CN111423720A - 一种面向3d打印的改性碳纤维增强聚酰胺6复合材料及其制备方法和应用 - Google Patents

一种面向3d打印的改性碳纤维增强聚酰胺6复合材料及其制备方法和应用 Download PDF

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Abstract

本发明提供一种面向3D打印改性碳纤维增强聚酰胺6线材及其制备方法和应用。本发明的改性碳纤维增强聚酰胺6复合材料由如下含量组分制成：聚酰胺6材料85～95份、碳纤维5～15份，改性硅烷偶联剂1～3份。本发明提出的技术方案利用改性硅烷偶联剂有利于碳纤维接枝，所制得的产品具有线径均匀、表面光滑、力学性能优异且材料收缩率较小的特性，可以在3D打印耗材领域进行应用，解决了现有其他技术中聚酰胺6材料打印过程易翘曲变形、打印件力学性能较差以及线材容易出现气泡的技术缺陷，具有实用价值，在较低的碳纤维含量(10％～15％)下，最大拉伸强度可以超过110MPa,远优于市场上的很多聚酰胺6打印线材。

Description

一种面向3D打印的改性碳纤维增强聚酰胺6复合材料及其制 备方法和应用
技术领域
本发明涉及3D打印纤维增强聚酰胺材料技术领域，具体而言，尤其涉及一种面向3D打印的改性碳纤维增强聚酰胺6复合材料及其制备方法和应用。
背景技术
3D打印技术即增材制造技术，是近十年来高速发展的一种先进快速成型技术，其具有传统材料成型工艺所不具备的短周期、无模具、良好复杂结构适应性、便携制造等显著优势，被誉为“第三次工业革命最具标志性的生产工具”。
熔融沉积成型(FDM)是目前市场上最常见的一种3D打印方式，其技术的创新发展快，但是可供选择的打印材料并不多，这大大限制了其发展。常见的3D打印材料有聚乳酸(PLA)、丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物(ABS)、聚酰胺6(PA)等，由于这些材料先天存在的缺点，其应用效果大打折扣。
其中，聚乳酸力学性能和热稳定性较差；丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物打印时会产生不环保的有害气味；聚酰胺6的成型温度较高，由于其自身性质造成其降温速率过快时收缩率较大，出现“翘曲”现象，但是其力学性能、热稳定性、抗静电能力、抗腐蚀性都有卓越的表现。加入碳纤维可以有效促进聚酰胺6材料的结晶，改善聚酰胺6材料的成型性，消除“翘曲”现象，同时也可提升其力学性能。同时由于熔融沉积(FDM)3D打印对耗材的尺寸精度要求较高，一般要求线径误差为±0.5mm，圆度为±0.1mm，而实验证明未经改性的碳纤维增强聚酰胺6材料在加工成3D打印耗材时微观纤维分散不均匀，尺寸精度较低，力学性能提高有限，难以满足技术要求。
因此，开发出一种可用于3D打印的改性碳纤维增强聚酰胺6复合材料，用于解决现有技术中的不足，可深入推动改性碳纤维增强聚酰胺6在3D打印材料领域的发展，成为了亟待解决的问题。
发明内容
根据上述提出碳纤维增强聚酰胺6在加工成3D打印耗材时存在微观纤维分散不均匀，尺寸精度较低，力学性能提高有限等技术问题，而提供一种面向3D打印的改性碳纤维增强聚酰胺6复合材料及其制备方法和应用。本发明主要利用改性硅烷偶联剂有利于碳纤维接枝，所制得的产品具有线径均匀、表面光滑、力学性能优异且材料收缩率较小的特性，可以在3D打印耗材领域进行应用。
本发明采用的技术手段如下：
一种面向3D打印的改性碳纤维增强聚酰胺6复合材料，其特征在于，包括如下重量份的组分制料：
聚酰胺6颗粒85～95份；碳纤维5～15份；改性硅烷偶联剂1～4份。
进一步地，所述碳纤维为碳纤维丝束。
本发明还公开了上述的改性碳纤维增强聚酰胺6复合材料的制备方法，其特征在于包括如下步骤：
(1)干燥：将聚酰胺6粒料放入恒温烘箱中烘干，获得干燥的不含水分聚酰胺6粒料备用；
(2)碳纤维改性：将改性硅烷偶联剂溶解于乙醇溶液，按照配方量将改性硅烷偶联剂溶液与碳纤维置于密闭的容器中，充分反应，然后将剩余液体倒出，置于烘箱中烘干得到改性碳纤维备用；
(3)熔融共混造粒：将步骤(2)所得改性碳纤维和步骤(1)所得聚酰胺6粒料放入双螺杆挤出机中充分混合，造粒制得改性碳纤维增强聚酰胺6粒料。
