一种用于3d打印机的pbs木塑复合线材的制作方法
【专利摘要】本发明公开了一种用于3D打印机的PBS/木塑复合线材，其由以下重量份计的原料组成：PBS65~75份、植物纤维20~30份、扩链剂0.1~0.5份、交联剂0.1~0.5份、成核剂0.1~2份、抗氧剂0.2~1份、润滑剂0.2~2份、多壁碳纳米管/ZnO复合粉末0.5~2份。本发明将多壁碳纳米管/ZnO复合粉末加入能完全降解的生物材料聚丁二酸丁二醇酯(PBS)和植物纤维中制成复合线材，与传统的聚乳酸（PLA）线材相比，具有较低的打印温度，防止打印后翘曲问题，较好的拉伸强度和柔韧性，适用于多种3D成型技术，而且，具有木材的天然亲近感、打印时会产生天然木质芳香气味，在3D打印领域有广阔的应用前景。
【专利说明】
一种用于3D打印机的PBS木塑复合线材
技术领域
[0001] 本发明涉及复合材料领域，特别是一种用于3D打印机的PBS/木塑复合线材。
【背景技术】
[0002] 3D打印技术又称增材制造技术，实际上是快速成型领域的一种新兴技术，它是一 种以数字模型文件为基础，运用粉末状金属或塑料等可粘合材料，通过逐层打印的方式来 构造物体的技术。基本原理是叠层制造，逐层增加材料来生成三维实体的技术。目前，3D打 印技术主要被应用于产品原型、模具制造以及艺术创作、珠宝制作等领域，替代这些传统依 赖的精细加工工艺。另外，3D打印技术逐渐应用于医学、生物工程、建筑、服装、航空等领 域，为创新开拓了广阔的空间。
[0003] 聚丁二酸丁二醇酯(PBS)，也称聚丁烯琥珀酸酯或聚琥珀酸丁二酯，其熔点为105 °C，结晶温度在61°C左右，相对结晶度为40~60%，是一种具有完全生物降解能力的半结晶性 树脂，具有良好的加工性能。目前，可应用于餐饮用具、日杂用品、农用材料、生物医用高分 子材料、食品药品包装材料等方面，但是纯的PBS直接应用于3D打印存在热收缩的问题，其 初性和拉伸强度也有待进一步提尚。
【发明内容】
[0004] 为了解决上述现有技术的不足，本发明提供了一种用于3D打印机的PBS/木塑复合 线材，将多壁碳纳米管/ZnO复合粉末加入能完全降解的生物材料聚丁二酸丁二醇酯(PBS) 和植物纤维中制成复合线材，与传统的聚乳酸(PLA)线材相比，具有较低的打印温度，较好 的拉伸强度和柔韧性，同时具有低收缩率，防止打印后翘曲问题，适用于多种3D成型技术， 而且价格低廉，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，在3D打印领域有广阔的应用前景。
[0005] 本发明所要解决的技术问题通过以下技术方案予以实现： 一种用于3D打印机的PBS/木塑复合线材，其由以下重量份计的原料组成:PBS65~75份、 植物纤维20~30份、扩链剂0.1~0.5份、交联剂0.1~0.5份、成核剂0.1~2份、抗氧剂0.2~1份、 润滑剂0.2~2份、多壁碳纳米管/ZnO复合粉末0.5~2份。
[0006] 在本发明中，所述多壁碳纳米管与ZnO的重量比为1:(1~20)。所述多壁碳纳米管与 ZnO的重量比为1:8。所述ZnO为花状的纳米ZnO材料。
[0007] 在本发明中，所述植物纤维选用300目的杨木纤维、松木纤维、稻壳、农作物秸杆的 至少一种。
[0008] 本发明具有如下有益效果:本发明预先对多壁碳纳米管进行处理，然后将花状ZnO 粉末吸附在多壁碳纳米管上形成复合粉末;再通过多次试验获得科学配比，与PBS、植物纤 维结合制得可用于3D打印机的复合线材，其与传统的聚乳酸(PLA)线材相比，具有较低的打 印温度，较好的拉伸强度和柔韧性，同时具有低收缩率，防止打印后翘曲问题，适用于多种 3D成型技术，而且复合线材价格低廉，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，在3D打印领域有广阔的应用前景。
