CN109054329A - 一种阻燃3d打印复合材料及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种阻燃3D打印复合材料及其制备方法。所述阻燃3D打印复合材料包括以下重量份数的原料：聚碳酸丁二醇酯100‑150份、二‑1，2‑亚乙基三胺五乙酸10‑18份、硫氰酸钾5‑11份、溴代十二烷1‑4份、玻璃纤维1‑4份。本发明的阻燃3D打印复合材料通过原料复配，产生了意想不到的协同作用，具有较好的阻燃性能和散热性能，且显著提高了材料的拉伸强度、弹性模量和冲击强度；产品制备工艺简单，易于加工成型，可广泛应用于电子电器、化工等领域。
Description
技术领域
本发明涉及3D打印技术领域，具体是一种阻燃3D打印复合材料及其制备方法。
背景技术
3D打印技术，即增材制造技术，与机器人技术、人工智能技术一起被称为推动第三次工业革命的关键技术。3D打印技术是一种通过逐层增加堆积材料来生成三维实体的快速增材制造技术，它与传统的减材制造技术相比，具有损耗低、产品制造智能化、精准化和高效的特点。尤其是涉及到复杂形状的高端制造领域，3D打印技术显示出了巨大的优越性。
聚碳酸丁二醇酯(PBC)是最新开发的一种可完全生物降解的材料，它是以二氧化碳为原料制成单体，再经过酯交换法制得。PBC在自然界中的微生物作用下，经过醇解反应或者水解反应，生成低分子的二元醇、水、二氧化碳。PBC具有很好的力学性能，拉伸强度高达40MPa，断裂伸长率约为300％，是纯PLA的50倍。目前，PBC主要用做静电纺丝材料、多孔膜材料、薄膜材料、中空纤维膜等，PBC在3D打印技术中的研究较少。且采用聚碳酸丁二醇酯制备的3D打印材料依然存在易燃、散热效果差的缺点。
发明内容
本发明的目的在于提供一种阻燃3D打印复合材料及其制备方法，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：
一种阻燃3D打印复合材料，所述阻燃3D打印复合材料包括以下重量份数的原料：聚碳酸丁二醇酯100-150份、二-1，2-亚乙基三胺五乙酸10-18份、硫氰酸钾5-11份、溴代十二烷1-4份、玻璃纤维1-4份。
作为本发明进一步的方案：阻燃3D打印复合材料包括以下重量份数的原料：聚碳酸丁二醇酯110-130份、二-1，2-亚乙基三胺五乙酸12-15份、硫氰酸钾7-10份、溴代十二烷2-3份、玻璃纤维2-3份。
作为本发明进一步的方案：阻燃3D打印复合材料包括以下重量份数的原料：聚碳酸丁二醇酯120份、二-1，2-亚乙基三胺五乙酸13份、硫氰酸钾9份、溴代十二烷2.2份、玻璃纤维2.6份。
一种阻燃3D打印复合材料的制备方法，包括以下步骤：(1)将聚碳酸丁二醇酯、玻璃纤维和二-1，2-亚乙基三胺五乙酸加入高速混合机中，高速混合搅拌20-30min，制得改性母料；(2)将硫氰酸钾和溴代十二烷混合，加入混合物2-5倍质量的40％乙醇，搅拌均匀得混合液；将制得的改性母料粉碎过筛40-100目，再将改性母料与混合液混合均匀；(3)将上步所得物送入干燥塔内，在100-140℃温度下鼓风干燥1-2h，通过挤出机进行挤出，挤出机加工温度为160-170℃，经冷却、切粒、干燥，即得。
作为本发明进一步的方案：步骤(1)将聚碳酸丁二醇酯、玻璃纤维和二-1，2-亚乙基三胺五乙酸加入高速混合机中，高速混合搅拌26min，制得改性母料。
作为本发明进一步的方案：步骤(2)将硫氰酸钾和溴代十二烷混合，加入混合物4倍质量的40％乙醇，搅拌均匀得混合液；将制得的改性母料粉碎过筛70目，再将改性母料与混合液混合均匀。
作为本发明进一步的方案：步骤(3)将上步所得物送入干燥塔内，在138℃温度下鼓风干燥1.3h。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
本发明的阻燃3D打印复合材料以聚碳酸丁二醇酯、二-1，2-亚乙基三胺五乙酸、硫氰酸钾、溴代十二烷和玻璃纤维为主要原料制备而成，发生了协同作用，使材料具有较好的阻燃性能和散热性能，且显著提高了材料的拉伸强度、弹性模量和冲击强度；产品制备工艺简单，易于加工成型，可广泛应用于电子电器、化工等领域。
