一种FDM快速打印用复合材料及其制备方法技术

本发明专利技术涉及一种FDM快速打印用复合材料及其制备方法，属于3D打印材料技术领域。该复合材料按照重量份计包括：聚乳酸母粒100份、木粉45

【技术实现步骤摘要】
一种FDM快速打印用复合材料及其制备方法


[0001]本专利技术属于3D打印材料
，具体地，涉及一种FDM快速打印用复合材料及其制备方法。

技术介绍

[0002]3D打印又称增材制造，是以数字化模型为基础，将材料逐层堆积打印出实体物品的新兴制造技术。3D打印具有制造周期短，节材节能的优势。对于复杂结构的成型，更是具有传统技术不可取代的优势。它与计算机人工智能高度融合，给传统制造业带来革命性影响，是新一轮工业革命的标志性技术之一。
[0003]目前，3D打印技术主要包括：熔融沉积成型(FDM)、光固化立体成型、分层实体制造成型、电子束选区熔化成型等，其中，FDM成本低、体积小、无污染、操作简单、成型效率高，成为市场化、商业化程度最高、增长最快的3D打印技术。现有用于FDM 3D打印的材料主要有聚乳酸、聚己内酯、聚丙烯腈
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丁二烯
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苯乙烯、聚乙烯醇等，其中，聚乳酸具有较低的玻璃化温度、凝固收缩率低、生物降解性好，被广泛应用在FDM成型材料中。
[0004]木塑复合材料是今年兴起的新型复合材料，对天然材料充分利用，制成的材料更加的健康环保，在建材、家具和包装行业中具有广泛的应用前景。现有技术中也出现大量关于将聚乳酸和天然材料结合的报道，但是，天然材料与聚乳酸的结合性能不佳，其填充在聚乳酸基体中形成外来缺陷，使得聚乳酸的力学性能急剧恶化，因此，现有技术主要是通过复配各种相容助剂改善天然材料与聚乳酸的界面性能，在一定程度上可改善两者的分散和结合性能，但是，外加相容剂的用量较高，影响聚乳酸的自身强度；因此，本申请基于FDM成型技术，旨在开发具有优异力学性能的木塑打印材料。

