苯乙烯嵌段共聚物）、TPU（热塑性聚氨酯弹性体）、TPEE（热塑性聚酯弹性体）中的一种或多种混合物。优选地，所述纳米无机填料为纳米二氧化硅、纳米二氧化钛、碳纳米管中的一种或两种；所述所述润滑剂为硬脂酸锌。其中，上述用于3D打印乐器的聚乳酸木塑复合材料的方法，包括以下步骤：S1.利用化学改性剂将木粉制备成改性木粉。S2.将步骤S1所得改性木粉、聚乳酸、增韧剂、纳米无机填料、润滑剂通过高速混合机进行共混形成共混料。S3.将步骤S2所得的共混料双螺旋挤出熔融共混挤出并造粒，重复挤出2次，得所述聚乳酸木塑复合材料母粒。S4.将步骤S3中制备的聚乳酸木塑复合材料母粒干燥后，挤出拉丝，得所述聚乳酸木塑复合材料。在上述制备方法中，改性木粉在聚乳酸基体中的分散过程主要是使用双螺杆挤出机通过熔融共混多次挤出实现。优选地，在所述步骤S1中，所述化学改性剂为氢氧化钠、γ-氨基丙基三乙氧基硅烷（KH550）、γ-缩水甘油醚氧丙基三甲氧基硅烷（KH560）、γ-（甲基丙烯酰氧）丙基三甲氧基硅烷（KH570）、γ-巯丙基三甲氧基硅烷（KH590）、马来酸酐中的一种或多种。在所述步骤S3中，所述双螺旋挤出的1~6段温度分别为150~165℃、150~165℃、160~170℃、170~175℃、165~175℃、165~175℃。在所述步骤S4中，所述拉丝的单丝直径为1.75mm~3.0mm；所述直径误差为±5%以内。优选地，在上述方法中，步骤S1按照以下方法进行：S11.将木粉在室温下用5wt%~10wt%的氢氧化钠溶液浸泡，然后搅拌12~24h，用400目的滤网过滤并用清水反复洗涤至中性，于80~90℃充分干燥12~24h，得干燥的碱处理木粉；其中，所述木粉与氢氧化钠溶液的混合质量比为1:15。S12.将步骤S11所得的碱处理木粉放入装有5wt%~10wt%马来酸酐-无水乙醇溶液的反应容器中，于20~30℃静置水解10~20min，然后在80~90℃经行水浴搅拌回流处理，反应3~4h，抽滤，放在烘箱70~90℃烘干12~24h，得所述改性木粉；其中，所述马来酸酐与木粉的绝干质量比为1%~2%。优选地，所述步骤S12按照以下方法进行：将所述步骤S11所得的碱处理木粉放入装有5wt%~10wt%硅烷偶联剂的反应容器中，于20~30℃静置水解10~20min，然后在80~90℃经行水浴搅拌回流处理，反应3~4h，抽滤，放在烘箱70~90℃烘干12~24h，得所述改性木粉；其中，所述硅烷偶联剂与木粉的绝干质量比为1%~2%；所述硅烷偶联剂为γ-氨基丙基三乙氧基硅烷（KH550）、γ-缩水甘油醚氧丙基三甲氧基硅烷（KH560）、γ-（甲基丙烯酰氧）丙基三甲氧基硅烷（KH570）、γ-巯丙基三甲氧基硅烷（KH590）的一种或多种。上述聚乳酸木塑复合材料在3D打印制备乐器中的应用。与现有技术相比，本专利技术技术方案具有以下有益效果：（1）上述用于3D打印乐器的聚乳酸木塑复合材料拉伸强度最高可达到75.本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用于3D打印乐器的聚乳酸木塑复合材料，其特征在于，所述聚乳酸木塑复合材料由以下质量百分比的组分共混而成：改性木粉5 wt % ~ 30 wt%，聚乳酸62 wt% ~ 86 wt%，增韧剂5 wt% ~ 10 wt%，纳米无机填料2 wt% ~ 5 wt%，润滑剂1 wt% ~ 3 wt%。

【技术特征摘要】
1.一种用于3D打印乐器的聚乳酸木塑复合材料，其特征在于，所述聚乳酸木塑复合材料由以下质量百分比的组分共混而成：改性木粉5wt%~30wt%，聚乳酸62wt%~86wt%，增韧剂5wt%~10wt%，纳米无机填料2wt%~5wt%，润滑剂1wt%~3wt%。2.根据权利要求1所述的用于3D打印乐器的聚乳酸木塑复合材料，其特征在于，所述复合材料有以下质量百分比的组分共混而成：改性木粉10wt%~20wt%，聚乳酸70wt%~80wt%，增韧剂5wt%~8wt%，纳米无机填料4wt%~4.5wt%，润滑剂1wt%~2wt%。3.根据权利要求所述的用于3D打印乐器的聚乳酸木塑复合材料，其特征在于，所述改性木粉为云杉木、枫木、桃花心木、玫瑰木、相思木中的一种或多种，木粉粒径大小为120目~300目。4.根据权利要求所述的用于3D打印乐器的聚乳酸木塑复合材料，其特征在于，所述增韧剂为SEBS（苯乙烯一丁二烯一苯乙嵌共聚物）、SBS（热塑性聚苯乙烯-聚丁二烯-聚苯乙烯嵌段共聚物）、TPU（热塑性聚氨酯弹性体）、TPEE（热塑性聚酯弹性体）中的一种或多种混合物。5.根据权利要求所述的用于3D打印乐器的聚乳酸木塑复合材料，其特征在于，所述纳米无机填料为纳米二氧化硅、纳米二氧化钛、碳纳米管中的一种或两种；所述润滑剂为硬脂酸锌。6.一种制备如权利要求1~5所述的用于3D打印乐器的聚乳酸木塑复合材料的方法，其特征在于，包括以下步骤：S1.利用化学改性剂将木粉制备成改性木粉；S2.将步骤S1所得改性木粉、聚乳酸、增韧剂、纳米无机填料、润滑剂通过高速混合机进行共混形成共混料；S3.将步骤S2所得的共混料双螺旋挤出熔融共混挤出并造粒，重复挤出2次，得所述聚乳酸木塑复合材料母粒；S4.将步骤S3中制备的聚乳酸木塑复合材料母粒干燥后，挤出拉丝，得所述聚乳酸木塑复合材料。7.根据权利要求6所述的制备用于3D打印乐器的聚乳酸木塑复合材料的方法，其特征在于，在所述步骤S1中，所述化学改性剂为氢氧化钠、γ-氨基丙基三乙氧基硅烷（KH550）、γ-缩水甘油醚氧丙...

【专利技术属性】
技术研发人员：董先明，董倩倩，李凯夫，周武艺，陆子天，钟锐，
申请(专利权)人：华南农业大学，广州市拿火信息科技有限公司，
类型：发明
国别省市：广东,44