CN106633713A - 原位微玻纤增强聚合物3d打印耗材及其制备方法与设备 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种原位微玻纤增强聚合物3D打印耗材及其制备方法与设备。本发明采取磷酸盐微晶玻璃与聚合物基体复合，能显著提高FDM模式聚合物基3D打印耗材的力学性能，并且不会造成打印时堵塞喷；并采用了静态混合器进行进一步混合，减小了磷酸盐微晶玻璃在产品中的尺寸，再经过牵引装置进一步的拉伸，大幅提升材料的力学性能，解决了3D打印耗材的增强和堵塞喷头之间的矛盾。本发明材料来源广泛，能很容易的实现连续生产，生产方法简单，易于实现规模化生产，成本低廉，使用效果好。

Description

原位微玻纤增强聚合物3D打印耗材及其制备方法与设备
技术领域
本发明涉及材料科学领域，尤其是一种原位微玻纤增强聚合物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。3D打印耗材技术的发展是3D打印技术能否普及的技术关键之一，提高3D打印耗材的力学强度具有非常重要的意义。玻纤增强聚合物材料是提高聚合物性能的有效方法，玻纤的加入可以提高聚合物拉伸强度和缺口冲击强度3倍以上。玻纤增强聚合物在越来越多的领域获得应用。但是在FEM模式3D打印耗材制备过程中，加入玻纤非常困难，原因玻纤容易缠结，很难分散均一，在打印时很容易造成喷头堵塞。磷酸盐玻璃纤维具有与传统玻璃纤维相似的力学性能，且具有更低玻璃化转变温度，具有很好的增强聚合物的潜力。但是，采用磷酸盐玻璃纤维，特别是原位微纤增强聚合物基3D打印耗材，还未见报道。
发明内容
本发明的目的是：提供一种原位微玻纤增强聚合物3D打印耗材及其制备方法与设备，它能显著提高FDM模式聚合物基3D打印耗材的力学性能，并且不会造成打印时堵塞喷头，能很容易的实现连续生产，生产方法简单，易于实现规模化生产，以克服现有技术的不足。
本发明是这样实现的：原位微玻纤增强聚合物3D打印耗材，按质量份数计算，包括聚合物基体40-95份、磷酸盐微晶玻璃5-60份及偶联剂1-10份。
所述聚合物基体为PP、PE、PLA、PBAT、EVA、PBS、PA、PET、PBT、PC、PEEK、PK或PI中的一种或几种的任意比例组合。
所述的磷酸盐微晶玻璃是指玻璃化转变温度区间在70-300℃中的一种或几种的组合。
所述偶联剂为硅烷偶联剂或钛酸酯偶联剂；硅烷偶联剂为KH550，KH560或KH590；钛酸酯偶联剂为KR-238S，201，101，ZJ101或ZJ105。
原位微玻纤增强聚合物3D打印耗材的制备方法，按上述质量份数取各组分，将聚合物基体、磷酸盐微晶玻璃以及偶联剂预混均匀后，采用原位玻纤增强聚合物3D打印耗材生产设备进行挤出，挤出后经拉伸、冷却、收卷流程后，制备得到原位微玻纤增强聚合物3D打印耗材。
原位玻纤增强聚合物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放置有加热装置；在加热装置前端放置有冷却定型水槽；在冷却定型水槽前端放置有激光测径仪；在激光测径仪前端设置有拉伸牵引辊；在拉伸牵引辊前端设置有收卷装置。
耗材成型模具的出口直径比传统的3D打印耗材生产设备模具直径大5％-50％。传统是1.75或3。
与现有技术相比，本发明采取磷酸盐微晶玻璃与聚合物基体复合，能显著提高FDM模式聚合物基3D打印耗材的力学性能，并且不会造成打印时堵塞喷头；并采用了静态混合器进行进一步混合，减小了磷酸盐微晶玻璃在产品中的尺寸，再经过牵引装置进一步的拉伸，大幅提升材料的力学性能，解决了3D打印耗材的增强和堵塞喷头之间的矛盾。本发明材料来源广泛，能很容易的实现连续生产，生产方法简单，易于实现规模化生产，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。
具体实施方式
本发明的实施例1：原位微玻纤增强聚合物3D打印耗材，按质量份数计算，包括PLA80份、磷酸盐微晶玻璃18份及硅烷偶联剂Kh5502份。磷酸盐微晶玻璃采用氯化亚锡与磷酸二氢铵以1:1的质量百分比在500℃烧制25分钟制备，其玻璃化转变温度为215℃。
原位微玻纤增强聚合物3D打印耗材的制备方法，按上述质量份数取各组分，将聚合物基体、磷酸盐微晶玻璃以及偶联剂预混均匀后，采用原位玻纤增强聚合物3D打印耗材生产设备进行挤出，挤出后经拉伸、冷却、收卷流程后，制备得到原位微玻纤增强聚合物3D打印耗材。
原位玻纤增强聚合物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前端放置有加热装置4；在加热装置4前端放置有冷却定型水槽5；在冷却定型水槽5前端放置有激光测径仪6；在激光测径仪6前端设置有拉伸牵引辊7；在拉伸牵引辊7前端设置有收卷装置8。
本实施例中静态混合器可采用SK型、SX型或SH型静态混合器。
本发明的实施例2：原位微玻纤增强聚合物3D打印耗材，按质量份数计算，包括EVA84份、磷酸盐微晶玻璃15份及钛酸酯偶联剂KR101 1份。磷酸盐微晶玻璃采用氯化亚锡与磷酸二氢铵以1:1的质量百分比在500℃烧制25分钟制备，其玻璃化转变温度为215℃。
制备方法及生产设备同实施例1。
为了验证本发明的效果，将上述实施实例制备的原位微玻纤增强聚合物3D打印耗材做了力学性能测试，结果如下表所示：

