本发明专利技术涉及3D打印技术领域，尤其涉及一种颗粒挤出式碳纤维增强3D打印材料及其制备方法和应用。本发明专利技术提供了一种颗粒挤出式碳纤维增强3D打印材料，按照质量份数计，包括0～40份的改性碳纤维和60～100份的聚酰胺，且所述改性碳纤维的用量不为0；所述改性碳纤维通过将碳纤维依次进行氧化处理和偶联剂处理得到。本发明专利技术对碳纤维进行改性后能够有效的修饰碳纤维与聚合物材料的界面，改善碳纤维增强聚合物材料的相容性；聚酰胺可以有效填充碳纤维表面氧化形成的微结构，从物理层面提高聚合物与碳纤维的界面结合力。纤维的界面结合力。纤维的界面结合力。
【技术实现步骤摘要】
一种颗粒挤出式碳纤维增强3D打印材料及其制备方法和应用
[0001]本专利技术涉及3D打印
，尤其涉及一种颗粒挤出式碳纤维增强3D打印材料及其制备方法和应用。
技术介绍
[0002]增材制造技术俗成3D打印，是一种快速成型技术。它以数字化的模型文件及切片为基础，通过加热熔融聚合物3D打印线材逐层堆积构建物体。不仅能够有效提高材料利用率，而且能够快速制造传统工艺难以加工的复杂结构。但是熔融沉积打印对材料的刚性、丝材直径的稳定性、丝材表面的整洁度有很高的要求，只有少数材料能够满足要求并进行商业生产，因此可选择的丝材种类较少且制备成本高。而相应增强复合材料丝材的制备更难、成本更高，打印制品的力学性能无法得到进一步的改善。同时，熔融沉积打印的流量及速度受到打印丝材的直径及进料速度的限制，阻碍生产效率的提高。而新型的熔融挤出式3D打印机采用颗粒原料作为耗材，不需要二次加工造丝，减少了不必要的时间与成本消耗。颗粒式熔融挤出3D打印机的提出将提升制品的性能，拓展3D打印的应用范围。
[0003]随着3D打印的发展与产业的需要，在材料的制备以及改性的过程中，纯材料难以满足机械性能的要求，因此碳纤维增强、共混以及相容改性是开发颗粒式3D打印新材料的重要且必要手段。然而，惰性碳纤维表面与极性聚酰胺容易发生界面脱粘导致增强聚合物材料的失效，因此通过共混制备的碳纤维增强聚合物的机械性能难以满足使用要求。
技术实现思路
[0004]本专利技术的目的在于提供一种颗粒挤出式碳纤维增强3D打印材料及其制备方法和应用，所述3D打印材料可满足更高的机械性能要求。
[0005]为了实现上述专利技术目的，本专利技术提供以下技术方案：
[0006]本专利技术提供了一种颗粒挤出式碳纤维增强3D打印材料，按照质量份数计，制备原料包括0～40份的改性碳纤维和60～100份的聚酰胺，且所述改性碳纤维的用量不为0；
[0007]所述改性碳纤维通过将碳纤维依次进行氧化处理和偶联剂处理得到。
[0008]优选的，所述聚酰胺包括低粘度聚酰胺和高粘度聚酰胺；
[0009]所述低粘度聚酰胺的相对粘度＜2.47，所述高粘度聚酰胺的相对粘度＞2.7。
[0010]优选的，所述低粘度聚酰胺和高粘度聚酰胺的质量比为(0～35)：(100～65)。
[0011]优选的，所述改性碳纤维的制备方法包括以下步骤：
[0012]将碳纤维和氧化剂混合后，进行氧化处理，得到氧化处理后的碳纤维；
[0013]将所述氧化处理后的碳纤维在偶联剂溶液中进行浸渍后，固化，得到所述改性碳纤维。
[0014]优选的，所述氧化剂包括双氧水、硝酸或硫酸；
[0015]所述氧化处理的温度为室温，时间为5～60s。
[0016]优选的，所述偶联剂溶液的浓度为0.005～0.1mol/L；
[0017]所述偶联剂溶液中的偶联剂为氨基硅烷偶联剂、环氧基硅烷偶联剂和乙烯酰氧基硅烷偶联剂中的一种或几种。
[0018]优选的，所述偶联剂为γ
‑
氨丙基三甲氧基硅烷、3
‑
氨丙基三乙氧基硅烷、N
‑2‑
氨乙基
‑3‑
氨丙基三甲氧基硅烷、N
‑2‑
氨乙基
‑3‑
氨丙基甲基二甲氧基硅烷、γ
‑
二乙烯三胺丙基甲基二甲氧基硅烷、γ
‑
氨丙基甲基二乙氧基硅烷、3
‑
缩水甘油醚氧基丙基三甲氧基硅烷、3
‑
(2,3
‑
环氧丙氧)丙基三乙氧基硅烷、3
‑
(2,3
‑
环氧丙氧)丙基甲基二甲氧基硅烷和乙烯酰氧基硅烷中的一种或几种。
[0019]本专利技术还提供了上述技术方案所述的颗粒挤出式碳纤维增强3D打印材料的制备方法，包括以下步骤：
[0020]将改性碳纤维和聚酰胺混合后，依次进行挤出、喂料和牵引切粒，得到所述颗粒挤出式碳纤维增强3D打印材料。
[0021]优选的，所述挤出的转速为250～400rpm，所述喂料的速度为10～50kg/h，所述牵引切粒的速度为600～800转/min。