进一步地，所制得的复合材料中，碳纤维以短纤维形式均匀分散在所述聚酰胺6中，微观长度在100μm～800μm之间。
进一步地，步骤(1)中，所述干燥方法是指，恒温烘箱干燥温度控制在80℃～100℃范围间，干燥时间控制在6小时至9小时。
进一步地，步骤(2)中，所述乙醇溶液浓度在90％～95％之间，改性硅烷偶联剂与乙醇溶液的体积比为1比100，改性硅烷偶联剂与碳纤维反应时间在24小时以上，烘箱烘干温度设置在60℃～80℃之间，烘干时间在6小时至8小时之间。
进一步地，步骤(3)中，所述碳纤维从纤维加入口进入双螺杆挤出机；所述双螺杆挤出机螺杆转速为100～300rpm；所述双螺杆挤出机从喂料口到出料口分为五段区域，温度依次为：一区温度为230℃～240℃，二区温度为230℃～240℃，三区温度为230℃～240℃，四区温度为240℃～250℃，五区温度为240℃～250℃，模头温度为240℃～250℃。
本发明还公开了一种上述的改性碳纤维增强聚酰胺6复合材料在制备3D打印材料中的应用。
进一步地，将上述的制备方法制备得到的改性碳纤维增强聚酰胺6复合材料的粒料放入烘箱中烘干，将烘干后的粒料放入桌面级3D打印耗材生产设备中制备成条状产物经可旋转式圆盘收集后，经过全场高温热处理、检测，包装得到所需产品。
进一步地，所述具体烘干方法为将改性碳纤维增强聚酰胺6复合材料的粒料放入容器中，堆积厚度不超过20mm，烘干温度为80℃～100℃，烘干时间为12h以上；所述桌面级3D打印耗材生产设备温区温度依次设置为一区温度245℃～250℃，二区温度为250～255℃，桌面级3D打印耗材生产设备主轴转速为20rpm～40rpm；所述条状产物的直径为1.5～2.5mm，线径精度为0.05～0.1mm，圆度为0.01～0.05mm；所述全场高温热处理在烘箱内完成，热处理温度为100℃～130℃，热处理时间0.5小时至2小时。
较现有技术相比，本发明具有以下优点：
(1)本发明制备的改性碳纤维增强聚酰胺6复合材料相对于纯聚酰胺6材料和未改性碳纤维增强聚酰胺6材料更适于3D打印线材的制备，根据上述技术方案进行操作，可以有效控制线材成品的线径精度，从而得到线径更为均匀的3D打印线材，打印性能更加稳定，收缩率小，消除打印“翘曲”现象；
(2)本发明制备的改性碳纤维增强聚酰胺6复合材料打印线材相对于纯聚酰胺6材料有更高的拉伸强度和弯曲强度，适用于工程塑料强度要求；
(3)本发明制备的改性碳纤维增强聚酰胺6线材不仅适合双螺杆挤出机挤出成线，对桌面级3D打印线材生产设备也有很好的兼容性，其具有优异的机械强度、优良的尺寸稳定性，可部分替代用于结构部件的金属材料，主要应用于机械结构部件，例如齿轮、轴承、风扇叶片、泵叶、自行车零部件、汽车工业零配件及一些精密工程制品。
综上，目前硅烷偶联剂改性碳纤维在3D打印领域尚无相关应用，本发明提出的技术方案利用改性硅烷偶联剂有利于碳纤维接枝，使得它与聚酰胺6材料实现了良好的相容性并应用到了3D打印耗材的制备中，所制得的产品具有线径均匀、表面光滑、力学性能优异且材料收缩率较小的特性，可以在3D打印耗材领域进行应用，它解决了现有其他技术中聚酰胺6材料打印过程易翘曲变形、打印件力学性能较差以及线材容易出现气泡的技术缺陷，具有实用价值，在较低的碳纤维含量(10％～15％)下，最大拉伸强度可以超过110MPa，远优于市场上的很多聚酰胺6打印线材。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图做以简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明实施例2制备的改性碳纤维增强聚酰胺6线材的成品图。
图2为本发明对比例2、实施例1和实施例2线材在扫描电子显微镜下观测到的线材断面微观表征图。
图3为本发明实施例1和实施例2在偏光显微镜下观测的线材内部碳纤维形态图。
具体实施方式
需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。以下对至少一个示例性实施例的描述实际上仅仅是说明性的，决不作为对本发明及其应用或使用的任何限制。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本发明的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。
