CN106700512A - 一种3d打印pa-12复合材料及制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种3D打印PA-12复合材料及其制备方法，该3D打印材料是由PA-12和加工助剂组成，其重量份组成如下：PA-12为900~970份，纳米二氧化硅30~100份，增韧剂25~40份，偶联剂1~5份，分散剂15~30份，润滑剂5~10份。本发明的制备方法在于，利用工艺，添加纳米二氧化硅，制备PA-12粉末。将纯PA-12粉末和纳米二氧化硅按质量比97：3在行星式球磨机中混合2~3h，即得PA-12/SiO2机械混合复合粉沫材料(简称为机械混合粉)，用双螺杆挤出机挤出、拉丝、绕盘。本发明制备的3D打印材料具有效的提高了PA12材料的相关性能，适用范围广，为3D打印机提供了更为多样的高性能打印材料。
Description
技术领域
本发明属于3D打印材料制造技术领域，涉及一种用纳米二氧化硅与PA-12尼龙材料制备的PA-12复合3D打印材料及制备方法。
背景技术
3D打印又称为快速成型技术，也称为增材制造技术，是一种不需要传统刀具、夹具和机床，而是以数字模型文件为基础，使用金属粉末或塑料等具有勃合性的材料逐层打印来制造任意形状物品的技术。3D打印机可以制造的物品很多，如飞机、手枪，再如食物、人体器官、儿童玩具等。3D打印技术是最近20年来世界制造技术领域的一次重大突破。是机械工程、计算机技术、数控技术、材料科学等多学科技术的集成。3D打印最难最核心的技术是打印材料的开发。因此开发更为多样多功能的3D打印材料成为未来研究与应用的热点与关键。本发明的3D打印材料是一种新材料，兼具金属和塑料的性能，为3D打印提供了更多的材料方面的选择。
熔融挤压堆积成型(FDM)技术是3D打印常用的一种技术，此技术利用热塑性聚合物在熔融状态下，从打印喷头挤出，然后凝固成轮廓薄层，再一层一层的叠加而成。目前，市场上该技术常用的聚合物材料为聚乳酸(PLA，ABS，PA，聚苯砜(PPSF)和聚碳酸酯(PC)等。FDM要求材料具有较低的冷凝收缩率、较陡的粘温曲线和较高的强度、刚度、热稳定性等。
目前纳米颗粒/PA-12尼龙复合材料作为3D打印材料的文献很少。
行星式球磨机是针对粉碎、研磨、分散金属、非金属、有机、中草药等粉体进行设计的，特别适合实验室研究使用，其工作原理是利用磨料与试料在研磨罐内高速翻滚，对物料产生强力剪切、冲击、碾压达到粉碎、研磨、分散、乳化物料的目的。行星式球磨机在同一转盘上装有四个球磨罐，当转盘转动时，球磨罐在绕转盘轴公转的同时又围绕自身轴心自转，作行星式运动。罐中磨球在高速运动中相互碰撞，研磨和混合样品。该产品能用干、湿两种方法研磨和混合粒度不同、材料各异的产品，研磨产品最小粒度可至0.1微米。能很好的实现各种工艺参数要求，同时由于其小批量、低功耗、低价位的优点。
发明内容
目前3D打印材料多使用纯塑料，塑料感强，亲和性差，力学性能不够好，本发明提出了一种3D打印纳米颗粒/PA-12尼龙复合材料及其制备方法，使得打印出来的物品比纯高分子材料具有更优秀的力学性能和稳定性。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种3D打印纳米颗粒/PA-12尼龙复合材料，其组分按重量份计为：
PA-12为900~970份；
纳米二氧化硅30~100份；
偶联剂1~3份；
分散剂15~30份；
润滑剂5~10份；
增韧剂25~40。
其中所述纳米二氧化硅选用平均粒径为50 nm，比表面积为 ( 160±20 )m 2 / g ,的纳米二氧化硅；所述聚烯烃塑料选用拉丝级PA-12尼龙材料；所述加工助剂中的偶联剂选用钛酸酯、铝酸酯、硅烷偶联剂、锆类偶联剂、铬络合物偶联剂中的一种；润滑剂选用石蜡、PP蜡、PE蜡、硬脂酸、硬脂酸丁酯、油酰胺、乙撑双硬脂酰胺的一种；分散剂选用EBS；增韧剂选用POE、EDPM、EVA、SBS的一种。
本发明制备3D打印PA-12尼龙复合材料的具体实施步骤如下，
步骤1：纳米二氧化硅选择平均粒径为50 nm，比表面积为 ( 160±20 )m 2 / g ,，烘干备用；
步骤2：按照重量份称量纳米二氧化硅为30~100份，PA-12尼龙材料为900~970份，偶联剂1~3份，分散剂15~30份，润滑剂5~10份，增韧剂25~40；
步骤3：将步骤2称量的纳米二氧化硅加入行星式球磨机，加入步骤2称重的偶联剂(APTS)混合30分钟，之后加入步骤2称重的分散剂、润滑剂继续混合30分钟，最后加入步骤2称量的PA-12尼龙材料、增韧剂继续混合150分钟，温度保持在150 ℃；
步骤4：将步骤3中得到的混合料用双螺杆挤出机造粒，双螺杆挤出机螺杆直径为75mm，长径比45：1，挤出机温度依次设定为：一区190~200 ℃，二区195~205 ℃，三区205~215℃，四区210~225 ℃，五区225~230 ℃，六区230~235 ℃，七区235~240℃,八区240~245 ℃，九区245~255 ℃，机头温度245~255 ℃；
步骤5：将步骤4得到的粒子用单螺杆挤出机进行挤出加工成直径为1. 75±0. 05mm的细丝 75±0. 05mm的细丝，单螺杆挤出机螺杆直径15mm，长径比48：1，挤出温度依次设定为：一区190~200 ℃，二区195~205 ℃，三区205~215℃，四区210~225 ℃，五区225~230 ℃，六区230~235 ℃，七区235~240℃,八区240~245 ℃，九区245~255 ℃，机头温度245~255 ℃；
