CN112063167A - 3d打印用长玄武岩纤维热塑性耗材、其制备方法及制备装置 - Google Patents
3d打印用长玄武岩纤维热塑性耗材、其制备方法及制备装置 Download PDFInfo
- Publication number
- CN112063167A CN112063167A CN202010997566.1A CN202010997566A CN112063167A CN 112063167 A CN112063167 A CN 112063167A CN 202010997566 A CN202010997566 A CN 202010997566A CN 112063167 A CN112063167 A CN 112063167A
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- basalt fiber
- long basalt
- printing
- consumable
- long
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Granted
Links
- 229920002748 Basalt fiber Polymers 0.000 title claims abstract description 126
- 238000010146 3D printing Methods 0.000 title claims abstract description 67
- 229920001169 thermoplastic Polymers 0.000 title claims abstract description 47
- 239000004416 thermosoftening plastic Substances 0.000 title claims abstract description 47
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 title claims abstract description 44
- 229920005992 thermoplastic resin Polymers 0.000 claims abstract description 25
- 239000007822 coupling agent Substances 0.000 claims abstract description 8
- 239000000835 fiber Substances 0.000 claims description 38
- 229920005989 resin Polymers 0.000 claims description 29
- 239000011347 resin Substances 0.000 claims description 29
- 238000005470 impregnation Methods 0.000 claims description 24
- 238000001816 cooling Methods 0.000 claims description 21
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 claims description 18
- 238000007598 dipping method Methods 0.000 claims description 14
- 238000004804 winding Methods 0.000 claims description 12
- 239000000463 material Substances 0.000 claims description 10
- 229920000049 Carbon (fiber) Polymers 0.000 claims description 8
- 239000004917 carbon fiber Substances 0.000 claims description 8
- 238000001514 detection method Methods 0.000 claims description 8
- VNWKTOKETHGBQD-UHFFFAOYSA-N methane Chemical compound C VNWKTOKETHGBQD-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 7
- 238000000034 method Methods 0.000 claims description 6
- 239000000155 melt Substances 0.000 claims description 5
- 238000007689 inspection Methods 0.000 claims description 4
- -1 polypropylene Polymers 0.000 claims description 4
- 239000004677 Nylon Substances 0.000 claims description 2
- 239000004696 Poly ether ether ketone Substances 0.000 claims description 2
- 239000004698 Polyethylene Substances 0.000 claims description 2
- 239000004743 Polypropylene Substances 0.000 claims description 2
- 239000004793 Polystyrene Substances 0.000 claims description 2
- 229920001778 nylon Polymers 0.000 claims description 2
- 229920002530 polyetherether ketone Polymers 0.000 claims description 2
- 229920000573 polyethylene Polymers 0.000 claims description 2
- 229920001155 polypropylene Polymers 0.000 claims description 2
- 229920002223 polystyrene Polymers 0.000 claims description 2
- 239000004800 polyvinyl chloride Substances 0.000 claims description 2
- 229920000915 polyvinyl chloride Polymers 0.000 claims description 2
- 239000006087 Silane Coupling Agent Substances 0.000 description 10
- 230000000052 comparative effect Effects 0.000 description 8
- 239000002131 composite material Substances 0.000 description 7
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 7
- 239000003365 glass fiber Substances 0.000 description 6
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 5
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 5
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 5
- 238000002844 melting Methods 0.000 description 4
- 230000008018 melting Effects 0.000 description 4
- 238000007639 printing Methods 0.000 description 4
- 239000000523 sample Substances 0.000 description 4
- 239000011159 matrix material Substances 0.000 description 3
- 238000011160 research Methods 0.000 description 3
- 239000012943 hotmelt Substances 0.000 description 2
- 238000009413 insulation Methods 0.000 description 2
- 239000007788 liquid Substances 0.000 description 2
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 2
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 2
- 238000004321 preservation Methods 0.000 description 2
- 238000007493 shaping process Methods 0.000 description 2
- RTAQQCXQSZGOHL-UHFFFAOYSA-N Titanium Chemical compound [Ti] RTAQQCXQSZGOHL-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000009471 action Effects 0.000 description 1
- 239000011825 aerospace material Substances 0.000 description 1
- 230000009286 beneficial effect Effects 0.000 description 1
- 230000001276 controlling effect Effects 0.000 description 1
- 239000000110 cooling liquid Substances 0.000 description 1
- 230000007547 defect Effects 0.000 description 1
- 238000012938 design process Methods 0.000 description 1
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 1
- 230000009977 dual effect Effects 0.000 description 1
- 238000002474 experimental method Methods 0.000 description 1
- 238000001914 filtration Methods 0.000 description 1
- 238000005286 illumination Methods 0.000 description 1
- 230000006872 improvement Effects 0.000 description 1
- 239000003999 initiator Substances 0.000 description 1
- 230000003647 oxidation Effects 0.000 description 1
- 238000007254 oxidation reaction Methods 0.000 description 1
- 238000011085 pressure filtration Methods 0.000 description 1
- 230000008569 process Effects 0.000 description 1
- 230000005855 radiation Effects 0.000 description 1
- 239000002994 raw material Substances 0.000 description 1
- 230000001105 regulatory effect Effects 0.000 description 1
- 230000002787 reinforcement Effects 0.000 description 1
- 230000003014 reinforcing effect Effects 0.000 description 1
- 238000002791 soaking Methods 0.000 description 1
- 239000007787 solid Substances 0.000 description 1
