本发明属于3D打印材料制造
技术领域：
，涉及了一种适用于3D打印的磁性轻质可降解材料的制备方法。技术背景3D打印技术又称为快速成型技术，该技术不需要传统的刀具﹑夹具和机床，以数字模型文件为基础，使用金属粉末或塑料等具有粘合性的材料逐层打印来制造任意形状物品的技术。3D打印机可以制造的领域广泛，包括飞行器﹑武器，建筑模型﹑人体器官以及儿童玩具等。然而，3D打印技术的发展在很大程度上受限于3D打印材料的开发。因此开发更为多样多功能的3D打印材料成为未来研究与应用的热点与关键。本发明的3D打印材料是一种新材料，兼具磁性金属与塑料的性能，与传统的磁性材料相比具有质量轻、韧性好以及可降解的优点，为3D桌面打印提供了更多的材料素材。熔融挤压堆积成型(FDM)技术是3D打印常用的一种技术，此技术利用热塑性聚合物在熔融状态下，从打印喷头挤出，然后凝固成轮廓薄层，再一层一层的叠加而成。虽然光固化技术也可用于包含塑料的相关材料的成型，但是其成本高、工艺较为复杂，而且不能打印深色材料；因而目前FDM是应用最为广泛、价格最低的成型技术，本发明所制备的3D打印磁性轻质丝材可以广泛应用于FDM工艺。目前，市场上应用复合材料来制备丝材的技术仍然较少，这主要是因为作为补强剂的纤维或者无机填料由于尺寸较大和熔体的粘度变大容易造成FDM型3D打印机喷丝口的堵塞以及丝材表面的粗糙和缺陷。技术实现要素：为了解决
背景技术：
：中存在的问题，本发明提出了一种适用于3D打印的磁性轻质可降解材料的制备方法，使得打印出来的物品不但具有良好的力学性能和表观性能而且具有磁性，以满足各种3D打印需求。本发明采用环氧大豆油包覆纳米片状材料，利用纳米润滑机理，极大地降低了材料的堵丝几率，降低打印丝材的表面缺陷的可能性。本发明解决其技术问题所采用的技术方案是包含以下步骤：步骤一：将磁性纳米片材加入到环氧大豆油中进行混合，在40℃氮气气氛下，通过磁力搅拌和超声分散形成均匀的磁性纳米体浆液，磁性纳米片材和环氧大豆油按照质量比为1:2的比例，磁性纳米片材主要是由纳米镍和纳米铁氧体以质量比1:1组成；加入环氧大豆油采用的特定比例能够防止纳米镍和纳米铁氧体的分散和氧化。步骤二：将磁性纳米体浆液、聚乳酸、聚氨酯弹性体橡胶、环氧大豆油丙烯酸酯和硬脂酸按照比例放入三维混料机中进行初混合，通过螺杆挤出机挤出成丝制备轻质磁性丝材，获得产物作为本发明所述的磁性轻质可降解材料。所述聚乳酸选用Naturework的PLA系列，所述聚氨酯弹性体橡胶选用德国拜耳DP3491A。所述步骤二中，磁性纳米体浆液的质量为总配方质量的2～5％。所述步骤二中，聚乳酸的质量为总配方质量的80～85％。所述步骤二中，聚氨酯弹性体橡胶用于体系的增韧，含量为总配方质量的5～10％。所述步骤二中，环氧大豆油丙烯酸酯的质量为总配方质量的5～8％，硬脂酸比例为2～5％。通过所述步骤二中螺杆挤出机挤出成丝是在180～200℃温度和螺杆转速为75～90r/min的工艺条件下进行，从而使得环氧大豆油丙烯酸酯在磁性纳米体浆液中的磁性纳米片材上形成包衣和界面过渡层。具体实施制备获得本发明材料后按照国家标准进行分析测试后，放入FDM型3D打印机中进行打印。现有的市面上的磁性3D打印材料仅适用于3D打印技术中更高级的激光烧结工艺，该技术的成本较高，且对打印技术要求更高，而不能适用于FDM熔融挤压技术。而本发明制备的3D打印材料能够适用于成本更低、技术要求更低的FDM熔融挤压技术，且解决了类似材料在打印过程中容易堵丝的问题。本发明选用层状纳米材料作为填料，在尺寸上远远小于喷丝口的尺寸，此外层状纳米材料在3D打印的成型过程中，还可起到润滑作用，减小堵丝现象的发生。本发明将环氧大豆油丙烯酸酯被有效地引入材料制备过程中，用于减小层状纳米材料的团聚并增强其界面强度。本发明采用聚乳酸(PLA)作为基体材料，主要是由于聚乳酸具有无毒﹑无味﹑热稳定性好，易加工，透明易染色等优点都符合3D打印技术对聚合物材料的要求，且聚乳酸原料可降解，是公认的环境友好材料。