CN105542377A - 一种利用双螺杆挤出机制备导电3d打印耗材的方法 - Google Patents

一种利用双螺杆挤出机制备导电3d打印耗材的方法 Download PDF

Info

Publication number
CN105542377A
CN105542377A CN201510951313.XA CN201510951313A CN105542377A CN 105542377 A CN105542377 A CN 105542377A CN 201510951313 A CN201510951313 A CN 201510951313A CN 105542377 A CN105542377 A CN 105542377A
Authority
CN
China
Prior art keywords
thermoplastic resin
walled carbon
tubes
acetone
carbon nano
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
CN201510951313.XA
Other languages
English (en)
Other versions
CN105542377B (zh
Inventor
罗鲲
诸葛祥群
郭珺
罗志虹
杨超
徐旭
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Guilin University of Technology
Original Assignee
Guilin University of Technology
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Guilin University of Technology filed Critical Guilin University of Technology
Priority to CN201510951313.XA priority Critical patent/CN105542377B/zh
Publication of CN105542377A publication Critical patent/CN105542377A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN105542377B publication Critical patent/CN105542377B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Classifications

    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08K—Use of inorganic or non-macromolecular organic substances as compounding ingredients
    • C08K7/00—Use of ingredients characterised by shape
    • C08K7/22—Expanded, porous or hollow particles
    • C08K7/24—Expanded, porous or hollow particles inorganic
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08K—Use of inorganic or non-macromolecular organic substances as compounding ingredients
    • C08K2201/00—Specific properties of additives
    • C08K2201/001—Conductive additives
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08K—Use of inorganic or non-macromolecular organic substances as compounding ingredients
    • C08K2201/00—Specific properties of additives
    • C08K2201/011—Nanostructured additives
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08K—Use of inorganic or non-macromolecular organic substances as compounding ingredients
    • C08K2201/00—Specific properties of additives
    • C08K2201/013—Additives applied to the surface of polymers or polymer particles

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Medicinal Chemistry (AREA)
  • Polymers & Plastics (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Extrusion Moulding Of Plastics Or The Like (AREA)
  • Conductive Materials (AREA)
  • Compositions Of Macromolecular Compounds (AREA)

Abstract

本发明公开了一种利用双螺杆挤出机制备导电3D打印耗材的方法。将多壁碳纳米管分散于丙酮中，混合均匀成油墨状。将热塑性树脂颗粒加入搅拌罐中，在搅拌过程中将多壁碳纳米管丙酮分散液均匀地喷洒在树脂颗粒表面后，再继续搅拌。将涂有多壁碳纳米管分散液的热塑性树脂颗粒取出，放入恒温干燥箱。干燥温度为60~80℃、干燥时间为2~6h。干燥后的多壁碳纳米管/树脂复合颗粒直接加入双螺杆挤出机的料仓，连续均匀挤出，并通过调整牵引力和牵引速度将挤出物直径控制在1.75mm或3.0mm，最终制得导电3D打印耗材。本发明方法操作简单，且所得导电3D打印耗材兼具良好的导电和力学性能。