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
一种阻燃3D打印复合材料，所述阻燃3D打印复合材料包括以下重量份数的原料：聚碳酸丁二醇酯100份、二-1，2-亚乙基三胺五乙酸10份、硫氰酸钾5份、溴代十二烷1份、玻璃纤维1份。
一种阻燃3D打印复合材料的制备方法，包括以下步骤：(1)将聚碳酸丁二醇酯、玻璃纤维和二-1，2-亚乙基三胺五乙酸加入高速混合机中，高速混合搅拌20min，制得改性母料；(2)将硫氰酸钾和溴代十二烷混合，加入混合物2倍质量的40％乙醇，搅拌均匀得混合液；将制得的改性母料粉碎过筛40目，再将改性母料与混合液混合均匀；(3)将上步所得物送入干燥塔内，在100℃温度下鼓风干燥1h，通过挤出机进行挤出，挤出机加工温度为160-170℃，经冷却、切粒、干燥，即得。
实施例2
一种阻燃3D打印复合材料，所述阻燃3D打印复合材料包括以下重量份数的原料：聚碳酸丁二醇酯150份、二-1，2-亚乙基三胺五乙酸18份、硫氰酸钾11份、溴代十二烷4份、玻璃纤维4份。
一种阻燃3D打印复合材料的制备方法，包括以下步骤：(1)将聚碳酸丁二醇酯、玻璃纤维和二-1，2-亚乙基三胺五乙酸加入高速混合机中，高速混合搅拌30min，制得改性母料；(2)将硫氰酸钾和溴代十二烷混合，加入混合物5倍质量的40％乙醇，搅拌均匀得混合液；将制得的改性母料粉碎过筛100目，再将改性母料与混合液混合均匀；(3)将上步所得物送入干燥塔内，在140℃温度下鼓风干燥2h，通过挤出机进行挤出，挤出机加工温度为160-170℃，经冷却、切粒、干燥，即得。
实施例3
一种阻燃3D打印复合材料，所述阻燃3D打印复合材料包括以下重量份数的原料：聚碳酸丁二醇酯120份、二-1，2-亚乙基三胺五乙酸13份、硫氰酸钾9份、溴代十二烷2.2份、玻璃纤维2.6份。
一种阻燃3D打印复合材料的制备方法，包括以下步骤：(1)将聚碳酸丁二醇酯、玻璃纤维和二-1，2-亚乙基三胺五乙酸加入高速混合机中，高速混合搅拌26min，制得改性母料。(2)将硫氰酸钾和溴代十二烷混合，加入混合物4倍质量的40％乙醇，搅拌均匀得混合液；将制得的改性母料粉碎过筛70目，再将改性母料与混合液混合均匀。(3)将上步所得物送入干燥塔内，在138℃温度下鼓风干燥1.3h，通过挤出机进行挤出，挤出机加工温度为160-170℃，经冷却、切粒、干燥，即得。
实施例4
一种阻燃3D打印复合材料，所述阻燃3D打印复合材料包括以下重量份数的原料：聚碳酸丁二醇酯110份、二-1，2-亚乙基三胺五乙酸12份、硫氰酸钾7份、溴代十二烷2份、玻璃纤维2份。
一种阻燃3D打印复合材料的制备方法，包括以下步骤：(1)将聚碳酸丁二醇酯、玻璃纤维和二-1，2-亚乙基三胺五乙酸加入高速混合机中，高速混合搅拌21min，制得改性母料；(2)将硫氰酸钾和溴代十二烷混合，加入混合物2.3倍质量的40％乙醇，搅拌均匀得混合液；将制得的改性母料粉碎过筛50目，再将改性母料与混合液混合均匀；(3)将上步所得物送入干燥塔内，在118℃温度下鼓风干燥1.2h，通过挤出机进行挤出，挤出机加工温度为160-170℃，经冷却、切粒、干燥，即得。
实施例5
一种阻燃3D打印复合材料，所述阻燃3D打印复合材料包括以下重量份数的原料：聚碳酸丁二醇酯130份、二-1，2-亚乙基三胺五乙酸15份、硫氰酸钾10份、溴代十二烷3份、玻璃纤维3份。
一种阻燃3D打印复合材料的制备方法，包括以下步骤：(1)将聚碳酸丁二醇酯、玻璃纤维和二-1，2-亚乙基三胺五乙酸加入高速混合机中，高速混合搅拌27min，制得改性母料；(2)将硫氰酸钾和溴代十二烷混合，加入混合物4.2倍质量的40％乙醇，搅拌均匀得混合液；将制得的改性母料粉碎过筛90目，再将改性母料与混合液混合均匀；(3)将上步所得物送入干燥塔内，在135℃温度下鼓风干燥1.7h，通过挤出机进行挤出，挤出机加工温度为160-170℃，经冷却、切粒、干燥，即得。
对比例1
