CN106046700A - 利用petg塑料和植物纤维制备3d打印材料的方法 - Google Patents

利用petg塑料和植物纤维制备3d打印材料的方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种利用PETG塑料和植物纤维制备3D打印材料的方法，该方法的操作是：(1)将植物纤维采用碱和AKD进行预处理，再粉碎至小于60目的粉末；(2)将PETG塑料粉碎至小于80目的粉末；(3)将植物纤维粉末、PETG塑料粉末以及相容剂放在高速混合机混合，得到混合物粉末备用；(4)将混合物粉末使用双螺杆挤压成型机挤压造粒，机头温度90‑120℃，螺杆转速90‑120r/min，经挤压造粒得到符合3D打印的材料。本发明方法利用经过处理后的植物纤维强化PETG塑料，使所得到的复合材料拉伸强度、冲击强度和尺寸稳定性得到大幅提高。

Description

利用PETG塑料和植物纤维制备3D打印材料的方法
技术领域
本发明涉及3D打印材料的制备方法，特别是一种利用PETG塑料和植物纤维制备3D打印材料的方法。
背景技术
3D打印又被称作“快速成型技术”，它通过一层一层铺叠打印材料方式来实现三维物体的制造。3D打印技术源自于100多年前的照相雕塑和地貌成型技术，上世纪80年代形成雏形，随着近30年的发展，3D打印技术突飞猛进。目前主流3D打印技术主要有熔融沉积快速成型，光固化成型、粉末粘结成型等几种。随着3D打印技术的不断进步和成熟，它在航空航天、生物医药、建筑等领域的应用逐步拓宽，其方便快捷、能够提高材料利用率等优势不断显现，与传统制造的结合也更加紧密，不断推动传统制造业的转型升级。
现阶段制约3D打印技术发展的因素主要有两个：打印材料和设备。3D打印技术本身并不复杂，但可用的耗材是个难点。普通打印机的耗材是墨水和纸张，但3D打印机的耗材主要是胶水和高分子材料，而且必须经过特殊处理，对材料的固化反应速度等也要求很高，不同的3D打印技术也对成型材料有不同的要求。现代的3D打印技术多使用ABS树脂、人造橡胶、塑料、沙子、铸蜡和聚酯热塑性塑料等，这些材料多为粉末或者粘稠的液体，从价格上看，便宜的几百块1kg，最贵的1kg甚至达到4万元左右，所以当前3D打印材料的成本是制约3D打印技术进一步发展的一大因素。
PETG(聚对苯二甲酸乙二醇酯-1，4-环己二甲醇酯)是一种结晶度很低甚至是完全不结晶的共聚酯，具有优异的韧性、透明度、易加工和耐化学性能，但最为重要的是PETG是一种环保型材料，因为PETG燃烧后只会产生CO2和水，不对环境造成污染。此外其粘度比丙烯酸(亚克力)好，制品高度透明，抗冲击性能优异，特别适宜成型厚壁透明制品，其加工成型性能极佳，能够按照设计者的意图进行任意形状的设计，可以采用传统的挤出、注塑、吹塑及吸塑等成型方法。植物纤维近年来越来越多的作为增强纤维添加到塑料材料中制备木塑复合材料，但目前尚末见有采用PETG塑料和植物纤维相结合制备3D打印材料的相关报导。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种利用PETG塑料和植物纤维制备3D打印材料的方法，通过向PETG塑料中添加植物纤维制备用于3D打印的复合材料，增强材料性能并且降低3D打印材料的成本。
本发明以如下技术方案解决上述技术问题：
本发明利用植物纤维制备3D打印材料的方法，包括如下操作步骤：
本发明利用PETG塑料和植物纤维制备3D打印材料的方法，包括如下操作步骤：
(1)将植物纤维采用碱和AKD进行预处理，并将预处理后的植物纤维粉碎至小于60目的粉末备用；
(2)将PETG塑料粉碎至小于80目的粉末备用；
(3)高速混合
将植物纤维粉末、PETG塑料粉末以及相容剂放在高速混合机混合，植物纤维粉末、PETG塑料粉末和相容剂按重量份配比是：PETG塑料粉末100份、植物纤维粉末30-50份、相容剂10-15份，混合10分钟，转速400-800r/min，得到混合物粉末备用；
(4)挤压造粒
将步骤(3)得到的混合物粉末使用双螺杆挤压成型机挤压造粒，机头温度90-120℃，螺杆转速90-120r/min，经挤压造粒得到符合3D打印的材料。
在步骤(1)中，植物纤维采用碱进行预处理的操作是：
将植物纤维撕碎，用蒸馏水清洗干净后自然风干24h，随后将其按照固液比1:20浸入质量浓度为4％的NaOH溶液中浸泡，温度60℃，反应时间1h，随后使用去离子水充分清洗，过滤后在105℃下烘干24h。
在步骤(1)中，植物纤维采用AKD进行预处理的操作是：
将AKD溶于正己烷中，制备质量浓度为5％～8％的正己烷溶液，随后按照每1kg植物纤维原料配用4L上述正己烷溶液的比例，在60℃下浸泡经碱处理后的植物纤维1.5h，随后滤出，自然风干24h，再将植物纤维置于105℃的烘箱中烘干3h，最后取出冷却至室温，再粉碎成粉末。
本发明所述植物纤维为废旧箱板纸纤维、秸秆纤维、木薯渣以及木薯酒糟渣。
本发明所述相容剂为马来酸酐相容剂；所述PETG塑料的化学名称为聚对苯二甲酸乙二醇酯-1，4-环己二甲醇酯；所述AKD的化学名称为烷基烯酮二聚体。
本发明方法使用PETG塑料和植物纤维为原料，环保无污染，所用植物纤维基本为废弃材料，成本低廉。利用AKD作为偶联剂，增加了植物纤维和PETG塑料间的相容性，最终得到的复合材料相比原PETG塑料，拉伸强度的增强可达15—30％，冲击强度增强可达40—50％。
附图说明