Claims (7)

1.一种原位微玻纤增强聚合物3D打印耗材，其特征在于：按质量份数计算，包括聚合物基体40-95份、磷酸盐微晶玻璃5-60份及偶联剂1-10份。
2.根据权利要求1所述的原位微玻纤增强聚合物3D打印耗材，其特征在于：所述聚合物基体为PP、PE、PLA、PBAT、EVA、PBS、PA、PET、PBT、PC、PEEK、PK或PI中的一种或几种的任意比例组合。
3.根据权利要求1所述的原位微玻纤增强聚合物3D打印耗材，其特征在于：所述的磷酸盐微晶玻璃是指玻璃化转变温度区间在70-300℃中的一种或几种的组合。
4.根据权利要求1所述的原位微玻纤增强聚合物3D打印耗材，其特征在于：所述偶联剂为硅烷偶联剂或钛酸酯偶联剂；硅烷偶联剂为KH550，KH560或KH590；钛酸酯偶联剂为KR-238S，201，101，ZJ101或ZJ105。
5.一种如权利要求1-4任意一项所述的原位微玻纤增强聚合物3D打印耗材的制备方法，其特征在于：按上述质量份数取各组分，将聚合物基体、磷酸盐微晶玻璃以及偶联剂预混均匀后，采用原位玻纤增强聚合物3D打印耗材生产设备进行挤出，挤出后经拉伸、冷却、收卷流程后，制备得到原位微玻纤增强聚合物3D打印耗材。
6.一种实现如权利要求5所述的制备方法的原位玻纤增强聚合物3D打印耗材生产设备，其特征在于：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)前端放置有加热装置(4)；在加热装置(4)前端放置有冷却定型水槽(5)；在冷却定型水槽(5)前端放置有激光测径仪(6)；在激光测径仪(6)前端设置有拉伸牵引辊(7)；在拉伸牵引辊(7)前端设置有收卷装置(8)。
7.根据权利要求6所述的原位玻纤增强聚合物3D打印耗材生产设备，其特征在于：耗材成型模具(3)的出口直径比传统的3D打印耗材生产设备模具直径大5％-50％。
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