除非另外具体说明，否则在这些实施例中阐述的部件和步骤的相对布置、数字表达式和数值不限制本发明的范围。同时，应当清楚，为了便于描述，附图中所示出的各个部分的尺寸并不是按照实际的比例关系绘制的。对于相关领域普通技术人员己知的技术、方法和设备可能不作详细讨论，但在适当情况下，所述技术、方法和设备应当被视为授权说明书的一部分。在这里示出和讨论的所有示例中，任向具体值应被解释为仅仅是示例性的，而不是作为限制。因此，示例性实施例的其它示例可以具有不同的值。应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步讨论。
本发明提供了一种面向3D打印的改性碳纤维增强聚酰胺6复合材料，包括如下重量份的组分制料：聚酰胺6颗粒85～95份；碳纤维5～15份；改性硅烷偶联剂1～4份。所述碳纤维为碳纤维丝束，优选为日本东丽公司。所述碳纤维以短纤维形式均匀分散在所述聚酰胺6中，微观长度在100μm～800μm之间。
本发明还公开了上述的改性碳纤维增强聚酰胺6复合材料的制备方法，包括如下步骤：
(1)干燥：将聚酰胺6粒料放入恒温烘箱中烘干，获得干燥的不含水分聚酰胺6粒料备用；所述干燥方法是指，恒温烘箱干燥温度控制在80℃～100℃范围间，干燥时间控制在6小时至9小时。优选的干燥温度为90℃，干燥时间为8小时。
(2)碳纤维改性：将改性硅烷偶联剂溶解于乙醇溶液，按照配方量将改性硅烷偶联剂溶液与碳纤维置于密闭的容器中，密闭容器通常采用玻璃水槽便于观察，充分反应，然后将剩余液体倒出，置于烘箱中烘干得到改性碳纤维备用；所述乙醇溶液浓度在90％～95％之间，改性硅烷偶联剂与乙醇溶液的体积比为1比100，改性硅烷偶联剂与碳纤维反应时间在24小时以上，烘箱烘干温度设置在60℃～80℃之间，烘干时间在6小时至8小时之间。
(3)熔融共混造粒：将步骤(2)所得改性碳纤维和步骤(1)所得聚酰胺6粒料(颗粒尺寸大小无需作严格限定)放入双螺杆挤出机中充分混合，造粒制得改性碳纤维增强聚酰胺6粒料。
所述碳纤维从纤维加入口进入双螺杆挤出机；所述双螺杆挤出机螺杆转速为100～300rpm，目的是提高产量效率；所述双螺杆挤出机从喂料口到出料口分为五段区域，温度依次为：一区温度为230℃～240℃，二区温度为230℃～240℃，三区温度为230℃～240℃，四区温度为240℃～250℃，五区温度为240℃～250℃，模头温度为240℃～250℃。
本发明还公开了一种上述的改性碳纤维增强聚酰胺6复合材料在制备3D打印材料中的应用。优选地，所述3D打印材料主要应用于机械结构部件，例如齿轮、轴承、风扇叶片、泵叶、自行车零部件、汽车工业零配件、渔具及一些精密工程制品。
具体地，将上述的制备方法制备得到的改性碳纤维增强聚酰胺6复合材料的粒料放入烘箱中烘干，将烘干后的粒料放入桌面级3D打印耗材生产设备中制备成条状产物经可旋转式圆盘收集后，经过全场高温热处理、检测，包装得到所需产品。
所述具体烘干方法为将改性碳纤维增强聚酰胺6复合材料的粒料放入盘型容器中，堆积厚度不超过20mm，烘干温度为80℃～100℃，烘干时间为12h以上，优选的干燥温度为90℃，干燥时间为12小时。
所述桌面级3D打印耗材生产设备温区温度依次设置为一区温度245℃～250℃，二区温度为250～255℃，设定主轴转速为20rpm～40rpm，桌面级3D打印耗材生产设备属于小型生产设备，应适当提高温区温度以增强聚酰胺6熔体的流动性，同时控制螺杆转速在适中位置以保证线材线径的均匀性；所述条状产物的直径为1.5～2.5mm，线径精度为0.05～0.1mm，圆度为0.01～0.05mm；所述全场高温热处理在烘箱内完成，热处理温度为100℃～130℃，热处理时间0.5小时至2小时。
实施例1
本发明提供一种改性碳纤维增强聚酰胺6复合材料的制备方法及其应用，按照以下重量百分比组成：
称取95份聚酰胺6(生产产家：Tai-Young尼龙有限公司)、5份碳纤维丝束(日本东丽公司)、1份硅烷偶联剂(KH550，上海耀华化工厂)，将聚酰胺6和碳纤维丝束分别在90℃条件下干燥8小时得到第一产物；