Description

一种利用双螺杆挤出机制备导电3D打印耗材的方法
技术领域
本发明属于3D打印耗材技术领域，特别涉及一种利用双螺杆挤出机制备导电3D打印耗材的方法。
背景技术
与传统材料加工方法不同，增材制造主要基于三维CAD模型数据，通过增加材料、逐层制造方式，直接制造出与相应数学模型完全一致的三维物理实体，俗称“三维打印”或者“3D打印”。由于可以自动、直接、快速、精确地将设计思想转变为具有一定功能的原型或直接制造零件，从而为零件原型制作、新设计思想的校验等方面提供了一种高效低成本的实现手段，3D打印在电子产品、汽车、航天航空、医疗、军工、地理信息及艺术设计等领域被广泛应用，可制造传统方法难加工（如自由曲面叶片、复杂内流道等）、甚至是无法加工（如内部镂空结构)的零部件等。但是，3D打印技术要进一步扩展其产业应用空间仍面临着诸多挑战，除了打印成本、精度、速度和效率以及产业环境等方面的问题外，打印材料方面的问题被认为是其进一步普及应用的瓶颈。
3D打印的材料成型方法一般包括粘结剂喷射成型、光敏聚合物固化成型、材料挤出成型（又称熔融沉积制造，FDM）、激光粉末烧结成型、定向能沉积成型等。FDM是3D打印消费市场最常用的打印方法，其设备结构简单，价格低廉，是最为常见的3D打印设备。常用的3D打印成型材料多采用聚合物，包括ABS、PLA、PC、PVA、尼龙等。由于化学聚合物的物理特性所限，塑料3D打印件常常无法直接作为机械零件或者功能性器件。纳米复合技术能够有效地提高3D打印材料的性能，不仅能够有效地提高塑料的力学性能、热稳定性和阻燃安全性能，使之可直接用于机械零件，同时还能赋予其一定的功能性，如导热、防渗、防静电、导电、电磁屏蔽、电磁波吸收等。
添加纳米导电材料，如超细碳粉、纳米金属粉、碳纳米管及石墨烯等，可以显著改变热塑性树脂的导电性。美国3D打印技术公司Graphene3DLab报道了一种石墨烯/PLA导电耗材，其体积电阻率为1Ω·cm，直径1.75mm。又如，美国的Functionalize公司制造了一种碳纳米管/PLA导电耗材，其体积电阻率为0.75Ω·cm，直径有1.75mm和3.0mm两种。AmericaInstrument公司也提供一种导电ABS耗材，直径分为1.75mm和3.0mm两种。国内目前尚未见导电耗材产品。比较可知，具有大长径比的碳纳米管比二维片状的石墨烯对PLA导电性改善的效果更好。
但是，制备导电打印耗材所需纳米导电剂的添加量往往较大，会使材料变脆，延展性变差。此外，纳米导电材料本身价格较高，因此也增加了打印耗材的制造成本。目前，尚未见能够兼顾复合材料导电特性和力学性能解决方案。
发明内容
本发明的目的是提供一种利用双螺杆挤出机制备导电3D打印耗材的方法。
具体步骤为：
(1)将多壁碳纳米管分散于丙酮中，混合均匀成油墨状，制得多壁碳纳米管丙酮分散液，其浓度通过碳纳米管与丙酮的添加比例控制。
(2)将热塑性树脂颗粒加入密闭的搅拌罐中，在搅拌过程中将步骤(1)制得的多壁碳纳米管丙酮分散液均匀地喷洒在热塑性树脂颗粒表面，分散液喷洒完毕后，再继续搅拌10min，由于丙酮能够溶胀热塑性树脂，使热塑性树脂颗粒表面变粘，搅拌后多壁碳纳米管均匀地粘附于热塑性树脂颗粒的表面，制得涂有多壁碳纳米管分散液的热塑性树脂颗粒。
(3)将步骤(2)制得的涂有多壁碳纳米管分散液的热塑性树脂颗粒，放入恒温干燥箱于60~80℃下干燥2~6h，然后直接加入双螺杆挤出机的料仓，开启双螺杆挤出机，根据热塑性树脂的成分控制加热温度、双螺杆速度和进/出料口压力，以便连续均匀挤出复合物，挤出的复合物经冷却后，由缠绕机收集，通过调整牵引力和牵引速度将挤出物直径控制在1.75mm或3.0mm，所得的挤出物即为导电3D打印耗材。
所述热塑性树脂为丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物、聚乳酸、PE-聚乙烯、PVC-聚氯乙烯、PS-聚苯乙烯、PA-聚酰胺、POM-聚甲醛、PC-聚碳酸酯、聚苯醚或聚砜。
本发明方法操作简单，通过制备多壁碳纳米管/热塑性树脂核壳复合物颗粒，能够有效降低导电热塑性树脂所需碳纳米管用量，防止树脂变脆，降低材料成本，且所制得的导电3D打印耗材兼具良好的导电性和力学性能。
具体实施方式
实施例：
(1)称取4g多壁碳纳米管置于100ml烧杯中，添加50ml丙酮，边添加边搅拌，混合均匀成油墨状，制得多壁碳纳米管丙酮分散液。
(2)称取96g丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物(ABS)颗粒加入密闭的搅拌罐中，在搅拌过程中将步骤(1)制得的多壁碳纳米管丙酮分散液均匀地喷洒在ABS颗粒表面，分散液喷洒完毕后，再继续搅拌10min，制得涂有多壁碳纳米管分散液的ABS颗粒。
(3)将步骤(2)制得的涂有多壁碳纳米管分散液的ABS颗粒，放入恒温干燥箱于80℃下干燥5h，然后直接加入双螺杆挤出机的料仓，开启双螺杆挤出机，控制加热温度入口段190oC，出口处225oC，双螺杆速度20r/min，进料口压力：40~60MPa,出料口压力20~55MPa，挤出的复合物经冷却后，由缠绕机收集，通过调整牵引力和牵引速度将挤出物直径控制在1.75mm，所得的挤出物即为导电3D打印耗材。
将本实施例制得的导电3D打印耗材采用四电极法进行测量，其电阻率为9.12Ω·cm，且仍保持较好柔韧性，力学性能较原料ABS挤出丝无明显变化。

Claims (1)

