CN105645923B - 一种用于3d打印的丝状粘土材料及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

一种用于3D打印的丝状粘土材料及其制备方法，本发明为了得到适用于3D打印技术的粘土材料，对粘土进行了改性处理，将黏土与树脂载体混熔，利用乳化剂进行乳化处理，拉丝制成丝状，增加粘土的塑性、流动性和韧性，得到一种用于3D打印的丝状粘土材料，该丝状粘土材料具有塑性好，成型温度低，力学性能好，精度高的优点，适用于3D打印成型技术，促进了3D打印成型技术的推广应用，具有广阔的市场前景。

Description

一种用于3D打印的丝状粘土材料及其制备方法
技术领域
本发明涉及一种3D打印材料及其制备方法，具体涉及一种用于3D打印的丝状粘土材料及其制备方法。
背景技术
3D打印技术又称增材制造技术，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。随着3D打印技术的发展和应用，材料的发展决定着3D打印能否有更广泛的应用，材料成为限制3D打印技术未来走向的关键因素之一。目前，3D打印材料主要包括工程塑料、光敏树脂、橡胶类材料、金属材料和陶瓷材料等，除此之外，彩色石膏材料、人造骨粉、细胞生物原料、木质材料以及砂糖等食品材料也在3D打印领域得到了应用。
粘土作为人类应用最早的无机材料之一，具有存量丰富、成本低廉的优点，至今依然是人们生活中应用最多的无机材料，粘土不仅可用于陶瓷材料的烧制，房屋修建、铺设道路等，还能用于工业，如高分子材料中的填料、废水的处理、金属的冶炼等。随着3D打印技术的发展，各种材料被应用于3D打印，传统材料的使用方法也发生了改变，3D打印技术的出现，同样为粘土的使用方法提供了新的思路。在利用3D打印技术成型陶瓷产品的时候，人们使用的3D打印材料都是通过粘土烧制而成的陶瓷粉末，然后通过直接或间接的方法得到陶瓷产品，但陶瓷粉末的制备方法复杂且成本高昂，严重阻碍了3D打印技术在陶瓷成型上的发展和应用。粘土本身具有优异的粘性和可塑性，可直接成型制成陶瓷坯体，然后烧结得到陶瓷，但由于工艺、技术的缺陷，成型的陶瓷胚体具有结构简单，尺寸精度差等缺点，严重限制了粘土及其制品在生活中的应用，如果将3D打印技术用于粘土进而成型得到陶瓷，完全可以完善并解决上述的缺陷，因此，将粘土用于3D打印成型对粘土及其制品在生活中的应用具有重要意义和市场价值。
未经过改性处理的粘土材料不适用于3D打印成型，高塑性的粘土力学性能较差，不利于成型过程中的支撑和造型，而力学性能好的粘土粘结性和塑性较差，不利于成型过程中的粘结和挤出，因而，需要对粘土进行改性处理，得到适合用于3D打印技术的粘土材料，是粘土能用于3D打印技术的前提条件。
发明内容
本发明为了扩大3D打印技术在生活中的应用范围，对粘土进行改性处理，增加粘土的塑性、流动性和韧性，使粘土材料能用于3D打印技术，从而提出一种用于3D打印的丝状粘土材料及其制备方法。
本发明一种用于3D打印的丝状粘土材料，其特征在于按重量份计由以下原材料制备得到：
粘土 50-65份，
溶剂 30-40份，
载体 20-35份，
增塑剂 8-12份，
乳化剂 5-10份，
增韧剂 3-8份，
其中所述的粘土为经过高温煅烧去除了有机质的细度为1000-2000目的高岭土、蒙脱土中的一种或两种；所述的溶剂为水与乙醇按1∶1混溶的乙醇溶液；所述的载体为聚乳酸、聚乙烯、聚丙烯、聚苯乙烯中的一种或多种；所述的增塑剂为甲基硅油、氨基硅油、邻苯二甲酸钠中的一种或多种；所述的乳化剂为烷基铵盐、烷基磷酸盐、脂肪醇硫酸盐、烷基磺酸盐中的一种或多种；所述的增韧剂为碳化硅晶须、氮化硅晶须、钛酸钾晶须、硼酸铝晶须、氧化铝晶须、氧化锌晶须、硫酸钙晶须中的一种或多种。
上述一种用于3D打印的丝状粘土材料是通过以下制备方法得到的，其特征在于具体步骤如下：
1、将50-65重量的粘土、30-40重量份的溶剂、3-8重量份的增韧剂加入行星式球磨机中进行混合研磨0.5-1h，然后加入5-10重量份的乳化剂，用超声波进行乳化处理20-30min，采用喷雾干燥机进行喷雾干燥，得到粘土混合物粉末材料；
2、将步骤1得到的粘土混合物粉末材料与8-12重量份的增塑剂、20-35重量份的载体放入高速混合机中在200-300r/min的速度下混合处理30-40min出料，用双螺杆挤出机进行挤出，并拉丝，制成直径为1.75mm、3mm，直径误差在5%以内的细丝，收集细丝得到粘土3D打印材料，拉丝过程中采用冷风进行冷却。