将第一产物的碳纤维丝束与所述改性硅烷偶联剂溶液在玻璃水槽中充分反应24小时，和第一产物的聚酰胺6组成第二产物；
第二产物经过双螺杆挤出机熔融共混挤出造粒得到第三产物，双螺杆挤出机从喂料口到出料口各段温度依次为一区温度为235℃，二区温度为237℃三区温度为239℃，四区温度为241℃，五区温度为243℃，模头温度为245℃；
第三产物在90℃条件下干燥12小时得到第四产物；
第四产物经过桌面级3D打印耗材生产设备熔融挤出造线制得直径为1.60mm～1.80mm的3D打印线材，桌面级3D打印耗材生产设备一区温度为248℃，二区温度为253℃，主轴转速为25rpm。此线材产物在120℃条件下高温热处理1小时即可得最终成品。
实施例2
本发明提供一种改性碳纤维增强聚酰胺6复合材料的制备方法及其应用，按照以下重量百分比组成：
称取90份聚酰胺6(生产产家：Tai-Young尼龙有限公司)、10份碳纤维丝束(日本东丽公司)、2份硅烷偶联剂(KH550，上海耀华化工厂)，将聚酰胺6和碳纤维丝束分别在90℃条件下干燥8小时得到第一产物；
将第一产物的碳纤维丝束与所述改性硅烷偶联剂溶液在玻璃水槽中充分反应24小时，和第一产物的聚酰胺6组成第二产物；
第二产物经过双螺杆挤出机熔融共混挤出造粒得到第三产物，双螺杆挤出机从喂料口到出料口各段温度依次为一区温度为235℃，二区温度为237℃三区温度为239℃，四区温度为241℃，五区温度为243℃，模头温度为245℃；
第三产物在90℃条件下干燥12小时得到第四产物；
第四产物经过桌面级3D打印耗材生产设备熔融挤出造线制得直径为1.60mm～1.80mm的3D打印线材，桌面级3D打印耗材生产设备一区温度为248℃，二区温度为253℃，主轴转速为25rpm。此线材产物在120℃条件下高温热处理1小时即可得最终成品。
对比例1
采用易生公司生产的e-PA6线材作为对比例，依据GB/T1040.2-2006和GB/T 9341-2000，使用熔融沉积型3D打印机(Ultimaker2+型)分别打印出拉伸强度测试样条和弯曲强度测试样条。打印机喷头温度为250℃，平台温度为80℃。
对比例2
称取300g PA6(生产产家：Tai-Young尼龙有限公司)在90℃条件下干燥12小时得到第一产物；
第一产物经过单螺杆挤出机熔融挤出造线制得直径为3D打印线材，此线材产物经过80℃烘干12小时即可得最终成品。分别打印出拉伸强度测试样条和弯曲强度测试样条。打印机喷头温度为250℃，平台温度为80℃。
对比例3
选用东莞市宇硕新材料科技有限公司生产的10％含量未改性碳纤维增强聚酰胺6线材，经过80℃烘干12小时即可得最终成品。分别打印出拉伸强度测试样条和弯曲强度测试样条。打印机喷头温度为250℃，平台温度为80℃。
由表1可见，和实施例1相比，对比例1中易生公司生产的纯聚酰胺6线材力学性能较差，且打印过程中出现轻微翘曲现象，不适用于对精度和强度要求较高的机械结构部件；对比例2和实施例1相比，力学性能同样表现不佳，也出现轻微翘曲，这表明了碳纤维增强效果是明显的，碳纤维的加入能有效遏制聚酰胺6线材的打印翘曲现象；对比例3在3D打印过程中消除了翘曲变形现象，打印样条的外观也较好，但是力学性能表现较差，这说明未改性碳纤维对聚酰胺6的力学增强效果不如改姓碳纤维好。
表1为实施例1～2和对比例1～3的力学性能指标对比：
拉伸强度(MPa) 杨氏模量(GPa) 弯曲强度(MPa) 翘曲变形
实施例1 96.97 2.37 148.70 未翘曲
实施例2 113.11 3.95 199.60 未翘曲
对比例1 40.50 1.60 88.12 轻微翘曲
对比例2 60.07 1.44 92.44 轻微翘曲
对比例3 85.75 2.12 135.31 未翘曲
如图1所示，可见通过本发明的方法制备的线材外观较好，线性均匀无翘曲变形。如图2所示，为本发明对比例2、实施例1和实施例2线材在扫描电子显微镜下观测到的线材断面微观表征图，从图中可以看出实施例2中随着碳纤维丝束和硅烷偶联剂的增加，纤维分布增多且较为均匀。如图3所示，为本发明实施例1和实施例2在偏光显微镜下观测的线材内部碳纤维形态图，可以看到纤维分布较为均匀，且纤维长度大致接近。
最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。

