一种3d打印用pla木塑复合材料及其制备方法
【技术领域】
[0001]本发明属于3D打印技术领域，尤其是涉及一种3D打印用PLA木塑复合材料及其制备方法。
【背景技术】
[0002]3D打印技术出现至今已有20多年历史，该技术基于离散一堆积原理，是一种先进的增材制造技术。目前现有的3D打印耗材主要是单一的PLA，ABS，PVA等材料，但以上材料均存在着自身的局限性，PLA材料的成本较高、材料在55°C以上就容易变形，易堵塞设备喷嘴；ABS材料对温度和剪切速率较敏感，在加工过程中气味重、易变形且耐候性差;而PVA水溶性材料主要用于打印支撑型材料，用量少，且PVA分解时会产生有毒气体。总之，目前市场上广泛使用的3D打印耗材具有价格高、能耗高、加工条件要求复杂苛刻、难成型、易断料等缺点。
[0003]PLA木塑复合材料，其不仅价格低廉，绿色低碳环保、尺寸稳定性好、强度高、具有加工过程中不堵孔、不断丝、无翘曲变形等优点，并且所生产的制品具有较好的物理机械性能和耐候性。目前，PLA主要由丙交酯开环聚合法和直接聚合法合成直接合成的聚乳酸如果不进行改性加工，则PLA力学性能不佳、气体阻隔性差、热稳定性等缺陷将会限制其应用。为了扩大PLA的应用范围，就必须对聚乳酸进行改性加工，常用的改性方法包括增韧改性、共混改性以及共聚改性。在共混改性的方法中，通过加入木粉对其进行物理改性可以有效地增加PLA的力学强度。
[0004]然而，在直接混合后通过注射成型得到的PLA木塑复合材料中，虽然木粉能够均匀地分散在PLA基体中，并得到聚乳酸大分子的有效包裹，但界面相容性比较差，降低了木塑复合材料的冲击韧性。同时，木粉的加入限制了PLA大分子的运动、降低了PLA的立构规整度，导致PLA结晶能力明显下降。
【发明内容】
[0005]针对以上技术问题，本发明设计开发了一种3D打印用PLA木塑复合材料及其制备方法，提供一种价格低廉，低碳环保，可百分百循环回收再利用，具有木材的天然亲近感、打印时会产生天然木质芳香气味、尺寸稳定性好、不堵孔、不翘曲、加工条件要求低，且制品具有较好的物理机械性能以及耐酸碱、防虫蛀、抗紫外性能力强等耐候性的3D打印耗材。
[0006]为达到上述目的，本发明提供如下技术方案:
[0007]—种3D打印用PLA木塑复合材料，由UHMffPE、木粉、相容剂、偶联剂、空心微珠、润滑剂、增韧剂混合构成，各材料的重量份数为:UHMffPE 8-30份;木粉20-30份;相容剂2_7份;偶联剂3-6份;空心微珠8-15份;润滑剂1-3份;增韧剂1-3份。
[0008]作为优选，所述3D打印用PLA木塑复合材料的最佳组成为:UHMWPE10份;木粉25份;相容剂4份;偶联剂4份;空心微珠9份;润滑剂2份;增韧剂3份。
[0009]上述3D打印用PLA木塑复合材料的制备方法，包括以下具体步骤:
[0010]I)将木粉放入到微波干燥机内以80°C_100°C的温度干燥I小时以上，使其含水量降至2%以下；
[0011]2)将干燥得到的木粉、空心微珠、偶联剂加入到高速混合机中进行活化处理，充分混合5-10分钟，得到混合物；
[0012]3)将步骤2中得到的混合物与PLA、UHMWPE、相容剂、润滑剂、增韧剂加入到双锥式混合机中混合50分钟至分散均匀，得到预混料；
[0013]4)将混合均匀的预混料加入到行星螺杆造粒机中进行挤出造粒，其中行星螺杆造粒机从加料口到机头各区的机筒加热温度依次为:一区150°C_180°C、二区180°C_200°C、三区 170°C-230°C、四区 160°C_90°C ；
