用于熔融層積技術(shù)的塑料耗材及其制備方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了用于熔融層積技術(shù)的塑料耗材，包括塑料基體和增強(qiáng)材料，所述塑料基體為聚酰亞胺、聚醚酰亞胺、聚芳醚酮、聚芳砜、聚醚砜、聯(lián)苯聚醚砜、聚苯硫醚、聚酯液晶或氟樹脂，所述增強(qiáng)材料為碳纖維粉、玻纖粉或無機(jī)礦物材料，所述增強(qiáng)材料尺寸為0.05～0.2毫米，所述增強(qiáng)材料質(zhì)量為塑料耗材的5％-30％，本發(fā)明的塑料耗材呈實(shí)心圓形、空心絲狀結(jié)構(gòu)、扁形帶狀結(jié)構(gòu)或波浪形結(jié)構(gòu)，其直徑為1～5mm。本發(fā)明向塑料基體中加入增強(qiáng)材料之后可以降低材料在打印過程中的由于收率導(dǎo)致的產(chǎn)品變形，同時(shí)可以更進(jìn)一步提高材料的強(qiáng)度和耐溫等級(jí)，獲得更高精度、更優(yōu)良打印效果的打印產(chǎn)品。
【專利說明】用于熔融層積技術(shù)的塑料耗材及其制備方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于三維增材制造【技術(shù)領(lǐng)域】，涉及三維增材制造原材料，特別涉及一種用 于熔融層積技術(shù)的塑料耗材及其制備方法。

【背景技術(shù)】
[0002] 增材制造技術(shù)又稱為"3D打印技術(shù)"，是當(dāng)前受到高度關(guān)注的新型制造技術(shù)，它與 機(jī)器人技術(shù)、人工智能技術(shù)一起被稱為推動(dòng)第三次工業(yè)革命的關(guān)鍵技術(shù)。熔融沉積法是一 種應(yīng)用非常廣泛的3D打印技術(shù)，它是將絲狀的熱熔性材料加熱融化，同時(shí)三維噴頭在計(jì)算 機(jī)的控制下，根據(jù)截面輪廓信息，將材料選擇性地涂敷在工作臺(tái)上，快速冷卻后形成一層截 面；然后重復(fù)以上過程，繼續(xù)熔噴沉積，直至形成整個(gè)實(shí)體造型。
[0003] 目前，常使用的打印耗材是PLA或ABS這類工程塑料耗材，但是這類耗材打印所得 制品的強(qiáng)度較低，實(shí)用性差，只用于制造模型或玩具。為拓展熔融層積技術(shù)的應(yīng)用范圍，需 要開發(fā)新型打印耗材，使用該耗材打印得到的產(chǎn)品可以直接應(yīng)用于工業(yè)領(lǐng)域，作為功能件 來使用。
[0004] 特種工程塑料主要用于高科技，軍事和宇航、航空等工業(yè)，如聚酰亞胺PI、聚醚酰 亞胺PEI、聚芳醚酮PAEK、聚芳砜PSF、聚醚砜PES、聯(lián)苯聚醚砜PPSU，聚苯硫醚PPS、聚酯液 晶LCP、氟樹脂PFA等，這類塑料長期使用溫度在150°C以上，具有耐高溫、高強(qiáng)度、高模量等 優(yōu)點(diǎn)，可用于3D打印。
[0005] 然而，特種工程塑料純樹脂在3D打印過程中也存在收縮率過大，強(qiáng)度仍然無法滿 足要求的缺點(diǎn)。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0006] 有鑒于此，本發(fā)明的目的在于提供一種用于熔融層積技術(shù)的塑料耗材以及制備該 塑料耗材的方法。
[0007] 為達(dá)到上述目的，本發(fā)明提供如下技術(shù)方案：
