CN108384224A - 一种综合性能好的3d打印陶瓷材料及其制备方法 - Google Patents

一种综合性能好的3d打印陶瓷材料及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种综合性能好的3D打印陶瓷材料及其制备方法，包括以下重量份的原料：聚天冬氨酸15‑20份、木粉8‑13份、蜂蜡6‑10份、聚丙烯酸钠4‑6份、海泡石22‑28份、纳米碳化硅2.4‑5份、聚乙二醇7.5‑12份、钛酸钡5‑8份、聚氨酯12‑18份、粉煤灰16‑22份、高岭土36‑45份、酒石酸6‑8份、偶联剂0.8‑1.6份和洋甘菊精油2‑4份。本发明原料来源广泛，制备工艺简单并且安全环保，适用于大规模的工业化生产，在各种原料的协同作用下，制备的成品密度小，力学性能好，满足3D打印的要求。

Description

一种综合性能好的3D打印陶瓷材料及其制备方法
技术领域
本发明涉及一种陶瓷材料，具体是一种综合性能好的3D打印陶瓷材料。
背景技术
3D打印，又被称作为增材制造，是快速成型技术的一种，被誉为“第三次工业革命”的核心技术。与传统制造技术相比，3D打印不需要事先制造模具，不必在制造过程中去除大量的材料，也不必通过复杂的锻造工艺就可以得到最终产品，因此，在生产上可以实现结构优化、节约材料和节省能源。3D打印技术适合于新产品开发、快速单件及小批量零件制造、复杂形状零件的制造、模具的设计与制造等，也适合于难加工材料的制造、外形设计检查、装配检验和快速反求工程等。因此，3D打印产业受到了国内外越来越广泛的关注，将成为下一个具有广阔发展前景的朝阳产业。
3D打印材料作为3D打印技术的基础，在我国高速发展。陶瓷材料在我国有悠久的历史，也是我国新材料的重点发展领域，但是目前可以用于3D打印的陶瓷材料很少，而且可以用于3D打印陶瓷材料的密度高，综合性能差，导致3D打印成品的使用寿命短，这就为限制了陶瓷材料在3D打印领域的应用。
发明内容
本发明的目的在于提供一种综合性能好的3D打印陶瓷材料，以解决上述背景技术中提出的问题。
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：
一种综合性能好的3D打印陶瓷材料，包括以下重量份的原料：聚天冬氨酸15-20份、木粉8-13份、蜂蜡6-10份、聚丙烯酸钠4-6份、海泡石22-28份、纳米碳化硅2.4-5份、聚乙二醇7.5-12份、钛酸钡5-8份、聚氨酯12-18份、粉煤灰16-22份、高岭土36-45份、酒石酸6-8份、偶联剂0.8-1.6份和洋甘菊精油2-4份。
作为本发明进一步的方案：纳米碳化硅的粒度为25-126nm，木粉的粒度为0.08-0.66mm。
作为本发明进一步的方案：木粉包括杨木粉、柳木粉、桃木粉和松木粉中的至少一种，偶联剂采用硅烷偶联剂。
所述综合性能好的3D打印陶瓷材料的制备方法，具体步骤如下：
步骤一，将海泡石、粉煤灰和高岭土混合并且在680-880摄氏度处理2-4小时，冷却后粉碎得到第一混合物，备用；
步骤二，将聚天冬氨酸、钛酸钡和聚氨酯混合，然后放入球磨机中磨粉，过120-150目筛，再将蜂蜡、聚丙烯酸钠和洋甘菊精油送入球磨机中球磨10-15小时，最后加入酒石酸并且继续球磨2-4小时，水洗至PH值为6.8-7，过滤得到第二混合物；
步骤三，将纳米碳化硅加入到聚乙二醇中并且超声振荡20-25分钟，得到第三混合物；
步骤四，将第一混合物、第二混合物、木粉、第三混合物以及偶联剂在45-60摄氏度的高速搅拌机中搅拌60-80分钟，得到预混料；
步骤五，将预混料送入双螺杆挤出机中挤出造粒，挤出机转速为100-120rpm，挤出机各段温度为：加料段130-140摄氏度、熔融段140-150摄氏度、混炼段150-155摄氏度、排气段150-145摄氏度以及均化段145-135摄氏度，即可得到成品。
作为本发明进一步的方案：步骤三中超声波的功率为420-600W，步骤四的搅拌速度为600-750rpm。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：本发明原料来源广泛，制备工艺简单并且安全环保，适用于大规模的工业化生产，在各种原料的协同作用下，制备的成品密度小，力学性能好，满足3D打印的要求，具有广阔的应用前景。
具体实施方式
下面结合具体实施方式对本专利的技术方案作进一步详细地说明。
实施例1
一种综合性能好的3D打印陶瓷材料，包括以下重量份的原料：聚天冬氨酸15份、木粉8份、蜂蜡6份、聚丙烯酸钠4份、海泡石22份、纳米碳化硅2.4份、聚乙二醇7.5份、钛酸钡5份、聚氨酯12份、粉煤灰16份、高岭土36份、酒石酸6份、偶联剂0.8份和洋甘菊精油2份。纳米碳化硅的粒度为58nm，木粉的粒度为0.25mm。
所述综合性能好的3D打印陶瓷材料的制备方法，具体步骤如下：
步骤一，将海泡石、粉煤灰和高岭土混合并且在720摄氏度处理3小时，冷却后粉碎得到第一混合物，备用；
步骤二，将聚天冬氨酸、钛酸钡和聚氨酯混合，然后放入球磨机中磨粉，过120目筛，再将蜂蜡、聚丙烯酸钠和洋甘菊精油送入球磨机中球磨12小时，最后加入酒石酸并且继续球磨3小时，水洗至PH值为6.9，过滤得到第二混合物；