图1是本发明方法的工艺流程图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明方法作进一步的说明。
1、植物纤维碱处理
将植物纤维原料撕碎，用蒸馏水清洗干净后自然风干24h，随后将其按照固液比1:20浸入质量浓度为4％的NaOH溶液(100g溶液中含有4g NaOH)中浸泡，温度60℃，反应时间1h，随后使用去离子水充分清洗，滤出大部分水分后，在105℃下烘干24h备用；
2、植物纤维AKD(烷基烯酮二聚体)处理
将AKD溶于正己烷中，制备质量分数浓度为5％的正己烷溶液，随后按照每1kg植物纤维原料使用4L上述正己烷溶液的比例，在60℃下浸泡经碱处理后的植物纤维1.5h，随后滤出，自然风干24h。将处理过的植物纤维置于105℃的烘箱中烘干3h，最后取出冷却至室温备用；
3、植物纤维粉碎
将经过步骤1、2处理过的植物纤维使用粉碎机粉碎，取小于60目的粉末备用；
4、PETG塑料粉碎
使用粉碎机将PETG塑料进行粉碎，取小于80目的粉末备用；
5、混合物高速混合
将经处理后的原料按照：PETG塑料粉末100份：植物纤维粉末30-50份：马来酸酐相容剂10-15份的配比使用高速混合机混合10分钟，转速400-800r/min，得到混合物备用；
6、挤压造粒
将步骤5得到的混合物粉末使用双螺杆挤压成型机挤压造粒，机头温度90-120℃，螺杆转速90-120r/min，经挤压造粒得到符合3D打印的材料。
本发明所述植物纤维为废旧箱板纸纤维、秸秆纤维、木薯渣以及木薯酒糟渣。
以下是本发明方法的实施例：
实施例1：
制备方法：
(1)植物纤维碱处理
将植物纤维撕碎，用蒸馏水清洗干净后自然风干24h，随后将其按照固液比1:20浸入质量浓度为4％的NaOH溶液(100g溶液中含有4g NaOH)中浸泡，温度60℃，反应时间1h，随后使用去离子水充分清洗，滤出大部分水分后，在105℃下烘干24h备用；
(2)植物纤维AKD(烷基烯酮二聚体)处理
将AKD溶于正己烷中，制备质量分数浓度为5％的正己烷溶液，随后按照每1kg植物纤维原料使用4L上述正己烷溶液的比例，在60℃下浸泡植物纤维1.5h，随后滤出，自然风干24h。将处理过的植物纤维置于105℃的烘箱中烘干3h，最后取出冷却至室温备用；
(3)植物纤维粉碎
将经过步骤1、2处理过的植物纤维使用粉碎机粉碎，取小于60目的粉末备用；
(4)PETG塑料粉碎
使用粉碎机将PETG塑料进行粉碎，取小于80目的粉末备用；
(5)混合物高速混合
将原材料按照：PETG塑料粉末100份：预处理过的植物纤维粉末30份：相容剂10份的配比使用高速混合机混合10分钟，转速400r/min，得到混合物备用；
(6)挤压造粒
将步骤5得到的混合物粉末使用双螺杆挤压成型机挤压造粒，机头温度90℃，螺杆转速90r/min，经挤压造粒得到符合3D打印的材料。
实施例2：
制备方法：
(1)植物纤维碱处理
将植物纤维撕碎，用蒸馏水清洗干净后自然风干24h，随后将其按照固液比1:20浸入质量浓度为4％的NaOH溶液(100g溶液中含有4g NaOH)中浸泡，温度60℃，反应时间1h，随后使用去离子水充分清洗，滤出大部分水分后，在105℃下烘干24h备用；
(2)植物纤维AKD(烷基烯酮二聚体)处理
将AKD溶于正己烷中，制备质量分数浓度为6％的溶液，随后按照每1kg植物纤维原料使用4L上述正己烷溶液的比例，在60℃下浸泡植物纤维1.5h，随后滤出，自然风干24h。将处理过的植物纤维置于105℃的烘箱中烘干3h，最后取出冷却至室温备用；
(3)植物纤维粉碎
将经过步骤1、2处理过的植物纤维使用粉碎机粉碎，取小于60目的粉末备用；
(4)PETG塑料粉碎
使用粉碎机将PETG塑料进行粉碎，取取小于80目的粉末备用；
(5)混合物高速混合
将原材料按照：PETG塑料粉末100份：预处理过的植物纤维粉末40份：相容剂12份的配比使用高速混合机混合10分钟，转速500r/min，得到混合物备用；
(6)挤压造粒
将步骤5得到的混合物粉末使用双螺杆挤压成型机挤压造粒，机头温度100℃，螺杆转速100r/min，经挤压造粒得到符合3D打印的材料。
实施例3：
制备方法：
(1)植物纤维碱处理
将植物纤维撕碎，用蒸馏水清洗干净后自然风干24h，随后将其按照固液比1:20浸入质量浓度为4％的NaOH溶液(100g溶液中含有4g NaOH)中浸泡，温度60℃，反应时间1h，随后使用去离子水充分清洗，滤出大部分水分后，在105℃下烘干24h备用；
(2)植物纤维AKD(烷基烯酮二聚体)处理
将AKD溶于正己烷中，制备质量分数浓度为8％的正己烷溶液，随后按照每1kg植物纤维原料使用4L上述正己烷溶液的比例，在60℃下浸泡植物纤维1.5h，随后滤出，自然风干24h。将处理过的植物纤维置于105℃的烘箱中烘干3h，最后取出冷却至室温备用；
(3)植物纤维粉碎
将经过步骤1、2处理过的植物纤维使用粉碎机粉碎，取小于60目的粉末备用；
(4)PETG塑料粉碎
使用粉碎机将PETG塑料进行粉碎，取小于80目的粉末备用；
(5)混合物高速混合
将原材料按照：PETG塑料粉末100份：预处理过的植物纤维粉末50份：相容剂15份的配比使用高速混合机混合10分钟，转速700r/min，得到混合物备用；
(6)挤压造粒
将步骤5得到的混合物粉末使用双螺杆挤压成型机挤压造粒，机头温度120℃，螺杆转速120r/min，经挤压造粒得到符合3D打印的材料。