[0008] 用于熔融層積技術(shù)的塑料耗材，包括塑料基體和增強(qiáng)材料，所述塑料基體為聚酰 亞胺、聚醚酰亞胺、聚芳醚酮、聚芳砜、聚醚砜、聯(lián)苯聚醚砜、聚苯硫醚、聚酯液晶或氟樹脂中 的任意一種或多種，所述增強(qiáng)材料為碳纖維粉、玻纖粉、鈦白粉、二氧化硅、氫氧化鋁、氫氧 化鎂或滑石粉，所述增強(qiáng)材料尺寸為〇. 05?0. 2毫米，所述增強(qiáng)材料質(zhì)量為塑料耗材的 5% -30%。
[0009] 作為本發(fā)明用于熔融層積技術(shù)塑料耗材的優(yōu)選，所述塑料耗材呈實(shí)心圓形、空心 絲狀結(jié)構(gòu)、扁形帶狀結(jié)構(gòu)或波浪形結(jié)構(gòu)，其直徑為1?5_。
[0010] 作為本發(fā)明用于熔融層積技術(shù)塑料耗材的優(yōu)選，所述塑料耗材由塑料基體和增強(qiáng) 材料共混擠出成型制得。
[0011] 作為本發(fā)明用于熔融層積技術(shù)塑料耗材的另一種優(yōu)選，還包括偶聯(lián)劑，所述偶聯(lián) 劑為硅烷偶聯(lián)劑、鈦酸酯偶聯(lián)劑、鉻絡(luò)合物偶聯(lián)劑或鋯偶聯(lián)劑，所述增強(qiáng)材料經(jīng)偶聯(lián)劑改性 后與增強(qiáng)材料共混擠出成型。
[0012] 作為本發(fā)明用于熔融層積技術(shù)塑料耗材的進(jìn)一步優(yōu)選，所述偶聯(lián)劑質(zhì)量為增強(qiáng)材 料的0. 5?5%。
[0013] 本發(fā)明制備用于熔融層積技術(shù)的塑料耗材的方法，首先按配比選取塑料基體和增 強(qiáng)材料，然后混合所選原材料并用雙螺桿或單螺桿擠出機(jī)熔融擠出成型得產(chǎn)品。
[0014] 作為本發(fā)明制備用于熔融層積技術(shù)塑料耗材方法的優(yōu)選，混合增強(qiáng)材料和塑料基 體前還包括采用硅烷偶聯(lián)劑、鈦酸酯偶聯(lián)劑、鉻絡(luò)合物偶聯(lián)劑或鋯偶聯(lián)劑對(duì)增強(qiáng)材料改性 的步驟。
[0015] 本發(fā)明的有益效果在于：
[0016] 1、本發(fā)明向塑料基體中加入適量的增強(qiáng)材料，加入增強(qiáng)材料之后可以降低材料在 打印過程中的由于收率導(dǎo)致的產(chǎn)品變形，同時(shí)可以更進(jìn)一步提高材料的強(qiáng)度和耐溫等級(jí)， 獲得更高精度、更優(yōu)良打印效果的打印產(chǎn)品。
[0017] 2、本發(fā)明用硅烷偶聯(lián)劑、鈦酸酯偶聯(lián)劑、鉻絡(luò)合物偶聯(lián)劑或鋯偶聯(lián)劑對(duì)增強(qiáng)材料 改性，改性后的增強(qiáng)材料可以快速均勻的分散在熔融的塑料流體中；另外，本發(fā)明改性劑與 基體塑料親和性強(qiáng)，可以與基體塑料通過類似于互穿聚合物網(wǎng)絡(luò)交聯(lián)機(jī)理緊密結(jié)合；最后， 本發(fā)明所添加的改性劑可以起到潤滑、增強(qiáng)增韌、阻燃以及提高加工性能的作用。

【具體實(shí)施方式】
[0018] 下面對(duì)本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例進(jìn)行詳細(xì)的描述。
[0019] 以下實(shí)施例將公開一種用于熔融層積技術(shù)的塑料耗材，包括塑料基體和增強(qiáng)材 料，所述塑料基體為聚酰亞胺、聚醚酰亞胺、聚芳醚酮、聚芳砜、聚醚砜、聯(lián)苯聚醚砜、聚苯硫 醚、聚酯液晶或氟樹脂，所述增強(qiáng)材料為碳纖維粉、玻纖粉、鈦白粉、二氧化硅、氫氧化鋁、氫 氧化鎂或滑石粉，所述增強(qiáng)材料尺寸為〇. 05?0. 2毫米，所述增強(qiáng)材料質(zhì)量為塑料耗材的 5% -30%。
