本发明涉及3D打印材料，具体涉及碳纤维改性的聚乳酸3D打印线材及其制备方法。
背景技术：
：3D打印机具有操作简单，设备便宜等特点，随着科技的不断进步，其能够打印的类型也越来越多。但是由于目前打印材料强度不够，韧性小、延伸率小的特性，因此在工业中应用受限，目前3D打印线材通常只能用于小型玩具、力学性能低的模型打印问题。因此，为提高3D打印机应用范围，开发一种具有优异力学性能的3D打印线材是本发明亟需解决的问题。技术实现要素：本发明的目的之一是提供条件温和，操作简单的碳纤维改性的聚乳酸3D打印线材的制备方法。本发明的另一目的是提供具有韧性大、抗拉强度大和延伸率大的特性的碳纤维改性的聚乳酸3D打印线材。本发明提供的碳纤维改性的聚乳酸3D打印线材的制备方法，包括：(1)将碳纤维进行氧化处理；(2)将氧化处理后的所述碳纤维浸泡在硅烷偶联剂中以制得碳纤维短棒；(3)将聚乳酸与所述碳纤维短棒混合，接着进行机械成型、冷却以制得碳纤维改性的聚乳酸3D打印线材；其中，所述碳纤维短棒的长度大于150μm且小于200μm。在上述制备方法的步骤(1)中，氧化处理的温度和时间可以在宽的范围内选择，从氧化处理的效果上考虑，优选地，于150-200℃氧化处理30min以上。在上述制备方法的步骤(2)中，浸泡的温度和时间可以在宽的范围内选择，为提高碳纤维短棒的制备效率，优选地，浸泡的时间为20-30min，浸泡的温度为50-65℃。在上述制备方法的步骤(2)中，硅烷偶联剂的浓度可以在宽的范围内选择，为提高碳纤维短棒的制备效率，优选地，硅烷偶联剂的体积浓度为35％-65％。在上述制备方法的步骤(3)中，聚乳酸的形状可以在宽的范围内选择，可以为棒状，线状，颗粒状等，为提高所制得的3D打印线材的强度，优选地，聚乳酸为聚乳酸颗粒；聚乳酸颗粒的大小可以在宽的范围内选择，同样为提高所制得的3D打印线材的强度，优选地，颗粒的粒径为35-40μm。在上述制备方法的步骤(3)中，碳纤维短棒和聚乳酸的用量可以在宽的范围内选择，为提高所制得的3D打印线材的强度，优选地，碳纤维短棒与聚乳酸的重量比为8-12：92-88。在上述制备方法的步骤(3)中，混合的温度和时间可以在宽的范围内选择，但是为了进一步提高该3D打印线材的制备效率，优选地，混合的温度为155-175℃，混合的时间为30min以上。在上述制备方法的步骤(3)中，冷却的方式可以在宽的范围内选择，从冷却效果与成本上考虑，优选地，冷却是采用的水冷的方式。在上述制备方法的步骤(3)中，冷却的温度可以在宽的范围内选择，从冷却效果上考虑，优选地，冷却的温度50-65℃。本发明还提供了上述碳纤维改性的聚乳酸3D打印线材，该3D打印线材通过上述的方法制备而成。通过上述技术方案，本发明通过先对碳纤维进行氧化处理；再将氧化处理后的碳纤维浸泡在硅烷偶联剂中以制得碳纤维短棒；最后将聚乳酸与上述碳纤维短棒混合，接着进行机械成型、冷却以制得碳纤维改性的聚乳酸3D打印线材。在此过程中，氧化处理使碳纤维表面产生-C＝O的含氧活性基团，含氧基团可显著提高碳纤维与硅烷偶联剂的反应能力，使界面形成化学键，大大地改善了界面粘结强度；硅烷偶联剂能够增强材料之间的界面结合强度。该方法是条件温和，操作简单的制备方法，制得的3D打印线材具有优异的机械力学性能。本发明的其他特征和优点将在随后的具体实施方式部分予以详细说明。具体实施方式以下对本发明的具体实施方式进行详细说明。应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于说明和解释本发明，并不用于限制本发明。实施例1(1)将碳纤维于150℃的温度下进行30min的氧化处理；(2)将氧化处理后的碳纤维置于温度为50℃，体积浓度为35％的硅烷偶联剂中，浸泡20min以制得碳纤维短棒；(3)将92重量份粒径为35μm的聚乳酸颗粒与8重量份长度为155μm的碳纤维短棒于155℃的温度下混合30min，接着进行机械成型，并经50℃的水冷却以制得碳纤维改性的聚乳酸3D打印线材A1。实施例2(1)将碳纤维于200℃的温度下进行40min的氧化处理；(2)将氧化处理后的碳纤维置于温度为65℃，体积浓度为65％的硅烷偶联剂中，浸泡30min以制得碳纤维短棒；(3)将88重量份粒径为40μm的聚乳酸颗粒与12重量份长度为195μm的碳纤维短棒于175℃的温度下混合40min，接着进行机械成型，并经65℃的水冷却以制得碳纤维改性的聚乳酸3D打印线材A2。实施例3(1)将碳纤维于180℃的温度下进行35min的氧化处理；(2)将氧化处理后的碳纤维置于温度为60℃，体积浓度为50％的硅烷偶联剂中，浸泡25min以制得碳纤维短棒；(3)将90重量份粒径为38μm的聚乳酸颗粒与10重量份长度为175μm的碳纤维短棒于160℃的温度下混合35min，接着进行机械成型，并经55℃的水冷却以制得碳纤维改性的聚乳酸3D打印线材A3。对比例1按照实施例1的方法进行制得3D打印线材B1，所不同的是，未进行步骤(1)中对碳纤维的氧化处理。对比例2按照实施例2的方法进行制得3D打印线材B2，所不同的是，在步骤(2)所用偶联剂为钛酸酯偶联剂。对比例3按照实施例3的方法进行制得3D打印线材B3，所不同的是，在步骤(3)中未加入碳纤维短棒。检测例1对上述实施例和对比例制得的3D打印线材进行韧性、抗拉强度和软化点的测试，具体结果见表1。表1抗拉强度/MPa韧性/MPa软化点/℃A18297172A27995172A38196170B15492150B25791153B34270132通过上述检测例可知，上述实施例所制备的3D打印线材的韧性大、抗拉强度大、软化点大。通过上述实施例的检测结果得知，本发明提供的碳纤维改性的聚乳酸3D打印线材具有韧性大、抗拉强度大和软化点大的特性。此外，从本发明的制备过程可以看出，本发明提供的碳纤维改性的聚乳酸3D打印线材的制备方法条件温和，操作简单。以上详细描述了本发明的优选实施方式，但是，本发明并不限于上述实施方式中的具体细节，在本发明的技术构思范围内，可以对本发明的技术方案进行多种简单变型，这些简单变型均属于本发明的保护范围。另外需要说明的是，在上述具体实施方式中所描述的各个具体技术特征，在不矛盾的情况下，可以通过任何合适的方式进行组合，为了避免不必要的重复，本发明对各种可能的组合方式不再另行说明。此外，本发明的各种不同的实施方式之间也可以进行任意组合，只要其不违背本发明的思想，通过先对碳纤维进行处理，再用处理后的碳纤维对聚乳酸进行改性处理，增强材料的强度，从而制得3D打印线材，其同样应当视为本发明所公开的内容。当前第1页1 2 3