[0014]5)将步骤4制得的颗粒料加入到35πιπιΦ 3D打印生产线挤出拉丝，控制丝材的直径为1.75mm;其中加料口到机头各区的机筒加热温度依次为:一区150°C_170°C、二区180°C_200°C、三区 170°C-200°C、四区 160°C_170°C ；
[0015]6)所述丝材通过水槽冷却后进入卷线机收卷成成品。
[0016]进一步，作为优选，在步骤I)中，干燥温度为90°C。
[0017]进一步，作为优选，在步骤4)中，行星螺杆造粒机从加料口到机头各区的机筒加热温度依次为:一区175°C、二区180°C、三区230°C、四区90°C。
[0018]进一步，作为优选，在步骤5)中，加料口到机头各区的机筒加热温度依次为:一区170°C、二区 200°C、三区 200°C、四区 170°C。
[0019]本发明的有益效果为:
[0020]1、本发明的组分中加入木粉使得制品具有木材的特点，即具有木材的香味，可钉、可钻、可刨，可上漆;组分中加入UHMWPE，其具有极强的自润滑性和熔体流动性，使得制品的3D打印过程顺畅进行，不会堵住打印设备的喷嘴，提高了设备的工作效率和制品的合格率；此外UHMWPE具有优异的耐磨性，打印的制品抗耐磨性能好，不易划伤;组分中加入纸浆，该原料来源广，易回收，易降解，因此成本低廉;且长径比大，可以显著提高产品的尺寸稳定性和力学性能；
[0021]2、复合材料制备过程中，根据不同组分的物理性能，分两次选择不同的混合设备进行混合，有利于木粉和无机物的表面活化，提高材料的界面相容性；
[0022]3、采用行星螺杆造粒机进行物料的挤出造粒，在行星螺杆造粒机中物料的分散更均匀，塑化更充分，从而能够获得均一的颗粒状原料。
【具体实施方式】
[0023]下面将结合本发明实施例，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
[0024]实施例1
[0025]—种3D打印用PLA木塑复合材料，由UHMffPE、木粉、相容剂、偶联剂、空心微珠、润滑剂、增韧剂混合构成，各材料的重量份数为:UHMWPE 8份;木粉20份;相容剂2份;偶联剂3份；空心微珠8份;润滑剂I份;增韧剂I份。
[0026]其具体的制备方法步骤为:
[0027]I)将木粉放入到微波干燥机内以80°C的温度干燥I小时以上，使其含水量降至2%以下；
[0028]2)将干燥得到的木粉、空心微珠、偶联剂加入到高速混合机中进行活化处理，充分混合5-10分钟，得到混合物；
[0029]3)将步骤2中得到的混合物与PLA、UHMWPE、相容剂、润滑剂、增韧剂加入到双锥式混合机中混合50分钟至分散均匀，得到预混料；
[0030]4)将混合均匀的预混料加入到行星螺杆造粒机中进行挤出造粒，其中行星螺杆造粒机从加料口到机头各区的机筒加热温度依次为:一区150°C、二区180°C、三区170°C、四区160。。；
[0031]5)将步骤4制得的颗粒料加入到35πιπιΦ 3D打印生产线挤出拉丝，控制丝材的直径为1.75mm;其中加料口到机头各区的机筒加热温度依次为:一区150°C、二区180°C、三区170°C、四区160°C;
[0032]6)所述丝材通过水槽冷却后进入卷线机收卷成成品。
[0033]实施例2
[0034]一种3D打印用PLA木塑复合材料，由UHMffPE、木粉、相容剂、偶联剂、空心微珠、润滑剂、增韧剂混合构成，各材料的重量份数为:UHMffPE 30份;木粉30份;相容剂7份;偶联剂6份;空心微珠15份;润滑剂3份;增韧剂3份;其具体的制备方法步骤为:
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