[0020] 其中：所述塑料耗材呈實(shí)心圓形、空心絲狀結(jié)構(gòu)、扁形帶狀結(jié)構(gòu)或波浪形結(jié)構(gòu)，其 直徑為1?5mm ;
[0021] 所述塑料耗材由塑料基體和增強(qiáng)材料共混擠出成型制得；
[0022] 作為以下實(shí)施例的優(yōu)選，還包括偶聯(lián)劑，所述偶聯(lián)劑為硅烷偶聯(lián)劑、鈦酸酯偶聯(lián) 齊U、鉻絡(luò)合物偶聯(lián)劑或鋯偶聯(lián)劑，所述增強(qiáng)材料經(jīng)偶聯(lián)劑改性后與增強(qiáng)材料共混擠出成型， 其中，偶聯(lián)劑質(zhì)量為增強(qiáng)材料的〇. 5?5%。
[0023] 實(shí)施例1 :
[0024] 本實(shí)施例制備用于熔融層積技術(shù)的塑料耗材的方法，包括以下步驟：
[0025] 1)選取9份塑料基體材料和1份增強(qiáng)材料；其中塑料基體為粒徑為1mm的熱塑性 聚酰亞胺粉體，增強(qiáng)材料是粒徑為〇. 08-0. 12mm的碳纖維粉；
[0026] 2)取0. 01份硅烷偶聯(lián)劑與步驟1)的增強(qiáng)材料混合加熱，得到改性的增強(qiáng)材料；
[0027] 3)混合步驟1)的塑料基體材料與步驟2)改性的增強(qiáng)材料，并加入單螺桿擠出機(jī) 擠出成型；
[0028] 擠出工藝過程如下：
[0029] 首先混合所選原材料并加入適量的添加劑，然后將原料在150°C下烘烤干燥3小 時(shí)；接著在單螺桿擠出機(jī)中熔融后通過模頭擠出，最后利用水冷或風(fēng)冷冷卻。
[0030] 本實(shí)施例通過調(diào)整模頭、溫度和牽引速率，最終得到直徑為1. 6-1. 8mm的實(shí)心圓 形塑料耗材。
[0031] 實(shí)施例2:
[0032] 本實(shí)施例制備用于熔融層積技術(shù)的塑料耗材的方法，包括以下步驟：
[0033] 1)選取8份塑料基體材料和2份增強(qiáng)材料；其中塑料基體為粒徑為5mm的聚芳醚 酮粉體，增強(qiáng)材料是粒徑為〇. 1-0. 18mm的玻璃纖維；
[0034] 2)取0. 05份鈦酸酯偶聯(lián)劑與步驟1)的增強(qiáng)材料混合加入乙醇溶液中，采用高能 量超聲波（20kHz，4000W)處理2h，混合后過濾掉乙醇，洗滌3-5次，再干燥得打改性的增強(qiáng) 材料；
[0035] 3)混合步驟1)的塑料基體材料與步驟2)改性的增強(qiáng)材料，并加入雙螺桿擠出機(jī) 擠出成型。擠出工藝過程如實(shí)施例1，不同的是在擠出模頭變?yōu)榭招哪ｎ^。
[0036] 本實(shí)施例所制得的塑料耗材呈空心絲狀結(jié)構(gòu)，其直徑為3mm。
[0037] 需要說明的是，上優(yōu)選實(shí)施例僅用以說明本發(fā)明的技術(shù)方案而非限制，當(dāng)塑料基 體為聚酰亞胺、聚醚酰亞胺、聚芳醚酮、聚芳砜、聚醚砜、聯(lián)苯聚醚砜、聚苯硫醚、聚酯液晶或 氟樹脂，增強(qiáng)材料為碳纖維粉、玻纖粉、鈦白粉、二氧化硅、氫氧化鋁、氫氧化鎂或滑石粉，增 強(qiáng)材料尺寸為0. 05?0. 2毫米，增強(qiáng)材料質(zhì)量為塑料耗材的5% -30%;所采用的還可以是 鉻絡(luò)合物偶聯(lián)劑或鋯偶聯(lián)劑，偶聯(lián)劑質(zhì)量為增強(qiáng)材料的〇. 5?5%時(shí)，均能夠獲得具有優(yōu)異 性能的適用于熔融層積技術(shù)的塑料耗材。本發(fā)明所制得的塑料耗材的形狀還可以是扁形帶 狀結(jié)構(gòu)或波浪形結(jié)構(gòu)，其直徑可以是1?5mm的任意值。