Claims (5)

1.利用PETG塑料和植物纤维制备3D打印材料的方法，其特征在于，该方法包括如下操作步骤：
(1)将植物纤维采用碱和AKD进行预处理，并将预处理后的植物纤维粉碎至小于60目的粉末备用；
(2)将PETG塑料粉碎至小于80目的粉末备用；
(3)高速混合
将植物纤维粉末、PETG塑料粉末以及相容剂放在高速混合机混合，植物纤维粉末、PETG塑料粉末和相容剂按重量份配比是：PETG塑料粉末100份、植物纤维粉末30-50份、相容剂10-15份，混合10分钟，转速400-800r/min，得到混合物粉末备用；
(4)挤压造粒
将步骤(3)得到的混合物粉末使用双螺杆挤压成型机挤压造粒，机头温度90-120℃，螺杆转速90-120r/min，经挤压造粒得到符合3D打印的材料。
2.根据权利要求1所述利用PETG塑料和植物纤维制备3D打印材料的方法，其特征在于，在步骤(1)中，植物纤维采用碱进行预处理的操作是：
将植物纤维撕碎，用蒸馏水清洗干净后自然风干24h，随后将其按照固液比1:20浸入质量浓度为4％的NaOH溶液中浸泡，温度60℃，反应时间1h，随后使用去离子水充分清洗，过滤后在105℃下烘干24h。
3.根据权利要求1或2所述利用PETG塑料和植物纤维制备3D打印材料的方法，其特征在于，在步骤(1)中，植物纤维采用AKD进行预处理的操 作是：
将AKD溶于正己烷中，制备质量浓度为5％～8％的正己烷溶液，随后按照每1kg植物纤维原料配用4L上述正己烷溶液的比例，在60℃下浸泡经碱处理后的植物纤维1.5h，随后滤出，自然风干24h，再将植物纤维置于105℃的烘箱中烘干3h，最后取出冷却至室温，再粉碎成粉末。
4.根据权利要求1所述利用PETG塑料和植物纤维制备3D打印材料的方法，其特征在于，所述植物纤维为废旧箱板纸纤维、秸秆纤维、木薯渣以及木薯酒糟渣。
5.根据权利要求1所述利用PETG塑料和植物纤维制备3D打印材料的方法，其特征在于，所述相容剂为马来酸酐相容剂。
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