1.一种利用双螺杆挤出机制备导电3D打印耗材的方法，其特征在于具体步骤为：
(1)将多壁碳纳米管分散于丙酮中，混合均匀成油墨状，制得多壁碳纳米管丙酮分散液，其浓度通过碳纳米管与丙酮的添加比例控制；
(2)将热塑性树脂颗粒加入密闭的搅拌罐中，在搅拌过程中将步骤(1)制得的多壁碳纳米管丙酮分散液均匀地喷洒在热塑性树脂颗粒表面，分散液喷洒完毕后，再继续搅拌10min，由于丙酮能够溶胀热塑性树脂，使热塑性树脂颗粒表面变粘，搅拌后多壁碳纳米管均匀地粘附于热塑性树脂颗粒的表面，制得涂有多壁碳纳米管分散液的热塑性树脂颗粒；
(3)将步骤(2)制得的涂有多壁碳纳米管分散液的热塑性树脂颗粒，放入恒温干燥箱于60~80℃下干燥2~6h，然后直接加入双螺杆挤出机的料仓，开启双螺杆挤出机，根据热塑性树脂的成分控制加热温度、双螺杆速度和进/出料口压力，以便连续均匀挤出复合物，挤出的复合物经冷却后，由缠绕机收集，通过调整牵引力和牵引速度将挤出物直径控制在1.75mm或3.0mm，所得的挤出物即为导电3D打印耗材；
所述热塑性树脂为丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物、聚乳酸、PE-聚乙烯、PVC-聚氯乙烯、PS-聚苯乙烯、PA-聚酰胺、POM-聚甲醛、PC-聚碳酸酯、聚苯醚或聚砜。
CN201510951313.XA 2015-12-19 2015-12-19 一种利用双螺杆挤出机制备导电3d打印耗材的方法 Active CN105542377B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201510951313.XA CN105542377B (zh) 2015-12-19 2015-12-19 一种利用双螺杆挤出机制备导电3d打印耗材的方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201510951313.XA CN105542377B (zh) 2015-12-19 2015-12-19 一种利用双螺杆挤出机制备导电3d打印耗材的方法

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN105542377A true CN105542377A (zh) 2016-05-04
CN105542377B CN105542377B (zh) 2018-04-10

Family

ID=55821957

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201510951313.XA Active CN105542377B (zh) 2015-12-19 2015-12-19 一种利用双螺杆挤出机制备导电3d打印耗材的方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN105542377B (zh)

Cited By (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN105885267A (zh) * 2016-05-21 2016-08-24 桂林理工大学 一种导电3d打印耗材的制备方法
CN106189048A (zh) * 2016-07-29 2016-12-07 苏州秉创科技有限公司 一种生物基3d打印耗材
CN106433130A (zh) * 2016-09-23 2017-02-22 江西师范大学 一种激光烧结成型3d打印聚醚砜/纳米碳素粉末耗材的制备方法
CN106433057A (zh) * 2016-10-21 2017-02-22 天津大学 一种3d打印导电线材的制备方法
CN107201089A (zh) * 2017-07-11 2017-09-26 深圳宇联高新科技有限公司 一种可用于3d打印的柔性导电油墨的制备方法
CN107460498A (zh) * 2017-08-16 2017-12-12 桂林理工大学 用碳纳米管/聚合物导电复合材料阴极板进行铜电解精炼的方法
CN107739511A (zh) * 2017-09-26 2018-02-27 芜湖天梦信息科技有限公司 一种以psu为基体的3d打印材料
CN109320958A (zh) * 2018-09-27 2019-02-12 盱眙欧佰特粘土材料有限公司 适用于3d打印的尼龙/有机化凹凸棒石纳米复合材料及其制备方法
CN111205655A (zh) * 2020-01-09 2020-05-29 东莞理工学院 一种基于改性聚碳酸酯的模型材料及其制备方法
US11000972B2 (en) 2017-10-25 2021-05-11 Dow Global Technologies Llc Process for forming a powder

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20110050025A (ko) * 2009-11-06 2011-05-13 단국대학교 산학협력단 고분자／ｃｎｔ 복합체 및 이의 제조방법
US20140134335A1 (en) * 2012-11-09 2014-05-15 Evonik Industries Ag Use and production of coated filaments for extrusion-based 3d printing processes
CN104130753A (zh) * 2014-07-15 2014-11-05 西南科技大学 一种高导热导电碳纳米复合材料及其制备方法
CN105153658A (zh) * 2015-08-04 2015-12-16 杨明松 热塑性纳米碳管导电3d打印材料及其制备方法

