一种长丝碳纤维3D打印线材的制备系统及方法技术方案

本发明专利技术揭示了一种长丝碳纤维3D打印线材的制备系统及方法。所述长丝碳纤维3D打印线材的制备方法，包括：使长丝碳纤维原丝从尼龙溶液中连续通过，并使尼龙溶液充分浸润所述长丝碳纤维原丝，获得浸润尼龙溶液的长丝碳纤维；使浸润有尼龙溶液的长丝碳纤维连续从至少一拉丝模中通过，之后进行干燥和热处理，获得长丝碳纤维3D打印线材。本发明专利技术提供的长丝碳纤维3D打印线材的制备系统及方法，把柔软的碳纤维通过尼龙溶液，再进行热处理，充分保证了尼龙在碳纤维中分散均匀的同时，也使柔软的碳纤维具有了刚度，可以像普通的线材一样通过打印机进行打印。

【技术实现步骤摘要】
一种长丝碳纤维3D打印线材的制备系统及方法
本专利技术属于长丝碳纤维3D打印线材
，具体涉及一种长丝碳纤维3D打印线材的制备系统及方法。
技术介绍
碳纤维具有重量轻、比强度大、模量高、耐热性高；化学稳定性好，除硝酸等少数强酸处，几乎对所有药品均稳定，以碳纤维为增强剂的复合材料具有比钢强、比铝轻的特性，是一种目前最受重视的高性能材料之一。传统碳纤维复合材料的制备方法是模压和压罐成型，虽然其中碳纤维含量较高，树脂浸润均匀，但是受模具制备影响，对一些复杂零件的成型很难，而3D打印可以打印各种复杂的零配件，是目前发展迅速的一种成型方法。碳纤维长丝3D打印复合材料具有密度低、机械强度高、电化学活性较低、耐腐蚀、抗老化性能卓越和使用寿命长等特点，在环境温度要求高，材料物理稳定性能好的场合，碳纤维长丝复合材料具有不可替代的优势。一般而言材料的强度比越高，成型件的自重越小；材料的模量比越高，成型件的刚度越大。碳纤维长丝复合材料兼具上述优异性能，因此其在航空航天、无人机、汽车工业、国防、体育器材等领域均有广泛的应用前景。传统碳纤维3D打印工艺是将碳纤维展丝之后送入树脂熔融模头中，并施加一定的传动力，将树脂均匀分散到碳纤维内部，然后通过传送装置进行打印，但是其一长丝碳纤维直径较小，树脂粘度较大，二者之间的界面能垒较高，树脂很难在纤维之间充分浸润，其二是碳纤维直接在打印模头位置与尼龙等树脂复合，对打印硬件要求更高。
技术实现思路
本专利技术的主要目的在于提供一种长丝碳纤维3D打印线材的制备系统及方法，以克服现有技术中存在的不足。为实现前述专利技术目的，本专利技术实施例采用的技术方案包括：本专利技术实施例提供一种长丝碳纤维3D打印线材的制备方法，包括：使长丝碳纤维原丝从尼龙溶液中连续通过，并使尼龙溶液充分浸润所述长丝碳纤维原丝，获得浸润有尼龙溶液的长丝碳纤维；使浸润有尼龙溶液的长丝碳纤维连续从至少一拉丝模中通过，之后进行干燥和热处理，获得长丝碳纤维3D打印线材。本专利技术实施例还提供一种长丝碳纤维3D打印线材的制备系统，包括：放线装置，用于提供长丝碳纤维原丝；浸渍槽，用于盛装尼龙溶液，且使所述长丝碳纤维原丝能够被所述尼龙溶液充分浸润，获得浸润有尼龙溶液的长丝碳纤维；拉丝机构，包括至少一拉丝模，所述拉丝模可供所述浸润有尼龙溶液的长丝碳纤维通过；干燥装置，用于对从拉丝机构中通过的、浸润有尼龙溶液的长丝碳纤维进行干燥处理，以获得尼龙/长丝碳纤维复合线材；热处理装置，用于对所述尼龙/长丝碳纤维复合线材进行热处理，从而形成长丝碳纤维3D打印线材；和/或，所述浸渍槽上配合密封封盖。本专利技术实施例还提供一种长丝碳纤维3D打印线材的制备方法，包括：提供前述的长丝碳纤维3D打印线材的制备系统；将连续的长丝碳纤维原丝从放线装置上引出，且使长丝碳纤维原丝连续从盛装于浸渍槽内的尼龙溶液中通过，并使尼龙溶液充分浸润长丝碳纤维原丝，获得浸润有尼龙溶液的长丝碳纤维；使浸润有尼龙溶液的长丝碳纤维连续从所述拉丝机构内的拉丝模中通过，之后通过干燥装置，获得尼龙/长丝碳纤维复合线材；使尼龙/长丝碳纤维复合线材从热处理装置中通过，获得长丝碳纤维3D打印线材；以收卷装置收集所述长丝碳纤维3D打印线材。与现有技术相比，本专利技术具有如下有益效果：(1)本专利技术长丝碳纤维3D打印线材的制备系统及方法，把柔软的碳纤维通过尼龙溶液，再进行热处理，充分保证了尼龙在碳纤维中分散均匀的同时，也使柔软的碳纤维具有了刚度，可以像普通的线材一样通过打印机进行打印，整个过程中能耗较低，且制备的线材方便打印，在打印过程中易与尼龙基材接合。(2)本专利技术长丝碳纤维3D打印线材的制备系统及方法，其中，使浸润有尼龙溶液的长丝碳纤维通过拉丝模的操作，一方面可以将多余的尼龙溶液去除，另一方面还可以调整纤维的直径，此外还可以通过挤压作用使尼龙溶液更为均匀充分的渗入纤维内部。附图说明为了更清楚地说明本申请实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请中记载的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。图1是本申请一实施方式中长丝碳纤维3D打印线材的制备系统的结构示意图。图2是本申请一实施方式中长丝碳纤维3D打印线材的SEM图。附图标记说明：1、放线装置，2、浸渍槽，3、拉丝模，4、干燥装置，5、热处理装置，6、拉丝模，7、收卷装置。具体实施方式通过应连同所附图式一起阅读的以下具体实施方式将更完整地理解本专利技术。本文中揭示本专利技术的详细实施例；然而，应理解，所揭示的实施例仅具本专利技术的示范性，本专利技术可以各种形式来体现。因此，本文中所揭示的特定功能细节不应解释为具有限制性，而是仅解释为权利要求书的基础且解释为用于教示所属领域的技术人员在事实上任何适当详细实施例中以不同方式采用本专利技术的代表性基础。鉴于现有技术中，直接让碳纤维与树脂在打印机头进行混合打印，对打印机硬件要求较高；同时，将碳纤维与树脂在打印机头直接通过熔融法混合，由于存在界面作用，尼龙无法在碳纤维中充分分散均匀，本案专利技术人经过长期研究，提出了一种长丝碳纤维3D打印线材的制备系统及方法，把柔软的碳纤维通过尼龙溶液，再进行热处理，充分保证了尼龙在碳纤维中分散均匀。如下将对该技术方案、其实施过程及原理等作进一步的解释说明。本专利技术实施例的一个方面提供了一种长丝碳纤维3D打印线材的制备方法，包括：使长丝碳纤维原丝从尼龙溶液中连续通过，并使尼龙溶液充分浸润所述长丝碳纤维原丝，获得浸润有尼龙溶液的长丝碳纤维；使浸润有尼龙溶液的长丝碳纤维连续从至少一拉丝模中通过，之后进行干燥和热处理，获得长丝碳纤维3D打印线材。在一些优选实施例中，在所述尼龙溶液中设置多个滚轮，并使长丝碳纤维原丝从所述多个滚轮中依次通过，直至使尼龙溶液充分浸润所述长丝碳纤维原丝。在一些优选实施例中，所述长丝碳纤维3D打印线材的制备方法，还包括：将所述尼龙溶液盛装于密封容器中，并使长丝碳纤维原丝从所述尼龙溶液中通过。在一些优选实施例中，所述长丝碳纤维原丝的型号为1K-12K，所述拉丝模的直径为400-1000μm，所述尼龙溶液包括尼龙6和溶剂；优选的，所述尼龙溶液包括按照重量份计算的如下组分：80-90份溶剂和10-20份尼龙6。在一些优选实施例中，所述长丝碳纤维3D打印线材的制备方法，包括：通过鼓风设备对从拉丝模中通过的、浸润有尼龙溶液的长丝碳纤维进行干燥处理。在一些优选实施例中，所述长丝碳纤维3D打印线材的制备方法，包括：以250℃-300℃的温度对经干燥处理后所获得的尼龙/长丝碳纤维复合线材进行热处理，使尼龙在所述线材中熔融浸润，从而形成所述长丝碳纤维3D打印线材。在一些优选实施例中，本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种长丝碳纤维3D打印线材的制备方法，其特征在于包括：/n使长丝碳纤维原丝从尼龙溶液中连续通过，并使尼龙溶液充分浸润所述长丝碳纤维原丝，获得浸润有尼龙溶液的长丝碳纤维；/n使浸润有尼龙溶液的长丝碳纤维连续从至少一拉丝模中通过，之后进行干燥和热处理，获得长丝碳纤维3D打印线材。/n

