复合微纤增强3D打印耗材及其制备方法与设备与流程

本发明涉及材料科学领域，尤其是一种复合微纤增强3D打印耗材及其制备方法与设备。

背景技术：

3D打印相关技术越来越受到世界各发达国家重视，国家已将3D打印相关技术作为《中国制造2025》规划的重点支持领域。聚合物的FDM模式3D打印材料性能增强，特别是冲击力学性能以及材料的热收缩问题。众多的应用表明纤维增强聚合物是提高聚合物力学性能的有效方法，但是加入纤维增强FDM模式3D打印耗材非常困难，一方面，纤维容易在聚合物基体中发生缠结，很难均匀分散；另一方面，纤维的加入，常用的纤维尺度较大，在进行打印是容易造成堵塞喷头；传统的原位微纤法增强聚合物材料，增强效果很有限。采用原位微纤增强FDM模式3D打印耗材，大长径比纳米填料/聚合物复合原位微纤增强聚合物基3D打印耗材还未见报道。

技术实现要素：

本发明的目的是：提供一种复合微纤增强3D打印耗材及其制备方法与设备，它能大幅提高FDM模式聚合物基3D打印耗材的力学性能，并且不会因此造成喷头堵塞，而且产品的生产方法简单，易于实施产业化，以克服现有技术的不足。

本发明是这样实现的：复合微纤增强3D打印耗材，按质量份数计算，包括聚合物基体70-98份，微纤相复合材料2-30份及粘度调控助剂0-2份。

所述聚合物基体为PE、PLA、PBAT、PBS、POE、SEBS、EVA、PP或EPDM中的一种或几种的任意比例组合。

所述微纤相复合材料的质量百分比组成包括易成纤聚合物90-99％及大长径比纳米填料1-10％，合计100％。

所述的易成纤聚合物为PP、PA、PET、PBT、PC、PLA、PBS或PBAT中的一种或几种的任意比例组合。

所述的大长径比微纳米填料为碳纳米管、微纳米银线、微纳米铜线、磷酸盐微晶玻璃纤维或石墨烯中的一种或几种的任意比例组合。

所述的粘度调控助剂为环氧扩链剂或流动改性剂。

复合微纤增强3D打印耗材的制备方法，将聚合物基体、微纤相复合材料和粘度调控助剂按照上述重量分数预混均匀后，采用复合微纤增强聚合物基3D打印耗材生产设备进行挤出，挤出后经拉伸、冷却、收卷后，制备得到复合微纤增强3D打印耗材。

微纤相复合材料的制备是，将易成纤聚合物与大长径比微纳米填料经双螺杆挤出机预先共混挤出制备成微纤相复合材料。

大长径比微纳米填料在进行采用偶联剂，KH550，KH560或KH590进行预处理混合。

复合微纤增强3D打印耗材生产设备，包括挤出机，在挤出机前端连接有静态混合器，在静态混合器前端连接有耗材成型模具；在耗材成型模具前端设有加热装置；在加热装置前端设有冷却定型水槽；在冷却定型水槽前端设有激光测径仪；在激光测径仪前端设有拉伸牵引辊；在拉伸牵引辊前端设置有收卷装置。

与现有技术相比，本发明采取具有大长径比及力学性能优异的纳米材料与易成纤聚合物材料复合，提升微纤相复合材料的力学性能，可以大幅提升微纤对3D打印耗材的增强作用；并采用了静态混合器进行进一步混合，减小了微纤相复合材料的尺寸，再经过牵引装置进一步的拉伸，使产品中形成复合微纤，大幅提升材料的力学性能，解决了3D打印耗材的纤维增强和堵塞喷头之间的矛盾。本发明材料来源广泛，成本低廉，使用效果好。

附图说明

附图1为本发明的设备的结构示意图；

附图2为本发明的产品的结构示意图。

具体实施方式

本发明的实施例1：复合微纤增强3D打印耗材，按质量份数计算，包括聚合物基体89.6份，微纤相复合材料10份及粘度调控助剂0.4份；所述聚合物基体为PLA；所述微纤相复合材料的质量百分比组成包括易成纤聚合物98％及大长径比纳米填料2％；易成纤聚合物为PET，大长径比微纳米填料为多壁碳纳米管；所述的粘度调控助剂为环氧扩链剂。

复合微纤增强3D打印耗材的制备方法，将PET与MWCNTs预混合，经双螺杆挤出机挤出混合制备获得PET/MWCNTs复合材料，即为微纤相复合材料；将聚合物基体(PLA)、微纤相复合材料(PET/MWCNTs复合材料)和粘度调控助剂(环氧扩链剂)按照上述重量分数预混均匀后，采用复合微纤增强聚合物基3D打印耗材生产设备进行挤出，挤出后经拉伸、冷却、收卷后，制备得到复合微纤增强3D打印耗材。

复合微纤增强3D打印耗材生产设备，包括挤出机1，在挤出机1前端连接有静态混合器2，在静态混合器2前端连接有耗材成型模具3；在耗材成型模具3前端设有加热装置4；在加热装置4前端设有冷却定型水槽5；在冷却定型水槽5前端设有激光测径仪6；在激光测径仪6前端设有拉伸牵引辊7；在拉伸牵引辊7前端设置有收卷装置8。

实施例2：复合微纤增强3D打印耗材，按质量份数计算，包括聚合物基体89份及微纤相复合材料11份；所述聚合物基体为EVA；所述微纤相复合材料的质量百分比组成包括易成纤聚合物97％(包括PLA79％的，PBS 18％的)及大长径比纳米填料2％(纳米银线)。

复合微纤增强3D打印耗材的制备方法，将PLA、PBS与纳米银线预混合，经双螺杆挤出机挤出混合制备获得PLA/PBS/银纳米线复合材料，即为微纤相复合材料；将聚合物基体(EVA)和微纤相复合材料(PLA/PBS/银纳米线)按照上述重量分数预混均匀后，采用复合微纤增强聚合物基3D打印耗材生产设备进行挤出，挤出后经拉伸、冷却、收卷后，制备得到复合微纤增强3D打印耗材。

为了验证本发明的效果，将上述实施实例制备的复合微纤增强3D打印耗材进行力学性能测试，测试结果如下表所示：