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20110050025A (ko) * 2009-11-06 2011-05-13 단국대학교 산학협력단 고분자／ｃｎｔ 복합체 및 이의 제조방법
US20140134335A1 (en) * 2012-11-09 2014-05-15 Evonik Industries Ag Use and production of coated filaments for extrusion-based 3d printing processes
CN104130753A (zh) * 2014-07-15 2014-11-05 西南科技大学 一种高导热导电碳纳米复合材料及其制备方法
CN105153658A (zh) * 2015-08-04 2015-12-16 杨明松 热塑性纳米碳管导电3d打印材料及其制备方法

Cited By (12)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN105885267A (zh) * 2016-05-21 2016-08-24 桂林理工大学 一种导电3d打印耗材的制备方法
CN105885267B (zh) * 2016-05-21 2018-12-21 桂林理工大学 一种导电3d打印耗材的制备方法
CN106189048A (zh) * 2016-07-29 2016-12-07 苏州秉创科技有限公司 一种生物基3d打印耗材
CN106433130A (zh) * 2016-09-23 2017-02-22 江西师范大学 一种激光烧结成型3d打印聚醚砜/纳米碳素粉末耗材的制备方法
CN106433130B (zh) * 2016-09-23 2019-01-29 江西师范大学 一种激光烧结成型3d打印聚醚砜/纳米碳素粉末耗材的制备方法
CN106433057A (zh) * 2016-10-21 2017-02-22 天津大学 一种3d打印导电线材的制备方法
CN107201089A (zh) * 2017-07-11 2017-09-26 深圳宇联高新科技有限公司 一种可用于3d打印的柔性导电油墨的制备方法
CN107460498A (zh) * 2017-08-16 2017-12-12 桂林理工大学 用碳纳米管/聚合物导电复合材料阴极板进行铜电解精炼的方法
CN107739511A (zh) * 2017-09-26 2018-02-27 芜湖天梦信息科技有限公司 一种以psu为基体的3d打印材料
US11000972B2 (en) 2017-10-25 2021-05-11 Dow Global Technologies Llc Process for forming a powder
CN109320958A (zh) * 2018-09-27 2019-02-12 盱眙欧佰特粘土材料有限公司 适用于3d打印的尼龙/有机化凹凸棒石纳米复合材料及其制备方法
CN111205655A (zh) * 2020-01-09 2020-05-29 东莞理工学院 一种基于改性聚碳酸酯的模型材料及其制备方法

Also Published As

Publication number Publication date
CN105542377B (zh) 2018-04-10

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN105542377A (zh) 一种利用双螺杆挤出机制备导电3d打印耗材的方法
CN105885268B (zh) 一种磁性石墨烯3d打印耗材的制备方法
CN103980592B (zh) 一种用于3d打印的高填充量微纳粉体/聚合物复合材料及其制备方法和制品
Wang et al. Ink-based 3D printing technologies for graphene-based materials: a review
Zhuang et al. 3D–printing of materials with anisotropic heat distribution using conductive polylactic acid composites
Luo et al. Research on the application of MWCNTs/PLA composite material in the manufacturing of conductive composite products in 3D printing
KR101610218B1 (ko) 금속분말이 함유된 fdm 방식의 3d 프린터용 복합필라멘트 조성물
CN107141699A (zh) 一种用于3d打印用abs复合材料及其制备方法
CA2915409A1 (en) Printed three-dimensional (3d) functional part and method of making
TW200918282A (en) Process for the production of an electrically conducting polymer composite material
KR101338199B1 (ko) 고분자-전도성 필러 복합체와 그 제조방법
CN106380805A (zh) 一种pbs/pla导电3d打印耗材的制备方法
CN106046709A (zh) 一种碳纳米管改性的pet抗静电薄膜
Rahaman et al. Preparation/processing of polymer–carbon composites by different techniques
CN108219349A (zh) 一种3d打印用改性abs树脂及其制备方法
Luo et al. Nanomaterials reinforced polymer filament for fused deposition modeling: a state-of-the-art review
CN106084738A (zh) 一种碳纳米管改性的tpu抗静电薄膜
CN105885267B (zh) 一种导电3d打印耗材的制备方法
EP3502324B1 (en) A filament and a 3d printed item
CN106046707A (zh) 一种pet/碳纳米管导电母粒
CN106046653A (zh) 高导电性3d打印材料、其制备方法及应用
CN105153658A (zh) 热塑性纳米碳管导电3d打印材料及其制备方法
Yadav et al. Chemically Modified Carbon Nanotubes in 3 D and 4 D Printing
CN106243637A (zh) 一种活性碳纳米管改性的pet抗静电薄膜
CN106046752A (zh) 一种tpu/碳纳米管导电母粒

Legal Events

Date Code Title Description
C06 Publication
PB01 Publication
C10 Entry into substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant