CN106186810A - 一种3d打印建筑材料 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种3D打印建筑材料，属于建筑材料领域，采用的技术方案是：一种3D打印建筑材料，关键在于，所述材料包括以下质量百分比的原料：聚乙烯颗粒10‑15%、硅酸盐粉末75‑85%和抗氧化剂5‑12%。有益效果是：（1）本发明提供的材料易施工，实现了快速打印、快速成型、快速入库、快速使用，成型后的建筑墙体牢固度好、抗冲击强度高，抗老化能力强、成本低；（2）材料制备简单，适于广泛推广应用，且解决了建筑材料回收问题。

Description

一种3D打印建筑材料
技术领域
本发明属于建筑材料领域，尤其涉及一种3D打印建筑材料。
背景技术
传统的建筑方式中，劳动强度和工力耗费大、建筑垃圾粉尘量大、污染严重，另一方面，在建筑过程中，建筑材料提前预制难、不可回收、预制件精度不够、不能预制管道及无法预留电路通道、通风通道及功能口等问题给建筑作业带来了很大的不便和麻烦，随着新兴技术3D打印在制造业领域的迅猛发展，给传统的建筑模式带来了颠覆性变革。但目前的3D打印材料一般多为高分子聚合物材料或金属材料，聚合物材料如ABS、PLA、PVA等，金属材料还诸如铝材料、钛合金、不锈钢、镀银材料等，上述材料用于打印建筑模型或用于3D打印建筑时，都存在较大弊端，如牢固度不佳、易变形、易老化、环保性能不佳、成本高等，尚无适用于3D打印技术的建筑材料，由此造成3D打印的建筑物严重阻碍了3D打印建筑的推广和普及。
发明内容
本发明为解决目前材料在用于3D打印建筑时牢固度不佳、易变形、易老化、环保性能差的技术问题，提供了一种3D打印建筑材料，采用高温加热聚乙烯和抗氧化剂并与硅酸盐材料复合的技术方案，实现了所得材料在用于3D打印建筑物时成型好、墙体牢固度好、抗老化、易施工。
本发明采用的技术方案是：一种3D打印建筑材料，关键在于，所述材料包括以下质量百分比的原料：聚乙烯颗粒10-15%、硅酸盐粉末75-85%和抗氧化剂5-12%。
优选的，所述材料由以下质量百分比的原料组成：聚乙烯颗粒12%、硅酸盐粉末80%和抗氧化剂8%。
上述技术方案中，3D打印建筑材料的原料中以硅酸盐粉末为主要成分，聚乙烯颗粒为成型材料组分，抗氧化剂的作用是降低聚乙烯颗粒的氧化老化，延长材料使用寿命。硅酸盐材料硬度大、广泛用于建筑材料，但硅酸盐材料如水泥等需有水才能凝固成型，迄今为止并未用于3D打印材料中，即使将其用于高分子聚合物，通常是作为增强材料，以较少含量添加至材料中以增强其力学性能，本发明采用少量聚乙烯将硅酸盐粉末包裹，不仅保留了硅酸盐硬度好的特点，硅酸盐粉末同时作为增强材料大大提高了聚乙烯的力学性能，还借助聚乙烯使得整体易于成型，同时其抗氧化性能、抗老化性能大大提高，稳定性显著提高。在制备时，将硅酸盐粉末、聚乙烯颗粒、抗氧化剂共同搅拌后加入设备料斗中，由设备螺旋杆将材料传入设备加热仓，加热仓温度180摄氏度，使聚乙烯和氧化剂熔化对硅酸盐形成包裹，并具有流动性，受螺杆压力的影响和材料流动性的产生，材料被挤出，并开始打印，本发明解决了快装板精度问题和预制板养生问题，且材料制备简单，成本低，适于广泛推广应用。
本发明的有益效果是：（1）本发明提供的材料易施工，实现了快速打印、快速成型、快速入库、快速使用，成型后的建筑墙体牢固度好、抗冲击能力强，抗老化能力强、成本低；（2）材料制备简单，适于广泛推广应用，且解决了建筑材料回收问题，加热至一定温度后可回收重新利用，大大节约了能源材料，绿色环保。
具体实施方式
本发明提供一种3D打印建筑材料，所述材料的原料包括以下质量百分比的组分：聚乙烯颗粒10-15%、硅酸盐粉末75-85%和抗氧化剂5-12%。
其中，所述抗氧化剂由四[β-（3，5-二叔丁基-4-羟基苯基）丙酸]季戊四醇酯、β-（3,5-二叔丁基-4-羟基苯基）丙酸正十八碳醇酯和亚磷酸三(2,4-二叔丁基苯基)酯组成，即抗氧化剂1010、抗氧化剂1076和抗氧化剂168组成，四[β-（3，5-二叔丁基-4-羟基苯基）丙酸]季戊四醇酯：β-（3,5-二叔丁基-4-羟基苯基）丙酸正十八碳醇酯：亚磷酸三(2,4-二叔丁基苯基)酯的质量份数比为2-5：3-4：1-3。
所述聚乙烯为高密度聚乙烯（HDPE）、纳米TiO2改性高密度聚乙烯（纳米TiO2改性HDPE）和/或纳米CeO2改性高密度聚乙烯（纳米CeO2改性HDPE）。高密度聚乙烯（HDPE）具有良好的耐热性和耐寒性，化学稳定性好，还具有较高的刚性和韧性，机械强度好。介电性能，耐环境应力开裂性亦较好，且高密度聚乙烯无毒，无味，无臭，属环保材质，加热达到熔点，即可回收再利用；纳米TiO2改性高密度聚乙烯及纳米CeO2改性高密度聚乙烯具有优异的化学与物理性能，结合了无机纳米粒子的性能及高分子材料性能于一体，在力学、热稳定性等方面的性能更加优越，3D打印出的建筑材料及模型力学性能及稳定性更加优异，更主要的是，建筑材料的抗老化性能也大大增强。
所述硅酸盐粉末为42.5硅酸盐水泥、蒙脱土、陶土和/或粘土。
所述3D打印建筑材料制备方法如下：
（1）将硅酸盐粉末、聚乙烯颗粒和抗氧化剂混合均匀；
（2）170-190℃加热1-5min至熔融的聚乙烯和抗氧化剂包裹硅酸盐，挤出。
为便于理解，表1列举具体实施例，以更好的说明本发明3D打印建筑材料的组成及性能。
表1 3D打印建筑材料原料组成示例（质量百分比）
。
上述表中，将硅酸盐、聚乙烯和抗氧化剂加入高速混合机中，以1200-1600r/min搅拌15min，混合均匀后，加入至双螺杆挤出成型机中，以180℃加热5min，此时，聚乙烯和抗氧化剂熔融并将硅酸盐包裹，借助双螺杆挤出机挤出至3D打印机进料管，进而通过高温（180-250℃）的喷头实现3D打印，且成型快速，打印后的材料模型稳定性大大提高，根据相关规范方法测试并得到上述性能测试数据，可见本材料抗冲击能力、抗压强度都很高，热变形温度较高，能很好的满足3D打印建筑的成型、稳定、牢固性的要求。

