一种3D打印用碳纤维/聚醚醚酮复合线材制造技术

本发明专利技术提供一种碳纤维/聚醚醚酮复合线材，含有以下成分，聚醚醚酮100重量份；碳纤维粉末纤维10～30重量份；聚苯醚20～40重量份；聚四氟乙烯类聚合物5～10重量份。本发明专利技术的碳纤维/聚醚醚酮复合线材通过配方技术，有效的改善了聚醚醚酮的结晶性，在保证了3D打印成型品的力学强度、耐热性的前提下，有效的抑制了成型品的翘曲、开裂现象。

A kind of carbon fiber / PEEK composite wire for 3D printing

The invention provides a carbon fiber / PEEK composite wire rod, which comprises the following components, 100 parts by weight of PEEK, 10-30 parts by weight of carbon fiber powder fiber, 20-40 parts by weight of polyphenylene ether, and 5-10 parts by weight of polytetrafluoroethylene polymer. The carbon fiber / PEEK composite wire rod of the invention effectively improves the crystallinity of peek through the formula technology, and effectively suppresses the warping and cracking of the formed product on the premise of ensuring the mechanical strength and heat resistance of the 3D printing molded product.

【技术实现步骤摘要】
一种3D打印用碳纤维/聚醚醚酮复合线材
本专利技术涉及材料领域，具体涉及一种3D打印用线材及其成型品。
技术介绍
聚醚醚酮，简称PEEK，是英国ICI公司于1978年首先开发出的一种全芳香族半结晶热塑性工程塑料，其大分子链上含有刚性的苯环、柔顺的醚键及羰基，结构规整，具有优良的力学性能、耐化学腐蚀、抗疲劳及显著的热稳定性，且具有阻燃性、良好的生物相容性，目前被应用于生物医学、新能源、车辆运输、航空航天等众多领域中。在一些应用中，需要制备结构复杂、或同其它材料(如金属、无机材料)复合使用的成型品。对于这类成型品，一般的注塑、模压成型等制备方法的制造难度较大。使用3D打印(增材制造)技术可以解决这一问题。但是聚醚醚酮的结晶度大、结晶速度快，使用3D打印技术制备的聚醚醚酮成型品易出现翘曲、开裂的现象。
技术实现思路
为了解决使用3D打印技术制备的聚醚醚酮成型品易出现翘曲、开裂现象的问题，本专利技术提供了一种碳纤维/聚醚醚酮复合线材，含有以下成分，聚醚醚酮100重量份；碳纤维粉末纤维10～30重量份；聚苯醚20～40重量份；聚四氟乙烯类聚合物5～10重量份。聚醚醚酮是在主链结构中含有一个酮键和两个醚键的重复单元所构成的高聚物，具有约143℃的玻璃化温度、约343℃的熔点，长期使用温度可达260℃。是本专利技术的碳纤维/聚醚醚酮复合线材的基体树脂。优选的，所述的聚醚醚酮在400℃、1000/s下的粘度小于150Pa·s。在本专利技术中，粘度低的聚醚醚酮有利于增强3D打印时的界面结合强度，使得聚醚醚酮成型品不易开裂。进一步优选的，所述的聚醚醚酮在400℃、1000/s下的粘度大于100Pa·s。聚醚醚酮粘度过低时，制备的材料力学强度不足。碳纤维粉末纤维由碳纤维长丝经研磨而成的微米级纤维增强材料，是本专利技术的碳纤维/聚醚醚酮复合线材的增强材料，其结构和性能由碳纤维长丝决定，按其来源分，可分为聚丙烯腈基碳纤维粉末纤维、沥青基碳纤维粉末纤维、粘胶基碳纤维粉末纤维、酚醛基碳纤维粉末纤维及其改性产品。与碳纤维长丝等其他材料相比，具有形状细小、表面纯净、比表面积大，易于被树脂润湿、分散均匀、喂料方式多样、工艺简单等特点，能提高3D打印成型品的强度、耐热性，并有利于增强3D打印时的界面结合强度，使得成型品不易开裂。优选的，按聚醚醚酮100重量份计，所述的碳纤维/聚醚醚酮复合线材中含有碳纤维粉末纤维15～25重量份。碳纤维粉末纤维含量过高，分散性不佳，各项性能变化不大，但成本增加。优选的，所述的碳纤维粉末纤维的纤维长度为100～200μm。碳纤维粉末纤维的纤维长度小于100μm，或大于200μm，都不利于抑制成型品的开裂。所述的碳纤维粉末纤维的纤维长度是指各个纤维的纤维长度的数量平均值。本专利技术中，聚苯醚，即聚2,6-二甲基-1,4-苯醚，能抑制聚醚醚酮的结晶，对于成型品的翘曲、开裂现象有显著的改善效果。优选的，按聚醚醚酮100重量份计，所述的碳纤维/聚醚醚酮复合线材中含有聚苯醚25～35重量份。过低的聚苯醚含量不利于改善成型品的翘曲、开裂的现象，而过高的聚苯醚含量可能会降低成型品的力学强度。优选的，所述的聚苯醚的特性粘数大于0.45。特性粘数低于0.45的聚苯醚会造成成型品的力学强度和耐热性有较大幅度的降低。聚四氟乙烯类聚合物是含有四氟乙烯共聚单元的聚合物，包括聚四氟乙烯(PTFE)、乙烯-四氟乙烯共聚物(ETFE)、四氟乙烯-六氟丙烯共聚物(FEP)、四氟乙烯-全氟烷氧基乙烯基醚共聚物(PFA)等。本专利技术中，聚四氟乙烯类聚合物同碳纤维粉末纤维具有协同效应，可以显著改善3D打印成型品的界面结合强度，使得成型品不易开裂。按聚醚醚酮100重量份计，聚四氟乙烯类聚合物不应低于5重量份，高于10重量份。过低的含量不利于改善3D打印成型品的界面结合强度，过高的含量会造成力学强度、耐热性的降低。优选的，所述的聚四氟乙烯类聚合物含四氟乙烯-六氟丙烯共聚物、四氟乙烯-全氟烷氧基乙烯基醚共聚物中的一种或两种。四氟乙烯-六氟丙烯共聚物和四氟乙烯-全氟烷氧基乙烯基醚共聚物是热塑性的聚四氟乙烯类聚合物，且具有较好是耐热性。相对于聚四氟乙烯，对碳纤维/聚醚醚酮复合线材的改性效果较为明显。相对于乙烯-四氟乙烯共聚物，不易降低成型品的耐热性和力学性能。进一步优选含四氟乙烯-六氟丙烯共聚物和四氟乙烯-全氟烷氧基乙烯基醚共聚物的中的两种，且四氟乙烯-六氟丙烯共聚物和四氟乙烯-全氟烷氧基乙烯基醚共聚物的重量比为1:2～1:5。优选，所述的四氟乙烯-六氟丙烯共聚物在372℃、5000g下的熔融指数大于15g/10min。优选，所述的四氟乙烯-全氟烷氧基乙烯基醚共聚物在372℃、5000g下的熔融指数小于20g/10min。四氟乙烯-六氟丙烯共聚物、四氟乙烯-全氟烷氧基乙烯基醚共聚物的熔体粘度对碳纤维/聚醚醚酮复合线材以及成型品的各项性能有影响。上述优选条件下，综合性能较好。本专利技术还提供上述的碳纤维/聚醚醚酮复合线材在3D打印上的应用。本专利技术还提供上述的碳纤维/聚醚醚酮复合线材制备的成型品。本专利技术的效果和用途：本专利技术的碳纤维/聚醚醚酮复合线材通过配方技术，有效的改善了聚醚醚酮的结晶性，在保证了3D打印成型品的力学强度、耐热性的前提下，有效的抑制了成型品的翘曲、开裂现象。具体实施方式实施例和对比例中使用的原料如下：【聚醚醚酮】A1：英国威格斯公司产PEEK90G，400℃、1000/s下的粘度为90Pa·s。A2：英国威格斯公司产PEEK150G，400℃、1000/s下的粘度为130Pa·s。A3：英国威格斯公司产PEEK381G，400℃、1000/s下的粘度为300Pa·s。【碳纤维粉末纤维】B1：MLD-30，日本东丽株式会社产，纤维长度为30μm。B2：MLD-300，日本东丽株式会社产，纤维长度为130μm。【聚苯醚】C1：聚苯醚，旭化成株式会社产XyronS202A，特性粘数0.41。C2：聚苯醚，旭化成株式会社产XyronS201A，特性粘数0.52。【聚四氟乙烯类聚合物】D1：聚四氟乙烯，大金工业株式会社产NeoflonM-12。D2：四氟乙烯-六氟丙烯共聚物，大金工业株式会社产NeoflonNP-101，熔融指数24g/10min。D3：四氟乙烯-六氟丙烯共聚物，大金工业株式会社产NeoflonNP-20，熔融指数6g/10min。D4：四氟乙烯-全氟烷氧基乙烯基醚共聚物，大金工业株式会社产NeoflonAP-201，熔融指数25g/10min。D5：四氟乙烯-全氟烷氧基乙烯基醚共聚物，大金工业株式会社产NeoflonAP-210，熔融指数13g/10min。使用以下的测试方法对实施例和对比例中的原料、制备过程中的中间产物以及成品进行各种性能测试：特本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种3D打印用碳纤维/聚醚醚酮复合线材，其特征在于，含有以下成分：/n聚醚醚酮100重量份；/n碳纤维粉末纤维10～30重量份；/n聚苯醚20～40重量份；/n聚四氟乙烯类聚合物5～10重量份。/n