步骤6:细丝经水冷，风干，绕盘。
本发明的有益效果是，
(1)本发明使用常用的热塑性塑料PA-12尼龙材料，材料新，性能优，拓宽了3D打印材料原料的选择范围；
(2)本发明使用纳米二氧化硅填充PA-12尼龙材料，制成PA-12尼龙复合材料，使得制品具有更加优秀的力学性能，更好的稳定性，使用范围更加广泛；
(3)本发明制成的3D打印PA-12尼龙复合材料具有很好的耐磨性、耐油性、韧性、冲击强度，通过3D打印技术打印出来的产品高质量、高抗冲、高强度。
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。
步骤1：纳米二氧化硅选择平均粒径为50 nm，比表面积为 ( 160±20 )m 2 / g ,，烘干备用；
步骤2：按照重量份称量纳米二氧化硅为40份，PA-12尼龙材料为960份，偶联剂3份，分散剂18份，润滑剂10份，增韧剂28；
步骤3：将步骤2称量的纳米二氧化硅加入行星式球磨机，加入步骤2称重的偶联剂继续混合30分钟，之后加入步骤2称重的分散剂、润滑剂继续混合30分钟，最后加入步骤2称量的PA-12尼龙材料、增韧剂继续混合150分钟，温度保持在150 ℃；
步骤4：将步骤3中得到的混合料用双螺杆挤出机造粒，双螺杆挤出机螺杆直径为75mm，长径比45：1，挤出机温度依次设定为：一区190℃，二区205 ℃，三区215℃，四区225 ℃，五区230 ℃，六区230~235 ℃，七区240℃,八区240 ℃，九区250 ℃，机头温度250 ℃；
步骤5：将步骤4得到的粒子用单螺杆挤出机进行挤出加工成直径为1. 75±0. 05mm的细丝 ，单螺杆挤出机螺杆直径15mm，长径比48：1，挤出温度依次设定为：一区190℃，二区205 ℃，三区215℃，四区225 ℃，五区230 ℃，六区230~235 ℃，七区240℃,八区240 ℃，九区250 ℃，机头温度250 ℃；
步骤6:细丝经水冷，风干，绕盘。
将材料进行性能检测，结果符合3D打印用复合材料。
Claims (8)
1.一种3D打印PA-12复合材料，其特征在于：由PA-12尼龙材料、纳米二氧化硅、加工助剂组成，其组分重量份组成如下：
PA-12为900~970份；
纳米二氧化硅30~100份；
偶联剂1~3份；
分散剂15~30份；
润滑剂5~10份；
增韧剂25~40。
2. 根据权利要求1所述3D打印PA-12复合材料，其特征在于：所述纳米二氧化硅选用平均粒径为50 nm，比表面积为
( 160±20
)m 2 / g , 纳米二氧化硅。
3. 根据权利要求1所述3D打印PA-12复合材料，其特征在于：所述PA-12尼龙材料选用挤出级PA-12尼龙材料。
4.根据权利要求1所述3D打印PA-12复合材料，其特征在于：偶联剂选用硅烷偶联剂、钛酸酯、铝酸酯、锆类偶联剂、铬络合物偶联剂中的一种。
5. 根据权利要求1所述3D打印PA-12复合材料，其特征在于：所述润滑剂选用石蜡、PP蜡、PE蜡、硬脂酸、硬脂酸丁酯、油酰胺、乙撑双硬脂酰胺中的一种。
6. 根据权利要求1所述3D打印PA-12复合材料，其特征在于：所述分散剂选用EBS。
7. 根据权利要求1所述3D打印PA-12复合材料，其特征在于：所述增韧剂选用POE、EVA、SBS、EDPM中的一种。
8.一种根据权利要求1所述3D打印PA-12复合材料的制备方法，其特征在于，按照以下
步骤实施：
步骤1：纳米二氧化硅选择平均粒径为50 nm，比表面积为 ( 160±20 )m 2 / g
, ，烘干备用；
步骤2：按照重量份称量纳米二氧化硅为30~100份，PA-12尼龙材料为900~970份，偶联剂1~3份，分散剂15~30份，润滑剂5~10份，增韧剂25~40；
步骤3：将步骤2称量的纳米二氧化硅加入行星式球磨机，加入步骤2称重的硅烷偶联剂（APTS）混合30分钟，之后加入步骤2称重的分散剂、润滑剂继续混合30分钟，最后加入步骤2称量的PA-12尼龙材料、增韧剂继续混合150分钟，温度保持在150℃；
步骤4：将步骤3中得到的混合料用双螺杆挤出机造粒，双螺杆挤出机螺杆直径为75mm，长径比45：1，挤出机温度依次设定为：一区190~200 ℃，二区195~205 ℃，三区205~215℃，四区210~225 ℃，五区225~230 ℃，六区230~235 ℃，七区235~240℃,八区240~245 ℃，九区245~255 ℃，机头温度245~255 ℃；
步骤5：将步骤4得到的粒子用单螺杆挤出机进行挤出加工成直径为1. 75±0. 05mm的细丝，单螺杆挤出机螺杆直径15mm，长径比48：1，挤出温度依次设定为：一区190~200 ℃，二区195~205 ℃，三区205~215℃，四区210~225 ℃，五区225~230 ℃，六区230~235 ℃，七区235~240℃,八区240~245 ℃，九区245~255 ℃，机头温度245~255 ℃；
步骤6:细丝经水冷，风干，绕盘。
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