Claims (10)

1.一种面向3D打印的改性碳纤维增强聚酰胺6复合材料，其特征在于，包括如下重量份的组分制料：
聚酰胺6颗粒85～95份；碳纤维5～15份；改性硅烷偶联剂1～4份。
2.根据权利要求1所述的改性碳纤维增强聚酰胺6复合材料，其特征在于，所述碳纤维为碳纤维丝束。
3.一种根据权利要求1或2所述的改性碳纤维增强聚酰胺6复合材料的制备方法，其特征在于包括如下步骤：
(1)干燥：将聚酰胺6粒料放入恒温烘箱中烘干，获得干燥的不含水分聚酰胺6粒料备用；
(2)碳纤维改性：将改性硅烷偶联剂溶解于乙醇溶液，按照配方量将改性硅烷偶联剂溶液与碳纤维置于密闭的容器中，充分反应，然后将剩余液体倒出，置于烘箱中烘干得到改性碳纤维备用；
(3)熔融共混造粒：将步骤(2)所得改性碳纤维和步骤(1)所得聚酰胺6粒料放入双螺杆挤出机中充分混合，造粒制得改性碳纤维增强聚酰胺6粒料。
4.根据权利要求3所述的改性碳纤维增强聚酰胺6复合材料的制备方法，其特征在于，所制得的复合材料中，碳纤维以短纤维形式均匀分散在所述聚酰胺6中，微观长度在100μm～800μm之间。
5.根据权利要求3所述的改性碳纤维增强聚酰胺6复合材料的制备方法，其特征在于，步骤(1)中，所述干燥方法是指，恒温烘箱干燥温度控制在80℃～100℃范围间，干燥时间控制在6小时至9小时。
6.根据权利要求5所述的改性碳纤维增强聚酰胺6复合材料的制备方法，其特征在于，步骤(2)中，所述乙醇溶液浓度在90％～95％之间，改性硅烷偶联剂与乙醇溶液的体积比为1比100，改性硅烷偶联剂与碳纤维反应时间在24小时以上，烘箱烘干温度设置在60℃～80℃之间，烘干时间在6小时至8小时之间。
7.根据权利要求6所述的改性碳纤维增强聚酰胺6复合材料的制备方法，其特征在于，步骤(3)中，所述碳纤维从纤维加入口进入双螺杆挤出机；所述双螺杆挤出机螺杆转速为100～300rpm；所述双螺杆挤出机从喂料口到出料口分为五段区域，温度依次为：一区温度为230℃～240℃，二区温度为230℃～240℃，三区温度为230℃～240℃，四区温度为240℃～250℃，五区温度为240℃～250℃，模头温度为240℃～250℃。
8.一种如权利要求1或2权利要求所述的改性碳纤维增强聚酰胺6复合材料在制备3D打印材料中的应用。
9.根据权利要求8所述的应用，其特征在于，将采用权利要求7所述的制备方法制备得到的改性碳纤维增强聚酰胺6复合材料的粒料放入烘箱中烘干，将烘干后的粒料放入桌面级3D打印耗材生产设备中制备成条状产物经可旋转式圆盘收集后，经过全场高温热处理、检测，包装得到所需产品。
10.根据权利要求9所述的应用，其特征在于，所述具体烘干方法为将改性碳纤维增强聚酰胺6复合材料的粒料放入容器中，堆积厚度不超过20mm，烘干温度为80℃～100℃，烘干时间为12h以上；所述桌面级3D打印耗材生产设备温区温度依次设置为一区温度245℃～250℃，二区温度为250～255℃，桌面级3D打印耗材生产设备主轴转速为20rpm～40rpm；所述条状产物的直径为1.5～2.5mm，线径精度为0.05～0.1mm，圆度为0.01～0.05mm；所述全场高温热处理在烘箱内完成，热处理温度为100℃～130℃，热处理时间0.5小时至2小时。
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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN112144146A (zh) * 2020-09-27 2020-12-29 南京特塑复合材料有限公司 一种3d打印用复合材料及其制备方法
CN112430339A (zh) * 2020-11-23 2021-03-02 中国科学院苏州纳米技术与纳米仿生研究所南昌研究院 碳纤维增强尼龙复合材料3d打印线材及其制备方法
CN113637298A (zh) * 2021-08-17 2021-11-12 浙江师范大学 一种熔融沉积成型制品及其制备方法