除原料中不含有二-1，2-亚乙基三胺五乙酸外，其他制备工艺均与实施例3相同。
对比例2
除原料中不含有硫氰酸钾外，其他制备工艺均与实施例3相同。
对比例3
除原料中不含有二-1，2-亚乙基三胺五乙酸和硫氰酸钾外，其他制备工艺均与实施例3相同。
对比例4
将各原料直接混合，然后将所得物送入干燥塔内，在135℃温度下鼓风干燥1.7h，通过挤出机进行挤出，挤出机加工温度为160-170℃，经冷却、切粒、干燥，即得。
实验例
对实施例1-5和对比例1-4的高分子材料进行性能测试，结果如下。
| 项目 | 导热系数W/m·K | 拉伸强度MPa | 弹性模量MPa | 冲击强度KJ/m<sup>2</sup> | 氧指数 |
| 实施例1 | 2.15 | 91 | 1325 | 18.31 | 37 |
| 实施例2 | 2.24 | 95 | 1412 | 18.54 | 35 |
| 实施例3 | 2.51 | 105 | 1763 | 19.26 | 38 |
| 实施例4 | 2.47 | 101 | 1585 | 18.95 | 34 |
| 实施例5 | 2.35 | 93 | 1356 | 19.16 | 36 |
| 对比例1 | 1.15 | 65 | 1121 | 16.15 | 31 |
| 对比例2 | 1.20 | 68 | 1247 | 14.31 | 30 |
| 对比例3 | 1.02 | 57 | 1102 | 13.12 | 29 |
| 对比例4 | 1.25 | 65 | 1254 | 16.56 | 31 |
上面对本专利的较佳实施方式作了详细说明，但是本专利并不限于上述实施方式，在本领域的普通技术人员所具备的知识范围内，还可以在不脱离本专利宗旨的前提下做出各种变化。
Claims (7)
1.一种阻燃3D打印复合材料，其特征在于，所述阻燃3D打印复合材料包括以下重量份数的原料：聚碳酸丁二醇酯100-150份、二-1，2-亚乙基三胺五乙酸10-18份、硫氰酸钾5-11份、溴代十二烷1-4份、玻璃纤维1-4份。
2.根据权利要求1所述的阻燃3D打印复合材料，其特征在于，所述阻燃3D打印复合材料包括以下重量份数的原料：聚碳酸丁二醇酯110-130份、二-1，2-亚乙基三胺五乙酸12-15份、硫氰酸钾7-10份、溴代十二烷2-3份、玻璃纤维2-3份。
3.根据权利要求1所述的阻燃3D打印复合材料，其特征在于，所述阻燃3D打印复合材料包括以下重量份数的原料：聚碳酸丁二醇酯120份、二-1，2-亚乙基三胺五乙酸13份、硫氰酸钾9份、溴代十二烷2.2份、玻璃纤维2.6份。
4.一种如权利要求1-3任一所述的阻燃3D打印复合材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：(1)将聚碳酸丁二醇酯、玻璃纤维和二-1，2-亚乙基三胺五乙酸加入高速混合机中，高速混合搅拌20-30min，制得改性母料；(2)将硫氰酸钾和溴代十二烷混合，加入混合物2-5倍质量的40％乙醇，搅拌均匀得混合液；将制得的改性母料粉碎过筛40-100目，再将改性母料与混合液混合均匀；(3)将上步所得物送入干燥塔内，在100-140℃温度下鼓风干燥1-2h，通过挤出机进行挤出，挤出机加工温度为160-170℃，经冷却、切粒、干燥，即得。
5.如权利要求4所述的阻燃3D打印复合材料的制备方法，其特征在于，步骤(1)将聚碳酸丁二醇酯、玻璃纤维和二-1，2-亚乙基三胺五乙酸加入高速混合机中，高速混合搅拌26min，制得改性母料。
6.如权利要求4所述的阻燃3D打印复合材料的制备方法，其特征在于，步骤(2)将硫氰酸钾和溴代十二烷混合，加入混合物4倍质量的40％乙醇，搅拌均匀得混合液；将制得的改性母料粉碎过筛70目，再将改性母料与混合液混合均匀。
7.如权利要求4所述的阻燃3D打印复合材料的制备方法，其特征在于，步骤(3)将上步所得物送入干燥塔内，在138℃温度下鼓风干燥1.3h。
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