- 239000011343 solid material Substances 0.000 description 1
- 238000007711 solidification Methods 0.000 description 1
- 230000008023 solidification Effects 0.000 description 1
- 230000007480 spreading Effects 0.000 description 1
- 238000003892 spreading Methods 0.000 description 1
- 229920001187 thermosetting polymer Polymers 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
- C08K—Use of inorganic or non-macromolecular organic substances as compounding ingredients
- C08K7/00—Use of ingredients characterised by shape
- C08K7/02—Fibres or whiskers
- C08K7/04—Fibres or whiskers inorganic
- C08K7/10—Silicon-containing compounds
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B29—WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
- B29B—PREPARATION OR PRETREATMENT OF THE MATERIAL TO BE SHAPED; MAKING GRANULES OR PREFORMS; RECOVERY OF PLASTICS OR OTHER CONSTITUENTS OF WASTE MATERIAL CONTAINING PLASTICS
- B29B15/00—Pretreatment of the material to be shaped, not covered by groups B29B7/00 - B29B13/00
- B29B15/08—Pretreatment of the material to be shaped, not covered by groups B29B7/00 - B29B13/00 of reinforcements or fillers
- B29B15/10—Coating or impregnating independently of the moulding or shaping step
- B29B15/12—Coating or impregnating independently of the moulding or shaping step of reinforcements of indefinite length
- B29B15/122—Coating or impregnating independently of the moulding or shaping step of reinforcements of indefinite length with a matrix in liquid form, e.g. as melt, solution or latex
- B29B15/125—Coating or impregnating independently of the moulding or shaping step of reinforcements of indefinite length with a matrix in liquid form, e.g. as melt, solution or latex by dipping
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B29—WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
- B29B—PREPARATION OR PRETREATMENT OF THE MATERIAL TO BE SHAPED; MAKING GRANULES OR PREFORMS; RECOVERY OF PLASTICS OR OTHER CONSTITUENTS OF WASTE MATERIAL CONTAINING PLASTICS
- B29B15/00—Pretreatment of the material to be shaped, not covered by groups B29B7/00 - B29B13/00
- B29B15/08—Pretreatment of the material to be shaped, not covered by groups B29B7/00 - B29B13/00 of reinforcements or fillers
- B29B15/10—Coating or impregnating independently of the moulding or shaping step
- B29B15/12—Coating or impregnating independently of the moulding or shaping step of reinforcements of indefinite length
- B29B15/14—Coating or impregnating independently of the moulding or shaping step of reinforcements of indefinite length of filaments or wires
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B29—WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
- B29C—SHAPING OR JOINING OF PLASTICS; SHAPING OF MATERIAL IN A PLASTIC STATE, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; AFTER-TREATMENT OF THE SHAPED PRODUCTS, e.g. REPAIRING
