CN108219403A - 一种适用于3d打印的纤维增强复合材料 - Google Patents

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刘刚
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Abstract

本发明公开了一种适用于3D打印的纤维增强复合材料，由下述重量份的组分组成：聚乳酸（PLA）：70‑85份；碳纤维:10‑20份；增韧剂：5‑10份；相容剂：0.2‑3.0份助剂：0.3‑2.0份。所述增韧剂为聚烯烃弹性体（POE）；相容剂包括马来酸酐接枝高分子，由甲基丙烯酸甲酯、丁二烯、苯乙烯共聚物共聚而成的三元共聚物；由苯乙烯、丙烯晴、甲基丙烯酸缩水甘油酯共聚而成的三元共聚物（SAG）其中的一种。本发明制备的3D打印纤维增强复合材料无毒环保，综合性能优越，具有广阔的市场前景及应用价值。

Description

一种适用于3D打印的纤维增强复合材料
技术领域
本发明涉及3D打印领域，特别是涉及一种适用于3D打印的纤维增强复合材料。
背景技术
3D打印技术的发展对3D打印材料提出了新的要求，以熔融挤出成型技术为例，需要综合考虑塑料熔丝尺寸和成型性能对喷头温度进行设计，若要打印大型中空制件，则必须考虑如何将中心的填充材料与表层材料分离，还必须考虑两者在分离前具有良好的粘结性，避免表层材料塌陷。
现有的3D打印耗材主要以聚乳酸,ABS、PA、PVA等单一材料为主，由于上述各种材料均存在着局限性，聚乳酸材料成本高、材料在55℃以上容易变形ABS(丙烯酸/丁二烯/苯乙烯三元共聚物)，一种常见的工程塑料，加工气味重、在挤出加工中容易变形;PA为一种尼龙材料，价格昂贵、加工困难、加工气味人，加工环境恶劣;PVA水溶性材料主要用于打印支持材料用量少，而且加工由于PVA分解容易产生有毒气体。复合材料（Compositematerials）是以一种材料为基体（Matrix），以一种材料为增强体（reinforcement）组合而成的新材料。各种材料在性能上相互取长补短，产生协同效应，使复合材料的综合性能优于原组成材料而满足各种不同需求。从而拓宽了构成材料的应用范围。虽然复合种类非常丰富但很少见有复合材料用于3D打印耗材的应用，主要的耗材材料还是以聚乳酸、ABS、PA、PVA等单一材料为主。聚乳酸/碳纤维复合材料不仅低碳环保、加工易、力学性能优越、尺寸稳定、表面光泽度高而且打印流畅等性能。
综上所述，要拓宽3D打印耗材的种类，提高耗材的物理性能，必须在现有耗材种类进行补充，复合材料不仅可以充分利用其中一种材料优点还可以与另一种材料在性能上相互取长补短，制备更加优异的新材料，而且易于加工制得。
发明内容
本发明的目的在于提供一种适用于3D打印的纤维增强复合材料。该复合材料根据高分子材料的相容基本原理，通过合理选择组合，进行材料匹配，充分利用其中一种材料的优点弥补另一种材料性能上的缺陷，得到低碳环保、力学性能优越、尺寸稳定、表面光泽度高等性能。
为了实现上述发明的目的，本发明提供以下技术方案：
（1）聚乳酸（PLA）：70-85份；碳纤维:10-20份；增韧剂：5-10份；相容剂：0.2-3.0份助剂：0.3-2.0份。所述增韧剂为聚烯烃弹性体（POE）；相容剂包括马来酸酐接枝高分子，由甲基丙烯酸甲酯、丁二烯、苯乙烯共聚物共聚而成的三元共聚物；由苯乙烯、丙烯晴、甲基丙烯酸缩水甘油酯共聚而成的三元共聚物（SAG）其中的一种；
（2）所述相容剂马来酸酐接枝高分子包括马来酸酐接枝POE；
（3）所述助剂包括润滑剂、成核剂、分散剂、热稳定剂一种或几种混合使用。
本发明的优点在于：
（1）利用了碳纤维高强度、高模量，提高了聚乳酸的强度；
（2）利用加入相容剂，改善聚乳酸与碳纤维、增韧剂相界面结合强度，增加材料相容性，提高本3D打印复合材料综合力学性能；
（3）本发明制备的3D打印复合材料无毒、低碳环保，综合性能优越，具有很高的经济价值和广阔的市场前景。
具体实施方式
本发明所阐述的是一种适用于3D打印的纤维增强复合材料，以下通过具体实施例进一步进行说明，但本发明不仅限于以下实施例；
实施例一
(1)一种适用于3D打印的纤维增强复合材料，包括以下重量份成分:聚乳酸:85.0份；碳纤维：10.0份；POE：5份；相容剂：0.2份；助剂：0.4份；所述相容剂包括马来酸酚接枝高分子，由苯乙烯、丙烯睛、甲基丙烯酸缩水甘油酷共聚而成的三元共聚物(SAG)；由甲基丙烯酸甲醋、丁二烯、苯乙烯共聚物共聚而成的三元共聚物其中的一种；
(2)所述相容剂马来酸配接枝高分子包括马来酸配接枝POE；
(3)热稳定剂为亚磷酸酯类、钙锌稳定剂中的一种；润滑剂为乙撑双硬脂酸酰胺、硬脂酸锌、硬脂酸钙中的一种或几种混合使用；分散剂为亚甲基双萘磺酸钠、硬脂酸、氧化聚乙烯蜡中的一种。
实施例二
(1) 一种适合于3D打印的复合材料，包括以下重量份成分:聚乳酸:80. 0份；碳纤维:20.0份；POE：4份；相容剂：5.0份；助剂：0.1份；所述相容剂包括马来酸酚接枝高分子，由苯乙烯、丙烯睛、甲基丙烯酸缩水甘油酷共聚而成的三元共聚物(SAG)；由甲基丙烯酸甲醋、丁二烯、苯乙烯共聚物共聚而成的三元共聚物其中的一种；
(2)所述马来酸醉接枝高分子包括马来酸配接枝POE；
(3)所述助剂包括润滑剂、成核剂、分散剂、热氧稳定剂一种或多种混合；
(4)其中热氧稳定剂为一种受阻酚类、亚磷酸脂类、钙锌稳定剂的一种；润滑剂为0.2份硬脂酸钙和0.4份乙撑双硬脂酸酸胺的两种混合物；分散剂为0.1份亚甲基双萘磺酸钠。

