CN107189380A - 一种环保领域用高硬度耐磨3d打印材料 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种环保领域用高硬度耐磨3D打印材料，其原料包括改性聚乳酸、硅橡胶、三元乙丙橡胶、氢化丁晴橡胶、氯磺化聚乙烯橡胶、聚氟乙稀树脂、木质纤维粉、玻璃纤维、改性剑麻纤维、二氧化硅、碳化硅、纳米蒙脱土、单壁碳纳米管、富勒烯二硫化钨、纳米炭黑、硅烷偶联剂KH‑560、氯化石蜡、聚乙二醇、防老剂D、分散剂、增塑剂和促进剂。本发明的3D打印材料运用于环保领域，具有优异的硬度和耐磨性能。
Description
技术领域
本发明涉及3D打印材料的技术领域，尤其涉及一种环保领域用高硬度耐磨3D打印材料。
背景技术
3D打印技术又称增材制造技术或快速成型技术，最早起源于20世纪80年代，是一种由计算机辅助设计数据通过成型设备以材料逐层叠加的方式来实现实体制造的技术。3D打印技术是一种新兴的、很有发展前途的制造技术，实现了材料从减材制造到增材制造的重大改变，其材料的利用率在90％以上。与传统工业的减材制造相比，3D打印技术将生产制造从大型、复杂的传统工业制造过程中分离出来，改变了传统工业的制造理念、生产加工方式和管理模式，将撼动全球的制造业，被称为是“第三次工业革命”的技术代表。3D打印技术已被广泛应用于航天航空、汽车制造、教学研究、生物医学等领域。
聚乳酸作为一种可生物降解材料,具有可再生性，其原材料乳酸来源广泛，可通过玉米、淀粉等农产品发酵获得，PLA强度高，生物相容性好。相比于熔融沉积成型工艺中常用的丙烯腈–丁二烯–苯乙烯塑料，PLA材料环保、气味低，适合室内使用，同时较低的收缩率也使得在打印大尺寸模型时，即使不加热热床也不会发生翘边现象。但是聚乳酸也存在诸如韧性差、熔体强度低等缺点，导致成型困难。
发明内容
为解决背景技术中存在的技术问题，本发明提出一种环保领域用高硬度耐磨3D打印材料，运用于环保领域，具有优异的硬度和耐磨性能。
本发明提出的一种环保领域用高硬度耐磨3D打印材料，其原料按重量份包括：改性聚乳酸80-120份、硅橡胶15-25份、三元乙丙橡胶15-35份、氢化丁晴橡胶5-15份、氯磺化聚乙烯橡胶4-8份、聚氟乙稀树脂2-5份、木质纤维粉1-9份、玻璃纤维4-12份、改性剑麻纤维10-20份、二氧化硅2-6份、碳化硅2-8份、纳米蒙脱土4-6份、单壁碳纳米管2-5份、富勒烯二硫化钨1-4份、纳米炭黑3-5份、硅烷偶联剂KH-560 3-6份、氯化石蜡1-5份、聚乙二醇2-5份、防老剂D 1-4份、分散剂1-3份、增塑剂2-5份、促进剂3-9份。
优选地，改性聚乳酸按如下工艺进行制备：将椰纤维于室温下浸入氢氧化钠溶液中，搅拌，经过蒸馏水冲洗至中性，真空干燥箱中干燥，冷却至室温得到物料a；然后向物料a中添加凹凸棒石混合均匀，研磨后过筛，然后加入聚乳酸混合均匀，在密炼机中搅拌，冷却是室温得到改性聚乳酸。
优选地，改性聚乳酸按如下工艺进行制备：将椰纤维于室温下浸入氢氧化钠溶液中，于350-550r/min转速搅拌20-40min，经过蒸馏水冲洗至中性，真空干燥箱中于50-70℃干燥20-28h，至含水率为2-5％后冷却至室温得到物料a；然后向物料a中添加凹凸棒石混合均匀，研磨后过20-40目筛，然后加入聚乳酸混合均匀，在密炼机中于160-190℃，50-70r/min转速搅拌20-40min，冷却是室温得到改性聚乳酸。