【技术特征摘要】
1.一种3D打印用碳纤维/聚醚醚酮复合线材，其特征在于，含有以下成分：
聚醚醚酮100重量份；
碳纤维粉末纤维10～30重量份；
聚苯醚20～40重量份；
聚四氟乙烯类聚合物5～10重量份。


2.根据权利要求1所述的一种3D打印用碳纤维/聚醚醚酮复合线材，其特征在于，所述聚醚醚酮在400℃、1000/s下的粘度大于100Pa·s、小于150Pa·s。


3.根据权利要求1所述的一种3D打印用碳纤维/聚醚醚酮复合线材，其特征在于，所述碳纤维粉末纤维的纤维长度为100～200μm。


4.根据权利要求1所述的一种3D打印用碳纤维/聚醚醚酮复合线材，其特征在于，所述聚苯醚的特性粘数大于0.45。


5.根据权利要求1所述的一种3D打印用碳纤维/聚醚醚酮复合线材，其特征在于，所述聚四氟乙烯类聚合物含四氟乙烯-六氟丙烯共聚物、四氟乙烯-全氟烷氧基乙烯基醚共聚物中的一种或两种。

【专利技术属性】
技术研发人员：严兵，赵清新，郎鸣华，何定军，于洋，刘圣强，刘腾达，郭海军，
申请(专利权)人：江苏澳盛复合材料科技有限公司，
类型：发明
国别省市：江苏;32