Claims (6)

1.一种适合于3D打印的纤维复合材料，由下述重量份的组分组成：聚乳酸（PLA）：70-85份；碳纤维:10-20份；增韧剂：5-10份；相容剂：0.2-3.0份助剂：0.3-2.0份；所述增韧剂为聚烯烃弹性体（POE）；相容剂包括马来酸酐接枝高分子，由甲基丙烯酸甲酯、丁二烯、苯乙烯共聚物共聚而成的三元共聚物；由苯乙烯、丙烯晴、甲基丙烯酸缩水甘油酯共聚而成的三元共聚物（SAG）其中的一种。
2.根据权利要求1所述的一种适用于3D打印的纤维增强复合材料，其特征在于所述相容剂中马来酸酐接枝高分子为马来酸酐接枝POE。
3.根据权利要求1所述的一种适用于3D打印的纤维增强复合材料，其特征在于所述助剂为润滑剂、成核剂、分散剂、热稳定剂一种或几种混合使用。
4.根据权利要求1所述的一种适用于3D打印的纤维增强复合材料，其特征在于所述热稳定剂为亚磷酸酯类中的一种。
5.根据权利要求1所述的一种适用于3D打印的纤维增强复合材料，其特征在于所述润滑剂为乙撑双硬脂酸酰胺、硬脂酸钙中的一种或几种混合使用。
6.根据权利要求1所述的一种适用于3D打印的纤维增强复合材料，其特征在于所述分散剂为亚甲基双萘磺酸钠、氧化聚乙烯蜡中的一种。
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