Claims (6)

1.一种3D打印建筑材料，其特征在于，所述材料包括以下质量百分比的原料：聚乙烯颗粒10-15%、硅酸盐粉末75-85%和抗氧化剂5-12%。
2.根据权利要求1所述的3D打印建筑材料，其特征在于，所述材料由以下质量百分比的原料组成：聚乙烯颗粒12%、硅酸盐粉末80%和抗氧化剂8%。
3.根据权利要求1所述的3D打印建筑材料，其特征在于，所述抗氧化剂由四[β-（3，5-二叔丁基-4-羟基苯基）丙酸]季戊四醇酯、β-（3,5-二叔丁基-4-羟基苯基）丙酸正十八碳醇酯和亚磷酸三(2,4-二叔丁基苯基)酯组成，四[β-（3，5-二叔丁基-4-羟基苯基）丙酸]季戊四醇酯：β-（3,5-二叔丁基-4-羟基苯基）丙酸正十八碳醇酯：亚磷酸三(2,4-二叔丁基苯基)酯的质量份数比为2-5：3-4：1-3。
4.根据权利要求1或2或3所述的3D打印建筑材料，其特征在于，所述聚乙烯为高密度聚乙烯、纳米TiO2改性高密度聚乙烯和/或纳米CeO2改性高密度聚乙烯。
5.根据权利要求1或2或3所述的3D打印建筑材料，其特征在于，所述硅酸盐粉末为42.5硅酸盐水泥、蒙脱土、陶土和/或粘土。
6.根据权利要求1或2或3所述的3D打印建筑材料，其特征在于，所述3D打印建筑材料制备方法如下：
（1）将硅酸盐粉末、聚乙烯颗粒和抗氧化剂混合均匀；
（2）170-190℃加热1-5min至熔融的聚乙烯和抗氧化剂包裹硅酸盐，挤出。
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