技术实现思路

[0005]为了解决
技术介绍
中提到的技术问题，本专利技术的目的在于提供一种FDM快速打印用复合材料及其制备方法。
[0006]本专利技术的目的可以通过以下技术方案实现：
[0007]一种FDM快速打印用复合材料，按照重量份计包括如下原料：
[0008]聚乳酸母粒100份、木粉45
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60份、复合增强剂12
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16份、抗氧剂0.15
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0.2份、防粘剂1.8
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2.2份和加工助剂1.5
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2.5份；
[0009]所述复合增强剂由以下方法制备：
[0010]步骤A1：将3
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氨基丙基三乙氧基硅烷、三乙胺、沸石分子筛和四氢呋喃混匀，采用冰水浴控制温度不高于10℃，施加180
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240rpm机械搅拌，缓慢加入丙烯酰氯，控制加入反应时间为3
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4h，反应结束过滤，对滤液减压旋蒸脱除四氢呋喃和过量的丙烯酰氯，得到改性单体；
[0011]进一步地，3
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氨基丙基三乙氧基硅烷、丙烯酰氯、三乙胺、沸石分子筛和四氢呋喃的用量比为0.1mol：0.22
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0.24mol：12
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15mL：0.2
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0.3g：80
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100mL，三乙胺作为缚酸剂，促进
丙烯酰氯和3
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氨基丙基三乙氧基硅烷反应。
[0012]步骤A2：将活性硅灰和乙醇溶液超声分散处理，加入硅烷偶联剂KH570混匀，用盐酸调节混合液的pH值为3.5
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4.5，搅拌水解40min
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1h，之后用氨水调节至中性，静置偶联12h，取底层沉淀干燥、打散，得到偶联强化料；
[0013]进一步地，活性硅灰、硅烷偶联剂KH570和乙醇溶液的用量比为50g：3.5
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4.2mL：180
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230mL，乙醇溶液的质量分数为30％，活性硅灰分散于乙醇溶液中，在表现产生大量活性羟基，硅烷偶联剂KH570在酸性条件下充分水解，之后在碱性下与活性硅灰偶联，向活性硅灰表面引入双键修饰。
[0014]步骤A3：将N
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甲基二烯丙基胺、改性单体、异氰酸酯丙烯酸乙酯、偶氮二异丁腈和无水甲苯混合，采用干燥氮气保护，升温至62
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68℃，施加80
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120rpm机械搅拌，恒温反应30
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40min，之后再加入偶联强化料，继续恒温搅拌反应1.3
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1.6h，反应结束减压旋蒸脱除无水甲苯，得到复合增强剂；
[0015]进一步地，N
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甲基二烯丙基胺、改性单体、异氰酸酯丙烯酸乙酯、偶联强化料、偶氮二异丁腈和无水甲苯的用量比为0.1mol：30
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40mmol：0.15
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0.2mol：5.5
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7g：10
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15mg：60
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80mL，N
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甲基二烯丙基胺、改性单体和异氰酸酯丙烯酸乙酯先在偶氮二异丁腈引发下嵌段低聚，侧链上引入的乙氧基硅烷结构与偶联强化料具有良好的相容性，使得后加入的偶联强化料可均匀分散到低聚物中，并且使得偶联强化料表面接枝的双键与低聚物中的不饱和键继续聚合，形成复合聚合物。
[0016]进一步地，木粉由100
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200目的微粉级配而成。
[0017]进一步地，抗氧剂由抗氧剂1010和抗氧剂168复配而成。
[0018]进一步地，防粘剂由微晶石蜡和硬脂酸钙复配而成。
[0019]进一步地，加工助剂为乙撑双硬脂酰胺。
[0020]一种FDM快速打印用复合材料的制备方法，具体包括如下步骤：
[0021]步骤S1：将聚乳酸母粒、木粉、复合增强剂、抗氧剂、防粘剂和加工助剂投料，采用高混机混匀，得到配合料；
[0022]步骤S2：将配合料熔融挤出，控制挤出机料筒温度依次为：一区175℃，二区180℃，三区180℃，四区170℃，口模温度为180℃，之后拉丝定径，得到FDM快速打印用复合材料。
[0023]本专利技术的有益效果：
[0024]本专利技术公开的复合材料以聚乳酸为基体，木粉为主要填充材料，具有高生物降解性，通过自制的复合增强剂改善聚乳酸和木粉的结合能力，获得良好的综合力学性能；该复合增强剂由丙烯酰氯和3
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氨基丙基三乙氧基硅烷取代反应，得到具有双键和三乙氧基硅烷结构的改性单体，通过硅烷偶联剂KH570对活性硅灰处理，向活性硅灰表面引入双键修饰，得到偶联强化料，之后将N
‑
甲基二烯丙基胺、改性单体和异氰酸酯丙烯酸乙酯先在偶氮二异丁腈引发下嵌段低聚，后加入偶联强化料表面接枝的双键与低聚物中的不饱和键继续聚合，形成复合聚合物；该复合聚合物的主链为聚烯烃结构，与聚乳酸基体具有良好的相容性，利于均匀分散到聚乳酸基体中，从而携带硅灰均匀分散，硅灰是一种无机刚性材料，其在聚乳酸基体中作为强化骨架，有利于降低聚乳酸的收缩率，另外，复合增强剂的分子侧链上通过共聚引入大量的异氰酸酯基，其与本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种FDM快速打印用复合材料，其特征在于，按照重量份计包括：聚乳酸母粒100份、木粉45
‑
60份、复合增强剂12
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16份、抗氧剂0.15
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0.2份、防粘剂1.8
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2.2份和加工助剂1.5
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2.5份；所述复合增强剂由以下方法制备：步骤A1：将3
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氨基丙基三乙氧基硅烷、三乙胺、沸石分子筛和四氢呋喃混匀，控制温度不高于10℃，搅拌并缓慢加入丙烯酰氯，控制加入反应时间为3
‑
4h，反应结束过滤、减压旋蒸，得到改性单体；步骤A2：将活性硅灰和乙醇溶液超声分散，加入硅烷偶联剂KH570混匀，用盐酸调节混合液的pH值为3.5
‑
4.5，搅拌水解40min
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1h，之后用氨水调节至中性，静置偶联12h，取底层沉淀干燥、打散，得到偶联强化料；步骤A3：将N
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甲基二烯丙基胺、改性单体、异氰酸酯丙烯酸乙酯、偶氮二异丁腈和无水甲苯混合，采用干燥氮气保护，升温至62
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68℃，恒温搅拌反应30
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40min，之后再加入偶联强化料，继续恒温搅拌反应1.3
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1.6h，反应结束减压旋蒸脱除，得到复合增强剂。2.根据权利要求1所述的一种FDM快速打印用复合材料，其特征在于，3
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氨基丙基三乙氧基硅烷、丙烯酰氯、三乙胺、沸石分子筛和四氢呋喃的用量比为0.1mol：0.22
‑
0.24mol：12
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15mL：0.2
‑
0.3g：80...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈盛贵，林世泳，黄泉福，张翠薇，黄柱森，
申请(专利权)人：阳春市墨儿谷新材料有限公司，
类型：发明
国别省市：