CN108455967A - 一种丝状粘土材料的制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种丝状粘土材料的制备方法。通过本发明所公开的制备方法,使用了预先进行改性处理增加塑性、流动性和韧性的粘土材料,最后得到的丝状粘土材料具有尺寸精度好、成型形状容易控制、成型温度低、力学性能好,成本低廉等优点;另一方面,促进了3D打印成型技术的推广应用。
Description
本申请是申请号为2015109809410,申请日为2015年12月24日,发明创造名称为“一种用于3D打印的丝状粘土材料及其制备方法”的专利的分案申请。
技术领域
本发明涉及一种3D打印材料及其制备方法,具体涉及一种用于3D打印的丝状粘土材料及其制备方法。
背景技术
3D打印技术又称增材制造技术,是快速成型领域的一种新兴技术,它是一种以数字模型文件为基础,运用粉末状金属或塑料等可粘合材料,通过逐层打印的方式来构造物体的技术。随着3D打印技术的发展和应用,材料的发展决定着3D打印能否有更广泛的应用,材料成为限制3D打印技术未来走向的关键因素之一。目前,3D打印材料主要包括工程塑料、光敏树脂、橡胶类材料、金属材料和陶瓷材料等,除此之外,彩色石膏材料、人造骨粉、细胞生物原料、木质材料以及砂糖等食品材料也在3D打印领域得到了应用。
粘土作为人类应用最早的无机材料之一,具有存量丰富、成本低廉的优点,至今依然是人们生活中应用最多的无机材料,粘土不仅可用于陶瓷材料的烧制,房屋修建、铺设道路等,还能用于工业,如高分子材料中的填料、废水的处理、金属的冶炼等。随着3D打印技术的发展,各种材料被应用于3D打印,传统材料的使用方法也发生了改变,3D打印技术的出现,同样为粘土的使用方法提供了新的思路。在利用3D打印技术成型陶瓷产品的时候,人们使用的3D打印材料都是通过粘土烧制而成的陶瓷粉末,然后通过直接或间接的方法得到陶瓷产品,但陶瓷粉末的制备方法复杂且成本高昂,严重阻碍了3D打印技术在陶瓷成型上的发展和应用。粘土本身具有优异的粘性和可塑性,可直接成型制成陶瓷坯体,然后烧结得到陶瓷,但由于工艺、技术的缺陷,成型的陶瓷胚体具有结构简单,尺寸精度差等缺点,严重限制了粘土及其制品在生活中的应用,如果将3D打印技术用于粘土进而成型得到陶瓷,完全可以完善并解决上述的缺陷,因此,将粘土用于3D打印成型对粘土及其制品在生活中的应用具有重要意义和市场价值。
未经过改性处理的粘土材料不适用于3D打印成型,高塑性的粘土力学性能较差,不利于成型过程中的支撑和造型,而力学性能好的粘土粘结性和塑性较差,不利于成型过程中的粘结和挤出,因而,需要对粘土进行改性处理,得到适合用于3D打印技术的粘土材料,是粘土能用于3D打印技术的前提条件。
发明内容
本发明为了扩大3D打印技术在生活中的应用范围,对粘土进行改性处理,增加粘土的塑性、流动性和韧性,使粘土材料能用于3D打印技术,从而提出一种用于3D打印的丝状粘土材料及其制备方法。
本发明一种用于3D打印的丝状粘土材料,其特征在于按重量份计由以下原材料制备得到:
粘土50-65份,
溶剂30-40份,
载体20-35份,
增塑剂8-12份,
乳化剂5-10份,
增韧剂3-8份,
其中所述的粘土为经过高温煅烧去除了有机质的细度为1000-2000目的高岭土、蒙脱土中的一种或两种;所述的溶剂为水与乙醇按1∶1混溶的乙醇溶液;所述的载体为聚乳酸、聚乙烯、聚丙烯、聚苯乙烯中的一种或多种;所述的增塑剂为甲基硅油、氨基硅油、邻苯二甲酸钠中的一种或多种;所述的乳化剂为烷基铵盐、烷基磷酸盐、脂肪醇硫酸盐、烷基磺酸盐中的一种或多种;所述的增韧剂为碳化硅晶须、氮化硅晶须、钛酸钾晶须、硼酸铝晶须、氧化铝晶须、氧化锌晶须、硫酸钙晶须中的一种或多种。
上述一种用于3D打印的丝状粘土材料是通过以下制备方法得到的,其特征在于具体步骤如下:
1、将50-65重量的粘土、30-40重量份的溶剂、3-8重量份的增韧剂加入行星式球磨机中进行混合研磨0.5-1h,然后加入5-10重量份的乳化剂,用超声波进行乳化处理20-30min,采用喷雾干燥机进行喷雾干燥,得到粘土混合物粉末材料;
2、将步骤1得到的粘土混合物粉末材料与8-12重量份的增塑剂、20-35重量份的载体放入高速混合机中在200-300r/min的速度下混合处理30-40min出料,用双螺杆挤出机进行挤出,并拉丝,制成直径为1.75mm、3mm,直径误差在5%以内的细丝,收集细丝得到粘土3D打印材料,拉丝过程中采用冷风进行冷却。
本发明为了得到适用于3D打印技术的粘土材料,对粘土进行改性处理,增加粘土的塑性、流动性和韧性,使粘土材料能用于3D打印技术,将粘土分散在载体中,打印时成型温度低,熔融后既可进行成型打印,冷却后固化定型;加入增塑剂使粘土塑性更好;加入了增韧剂,提高了粘土的韧性,3D打印成型时力学性能更好,打印得到的产品韧性也更加优异;加入乳化剂对粘土进行乳化处理,将粘土分离包裹成为独立的细小颗粒,通过干燥形成固体粘土颗粒,利于成型后的脱塑处理,并且在烧结时粘土形成的陶瓷颗粒大小均匀,排列规整,陶瓷产品性能更好;采用上述改性方法得到的粘土材料具有塑性好,易成型,力学性能好,精度高的优点,适用于3D打印成型技术,促进了3D打印成型技术的推广应用,具有广阔的市场前景。
本发明突出的特点和有益效果在于:
1、本发明将粘土与树脂载体混熔,利用乳化剂对粘土进行乳化处理,将粘土分离包裹成为独立的细小颗粒,通过干燥形成固体粘土颗粒,利于成型后的脱塑处理,并且在烧结时粘土形成的陶瓷颗粒大小均匀,排列规整,陶瓷产品性能更好。
2、本发明提出了对粘土进行改性处理的方法,制备得到一种具有塑性好,易成型,成型温度低,力学性能好,精度高的粘土材料。
3、本发明方法制得的产品尺寸精度好,成型形状容易控制,且方法简单可靠,成本低廉。
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的实例。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。
实施例1
1、将50重量的细度为1000目的高岭土、30重量份的水与乙醇按1∶1混溶的乙醇溶液、3重量份的碳化硅晶须加入行星式球磨机中进行混合研磨0.5h,然后加入5重量份的烷基铵盐,用超声波进行乳化处理20min,采用喷雾干燥机进行喷雾干燥,得到粘土混合物粉末材料;
2、将步骤1得到的粘土混合物粉末材料与8重量份的甲基硅油、20重量份的聚乳酸放入高速混合机中在200r/min的速度下混合处理30min出料,用双螺杆挤出机进行挤出,并拉丝,制成直径为1.75mm,直径误差在5%以内的细丝,收集细丝得到粘土3D打印材料,拉丝过程中采用冷风进行冷却。
实施例2
1、将65重量的细度为1000蒙脱土、40重量份的水与乙醇按1∶1混溶的乙醇溶液、8重量份的氮化硅晶须加入行星式球磨机中进行混合研磨1h,然后加入10重量份的烷基磷酸钠,用超声波进行乳化处理30min,采用喷雾干燥机进行喷雾干燥,得到粘土混合物粉末材料;
2、将步骤1得到的粘土混合物粉末材料与12重量份的邻苯二甲酸钠、35重量份的聚乙烯放入高速混合机中在300r/min的速度下混合处理40min出料,用双螺杆挤出机进行挤出,并拉丝,制成直径为3mm,直径误差在5%以内的细丝,收集细丝得到粘土3D打印材料,拉丝过程中采用冷风进行冷却。
实施例3