优选地，改性聚乳酸的制备工艺中，椰纤维、氢氧化钠溶液、凹凸棒石和聚乳酸的重量比为2-5：1-3：4-8：4-5。
优选地，改性聚乳酸的制备工艺中，氢氧化钠溶液的质量分数为8-12％。
优选地，改性剑麻纤维按如下工艺进行制备：将剑麻纤维、L-丙交酯单体和过硫酸钾混合均匀，升温至120-140℃，保温20-40min，于650-850r/min转速搅拌1-3h，冷却至室温得到改性剑麻纤维。
优选地，改性剑麻纤维的制备工艺中，剑麻纤维、L-丙交酯单体和过硫酸钾的重量比为1-3：2-5：3-6。
本发明的一种环保领域用高硬度耐磨3D打印材料，其原料包括改性聚乳酸、硅橡胶、三元乙丙橡胶、氢化丁晴橡胶、氯磺化聚乙烯橡胶、聚氟乙稀树脂、木质纤维粉、玻璃纤维、改性剑麻纤维、二氧化硅、碳化硅、纳米蒙脱土、单壁碳纳米管、富勒烯二硫化钨、纳米炭黑、硅烷偶联剂KH-560、氯化石蜡、聚乙二醇、防老剂D、分散剂、增塑剂和促进剂。改性聚乳酸通过将椰纤维于室温下浸入氢氧化钠溶液中，搅拌，经过蒸馏水冲洗至中性，真空干燥箱中干燥，冷却至室温得到物料a；然后向物料a中添加凹凸棒石混合均匀，研磨后过筛，然后加入聚乳酸混合均匀，在密炼机中搅拌，冷却是室温得到改性聚乳酸，通过对椰纤维进行碱化处理，接着通过加入凹凸棒石和聚乳酸进行共混，实现了对聚乳酸耐磨和韧性的提高，运用到本发明的3D打印材料中，有效提高了本发明3D打印材料的韧性、耐磨性和硬度。其中改性剑麻纤维通过将剑麻纤维、L-丙交酯单体和过硫酸钾混合均匀，升温，保温，搅拌，冷却至室温得到改性剑麻纤维，以过硫酸钾为引发剂，以L-丙交酯单体作为改性单体，以剑麻纤维作为基体料，共混改性后得到的改性剑麻纤维不仅具有优异的韧性，还具有优异的硬度和耐磨性能。本发明的3D打印材料运用于环保领域，具有优异的硬度和耐磨性能。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明做出详细说明，应当了解，实施例只用于说明本发明，而不是用于对本发明进行限定，任何在本发明基础上所做的修改、等同替换等均在本发明的保护范围内。
具体实施方式中，改性聚乳酸的重量份可以为80份、85份、90份、95份、100份、105份、110份、115份、120份；硅橡胶的重量份可以为15份、16份、17份、18份、19份、20份、21份、22份、23份、24份、25份；三元乙丙橡胶的重量份可以为15份、16份、17份、18份、19份、20份、21份、22份、23份、24份、25份、26份、27份、28份、29份、30份、31份、32份、33份、34份、35份；氢化丁晴橡胶的重量份可以为5份、6份、7份、8份、9份、10份、11份、12份、13份、14份、15份；氯磺化聚乙烯橡胶的重量份可以为4份、4.5份、5份、5.5份、6份、6.5份、7份、7.5份、8份；聚氟乙稀树脂的重量份可以为2份、2.5份、3份、3.5份、4份、4.5份、5份；木质纤维粉的重量份可以为1份、2份、3份、4份、5份、6份、7份、8份、9份；玻璃纤维的重量份可以为4份、5份、6份、7份、8份、9份、10份、11份、12份；改性剑麻纤维的重量份可以为10份、11份、12份、13份、14份、15份、16份、17份、18份、19份、20份；二氧化硅的重量份可以为2份、3份、4份、5份、6份；碳化硅的重量份可以为2份、3份、4份、5份、6份、7份、8份；纳米蒙脱土的重量份可以为4份、4.5份、5份、5.5份、6份；单壁碳纳米管的重量份可以为2份、2