【具体实施方式】
[0009] 下面结合实施例对本发明进行详细的说明。
[0010] 实施例1 一种用于3D打印机的PBS/木塑复合线材，其由以下重量份计的原料组成:PBS70份、松 木纤维20份、扩链剂0.2份、交联剂0.3份、成核剂0.5份、抗氧剂1份、润滑剂1份、多壁碳纳米 管/ZnO复合粉末1.2份，所述多壁碳纳米管/ZnO复合粉末由多壁碳纳米管和花状纳米ZnO按 重量比1:2组成。
[0011] 该PBS复合材料制备方法如下： (1)花状纳米ZnO的制备:称取0.76783g的二水合醋酸锌和1.96g的氢氧化钠分别置于 烧杯A、B中并用分别用10ml去离子水溶解形成透明溶液，将烧杯A置于冷水浴(5°C)中并匀 速搅拌，将烧杯B中的氢氧化钠溶液缓慢匀速滴入烧杯A，分三次进行，间隔5min，得到均匀、 稳定的前驱体溶液，用量筒量取32.5ml的前驱体溶液转移到高压反应釜中并密封，在180 °C 下反应4小时，待反应釜冷却到室温，将反应产物用去离子水和无水乙醇反复洗涤、过滤至 滤液pH=7，然后在60°C下进行干燥，获得花状纳米ZnO粉末。
[0012] (2)多壁碳纳米管的预处理:往多壁碳纳米管中加入浓硫酸和浓硝酸的混合酸，多 壁碳纳米管与混合酸的重量体积比为1:135g/ml，浸泡5h后取出，用蒸馏水洗涤，并用真空 栗抽滤，抽滤至滤液呈中性，然后将多壁碳纳米管放入烘箱中烘干至恒重，备用。
[0013] (3)多壁碳纳米管/纳米ZnO复合粉末的制备：将预处理后的多壁碳纳米管加入 100ml去离子水中，在800kW超声震动和1300r/min离心速度搅拌下分散200min后制得碳纳 米管分散液;将花状纳米ZnO粉末加入100ml乙醇中，在1300kW超声震动和1500r/min离心速 度搅拌下分散l〇〇min后制得纳米ZnO分散液;在300kW超声下往碳纳米管分散液中加入纳米 ZnO分散液，超声90min，然后抽滤、烘干，制得多壁碳纳米管/纳米ZnO复合粉末。
[0014] (4)PBS/木塑复合线材的制备:将ros、松木纤维在80 °C真空干燥箱中干燥8h;将称 取后的各组分置于高速捏合机中，保持转速5000rpm/min，高速搅拌60min;混合后的物料加 入到双螺杆挤出机加料口，双螺杆挤出机参数为:一区121°C，二区125°C，三区135°C，四 区135°C，五区130°C，转速为82rpm/min，挤出造粒;所造粒子干燥后用单螺杆挤出机挤出 加工成细丝，挤出机温度设定为一区95°C，二区115°C，三区135°C，四区120°C，得到挤出线 材，即PBS/木塑复合线材。
[0015] 将线材进行3D打印测试，打印温度145°C，打印过程流畅，打印制品表面光滑匀称， 外观美观，尺寸稳定且不翘曲，具有轻微的松木香气。
[0016] 实施例2 基于实施例1，不同之处仅在于:松木纤维的添加量为24份;所述多壁碳纳米管/ZnO复 合粉末由多壁碳纳米管和花状纳米ZnO按重量比1:8组成。将制得的PBS/木塑复合线材进行 3D打印测试，打印温度145°C，打印过程流畅，打印制品表面光滑匀称，外观美观，尺寸稳定 且不翘曲，具有舒适的松木香气。
[0017] 实施例3 基于实施例1，不同之处仅在于:松木纤维的添加量为30份;所述多壁碳纳米管/ZnO复 合粉末由多壁碳纳米管和花状纳米ZnO按重量比1:15组成。将制得的PBS/木塑复合线材进 行3D打印测试，打印温度145°C，打印过程流畅，打印制品表面光滑匀称，外观美观，尺寸稳 定且不翘曲，松木香气过重。
[0018] 实施例4 基于实施例2，不同之处仅在于:未添加松木纤维。将制得的PBS/木塑复合线材进行3D 打印测试，打印温度145°C，打印过程流畅，打印制品表面光滑匀称，外观美观，尺寸稳定，轻 微翘曲。
[0019] 对比例1 基于实施例1，不同之处仅在于:仅添加多壁碳纳米管，未添加纳米ZnO。将制得的PBS/ 木塑复合线材进行3D打印测试，打印温度145°C，打印过程流畅，打印制品表面光滑匀称，外 观美观，尺寸稳定且不翘曲，具有轻微的松木香气。
[0020] 对比例2 基于实施例1，不同之处仅在于:未对多壁碳纳米管进行预先处理。将制得的PBS/木塑 复合线材进行3D打印测试，打印温度145°C，打印过程流畅，打印制品表面光滑匀称，外观美 观，尺寸稳定且不翘曲，具有轻微的松木香气。
[0021] 对比例3 基于实施例1，不同之处仅在于:将多壁碳纳米管换成单壁碳纳米管。将制得的PBS/木 塑复合线材进行3D打印测试，打印温度145°C，打印过程流畅，打印制品表面光滑匀称，外观 美观，尺寸稳定且不翘曲，具有轻微的松木香气。
[0022] 对比例4 基于实施例1，不同之处仅在于:不添加多壁碳纳米管/ZnO复合粉末。将制得的PBS/木 塑复合线材进行3D打印测试，打印温度145°C，打印过程流畅，打印制品表面光滑匀称，外观 美观，尺寸稳定，轻微翘曲，具有轻微的松木香气。
[0023] 将roS复合材料制成注塑样条，并分别进行拉伸性能测试(GB/T1040.2-2006)、弯 曲强度(GB/T1446-2006)和冲击性能测试（GB/T1943-2008)，测试结果见下表。
[0024]以上所述实施例仅表达了本发明的实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能 因此而理解为对本发明专利范围的限制，但凡采用等同替换或等效变换的形式所获得的技 术方案，均应落在本发明的保护范围之内。
【主权项】
1. 一种用于3D打印机的PBS/木塑复合线材，其由以下重量份计的原料组成:PBS65~75 份、植物纤维20~30份、扩链剂0.1~0.5份、交联剂0.1~0.5份、成核剂0.1~2份、抗氧剂0.2~1 份、润滑剂〇. 2~2份、多壁碳纳米管/ZnO复合粉末0.5~2份。2. 根据权利要求1所述的用于3D打印机的PBS/木塑复合线材，其特征在于，所述多壁碳 纳米管与ZnO的重量比为1: (1~20)。3. 根据权利要求2所述的用于3D打印机的PBS/木塑复合线材，其特征在于，所述多壁碳 纳米管与ZnO的重量比为1:8。4. 根据权利要求1至3任一所述的用于3D打印机的PBS/木塑复合线材，其特征在于，所 述ZnO为花状的纳米ZnO材料。5. 根据权利要求1所述的用于3D打印机的PBS/木塑复合线材，其特征在于，其由以下重 量份计的原料组成:PBS70份、植物纤维20份、扩链剂0.2份、交联剂0.3份、成核剂0.5份、抗 氧剂1份、润滑剂1份、多壁碳纳米管/ZnO复合粉末1.2份，所述多壁碳纳米管/ZnO复合粉末 由多壁碳纳米管和花状纳米ZnO按重量比1:4组成。
【文档编号】C08K7/24GK106009550SQ201610612831
【公开日】2016年10月12日
【申请日】2016年7月29日
【发明人】黎淑娟
【申请人】佛山市高明区诚睿基科技有限公司