步骤三，将纳米碳化硅加入到聚乙二醇中并且超声振荡24分钟，得到第三混合物；
步骤四，将第一混合物、第二混合物、木粉、第三混合物以及偶联剂在45-60摄氏度的高速搅拌机中搅拌60分钟，得到预混料；
步骤五，将预混料送入双螺杆挤出机中挤出造粒，挤出机转速为110rpm，挤出机各段温度为：加料段130-140摄氏度、熔融段140-150摄氏度、混炼段150-155摄氏度、排气段150-145摄氏度以及均化段145-135摄氏度，即可得到成品。
实施例2
一种综合性能好的3D打印陶瓷材料，包括以下重量份的原料：聚天冬氨酸17份、木粉10份、蜂蜡7.5份、聚丙烯酸钠5份、海泡石25份、纳米碳化硅3.6份、聚乙二醇9份、钛酸钡6份、聚氨酯14份、粉煤灰19份、高岭土40份、酒石酸7份、硅烷偶联剂1.3份和洋甘菊精油3份。木粉包括杨木粉、桃木粉和松木粉的混合物。
所述综合性能好的3D打印陶瓷材料的制备方法，具体步骤如下：
步骤一，将海泡石、粉煤灰和高岭土混合并且在810摄氏度处理2小时，冷却后粉碎得到第一混合物，备用；
步骤二，将聚天冬氨酸、钛酸钡和聚氨酯混合，然后放入球磨机中磨粉，过140目筛，再将蜂蜡、聚丙烯酸钠和洋甘菊精油送入球磨机中球磨13小时，最后加入酒石酸并且继续球磨3小时，水洗至PH值为7，过滤得到第二混合物；
步骤三，将纳米碳化硅加入到聚乙二醇中并且超声振荡25分钟，得到第三混合物；
步骤四，将第一混合物、第二混合物、木粉、第三混合物以及硅烷偶联剂在54摄氏度的高速搅拌机中搅拌66分钟，得到预混料；
步骤五，将预混料送入双螺杆挤出机中挤出造粒，挤出机转速为120rpm，挤出机各段温度为：加料段130-140摄氏度、熔融段140-150摄氏度、混炼段150-155摄氏度、排气段150-145摄氏度以及均化段145-135摄氏度，即可得到成品。
实施例3
一种综合性能好的3D打印陶瓷材料，包括以下重量份的原料：聚天冬氨酸19份、木粉12份、蜂蜡9份、聚丙烯酸钠5.4份、海泡石27份、纳米碳化硅4.5份、聚乙二醇11份、钛酸钡7份、聚氨酯17份、粉煤灰21份、高岭土42份、酒石酸7.5份、偶联剂1.4份和洋甘菊精油3.6份。纳米碳化硅的粒度为75nm，木粉的粒度为0.42mm。
所述综合性能好的3D打印陶瓷材料的制备方法，具体步骤如下：
步骤一，将海泡石、粉煤灰和高岭土混合并且在840摄氏度处理4小时，冷却后粉碎得到第一混合物，备用；
步骤二，将聚天冬氨酸、钛酸钡和聚氨酯混合，然后放入球磨机中磨粉，过150目筛，再将蜂蜡、聚丙烯酸钠和洋甘菊精油送入球磨机中球磨15小时，最后加入酒石酸并且继续球磨3小时，水洗至PH值为6.8，过滤得到第二混合物；
步骤三，将纳米碳化硅加入到聚乙二醇中并且以540W的超声振荡22分钟，得到第三混合物；
步骤四，将第一混合物、第二混合物、木粉、第三混合物以及偶联剂在50摄氏度的高速搅拌机中以660rpm的转速搅拌70分钟，得到预混料；
步骤五，将预混料送入双螺杆挤出机中挤出造粒，挤出机转速为120rpm，挤出机各段温度为：加料段130-140摄氏度、熔融段140-150摄氏度、混炼段150-155摄氏度、排气段150-145摄氏度以及均化段145-135摄氏度，即可得到成品。
实施例4
一种综合性能好的3D打印陶瓷材料，包括以下重量份的原料：聚天冬氨酸20份、木粉13份、蜂蜡10份、聚丙烯酸钠6份、海泡石28份、纳米碳化硅5份、聚乙二醇12份、钛酸钡8份、聚氨酯18份、粉煤灰22份、高岭土45份、酒石酸8份、硅烷偶联剂1.6份和洋甘菊精油4份。纳米碳化硅的粒度为86nm，木粉的粒度为0.34mm。木粉包括杨木粉、柳木粉、桃木粉和松木粉的混合物。
所述综合性能好的3D打印陶瓷材料的制备方法，具体步骤如下：
步骤一，将海泡石、粉煤灰和高岭土混合并且在880摄氏度处理4小时，冷却后粉碎得到第一混合物，备用；
步骤二，将聚天冬氨酸、钛酸钡和聚氨酯混合，然后放入球磨机中磨粉，过130目筛，再将蜂蜡、聚丙烯酸钠和洋甘菊精油送入球磨机中球磨12小时，最后加入酒石酸并且继续球磨2小时，水洗至PH值为7，过滤得到第二混合物；
步骤三，将纳米碳化硅加入到聚乙二醇中并且以560W的超声振荡24分钟，得到第三混合物；
步骤四，将第一混合物、第二混合物、木粉、第三混合物以及硅烷偶联剂在55摄氏度的高速搅拌机中搅拌75分钟，得到预混料；
步骤五，将预混料送入双螺杆挤出机中挤出造粒，挤出机转速为120rpm，挤出机各段温度为：加料段130-140摄氏度、熔融段140-150摄氏度、混炼段150-155摄氏度、排气段150-145摄氏度以及均化段145-135摄氏度，即可得到成品。
对实施例1-4的产品在20摄氏度下进行性能测试，测试结果见表1。
表1
从表1中可以看出实施例1-4的产品密度小，力学性能好，可以满足人们的使用需求。
对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。
此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。