.5份、3份、3.5份、4份、4.5份、5份；富勒烯二硫化钨的重量份可以为1份、1.5份、2份、2.5份、3份、3.5份、4份；纳米炭黑的重量份可以为3份、3.5份、4份、4.5份、5份；硅烷偶联剂KH-560的重量份可以为3份、3.5份、4份、4.5份、5份、5.5份、6份；氯化石蜡的重量份可以为1份、2份、3份、4份、5份；聚乙二醇的重量份可以为2份、2.5份、3份、3.5份、4份、4.5份、5份；防老剂D的重量份可以为1份、1.5份、2份、2.5份、3份、3.5份、4份；分散剂的重量份可以为1份、1.5份、2份、2.5份、3份；增塑剂的重量份可以为2份、2.5份、3份、3.5份、4份、4.5份、5份；促进剂的重量份可以为3份、4份、5份、6份、7份、8份、9份。
实施例1
本发明提出的一种环保领域用高硬度耐磨3D打印材料，其原料按重量份包括：改性聚乳酸100份、硅橡胶20份、三元乙丙橡胶25份、氢化丁晴橡胶10份、氯磺化聚乙烯橡胶6份、聚氟乙稀树脂3.5份、木质纤维粉4.5份、玻璃纤维8份、改性剑麻纤维15份、二氧化硅4份、碳化硅5份、纳米蒙脱土5份、单壁碳纳米管3.5份、富勒烯二硫化钨2.5份、纳米炭黑4份、硅烷偶联剂KH-5604.5份、氯化石蜡3份、聚乙二醇3.5份、防老剂D 2.5份、分散剂2份、增塑剂3.5份、促进剂6份。
改性聚乳酸按如下工艺进行制备：按重量份将3.5份椰纤维于室温下浸入2份质量分数为10％的氢氧化钠溶液中，于450r/min转速搅拌30min，经过蒸馏水冲洗至中性，真空干燥箱中于60℃干燥24h，至含水率为3.5％后冷却至室温得到物料a；然后向物料a中添加6份凹凸棒石混合均匀，研磨后过30目筛，然后加入4.5份聚乳酸混合均匀，在密炼机中于175℃，60r/min转速搅拌30min，冷却是室温得到改性聚乳酸。
改性剑麻纤维按如下工艺进行制备：按重量份将2份剑麻纤维、3.5份L-丙交酯单体和4.5份过硫酸钾混合均匀，升温至130℃，保温30min，于750r/min转速搅拌2h，冷却至室温得到改性剑麻纤维。
实施例2
本发明提出的一种环保领域用高硬度耐磨3D打印材料，其原料按重量份包括：改性聚乳酸80份、硅橡胶25份、三元乙丙橡胶15份、氢化丁晴橡胶15份、氯磺化聚乙烯橡胶4份、聚氟乙稀树脂5份、木质纤维粉1份、玻璃纤维12份、改性剑麻纤维10份、二氧化硅6份、碳化硅2份、纳米蒙脱土6份、单壁碳纳米管2份、富勒烯二硫化钨4份、纳米炭黑3份、硅烷偶联剂KH-560 6份、氯化石蜡1份、聚乙二醇5份、防老剂D 1份、分散剂3份、增塑剂2份、促进剂9份。
改性聚乳酸按如下工艺进行制备：按重量份将2份椰纤维于室温下浸入3份质量分数为8％的氢氧化钠溶液中，于550r/min转速搅拌20min，经过蒸馏水冲洗至中性，真空干燥箱中于70℃干燥20h，至含水率为5％后冷却至室温得到物料a；然后向物料a中添加4份凹凸棒石混合均匀，研磨后过40目筛，然后加入4份聚乳酸混合均匀，在密炼机中于190℃，50r/min转速搅拌40min，冷却是室温得到改性聚乳酸。
改性剑麻纤维按如下工艺进行制备：按重量份将1份剑麻纤维、5份L-丙交酯单体和3份过硫酸钾混合均匀，升温至140℃，保温20min，于850r/min转速搅拌1h，冷却至室温得到改性剑麻纤维。
实施例3