【技术特征摘要】
1.一种长丝碳纤维3D打印线材的制备方法，其特征在于包括：
使长丝碳纤维原丝从尼龙溶液中连续通过，并使尼龙溶液充分浸润所述长丝碳纤维原丝，获得浸润有尼龙溶液的长丝碳纤维；
使浸润有尼龙溶液的长丝碳纤维连续从至少一拉丝模中通过，之后进行干燥和热处理，获得长丝碳纤维3D打印线材。


2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于包括：在所述尼龙溶液中设置多个滚轮，并使长丝碳纤维原丝从所述多个滚轮中依次通过，直至使尼龙溶液充分浸润所述长丝碳纤维原丝。


3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于还包括：将所述尼龙溶液盛装于密封容器中，并使长丝碳纤维原丝从所述尼龙溶液中通过。


4.根据权利要求1-3中任一项所述的制备方法，其特征在于：所述长丝碳纤维原丝的型号为1K-12K，和/或，所述拉丝模的直径为400-1000μm，和/或，所述尼龙溶液包括尼龙6和溶剂；优选的，所述尼龙溶液包括按照重量份计算的如下组分：80-90份溶剂和10-20份尼龙6。


5.根据权利要求1-3中任一项所述的制备方法，其特征在于包括：通过鼓风设备对从拉丝模中通过的、浸润有尼龙溶液的长丝碳纤维进行干燥处理。


6.根据权利要求1-3中任一项所述的制备方法，其特征在于包括：以250℃-300℃的温度对经干燥处理后所获得的尼龙/长丝碳纤维复合线材进行热处理，使尼龙在所述线材中熔融浸润，从而形成所述长丝碳纤维3D打印线材。


7.根据权利要求1-3中任一项所述的制备方法，其特征...

【专利技术属性】
技术研发人员：邹东升，张永毅，朱军，翟建峰，段满玉，李畅东，牛宇涛，
申请(专利权)人：中国科学院苏州纳米技术与纳米仿生研究所南昌研究院，
类型：发明
国别省市：江西;36