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN105440560A (zh) * 2015-12-18 2016-03-30 青岛尤尼科技有限公司 用于熔融沉积3d打印的碳纤维复合材料及其制备方法
CN106700515A (zh) * 2015-11-14 2017-05-24 黑龙江鑫达企业集团有限公司 一种3d打印用pa-12/碳纤维复合材料的制备方法
CN107760024A (zh) * 2016-08-18 2018-03-06 黑龙江鑫达企业集团有限公司 一种3d打印颈部护具的尼龙基复合材料及其制备方法

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN106700515A (zh) * 2015-11-14 2017-05-24 黑龙江鑫达企业集团有限公司 一种3d打印用pa-12/碳纤维复合材料的制备方法
CN105440560A (zh) * 2015-12-18 2016-03-30 青岛尤尼科技有限公司 用于熔融沉积3d打印的碳纤维复合材料及其制备方法
CN107760024A (zh) * 2016-08-18 2018-03-06 黑龙江鑫达企业集团有限公司 一种3d打印颈部护具的尼龙基复合材料及其制备方法

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN112144146A (zh) * 2020-09-27 2020-12-29 南京特塑复合材料有限公司 一种3d打印用复合材料及其制备方法
CN112144146B (zh) * 2020-09-27 2022-06-14 南京特塑复合材料有限公司 一种3d打印用复合材料及其制备方法
CN112430339A (zh) * 2020-11-23 2021-03-02 中国科学院苏州纳米技术与纳米仿生研究所南昌研究院 碳纤维增强尼龙复合材料3d打印线材及其制备方法
CN113637298A (zh) * 2021-08-17 2021-11-12 浙江师范大学 一种熔融沉积成型制品及其制备方法

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