本发明为了得到适用于3D打印技术的粘土材料，对粘土进行改性处理，增加粘土的塑性、流动性和韧性，使粘土材料能用于3D打印技术，将粘土分散在载体中，打印时成型温度低，熔融后既可进行成型打印，冷却后固化定型；加入增塑剂使粘土塑性更好；加入了增韧剂，提高了粘土的韧性，3D打印成型时力学性能更好，打印得到的产品韧性也更加优异；加入乳化剂对粘土进行乳化处理，将粘土分离包裹成为独立的细小颗粒，通过干燥形成固体粘土颗粒，利于成型后的脱塑处理，并且在烧结时粘土形成的陶瓷颗粒大小均匀，排列规整，陶瓷产品性能更好；采用上述改性方法得到的粘土材料具有塑性好，易成型，力学性能好，精度高的优点，适用于3D打印成型技术，促进了3D打印成型技术的推广应用，具有广阔的市场前景。
本发明突出的特点和有益效果在于：
1、本发明将粘土与树脂载体混熔，利用乳化剂对粘土进行乳化处理，将粘土分离包裹成为独立的细小颗粒，通过干燥形成固体粘土颗粒，利于成型后的脱塑处理，并且在烧结时粘土形成的陶瓷颗粒大小均匀，排列规整，陶瓷产品性能更好。
2、本发明提出了对粘土进行改性处理的方法，制备得到一种具有塑性好，易成型，成型温度低，力学性能好，精度高的粘土材料。
3、本发明方法制得的产品尺寸精度好，成型形状容易控制，且方法简单可靠，成本低廉。
具体实施方式
以下通过具体实施方式对本发明作进一步的详细说明，但不应将此理解为本发明的范围仅限于以下的实例。在不脱离本发明上述方法思想的情况下,根据本领域普通技术知识和惯用手段做出的各种替换或变更,均应包含在本发明的范围内。
实施例1
1、将50重量的细度为1000目的高岭土、30重量份的水与乙醇按1∶1混溶的乙醇溶液、3重量份的碳化硅晶须加入行星式球磨机中进行混合研磨0.5h，然后加入5重量份的烷基铵盐，用超声波进行乳化处理20min，采用喷雾干燥机进行喷雾干燥，得到粘土混合物粉末材料；
2、将步骤1得到的粘土混合物粉末材料与8重量份的甲基硅油、20重量份的聚乳酸放入高速混合机中在200r/min的速度下混合处理30min出料，用双螺杆挤出机进行挤出，并拉丝，制成直径为1.75mm，直径误差在5%以内的细丝，收集细丝得到粘土3D打印材料，拉丝过程中采用冷风进行冷却。
实施例2
1、将65重量的细度为1000蒙脱土、40重量份的水与乙醇按1∶1混溶的乙醇溶液、8重量份的氮化硅晶须加入行星式球磨机中进行混合研磨1h，然后加入10重量份的烷基磷酸钠，用超声波进行乳化处理30min，采用喷雾干燥机进行喷雾干燥，得到粘土混合物粉末材料；
2、将步骤1得到的粘土混合物粉末材料与12重量份的邻苯二甲酸钠、35重量份的聚乙烯放入高速混合机中在300r/min的速度下混合处理40min出料，用双螺杆挤出机进行挤出，并拉丝，制成直径为3mm，直径误差在5%以内的细丝，收集细丝得到粘土3D打印材料，拉丝过程中采用冷风进行冷却。
实施例3
1、将50重量的细度为2000目的高岭土、40重量份的水与乙醇按1∶1混溶的乙醇溶液、5重量份的钛酸钾晶须加入行星式球磨机中进行混合研磨0.5h，然后加入5重量份的脂肪醇硫酸钠，用超声波进行乳化处理30min，采用喷雾干燥机进行喷雾干燥，得到粘土混合物粉末材料；
2、将步骤1得到的粘土混合物粉末材料与12重量份的氨基硅油、20重量份的聚丙烯放入高速混合机中在250r/min的速度下混合处理35min出料，用双螺杆挤出机进行挤出，并拉丝，制成直径为1.75mm，直径误差在5%以内的细丝，收集细丝得到粘土3D打印材料，拉丝过程中采用冷风进行冷却。
实施例4
1、将55重量的细度为2000目的蒙脱土、35重量份的水与乙醇按1∶1混溶的乙醇溶液、8重量份的硼酸铝晶须加入行星式球磨机中进行混合研磨0.5h，然后加入8重量份的烷基磺酸钠，用超声波进行乳化处理25min，采用喷雾干燥机进行喷雾干燥，得到粘土混合物粉末材料；
2、将步骤1得到的粘土混合物粉末材料与10重量份的邻苯二甲酸钠、25重量份的聚苯乙烯放入高速混合机中在300r/min的速度下混合处理35min出料，用双螺杆挤出机进行挤出，并拉丝，制成直径为3mm，直径误差在5%以内的细丝，收集细丝得到粘土3D打印材料，拉丝过程中采用冷风进行冷却。
实施例5
1、将60重量的细度为1500目的高岭土、40重量份的水与乙醇按1∶1混溶的乙醇溶液、5重量份的氧化锌晶须加入行星式球磨机中进行混合研磨1h，然后加入6重量份的烷基磷酸钠，用超声波进行乳化处理30min，采用喷雾干燥机进行喷雾干燥，得到粘土混合物粉末材料；
2、将步骤1得到的粘土混合物粉末材料与12重量份的氨基硅油、20重量份的聚乙烯放入高速混合机中在280r/min的速度下混合处理30min出料，用双螺杆挤出机进行挤出，并拉丝，制成直径为1.75mm，直径误差在5%以内的细丝，收集细丝得到粘土3D打印材料，拉丝过程中采用冷风进行冷却。

