一种高韧3D打印材料的制备方法技术

本发明专利技术公开了一种高韧3D打印材料的制备方法，属于环保新材料技术领域。本发明专利技术以魔芋粉、羧甲基纤维素钠成分相复配，添加具有交联作用的N‑甲基吡咯烷酮提升石墨烯的分散性能，可补充提升所得材料的机械性能，提升拉伸性能，保障本材料的韧性，进而改善本3D打印材料的均匀性和韧性。本发明专利技术对海泡石改性处理，在其表面接入巯基，而海泡石本身的遇水柔软脱水干燥的特性，可提升本材料的匀称性，控制较大的加入量也可稳定提升本材料的应用效果。采用胶料复混结合石墨烯等成分交联改性，稳定提升本材料的分散性能和韧性，对海泡石进行基团改性，进一步提升本材料的应用效果。本发明专利技术解决了目前常见3D打印材料的均匀性差，韧性不佳的问题。

Preparation of a High Toughness 3D Printing Material

【技术实现步骤摘要】
一种高韧3D打印材料的制备方法
本专利技术属于环保新材料
，具体涉及一种高韧3D打印材料的制备方法。
技术介绍
3D打印是一种与减材制造和等材制造等传统的制造技术迥然不同的，以模型的三维数据为基础，通过打印机喷嘴挤出材料，逐层打印增加材料来生成3D实体的技术，因此又称为添加制造(增材制造)，其包含多方面的前沿技术，例如：建模技术、机电控制技术、信息技术、材料科学等。3D打印又称增材制造，是一种结合计算机软件、材料、机械等多领域的系统性、综合性新兴技术，运用粉末金属或线材塑料等粘合材料，通过逐层堆叠积累的方式来形成实体。3D打印的主要技术包括熔融沉积成型(FDM)、光固化立体成型(SLA)、选择性激光烧结(SLS)、分层实体制造(LOM)、数字光处理技术(DLP)以及三维打印粘结成型(3DP)等。3D打印技术，正以其独具的影响力改变着工业界的每个角落。3D打印技术的快速进步和普及，使得作为主要耗材的聚乳酸(PLA)耗材使用量激增，然而人们发现纯PLA的力学性能仍然不能满足人们对于打印件力学性能的要求。研究表明，添加碳纤维可以有效提高聚乳酸打印件的拉伸强度，然而也存在由于碳纤维与树脂基体相容性差，造成丝材韧性较差以及材料断裂伸长率较低的问题，制备的丝材在搬运和打印过程中容易断裂，使得打印中断，打印过程需要全程看护，降低了打印效率。虽然3D打印具有形式更自由，用时短、环保性好和节能的优势，但作为一种目前正处于研发试用阶段的新型技术，3D打印技术与传统的构建工艺相比依然存在一些问题，其中比较重要的就是打印材料的问题，3D打印过程中，利用计算机进行3D建模和分割生产三维信息，然后将配制好的3D打印材料拌合物通过挤出装置按照设定好的程序通过机械控制由喷嘴挤出进行打印，最后得到构件。但在实际打印过程中由于这种工艺要求材料具有较高的可塑性，在成型过程中的无需支撑，因此3D打印对原材料的强度、成型速度、塌落度和可塑性提出了更高的要求。3D打印材料是3D打印技术发展的重要物质基础，在某种程度上，材料的发展决定着3D打印能否有更广泛的应用。目前，3D打印材料主要包括工程塑料、光敏树脂、橡胶类材料、金属材料和陶瓷材料等。陶瓷材料具有高强度、高硬度、耐高温、低密度、化学稳定性好、耐腐蚀等优异特性，在航空航天、汽车、生物等行业有着广泛的应用。但由于陶瓷材料硬而脆的特点使其加工成形尤其困难，特别是复杂陶瓷部件需通过模具来成形，模具加工成本高、开发周期长，难以满足产品不断更新的需求。然而目前市场上的3D打印材料普遍存在均匀性差，韧性不佳等问题，普通传统3D打印材料已经很难满足目前的技术要求。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题：针对目前常见3D打印材料的均匀性差，韧性不佳的问题，提供一种高韧3D打印材料的制备方法。为解决上述技术问题，本专利技术采用如下所述的技术方案是：一种高韧3D打印材料的制备方法，该制备方法包括如下步骤：(1)于20～35℃，取魔芋粉、羧甲基纤维素钠、水混合搅拌，加入魔芋粉质量10～14％的硬脂酸锌、魔芋粉质量5～8％的聚乙烯醇混合搅拌，得混料，取混料按质量比12～16：2：0.1～0.3：45加入石墨烯、N-甲基吡咯烷酮、氨水溶液混合，超声处理，得分散料，于分散料中加入4-二甲氨基吡啶混合搅拌，得复混胶料；(2)于55～75℃，按质量份数计，取40～60份复混胶料、5～8份醇料、20～45份聚乳酸、18～25份硅丙乳液、80～100份水混合，剪切分散，得剪切分散料，取剪切分散料按质量比20～30：3：1加入分散剂、硬脂酸镁混合搅拌，加入剪切分散料质量1～3％的消泡剂混合搅拌，升温至60～75℃，保温搅拌，冷却，减压蒸发，得复合基料，备用；(3)取海泡石粉碎过筛，收集过筛颗粒按质量比4～8：1：18～25加入改性剂、N,N′-二甲基甲酰胺混合，于25～40℃，搅拌，减压蒸发，得海泡石处理料；(4)按质量份数计，取35～55份备用的复合基料、25～35份高密度聚乙烯、12～20份海泡石处理料、4～8份1，4-聚异戊二烯、0.1～0.4份成核剂混合搅拌，熔融共混，升温，挤出成形，冷却，水洗，干燥，即得高韧3D打印材料。所述步骤(1)中的魔芋粉、羧甲基纤维素钠、水质量比为4～7：1：35～50。所述步骤(1)中的分散料、4-二甲氨基吡啶的质量比为20～35：1。所述步骤(1)中的超声分散的温度为30～45℃，频率为45～55kHz。所述步骤(2)中的醇料为丙二醇、季戊四醇、丁二醇中的任意一种。所述步骤(2)中的分散剂：按质量比3：1～2取脂肪醇聚氧乙烯醚、十二烷基苯磺酸钠混合，即得分散剂。所述步骤(2)中的消泡剂：按质量比1：1～3取Tween-80、聚二甲基硅氧烷混合，即得消泡剂。所述步骤(3)中的改性剂：按质量比6～10：1取巯基乙酸、硫酸钠混合，即得改性剂。所述步骤(4)中的成核剂：取纳米蒙脱土、纳米二氧化硅按质量比5～8：1混合，即得成核剂。所述步骤(4)中的熔融共混的温度为340～360℃，螺杆转速为200～250r/min，挤出时的温度为370～390℃。本专利技术与其他方法相比，有益技术效果是：(1)本专利技术以魔芋粉、羧甲基纤维素钠成分相复配，得到具有良好稳定性的胶液，并且，添加了硬脂酸性提高共混时的和易性、聚乙烯醇能够提供较大分子量的稳定剂作用的同时也可作为交联分子单体，改善所得材料的内部空间结构，添加具有交联作用的N-甲基吡咯烷酮提升石墨烯的分散性能，可补充提升所得材料的机械性能，提升拉伸性能，保障本材料的韧性，4-二甲氨基吡啶的添加也可插入活性的氮，提升所得复混胶料的活性，便于后续热混处理，提升组分间的相互作用，进而改善本3D打印材料的均匀性和韧性；(2)本专利技术对海泡石改性处理，在其表面接入巯基，便于提高其内部的相容性，而海泡石本身的遇水柔软脱水干燥的特性，又便于在试剂的作用下，进行很好的分散，提升本材料的匀称性，控制较大的加入量也可稳定提升本材料的应用效果，有对比例1和实施例1可知，在缺少海泡石处理料时，拉伸强度等各项数据所表现出的效果均有所下降，但依然优于对比例2中的市售3d打印材料及根据对比例3的技术方案所制得的材料，可见本专利技术所制复合基料具有良好的基准性作用，能够使得本材料性能稳定优于常见3D材料的韧性，而海泡石处理料的制备及添加则能够进一步改善本材料的均匀度和韧性，进而提升本3D打印材料的使用效果；(3)本专利技术采用胶料复混结合石墨烯等成分交联改性，稳定提升本材料的分散性能和韧性，对海泡石进行基团改性，进一步提升本材料的应用效果，本专利技术针对目前常见3D打印材料的均匀性差，韧性不佳的问题，改善效果显著，具有很好的应用前景。具体实施方式分散剂：按质量比3：1～2取脂肪醇聚氧乙烯醚、十二烷基苯磺酸钠混合，即得分散剂。消泡剂：按质量比1：1～3取Tween-80、聚二甲基硅氧烷混合，即得消泡剂。改性剂：按质量比6～10：1取巯基乙酸、硫酸钠混合，即得改性剂。成核剂：取纳米蒙脱土、纳米二氧化硅按质量比5～8：1混合，即得成核剂。醇料为丙二醇、季戊四醇、丁二醇中的任意一种。一种高韧3D打印材料的制备方法，包括如下步骤：(1)于20～35℃，按质量比4～7：1：35～50取魔芋粉、羧甲基纤维素钠、水本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种高韧3D打印材料的制备方法，其特征在于，该制备方法包括如下步骤：(1)于20～35℃，取魔芋粉、羧甲基纤维素钠、水混合搅拌，加入魔芋粉质量10～14％的硬脂酸锌、魔芋粉质量5～8％的聚乙烯醇混合搅拌，得混料，取混料按质量比12～16：2：0.1～0.3：45加入石墨烯、N‑甲基吡咯烷酮、氨水溶液混合，超声处理，得分散料，于分散料中加入4‑二甲氨基吡啶混合搅拌，得复混胶料；(2)于55～75℃，按质量份数计，取40～60份复混胶料、5～8份醇料、20～45份聚乳酸、18～25份硅丙乳液、80～100份水混合，剪切分散，得剪切分散料，取剪切分散料按质量比20～30：3：1加入分散剂、硬脂酸镁混合搅拌，加入剪切分散料质量1～3％的消泡剂混合搅拌，升温至60～75℃，保温搅拌，冷却，减压蒸发，得复合基料，备用；(3)取海泡石粉碎过筛，收集过筛颗粒按质量比4～8：1：18～25加入改性剂、N,N′‑二甲基甲酰胺混合，于25～40℃，搅拌，减压蒸发，得海泡石处理料；(4)按质量份数计，取35～55份备用的复合基料、25～35份高密度聚乙烯、12～20份海泡石处理料、4～8份1，4‑聚异戊二烯、0.1～0.4份成核剂混合搅拌，熔融共混，升温，挤出成形，冷却，水洗，干燥，即得高韧3D打印材料。...

【技术特征摘要】
1.一种高韧3D打印材料的制备方法，其特征在于，该制备方法包括如下步骤：(1)于20～35℃，取魔芋粉、羧甲基纤维素钠、水混合搅拌，加入魔芋粉质量10～14％的硬脂酸锌、魔芋粉质量5～8％的聚乙烯醇混合搅拌，得混料，取混料按质量比12～16：2：0.1～0.3：45加入石墨烯、N-甲基吡咯烷酮、氨水溶液混合，超声处理，得分散料，于分散料中加入4-二甲氨基吡啶混合搅拌，得复混胶料；(2)于55～75℃，按质量份数计，取40～60份复混胶料、5～8份醇料、20～45份聚乳酸、18～25份硅丙乳液、80～100份水混合，剪切分散，得剪切分散料，取剪切分散料按质量比20～30：3：1加入分散剂、硬脂酸镁混合搅拌，加入剪切分散料质量1～3％的消泡剂混合搅拌，升温至60～75℃，保温搅拌，冷却，减压蒸发，得复合基料，备用；(3)取海泡石粉碎过筛，收集过筛颗粒按质量比4～8：1：18～25加入改性剂、N,N′-二甲基甲酰胺混合，于25～40℃，搅拌，减压蒸发，得海泡石处理料；(4)按质量份数计，取35～55份备用的复合基料、25～35份高密度聚乙烯、12～20份海泡石处理料、4～8份1，4-聚异戊二烯、0.1～0.4份成核剂混合搅拌，熔融共混，升温，挤出成形，冷却，水洗，干燥，即得高韧3D打印材料。2.根据权利要求1所述一种高韧3D打印材料的制备方法，其特征在于，所述步骤(1)中的魔芋粉、羧甲基纤维素钠、水质量比为4～7：1...

【专利技术属性】
技术研发人员：江云星，
申请(专利权)人：宁波陶邦新材料科技有限公司，
类型：发明
国别省市：浙江,33