一种用于FDM技术的微细金刚石复合丝材及制备方法与流程

本发明涉及一种复合丝材及制备方法，特别涉及一种用于FDM打印的磨粒均布的微细金刚石砂轮的复合丝材及制备方法。

背景技术：

快速成型技术是先进制造的重要分支，又称为自由制造、增材制造、桌面制造、3D打印等。利用快速成型技术可以制造任意复杂的三维实体模型，实现材料提取、设计、制造过程的一体化，大大缩短产品开发周期。熔融沉积成型(FDM)作为3D打印技术中常用的一种技术工艺，首先将零件的三维模型进行网格化处理、存储和分层，得到各层截面的二维轮廓信息，然后生成加工路径，在计算机的控制下，喷头沿加工路径将热塑性聚合物丝材加热融化挤出、逐层沉积、固化得到成型零件。

熔融沉积成型技术日趋成熟，但是利用快速成型技术制备磨粒均匀分布的微细金刚石砂轮很少见于报道。传统的微细金刚石砂轮制备工艺过程中，材料浪费严重，且存在模具腔体空间小、材料难以成型、金刚石磨粒分布不均匀等问题，从而导致制备的微细金刚石砂轮排屑不便、磨粒易脱落和磨削质量下降等问题。用于3D打印的磨粒均匀分布的微细金刚石砂轮的复合丝材的制备，对于实现节约耗材、制备磨粒均布的微细金刚石砂轮具有重要意义。

技术实现要素：

有鉴于此，本发明的目的在于提供一种用于FDM技术的微细金刚石复合丝材及制备方法。为达到上述目的，本发明采用以下的技术方案：

一种用于FDM技术的微细金刚石复合丝材，其特征在于：所述复合丝材由ABS树脂基体、聚氯乙烯(PVC)混料、金刚石磨粒、加工助剂组成。所述ABS树脂基体50～65％wt，所述PVC混料14～20％wt，所述金刚石磨粒作为纳米填料，使得打印出的砂轮含有均匀的磨粒，利于对加工材料的去除，粒径为1～10nm，取10～13％wt，所述加工助剂11～17％wt，由增塑体系、稳定体系、增强剂、偶联剂组成。

所述ABS树脂基体为所述一种用于FDM技术的微细金刚石复合丝材的基体材料。所述ABS树脂基体的苯乙烯丙烯腈(SAN)结构与所述PVC混料共混使得共混体系表现出良好的拉伸强度、弯曲强度及伸长率。

所述增塑体系由二辛酯(DOP)/环氧大豆油(ESBO)以9:1的质量比混合而成，所述增塑体系7～11％wt。所述DOP作为主增塑剂，所述ESBO作为辅助增塑剂。

所述稳定体系由1,1,3-三甲基丁烷(CA)/硫化二丙酸二月桂酯(DLTP)/硬脂酸锌(ZnSt)/硬脂酸钙(CaSt)以1:1:2:2的质量比混合而成，所述稳定体系2～3％wt。所述CA/DLTP作为抗氧体系，阻止用所述复合丝材制备的磨粒均布的微细金刚石砂轮发生氧化老化反应。所述ZnSt/CaSt作为热稳定体系，防止用所述复合丝材制备的磨粒均布的微细金刚石砂轮在高温工作条件下发生热降解，使用所述复合丝材制备的磨粒均布的微细金刚石砂轮表面光洁度高。

所述增强剂为无碱短玻纤，取1.5～2％wt。

所述偶联剂为γ-(甲基丙烯酰氧基)丙基三甲氧基硅烷，取0.5～1％wt，配制成溶液。

所述一种用于FDM技术的微细金刚石复合丝材的制备方法，其特征是包括以下步骤：

(1)将所述金刚石磨粒和所述增强剂加入螺杆搅拌机中，在50～60r/min转速下均匀搅拌，将所述偶联剂溶液均匀洒入；

(2)将所述ABS树脂置于真空烘箱中，在80～100℃温度条件下干燥3～4小时；

(3)向高速混合机中放入干燥处理后的ABS树脂，再逐次添加PVC混料、金刚石磨粒、其他加工助剂，在400～1000r/min的转速下共混2分钟得到均匀混合物；

(4)将所述均匀混合物反复两次加入锥形双螺杆挤出机中，经过熔融、挤出、造粒得到混合均匀的料粒；

(5)对单螺杆挤出机加装口模，将所述料粒加入单螺杆挤出机中进行挤出，对挤出的丝材经过收卷机进行收卷。

所述一种用于FDM技术的微细金刚石复合丝材的制备方法，其特征在于：所述锥形双螺杆挤出机的挤出温度为210～240℃，机头温度为200～220℃，转速为100～1000r/min。

所述一种用于FDM技术的微细金刚石复合丝材的制备方法，其特征在于：所述单螺杆挤出机中的拉丝成型温度设置为：加料段温度为160～170℃，熔化段温度为190～200℃，计量段温度为190～200℃，口模温度为170～180℃。

所述一种用于FDM技术的微细金刚石复合丝材的制备方法，其特征在于：所述加装口模直径为1.5(±0.05)mm，得到所述挤出丝材直径为1.5(±0.05)mm，圆度±0.05mm。

本发明的技术方案相比现有技术具有以下优点：用所述制备方法得到的复合丝材可打印出磨粒均布的微细金刚石砂轮，打印过程流畅无粘附，金刚石砂轮表面光洁，尺寸稳定性好，成型收缩率低，力学性能优良，成本低。

附图说明

为了使本发明的内容被更加清楚的理解，下面结合附图和具体实施例，对本发明作进一步的说明：

图1是本发明所述一种用于FDM技术的微细金刚石复合丝材横截面示意图。

附图标记说明：1—ABS树脂基体/聚氯乙烯(PVC)混料，2—增强剂(无碱短玻纤)，3—增塑体系(二辛酯(DOP)/环氧大豆油(ESBO))/稳定体系(1,1,3-三甲基丁烷(CA)/硫化二丙酸二月桂酯(DLTP)/硬脂酸锌(ZnSt)/硬脂酸钙(CaSt))，4—偶联剂(γ-(甲基丙烯酰氧基)丙基三甲氧基硅烷)，5—金刚石磨粒。

图2是本发明所述一种用于FDM技术的微细金刚石复合丝材的制备方法流程图。

图3是本发明所述一种用于FDM技术的微细金刚石复合丝材的制备设备使用流程图。

附图标记说明：1—螺杆搅拌机，2—高速混合机，3—双螺杆挤出机，4—单螺杆挤出机，5—真空烘箱。①—偶联剂溶液，②—PVC混料和其他加工助剂，③—混合均匀的金刚石磨粒和无碱短玻纤，④—干燥处理的ABS树脂，⑤—均匀混合物，⑥—混合均匀的料粒，⑦—微细金刚石复合丝材。

具体实施方式

所述一种用于FDM技术的微细金刚石复合丝材，其特征在于：所述复合丝材由ABS树脂基体、聚氯乙烯(PVC)混料、金刚石磨粒、加工助剂组成。

所述ABS树脂基体65％wt，所述PVC混料14％wt，所述金刚石磨粒作为纳米填料，使得打印出的砂轮含有均匀的磨粒，利于对加工材料的去除，其粒径为5nm，取10％wt，所述加工助剂11％wt。

所述一种用于FDM技术的微细金刚石复合丝材，其特征在于：所述加工助剂由增塑体系、稳定体系、增强剂、偶联剂复配而成。所述增塑体系由二辛酯(DOP)/环氧大豆油(ESBO)以9:1的比例混合而成，取6.3％wt/0.7％wt，所述稳定体系由1,1,3-三甲基丁烷(CA)/硫化二丙酸二月桂酯(DLTP)/硬脂酸锌(ZnSt)/硬脂酸钙(CaSt)以1:1:2:2比例混合而成，取0.335％wt/0.335％wt/0.67％wt/0.67％wt，所述增强剂为无碱短玻纤，取1.5％wt，所述偶联剂为γ-(甲基丙烯酰氧基)丙基三甲氧基硅烷，取0.5％wt，配制成溶液。

所述一种用于FDM技术的微细金刚石复合丝材的制备方法，其特征是包括以下步骤：

(1)将所述金刚石磨粒和所述无碱短玻纤加入螺杆搅拌机中，在60r/min转速下均匀搅拌，将所述硅烷偶联剂溶液均匀洒入；

(2)将所述ABS树脂置于真空烘箱中，在100℃温度条件下干燥4小时；

(3)向高速混合机中放入干燥处理后的ABS树脂，再逐次添加准备好的PVC混料、金刚石磨粒、其他加工助剂，在400r/min的转速下共混2分钟得到均匀混合物；

(4)将所述均匀混合物反复两次加入锥形双螺杆挤出机中，经过熔融、挤出、造粒得到混合均匀的料粒；

(5)对单螺杆挤出机加装口模，将所述料粒加入单螺杆挤出机中进行挤出，对挤出的丝材经过收卷机进行收卷。

所述一种用于FDM技术的打印磨粒均布的微细金刚石砂轮的复合丝材的制备方法，其特征在于：所述锥形双螺杆挤出机的挤出温度为230℃，机头温度为210℃，转速为100r/min。

所述一种用于FDM技术的打印磨粒均布的微细金刚石砂轮的复合丝材的制备方法，其特征在于：所述单螺杆挤出机中的拉丝成型温度设置为：加料段温度为170℃，熔化段温度为200℃，计量段温度为190℃，口模温度为180℃。

所述一种用于FDM技术的打印磨粒均布的微细金刚石砂轮的复合丝材的制备方法，其特征在于：所述加装口模直径为1.5(±0.05)mm，得到所述挤出丝材直径为1.5(±0.05)mm，圆度±0.05mm。

所述一种用于FDM技术的打印磨粒均布的微细金刚石砂轮的复合丝材及制备方法，其特征在于：用所述制备方法得到的复合丝材可打印出磨粒均布的微细金刚石砂轮，打印过程流畅无粘附，金刚石砂轮表面光洁，尺寸稳定性好，成型收缩率低，力学性能优良，成本低。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并非对实施方式的限定。对于本领域的技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出各种更改和变化，所以无需对所有的实施方式予以穷举。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改和等同替换，均应包含在本发明的保护范围之内。