Claims (1)

1.一种用于3D打印的丝状粘土材料，其特征在于含有树脂载体和乳化剂，按重量份由以下原材料制备得到：
粘土 50-65份，
溶剂 30-40份，
树脂载体 20-35份，
增塑剂 8-12份，
乳化剂 5-10份，
增韧剂 3-8份，
其中所述的粘土为经过高温煅烧去除了有机质的细度为1000-2000目的高岭土、蒙脱土中的一种或两种；所述的溶剂为水与乙醇按1∶1混溶的乙醇溶液；所述的树脂载体为聚乳酸、聚乙烯、聚丙烯、聚苯乙烯中的一种或多种；所述的增塑剂为甲基硅油、氨基硅油、邻苯二甲酸钠中的一种或多种；所述的乳化剂为烷基铵盐、烷基磷酸盐、脂肪醇硫酸盐、烷基磺酸盐中的一种或多种；所述的增韧剂为碳化硅晶须、氮化硅晶须、钛酸钾晶须、硼酸铝晶须、氧化铝晶须、氧化锌晶须、硫酸钙晶须中的一种或多种；所述一种用于3D打印的丝状粘土材料是通过以下制备方法得到的，其具体步骤如下：
（1）、将50-65重量的粘土、30-40重量份的溶剂、3-8重量份的增韧剂加入行星式球磨机中进行混合研磨0.5-1h，然后加入5-10重量份的乳化剂，用超声波进行乳化处理20-30min，采用喷雾干燥机进行喷雾干燥，得到粘土混合物粉末材料；
（2）、将步骤1得到的粘土混合物粉末材料与8-12重量份的增塑剂、20-35重量份的载体放入高速混合机中在200-300r/min的速度下混合处理30-40min出料，用双螺杆挤出机进行挤出，并拉丝，制成直径为1.75mm、3mm，直径误差在5%以内的细丝，收集细丝得到粘土3D打印材料，拉丝过程中采用冷风进行冷却。
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