[0022]本专利技术还提供了上述技术方案所述的颗粒挤出式碳纤维增强3D打印材料或上述技术方案所述的制备方法制备得到的颗粒挤出式碳纤维增强3D打印材料在3D打印领域中的应用。
[0023]本专利技术提供了一种颗粒挤出式碳纤维增强3D打印材料，按照质量份数计，制备原料包括0～40份的改性碳纤维和60～100份的聚酰胺，且所述改性碳纤维的用量不为0；所述改性碳纤维通过将碳纤维依次进行氧化处理和偶联剂处理得到。
[0024]与现有技术相比，本专利技术具有以下有益效果：
[0025]1)本专利技术对碳纤维进行改性后可以使在碳纤维表面获得大量的活性官能团(羟基基团)有助于与后续表面处理及的结合，能够有效的修饰碳纤维与聚合物材料的界面，改善碳纤维增强聚合物材料的相容性；
[0026]2)本专利技术所述的聚酰胺可以有效填充碳纤维表面氧化形成的微结构，从物理层面提高聚合物与碳纤维的界面结合。
附图说明
[0027]图1为本专利技术所述的颗粒挤出式碳纤维增强3D打印材料的制备流程、实施例中3D打印和制备得到的测试件的示意图；
[0028]图2为本专利技术所述的颗粒挤出式碳纤维增强3D打印材料的界面增强机理；
[0029]图3为实施例2所述的颗粒挤出式碳纤维增强3D打印材料中改性碳纤维和聚酰胺的界面形貌图。
具体实施方式
[0030]本专利技术提供了一种颗粒挤出式碳纤维增强3D打印材料，按照质量份数计，制备原料包括0～40份的改性碳纤维和60～100份的聚酰胺，且所述改性碳纤维的用量不为0；
[0031]所述改性碳纤维通过将碳纤维依次进行氧化处理和偶联剂处理得到。
[0032]在本专利技术中，若无特殊说明，所有制备原料均为本领域技术人员熟知的市售产品。
[0033]按照质量份数计，本专利技术所述颗粒挤出式碳纤维增强3D打印材料包括0～40份改
性碳纤维，优选为5～30份，更优选为14～25份。
[0034]在本专利技术中，所述改性碳纤维的制备方法包括以下步骤：
[0035]将碳纤维和氧化剂混合后，进行氧化处理，得到氧化处理后的碳纤维；
[0036]将所述氧化处理后的碳纤维在偶联剂溶液中进行浸渍后，固化，得到所述改性碳纤维。
[0037]本专利技术将碳纤维和氧化剂混合后，进行氧化处理，得到氧化处理后的碳纤维。
[0038]在本专利技术中，所述混合前还优选包括将所述碳纤维进行高温处理，所述高温处理的温度优选为350～550℃，更优选为400～500℃，最优选为420～480℃；时间优选为5～15min，更优选为8～12min。在本专利技术中，所述高温处理的目的是去除商用碳纤维表面的上浆剂。
[0039]在本专利技术中，所述氧化剂优选包括双氧水、硝酸或本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种颗粒挤出式碳纤维增强3D打印材料，其特征在于，按照质量份数计，制备原料包括0～40份的改性碳纤维和60～100份的聚酰胺，且所述改性碳纤维的用量不为0；所述改性碳纤维通过将碳纤维依次进行氧化处理和偶联剂处理得到。2.如权利要求1所述的颗粒挤出式碳纤维增强3D打印材料，其特征在于，所述聚酰胺包括低粘度聚酰胺和高粘度聚酰胺；所述低粘度聚酰胺的相对粘度＜2.47，所述高粘度聚酰胺的相对粘度＞2.7。3.如权利要求2所述的颗粒挤出式碳纤维增强3D打印材料，其特征在于，所述低粘度聚酰胺和高粘度聚酰胺的质量比为(0～35)：(100～65)。4.如权利要求1所述的颗粒挤出式碳纤维增强3D打印材料，其特征在于，所述改性碳纤维的制备方法包括以下步骤：将碳纤维和氧化剂混合后，进行氧化处理，得到氧化处理后的碳纤维；将所述氧化处理后的碳纤维在偶联剂溶液中进行浸渍后，固化，得到所述改性碳纤维。5.如权利要求4所述的颗粒挤出式碳纤维增强3D打印材料，其特征在于，所述氧化剂包括双氧水、硝酸或硫酸；所述氧化处理的温度为室温，时间为5～60s。6.如权利要求4所述的颗粒挤出式碳纤维增强3D打印材料，其特征在于，所述偶联剂溶液的浓度为0.005～0.1mol/L；所述偶联剂溶液中的偶联剂为氨基硅烷偶联剂、环氧基硅烷偶联剂和乙烯酰氧基硅烷偶联剂中的一种或几种。7.如权利要求6所述的颗粒挤出式碳纤维增强3D打印材料，其特征在于，所述偶联剂为γ
【专利技术属性】
技术研发人员：李熹平，王思思，董卫平，汪斌，胡仲略，
申请(专利权)人：浙江超领智能科技有限公司，
类型：发明
国别省市：
还没有人留言评论。发表了对其他浏览者有用的留言会获得科技券。