- B29C70/00—Shaping composites, i.e. plastics material comprising reinforcements, fillers or preformed parts, e.g. inserts
- B29C70/04—Shaping composites, i.e. plastics material comprising reinforcements, fillers or preformed parts, e.g. inserts comprising reinforcements only, e.g. self-reinforcing plastics
- B29C70/06—Fibrous reinforcements only
- B29C70/10—Fibrous reinforcements only characterised by the structure of fibrous reinforcements, e.g. hollow fibres
- B29C70/16—Fibrous reinforcements only characterised by the structure of fibrous reinforcements, e.g. hollow fibres using fibres of substantial or continuous length
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B29—WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
- B29C—SHAPING OR JOINING OF PLASTICS; SHAPING OF MATERIAL IN A PLASTIC STATE, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; AFTER-TREATMENT OF THE SHAPED PRODUCTS, e.g. REPAIRING
- B29C70/00—Shaping composites, i.e. plastics material comprising reinforcements, fillers or preformed parts, e.g. inserts
- B29C70/04—Shaping composites, i.e. plastics material comprising reinforcements, fillers or preformed parts, e.g. inserts comprising reinforcements only, e.g. self-reinforcing plastics
- B29C70/28—Shaping operations therefor
- B29C70/40—Shaping or impregnating by compression not applied
- B29C70/50—Shaping or impregnating by compression not applied for producing articles of indefinite length, e.g. prepregs, sheet moulding compounds [SMC] or cross moulding compounds [XMC]
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B33—ADDITIVE MANUFACTURING TECHNOLOGY
- B33Y—ADDITIVE MANUFACTURING, i.e. MANUFACTURING OF THREE-DIMENSIONAL [3-D] OBJECTS BY ADDITIVE DEPOSITION, ADDITIVE AGGLOMERATION OR ADDITIVE LAYERING, e.g. BY 3-D PRINTING, STEREOLITHOGRAPHY OR SELECTIVE LASER SINTERING
- B33Y70/00—Materials specially adapted for additive manufacturing
- B33Y70/10—Composites of different types of material, e.g. mixtures of ceramics and polymers or mixtures of metals and biomaterials
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
- C08K—Use of inorganic or non-macromolecular organic substances as compounding ingredients
- C08K2201/00—Specific properties of additives
- C08K2201/002—Physical properties
- C08K2201/003—Additives being defined by their diameter
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
- C08K—Use of inorganic or non-macromolecular organic substances as compounding ingredients
- C08K2201/00—Specific properties of additives
- C08K2201/014—Additives containing two or more different additives of the same subgroup in C08K
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
- C08L—COMPOSITIONS OF MACROMOLECULAR COMPOUNDS
- C08L2201/00—Properties
- C08L2201/08—Stabilised against heat, light or radiation or oxydation