本发明提出的一种环保领域用高硬度耐磨3D打印材料，其原料按重量份包括：改性聚乳酸120份、硅橡胶15份、三元乙丙橡胶35份、氢化丁晴橡胶5份、氯磺化聚乙烯橡胶8份、聚氟乙稀树脂2份、木质纤维粉9份、玻璃纤维4份、改性剑麻纤维20份、二氧化硅2份、碳化硅8份、纳米蒙脱土4份、单壁碳纳米管5份、富勒烯二硫化钨1份、纳米炭黑5份、硅烷偶联剂KH-560 3份、氯化石蜡5份、聚乙二醇2份、防老剂D 4份、分散剂1份、增塑剂5份、促进剂3份。
改性聚乳酸按如下工艺进行制备：按重量份将5份椰纤维于室温下浸入1份质量分数为12％的氢氧化钠溶液中，于350r/min转速搅拌40min，经过蒸馏水冲洗至中性，真空干燥箱中于50℃干燥28h，至含水率为2％后冷却至室温得到物料a；然后向物料a中添加8份凹凸棒石混合均匀，研磨后过20目筛，然后加入5份聚乳酸混合均匀，在密炼机中于160℃，70r/min转速搅拌20min，冷却是室温得到改性聚乳酸。
改性剑麻纤维按如下工艺进行制备：按重量份将3份剑麻纤维、2份L-丙交酯单体和6份过硫酸钾混合均匀，升温至120℃，保温40min，于650r/min转速搅拌3h，冷却至室温得到改性剑麻纤维。
实施例4
本发明提出的一种环保领域用高硬度耐磨3D打印材料，其原料按重量份包括：改性聚乳酸85份、硅橡胶22份、三元乙丙橡胶18份、氢化丁晴橡胶12份、氯磺化聚乙烯橡胶5份、聚氟乙稀树脂4份、木质纤维粉2份、玻璃纤维11份、改性剑麻纤维12份、二氧化硅5份、碳化硅3份、纳米蒙脱土5.5份、单壁碳纳米管3份、富勒烯二硫化钨3份、纳米炭黑3.5份、硅烷偶联剂KH-5605份、氯化石蜡2份、聚乙二醇4份、防老剂D 2份、分散剂2.5份、增塑剂3份、促进剂8份。
改性聚乳酸按如下工艺进行制备：按重量份将3份椰纤维于室温下浸入2.5份质量分数为9％的氢氧化钠溶液中，于520r/min转速搅拌25min，经过蒸馏水冲洗至中性，真空干燥箱中于65℃干燥22h，至含水率为4％后冷却至室温得到物料a；然后向物料a中添加5份凹凸棒石混合均匀，研磨后过35目筛，然后加入4.2份聚乳酸混合均匀，在密炼机中于185℃，55r/min转速搅拌35min，冷却是室温得到改性聚乳酸。
改性剑麻纤维按如下工艺进行制备：按重量份将1.5份剑麻纤维、4份L-丙交酯单体和4份过硫酸钾混合均匀，升温至135℃，保温25min，于820r/min转速搅拌1.5h，冷却至室温得到改性剑麻纤维。
实施例5
本发明提出的一种环保领域用高硬度耐磨3D打印材料，其原料按重量份包括：改性聚乳酸85份、硅橡胶22份、三元乙丙橡胶18份、氢化丁晴橡胶12份、氯磺化聚乙烯橡胶5份、聚氟乙稀树脂4份、木质纤维粉2份、玻璃纤维11份、改性剑麻纤维12份、二氧化硅5份、碳化硅3份、纳米蒙脱土5.5份、单壁碳纳米管3份、富勒烯二硫化钨3份、纳米炭黑3.5份、硅烷偶联剂KH-5605份、氯化石蜡2份、聚乙二醇4份、防老剂D 2份、分散剂2.5份、增塑剂3份、促进剂8份。
改性聚乳酸按如下工艺进行制备：按重量份将3份椰纤维于室温下浸入2.5份质量分数为11％的氢氧化钠溶液中，于380r/min转速搅拌35min，经过蒸馏水冲洗至中性，真空干燥箱中于55℃干燥26h，至含水率为3％后冷却至室温得到物料a；然后向物料a中添加7份凹凸棒石混合均匀，研磨后过25目筛，然后加入4.8份聚乳酸混合均匀，在密炼机中于165℃，65r/min转速搅拌25min，冷却是室温得到改性聚乳酸。
改性剑麻纤维按如下工艺进行制备：按重量份将2.5份剑麻纤维、3份L-丙交酯单体和5份过硫酸钾混合均匀，升温至125℃，保温35min，于680r/min转速搅拌2.5h，冷却至室温得到改性剑麻纤维。