然而，聚乳酸脆性较强，本发明中加入聚氨酯弹性体橡胶进行增韧，以制备强度优良的3D打印材料。本发明通过选择合适的可降解高分子材料，对添加的磁性纳米片状材料进行预反应提高其与高分子材料的界面结合能力，混合料用双螺杆挤出机进行反应型挤出﹑拉丝﹑绕盘，获得力学性能和热性能优良的可降解3D打印材料。通过该方法制备的磁性轻质可降解材料比金属氧化物磁性材料的重量仅仅为传统铁氧体磁性材料的30％左右，其拉伸强度大于40MPa，断裂伸长率达到20～30％；冲击强度大于30KJ/m2；达到3D打印材料的力学性能要求；其磁感矫顽力120～150kA/m；剩磁0.168～0.281T；最大磁积能9～13KJ/m3；是良好的磁性材料，能够满足3D打印设计的磁性材料的要求，尤其是适用于FDM熔融挤压技术的要求。本发明的有益效果是：(1)本发明使用常用的聚乳酸，可在环境中自然降解，为环境友好性材料。(2)本发明制成的3D打印材料具有很好的韧性和冲击强度，通过3D打印技术打印出来的产品外观优质、冲击强度高、拉升强度好。(3)本发明使用磁性纳米体浆液与聚乳酸混合制成磁性材料，使制品具有磁性，可运用在打印磁性工具和玩具等多种领域。(4)本发明能够适用于成本更低、技术要求更低的FDM熔融挤压技术。具体实施方式以下通过具体实施方式对本发明作进一步的详细说明，但不应该将此理解为本发明的范围仅限于一下实例。在不脱离本发明上述方法思想的情况下，根据本领域普通技术知识和惯用手段做出的各种替换或变更，均应包含在本发明的范围内。本发明的实施例如下：以下的实施例所采用的磁性纳米体浆液采用以下方式制成：将主要是由纳米镍和纳米铁氧体以质量比1:1组成的磁性纳米片材按照质量比1:2加入到环氧大豆油中进行混合，在40℃氮气气氛下，通过磁力搅拌和超声分散形成均匀的磁性纳米体浆液，备用。实施例1其组分按重量份计为：具体实施步骤如下，步骤1：将聚乳酸在50度下干燥8小时，聚氨酯弹性体在80℃下干燥8小时。步骤2:将混料机将聚乳酸、聚氨酯弹性体橡胶、磁性纳米体浆液、环氧大豆油丙烯酸酯、硬脂酸按照上述比例放入三维混料机中进行初混合。步骤3：将初混合后的料加入双螺杆挤出机的料斗中，在185℃以及转速为90r/min的条件下挤出直径为1.75mm的丝材。步骤4：将上述丝材放入FDM型3D打印机中进行打印。将上述材料进行性能检测，结果如下：检测项目执行标准数值密度(g/cm3)GB4472-842.38拉伸强度(MPa)GB/T1040-9243断裂伸长率(％)GB/T1040-9230冲击强度(KJ/m2)GB/T1843-200838磁感矫顽力(kA/m)GB11209-1989120剩磁(T)GB11209-19890.168最大磁积能(KJ/m3)GB11209-1989960天降解率(％)GB/T29646-201330.3实施例2其组分按重量份计为：具体实施步骤如下，步骤1：将聚乳酸在50度下干燥8小时，聚氨酯弹性体在80℃下干燥8小时。步骤2:将混料机将聚乳酸、聚氨酯弹性体橡胶、磁性纳米体浆液、环氧大豆油丙烯酸酯、硬脂酸按照上述比例放入三维混料机中进行初混合。步骤3：将初混合后的料加入双螺杆挤出机的料斗中，在200℃以及转速为90r/min的条件下挤出直径为1.75mm的丝材。步骤4：将上述丝材放入FDM型3D打印机中进行打印。将上述材料进行性能检测，结果如下：将材料进行性能检测，结果如下：检测项目执行标准数值密度(g/cm3)GB4472-843.58拉伸强度(MPa)GB/T1040-9242断裂伸长率(％)GB/T1040-9220冲击强度(KJ/m2)GB/T1843-200831磁感矫顽力(kA/m)GB11209-1989150剩磁(T)GB11209-19890.281最大磁积能(KJ/m3)GB11209-19891360天降解率(％)GB/T29646-201331.4实施例3其组分按重量份计为：具体实施步骤如下，步骤1：将聚乳酸在50度下干燥8小时，聚氨酯弹性体在80℃下干燥8小时。步骤2:将混料机将聚乳酸、聚氨酯弹性体橡胶、磁性纳米体浆液、环氧大豆油丙烯酸酯、硬脂酸按照上述比例放入三维混料机中进行初混合。步骤3：将初混合后的料加入双螺杆挤出机的料斗中，在190℃以及转速为85r/min的条件下挤出直径为1.75mm的丝材。步骤4：将上述丝材放入FDM型3D打印机中进行打印。将上述材料进行性能检测，结果如下：实施例4其组分按重量份计为：具体实施步骤如下，步骤1：将聚乳酸在50度下干燥8小时，聚氨酯弹性体在80℃下干燥8小时。步骤2:将混料机将聚乳酸、聚氨酯弹性体橡胶、磁性纳米体浆液、环氧大豆油丙烯酸酯、硬脂酸按照上述比例放入三维混料机中进行初混合。步骤3：将初混合后的料加入双螺杆挤出机的料斗中，在180℃以及转速为75r/min的条件下挤出直径为1.75mm的丝材。步骤4：将上述丝材放入FDM型3D打印机中进行打印。将上述材料进行性能检测，结果如下：检测项目执行标准数值密度(g/cm3)GB4472-843.18拉伸强度(MPa)GB/T1040-9242断裂伸长率(％)GB/T1040-9221冲击强度(KJ/m2)GB/T1843-200830磁感矫顽力(kA/m)GB11209-1989126剩磁(T)GB11209-19890.183最大磁积能(KJ/m3)GB11209-19891160天降解率(％)GB/T29646-201334.2实施例5其组分按重量份计为：具体实施步骤如下，步骤1：将聚乳酸在50度下干燥8小时，聚氨酯弹性体在80℃下干燥8小时。步骤2:将混料机将聚乳酸、聚氨酯弹性体橡胶、磁性纳米体浆液、环氧大豆油丙烯酸酯、硬脂酸按照上述比例放入三维混料机中进行初混合。步骤3：将初混合后的料加入双螺杆挤出机的料斗中，在190℃以及转速为75r/min的条件下挤出直径为1.75mm的丝材。步骤4：将上述丝材放入FDM型3D打印机中进行打印。将上述材料进行性能检测，结果如下：检测项目执行标准数值密度(g/cm3)GB4472-842.68拉伸强度(MPa)GB/T1040-9247断裂伸长率(％)GB/T1040-9228冲击强度(KJ/m2)GB/T1843-200836磁感矫顽力(kA/m)GB11209-1989122剩磁(T)GB11209-19890.170最大磁积能(KJ/m3)GB11209-19891060天降解率(％)GB/T29646-201330.9实施例6其组分按重量份计为：具体实施步骤如下，步骤1：将聚乳酸在50度下干燥8小时，聚氨酯弹性体在80℃下干燥8小时。步骤2:将混料机将聚乳酸、聚氨酯弹性体橡胶、磁性纳米体浆液、环氧大豆油丙烯酸酯、硬脂酸按照上述比例放入三维混料机中进行初混合。步骤3：将初混合后的料加入双螺杆挤出机的料斗中，在185℃以及转速为85r/min的条件下挤出直径为1.75mm的丝材。步骤4：将上述丝材放入FDM型3D打印机中进行打印。将上述材料进行性能检测，结果如下：检测项目执行标准数值密度(g/cm3)GB4472-843.24拉伸强度(MPa)GB/T1040-9247断裂伸长率(％)GB/T1040-9229冲击强度(KJ/m2)GB/T1843-200837磁感矫顽力(kA/m)GB11209-1989134剩磁(T)GB11209-19890.248最大磁积能(KJ/m3)GB11209-19891260天降解率(％)GB/T29646-201332由上述实施例可见，本发明通过选择合适的可降解高分子材料，对添加的磁性纳米片状材料进行预反应提高其与高分子材料的界面结合能力，进而获得力学性能和热性能优良的可降解3D打印材料。通过该方法制备的磁性轻质可降解材料与金属氧化物磁性材料相比重量轻且柔性好，是良好的磁性材料，能满足FDM熔融挤压技术的3D打印要求。当前第1页1 2 3