[0038] 最后說明的是，以上優(yōu)選實(shí)施例僅用以說明本發(fā)明的技術(shù)方案而非限制，盡管通 過上述優(yōu)選實(shí)施例已經(jīng)對(duì)本發(fā)明進(jìn)行了詳細(xì)的描述，但本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解，可以在 形式上和細(xì)節(jié)上對(duì)其作出各種各樣的改變，而不偏離本發(fā)明權(quán)利要求書所限定的范圍。
【權(quán)利要求】
1. 用于熔融層積技術(shù)的塑料耗材，其特征在于：包括塑料基體和增強(qiáng)材料，所述塑料 基體為聚酰亞胺、聚醚酰亞胺、聚芳醚酮、聚芳砜、聚醚砜、聯(lián)苯聚醚砜、聚苯硫醚、聚酯液晶 或氟樹脂中的任意一種或多種，所述增強(qiáng)材料為碳纖維粉、玻纖粉、鈦白粉、二氧化硅、氫氧 化鋁、氫氧化鎂或滑石粉，所述增強(qiáng)材料尺寸為0. 05?0. 2毫米，所述增強(qiáng)材料質(zhì)量為塑料 耗材的5% -30%。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述用于熔融層積技術(shù)的塑料耗材，其特征在于：所述塑料耗材呈 實(shí)心圓形、空心絲狀結(jié)構(gòu)、扁形帶狀結(jié)構(gòu)或波浪形結(jié)構(gòu)，其直徑為1?5_。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述用于熔融層積技術(shù)的塑料耗材，其特征在于：所述塑料耗材由 塑料基體和增強(qiáng)材料共混擠出成型制得。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述用于熔融層積技術(shù)的塑料耗材，其特征在于：還包括偶聯(lián)劑，所 述偶聯(lián)劑為硅烷偶聯(lián)劑、鈦酸酯偶聯(lián)劑、鉻絡(luò)合物偶聯(lián)劑或鋯偶聯(lián)劑，所述增強(qiáng)材料經(jīng)偶聯(lián) 劑改性后與增強(qiáng)材料共混擠出成型。
5. 根據(jù)權(quán)利要求4所述用于熔融層積技術(shù)的塑料耗材，其特征在于：所述偶聯(lián)劑質(zhì)量 為增強(qiáng)材料的0.5?5%。
6. 制備權(quán)利要求1-5任意一項(xiàng)所述用于熔融層積技術(shù)的塑料耗材的方法，其特征在 于：首先按配比選取塑料基體和增強(qiáng)材料，然后混合所選原材料并用雙螺桿或單螺桿擠出 機(jī)熔融擠出成型得產(chǎn)品。
7. 根據(jù)權(quán)利要求6所述制備用于熔融層積技術(shù)的塑料耗材的方法，其特征在于：混合 增強(qiáng)材料和塑料基體前還包括采用硅烷偶聯(lián)劑、鈦酸酯偶聯(lián)劑、鉻絡(luò)合物偶聯(lián)劑或鋯偶聯(lián) 劑對(duì)增強(qiáng)材料改性的步驟。
【文檔編號(hào)】C08L81/02GK104194334SQ201410366006
【公開日】2014年12月10日 申請(qǐng)日期:2014年7月29日 優(yōu)先權(quán)日:2014年7月29日
【發(fā)明者】饒先花 申請(qǐng)人:中國科學(xué)院重慶綠色智能技術(shù)研究院