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- Composite Materials (AREA)
- Medicinal Chemistry (AREA)
- Organic Chemistry (AREA)
- Polymers & Plastics (AREA)
- Health & Medical Sciences (AREA)
- Ceramic Engineering (AREA)
- Civil Engineering (AREA)
- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
- Structural Engineering (AREA)
- Manufacturing & Machinery (AREA)
- Materials Engineering (AREA)
- Textile Engineering (AREA)
Abstract
本发明属于3D打印技术领域，具体的，本发明提供了一种3D打印用长玄武岩纤维热塑性耗材，是由长玄武岩纤维束纱浸渍包裹热塑性树脂制备得到的连续线材；所述连续线材包括如下重量份的组分：玄武岩纤维5～50份，热塑性树脂50～95份，偶联剂1～5份；所述长玄武岩纤维束纱由1～500根直径为3～11μm的玄武岩纤维单丝组成。该耗材具有高强度、高模量、电学性能好、抗冲击、耐高温等优点。本发明还提供了上述3D打印用长玄武岩纤维热塑性耗材的制备方法和制备装置，能够高效连续的制备高质量的连续线材。
Description
技术领域
本申请涉及3D打印技术领域，具体而言，涉及一种3D打印用长玄武岩纤维热塑性耗材、其制备方法及制备装置。
背景技术
3D打印即快速成型技术的一种，其出现时间很早，早期的砌筑房屋就是3D打印的雏形，自美国2014年推出首台连续碳纤维3D打印机以来，该技术正在快速发展并在航空领域取得应用。随着技术的逐渐成熟和大规模推广应用，该技术或将颠覆现有复合材料无人机、低成本复合材料航空结构的生产模式。
3D打印的设计过程是：先通过计算机建模软件建模，再将建成的三维模型“分区”成逐层的截面，即切片，从而指导打印机逐层打印。3D打印常利用激光技术，打印机针头移动到需要成型的地方，激光使固体材料熔化(液态则加热或光照以固化硬化)，利用熔体可塑性打印并成型，然后针头移动至下一点打印，逐步完成打印工作。
随着3D打印应用领域的扩展，人们对3D打印坯体强度和其他性能的要求不断提高。3D打印的核心在于成型材料，在某些领域传统3D打印材料无法较好的满足制品的强度要求。国内外各研究机构均已经研究将纤维作为增强体复合普通3D打印耗材进行3D打印，且短切纤维增强热塑性树脂基复合材料3D打印丝材已经制备成功，并且成功商业化应用，但是由于短切纤维自身的缺陷，其添加量、纤维长度等始终存在极限，对基材的增强作用有限，仍然不能满足应用的性能需求。
公开号为CN108407300A的中国专利公开了一种连续纤维增强树脂基复合材料3D打印丝材制备方法及装置，选取干纤维丝束和常温下为固态的热固性树脂预聚物及其引发剂、热塑性树脂或混合树脂体系作为制备原料，将纤维丝束依次经过多重展纱、分纱、预浸热熔树脂、合纱处理，制得连续纤维增强树脂基复合材料3D打印丝材，很大程度上提高了成型构件的各项性能。
该技术在对干纤维丝束进行预浸热熔树脂时，预浸效果差，纤维和树脂之间分布不均匀，且选择的纤维本身性能较差，从而使得制备得到的丝材力学性能仍然不能满足实际需求。
发明内容
本发明的目的在于提供一种3D打印用长玄武岩纤维热塑性耗材，具有高强度、高模量、电学性能好、抗冲击、耐高温等优点。
本发明的另一目的在于提供上述3D打印用长玄武岩纤维热塑性耗材的制备方法，能够有效的制备出高质量的长玄武岩纤维增强热塑性树脂线材。
本发明的第三个目的在于提供上述3D打印用长玄武岩纤维热塑性耗材的制备装置，通过本发明的制备装置实现长玄武岩纤维增强热塑性树脂线材的高效连续制备。
本发明是通过以下技术方案实现：
本发明提供了一种3D打印用长玄武岩纤维热塑性耗材，是由长玄武岩纤维束纱浸渍包裹热塑性树脂制备得到的连续线材；所述连续线材包括如下重量份的组分：玄武岩纤维5～50份，热塑性树脂50～95份，偶联剂1～5份；所述长玄武岩纤维束纱由1～500根直径为3～11μm的玄武岩纤维单丝组成。
本发明选择玄武岩纤维作为树脂增强纤维，玄武岩纤维具有高强度、高模量、耐高温性佳、抗氧化、抗辐射、绝热隔音、过滤性好、抗压缩强度和剪切强度高、适应于各种环境下使用等优异性能，将其添加至热塑性树脂中得到的复合材料具有各项性能优异的特性。
本发明长玄武岩纤维束纱浸渍热塑性树脂，由于玄武岩纤维的表面光滑度高，浸渍过程中纤维与树脂的接触均匀，使得树脂能够充分的浸润纤维单丝，此外，本发明采用1～500根直径为3～11μm的玄武岩纤维单丝组成的长玄武岩纤维束纱浸渍热塑性树脂，优选为200～300根，纤维单丝越少，单根纤维与树脂的接触面越大，越容易浸渍均匀，纤维单丝的数量增多，则会存在浸渍不均匀，浸渍效果差的问题。
本发明的偶联剂选自硅烷偶联剂或钛酸酯偶联剂中的一种，将偶联剂加入热塑性树脂中，在浸渍过程中，偶联剂能够增加玄武岩纤维与热塑性树脂的粘结力，有效提高最终形成的线材的性能。
作为优选的，所述长玄武岩纤维束纱的卷重为3～10kg。
纤维束纱的卷重决定了最终生成的连续线材的长度，线材的长度越长，其应用越方便，打印效果越佳。
作为优选的，所述热塑性树脂选自所述热塑性树脂选自聚丙烯、聚乙烯、聚苯乙烯、尼龙、聚氯乙烯、聚醚醚酮中的至少一种。
本发明还提供了一种3D打印用长玄武岩纤维热塑性耗材的制备方法，包括如下步骤：牵引长玄武岩纤维束纱，使所述长玄武岩纤维束纱依次进行预热、浸渍热塑性树脂、冷却、最终卷曲成连续线材。作为优选的，所述预热温度为170-230℃，所述浸渍温度为180-240℃，所述冷却温度为15～28℃。
本发明的制备方法，先对纤维束纱进行预热，使得纤维束纱的温度与浸渍树脂的熔融温度相近，经研究发现，两者温度相近，能够使得浸渍效果最佳。具体的，温度相近的情况下，本发明的热塑性树脂熔融体与玄武岩纤维之间的均一性强，热塑性树脂熔融体在纤维表面的流动性强，更容易均匀的包裹于纤维表面；此外，由于两者温度相近，使得两者在偶联剂的作用下键合力增加，两者的粘结更加稳定。
本发明还提供了一种3D打印用长玄武岩纤维热塑性耗材的制备装置，包括依次设置的送纱系统、预热系统、浸渍系统、冷却系统、检测系统、张紧系统和卷绕系统。
作为优选的，所述送纱系统包括强制退绕装置、张力传感器和旋转针距旋钮装置、超声波纤维束纱定位装置，以及纤维束纱C型乌斯条干均匀度仪和波谱仪装置。
作为优选的，所述预热系统包括碳纤维发热体以及与所述碳纤维发热体电连接的预热控温器。