将实施例1-5中的环保领域用高硬度耐磨3D打印材料运用到实际3D打印生产中，所得到的产品的性能进行检测，得到的数据如表1所示。
表1：
由表1可知，实施例1-实施例5中的环保领域用高硬度耐磨3D打印材料韧性好，具有优异的硬度和耐磨性能。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。
Claims (7)
1.一种环保领域用高硬度耐磨3D打印材料，其特征在，其原料按重量份包括：改性聚乳酸80-120份、硅橡胶15-25份、三元乙丙橡胶15-35份、氢化丁晴橡胶5-15份、氯磺化聚乙烯橡胶4-8份、聚氟乙稀树脂2-5份、木质纤维粉1-9份、玻璃纤维4-12份、改性剑麻纤维10-20份、二氧化硅2-6份、碳化硅2-8份、纳米蒙脱土4-6份、单壁碳纳米管2-5份、富勒烯二硫化钨1-4份、纳米炭黑3-5份、硅烷偶联剂KH-560 3-6份、氯化石蜡1-5份、聚乙二醇2-5份、防老剂D 1-4份、分散剂1-3份、增塑剂2-5份、促进剂3-9份。
2.根据权利要求1所述的环保领域用高硬度耐磨3D打印材料，其特征在于，改性聚乳酸按如下工艺进行制备：将椰纤维于室温下浸入氢氧化钠溶液中，搅拌，经过蒸馏水冲洗至中性，真空干燥箱中干燥，冷却至室温得到物料a；然后向物料a中添加凹凸棒石混合均匀，研磨后过筛，然后加入聚乳酸混合均匀，在密炼机中搅拌，冷却是室温得到改性聚乳酸。
3.根据权利要求1或2所述的环保领域用高硬度耐磨3D打印材料，其特征在于，改性聚乳酸按如下工艺进行制备：将椰纤维于室温下浸入氢氧化钠溶液中，于350-550r/min转速搅拌20-40min，经过蒸馏水冲洗至中性，真空干燥箱中于50-70℃干燥20-28h，至含水率为2-5％后冷却至室温得到物料a；然后向物料a中添加凹凸棒石混合均匀，研磨后过20-40目筛，然后加入聚乳酸混合均匀，在密炼机中于160-190℃，50-70r/min转速搅拌20-40min，冷却是室温得到改性聚乳酸。
4.根据权利要求1-3任一项所述的环保领域用高硬度耐磨3D打印材料，其特征在于，改性聚乳酸的制备工艺中，椰纤维、氢氧化钠溶液、凹凸棒石和聚乳酸的重量比为2-5：1-3：4-8：4-5。
5.根据权利要求1-4任一项所述的环保领域用高硬度耐磨3D打印材料，其特征在于，改性聚乳酸的制备工艺中，氢氧化钠溶液的质量分数为8-12％。
6.根据权利要求1-5任一项所述的环保领域用高硬度耐磨3D打印材料，其特征在于，改性剑麻纤维按如下工艺进行制备：将剑麻纤维、L-丙交酯单体和过硫酸钾混合均匀，升温至120-140℃，保温20-40min，于650-850r/min转速搅拌1-3h，冷却至室温得到改性剑麻纤维。
7.根据权利要求1-6任一项所述的环保领域用高硬度耐磨3D打印材料，其特征在于，改性剑麻纤维的制备工艺中，剑麻纤维、L-丙交酯单体和过硫酸钾的重量比为1-3：2-5：3-6。
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| CN107880501A (zh) * | 2017-11-17 | 2018-04-06 | 南京旭羽睿材料科技有限公司 | 一种高效耐磨3d打印用高分子材料及其制备方法 |
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