Claims (5)

1.一种综合性能好的3D打印陶瓷材料，其特征在于，包括以下重量份的原料：聚天冬氨酸15-20份、木粉8-13份、蜂蜡6-10份、聚丙烯酸钠4-6份、海泡石22-28份、纳米碳化硅2.4-5份、聚乙二醇7.5-12份、钛酸钡5-8份、聚氨酯12-18份、粉煤灰16-22份、高岭土36-45份、酒石酸6-8份、偶联剂0.8-1.6份和洋甘菊精油2-4份。
2.根据权利要求1所述的综合性能好的3D打印陶瓷材料，其特征在于，所述纳米碳化硅的粒度为25-126nm，木粉的粒度为0.08-0.66mm。
3.根据权利要求1所述的综合性能好的3D打印陶瓷材料，其特征在于，所述木粉包括杨木粉、柳木粉、桃木粉和松木粉中的至少一种，偶联剂采用硅烷偶联剂。
4.一种如权利要求1-3任一所述的综合性能好的3D打印陶瓷材料的制备方法，其特征在于，具体步骤如下：
步骤一，将海泡石、粉煤灰和高岭土混合并且在680-880摄氏度处理2-4小时，冷却后粉碎得到第一混合物，备用；
步骤二，将聚天冬氨酸、钛酸钡和聚氨酯混合，然后放入球磨机中磨粉，过120-150目筛，再将蜂蜡、聚丙烯酸钠和洋甘菊精油送入球磨机中球磨10-15小时，最后加入酒石酸并且继续球磨2-4小时，水洗至PH值为6.8-7，过滤得到第二混合物；
步骤三，将纳米碳化硅加入到聚乙二醇中并且超声振荡20-25分钟，得到第三混合物；
步骤四，将第一混合物、第二混合物、木粉、第三混合物以及偶联剂在45-60摄氏度的高速搅拌机中搅拌60-80分钟，得到预混料；
步骤五，将预混料送入双螺杆挤出机中挤出造粒，挤出机转速为100-120rpm，挤出机各段温度为：加料段130-140摄氏度、熔融段140-150摄氏度、混炼段150-155摄氏度、排气段150-145摄氏度以及均化段145-135摄氏度，即可得到成品。
5.根据权利要求4所述的综合性能好的3D打印陶瓷材料的制备方法，其特征在于，所述步骤三中超声波的功率为420-600W，步骤四的搅拌速度为600-750rpm。
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