1、将50重量的细度为2000目的高岭土、40重量份的水与乙醇按1∶1混溶的乙醇溶液、5重量份的钛酸钾晶须加入行星式球磨机中进行混合研磨0.5h,然后加入5重量份的脂肪醇硫酸钠,用超声波进行乳化处理30min,采用喷雾干燥机进行喷雾干燥,得到粘土混合物粉末材料;
2、将步骤1得到的粘土混合物粉末材料与12重量份的氨基硅油、20重量份的聚丙烯放入高速混合机中在250r/min的速度下混合处理35min出料,用双螺杆挤出机进行挤出,并拉丝,制成直径为1.75mm,直径误差在5%以内的细丝,收集细丝得到粘土3D打印材料,拉丝过程中采用冷风进行冷却。
实施例4
1、将55重量的细度为2000目的蒙脱土、35重量份的水与乙醇按1∶1混溶的乙醇溶液、8重量份的硼酸铝晶须加入行星式球磨机中进行混合研磨0.5h,然后加入8重量份的烷基磺酸钠,用超声波进行乳化处理25min,采用喷雾干燥机进行喷雾干燥,得到粘土混合物粉末材料;
2、将步骤1得到的粘土混合物粉末材料与10重量份的邻苯二甲酸钠、25重量份的聚苯乙烯放入高速混合机中在300r/min的速度下混合处理35min出料,用双螺杆挤出机进行挤出,并拉丝,制成直径为3mm,直径误差在5%以内的细丝,收集细丝得到粘土3D打印材料,拉丝过程中采用冷风进行冷却。
实施例5
1、将60重量的细度为1500目的高岭土、40重量份的水与乙醇按1∶1混溶的乙醇溶液、5重量份的氧化锌晶须加入行星式球磨机中进行混合研磨1h,然后加入6重量份的烷基磷酸钠,用超声波进行乳化处理30min,采用喷雾干燥机进行喷雾干燥,得到粘土混合物粉末材料;
2、将步骤1得到的粘土混合物粉末材料与12重量份的氨基硅油、20重量份的聚乙烯放入高速混合机中在280r/min的速度下混合处理30min出料,用双螺杆挤出机进行挤出,并拉丝,制成直径为1.75mm,直径误差在5%以内的细丝,收集细丝得到粘土3D打印材料,拉丝过程中采用冷风进行冷却。
Claims (1)
1.一种丝状粘土材料的制备方法,其特征在于,通过以下步骤制备:
(1)将50-65重量份的粘土、30-40重量份的溶剂、3-8重量份的增韧剂加入行星式球磨机中进行混合研磨0.5-1h,然后加入5-10重量份的乳化剂,用超声波进行乳化处理20-30min,采用喷雾干燥机进行喷雾干燥,得到粘土混合物粉末材料;
(2)将步骤(1)得到的粘土混合物粉末材料与8-12重量份的增塑剂、20-35重量份的载体放入高速混合机中在200-300r/min的速度下混合处理30-40min出料,用双螺杆挤出机进行挤出,并拉丝,制成直径为1.75mm、3mm,直径误差在5%以内的细丝,收集细丝得到粘土3D打印材料,拉丝过程中采用冷风进行冷却。
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---|---|---|---|
PB01 | Publication | ||
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SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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WW01 | Invention patent application withdrawn after publication | ||
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Application publication date: 20180828 |