作为优选的，所述浸渍系统包括依次连通的熔融树脂加热罐、熔融树脂恒温罐和恒温浸渍槽；所述熔融树脂加热罐配置有加热控温器和熔体流动速率仪；所述恒温浸渍槽配置有恒压过滤常数测定装置和数字显示千分表。
作为优选的，所述冷却系统包括水冷却控温器和水量控制仪。
作为优选的，所述检测系统包括瑕疵在线检测装置和NF系列线长度测试仪装置。
作为优选的，所述卷绕系统包括卷绕线盘、取线盘装置和上线盘装置。
本发明的有益效果为：
1.本发明通过在长玄武岩纤维表面浸渍热塑性树脂制备得到可用于3D打印的连续线材，该连续线材因为采用在长玄武岩纤维表面浸渍包裹热塑性树脂，使得纤维的添加量能够达到较高水平；而且，本发明的长玄武岩纤维为直径为3～11μm的玄武岩纤维单丝，其本身的性能优异；除此之外，玄武岩纤维表面光滑，单丝纤维与树脂的接触面大，接触均匀。从而使得制备得到的线材具有高强度、高模量、电学性能好、抗冲击、耐高温等优点。
2.本发明的3D打印用耗材为连续线材可以连续供给3D打印头，在需要打印空洞时只需要切断线材即可，操作方便实用；且本发明的连续线材还能够适用于双喷头打印模式。
3.本发明的制备方法，再浸渍前先对纤维进行预热，使得纤维与树脂熔体的温度接近，能够使得纤维的包裹更加均匀稳定；采用连续浸渍的方式，使得生产得到连续的线材，整个制备过程可以连续进行，生产方法简单，制备效率高。
4.本发明的制备装置，具有较高的智能性，能够保证生产的稳定有序进行，且能够保证制备得到的产品的精度要求。
附图说明
图1为本发明实施例的3D打印用长玄武岩纤维热塑性耗材的制备装置的结构示意图。
图标：
10-送纱系统，20-预热系统，21-预热箱，22-碳纤维发热体，23-预热温度检测探头，24-预热温度控制面板，30-浸渍系统，31-浸渍槽，40-冷却系统，50-张紧系统，51-定滑轮，52-动滑轮，60-卷绕系统，61-卷绕线盘。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。
实施例1
如附图1所示，本实施例提供了一种3D打印用长玄武岩纤维热塑性耗材的制备装置，包括依次设置的送纱系统10、预热系统20、浸渍系统30、冷却系统40、检测系统、张紧系统50和卷绕系统60。
所述送纱系统10包括送纱系统包括强制退绕装置、张力传感器和旋转针距旋钮装置、超声波纤维束纱定位装置，以及纤维束纱C型乌斯条干均匀度仪和波谱仪装置。具体的，强制退绕装置包括退纱辊11，张力传感器和旋转针距旋钮装置用以控制纤维束纱的张力大小，实现恒张力输送。
本实施例的预热系统20包括预热箱21，设于预热箱21内的碳纤维发热体22以及与碳纤维发热体22电连接的预热控温器，进一步的，预热控制器包括设于预热箱21内的预热温度检测探头23，以及设于预热箱21外的预热温度控制面板24。
浸渍系统30包括依次连通的熔融树脂加热罐、熔融树脂恒温罐和恒温浸渍槽；熔融树脂加热罐配置有加热控温器和熔体流动速率仪；恒温浸渍槽配置有恒压过滤常数测定装置和数字显示千分表。使用时，采用高于熔体熔融温度的温度熔融树脂加热罐中对树脂进行加热，随后将加热熔融的树脂导入熔融树脂恒温罐中进行保温，保温温度为170-230℃，浸渍槽31也配设有加热装置，以保持浸渍槽31中的温度保持在180-240℃，随着预浸的进行，浸渍槽31内的熔融树脂会消耗，而熔融树脂恒温罐则持续以恒定速率向浸渍槽31内供应熔融树脂，保持浸渍槽31内始终有合适的液位。
线材经过浸渍系统30预浸后进入冷却系统40，本实施例的冷却系统40包括冷却控温器和水量控制仪。冷却控温器和水量控制仪用以检测并调控冷却箱内冷却液体的温度和水量。
线材经过冷却系统40后还需要经过检测系统进行检测，本实施例的检测系统包括瑕疵在线检测装置和NF系列线长度测试仪装置，分别对线材表面和线材长度进行检测。
本实施例的张紧系统50包括若干定滑轮51和若干动滑轮52。线材依次绕在定滑轮51和动滑轮52上，能够起到调节速度、延缓长度、调整张力的作用。
经由张紧系统50后的线材进入卷绕系统60，卷绕在卷绕线盘61上，本实施例的卷绕系统60包括卷绕线盘61、取筒装置和上筒装置。取筒装置和上筒装置均为机械手，操作简单快捷。
综上，本实施例的3D打印用长玄武岩纤维热塑性耗材的制备装置具有很好的自动化程度，能够智能控制各个阶段的工艺参数，保证生产制备过程的顺利进行。
实施例2
本实施例提供了一种3D打印用长玄武岩纤维热塑性耗材的制备方法，包括如下步骤：牵引长玄武岩纤维束纱，使所述长玄武岩纤维束纱依次进行预热、浸渍热塑性树脂、冷却、最终卷曲成连续线材。所述预热温度为170℃，所述浸渍温度为240℃，所述冷却温度为20℃。
实施例3
本实施例提供了一种3D打印用长玄武岩纤维热塑性耗材的制备方法，包括如下步骤：牵引长玄武岩纤维束纱，使所述长玄武岩纤维束纱依次进行预热、浸渍热塑性树脂、冷却、最终卷曲成连续线材。所述预热温度为180，所述浸渍温度为230℃，所述冷却温度为20℃。
实施例4
本实施例提供了一种3D打印用长玄武岩纤维热塑性耗材的制备方法，包括如下步骤：牵引长玄武岩纤维束纱，使所述长玄武岩纤维束纱依次进行预热、浸渍热塑性树脂、冷却、最终卷曲成连续线材。所述预热温度为180，所述浸渍温度为190℃，所述冷却温度为20℃。
实施例5
本实施例提供了一种3D打印用长玄武岩纤维热塑性耗材，是由长玄武岩纤维束纱浸渍包裹PA6制备得到的连续线材；连续线材包括如下重量份的组分：玄武岩纤维5份，PA695份，硅烷偶联剂3份；长玄武岩纤维束纱由10根直径为11μm的玄武岩纤维单丝组成，长玄武岩纤维束纱的卷重为3kg。
本实施例的3D打印用长玄武岩纤维热塑性耗材按照实施例4的制备方法在实施例1的制备装置上制备得到。
实施例6
本实施例提供了一种3D打印用长玄武岩纤维热塑性耗材，是由长玄武岩纤维束纱浸渍包裹PA6制备得到的连续线材；连续线材包括如下重量份的组分：玄武岩纤维20份，PA680份，硅烷偶联剂3份；长玄武岩纤维束纱由100根直径为6μm的玄武岩纤维单丝组成，长玄武岩纤维束纱的卷重为6kg。
本实施例的3D打印用长玄武岩纤维热塑性耗材按照实施例2的制备方法在实施例1的制备装置上制备得到。
实施例7
本实施例提供了一种3D打印用长玄武岩纤维热塑性耗材，是由长玄武岩纤维束纱浸渍包裹PA6制备得到的连续线材；连续线材包括如下重量份的组分：玄武岩纤维20份，PA680份，硅烷偶联剂3份；长玄武岩纤维束纱由100根直径为6μm的玄武岩纤维单丝组成，长玄武岩纤维束纱的卷重为6kg。
本实施例的3D打印用长玄武岩纤维热塑性耗材按照实施例3的制备方法在实施例1的制备装置上制备得到。
实施例8
本实施例提供了一种3D打印用长玄武岩纤维热塑性耗材，是由长玄武岩纤维束纱浸渍包裹PA6制备得到的连续线材；连续线材包括如下重量份的组分：玄武岩纤维20份，PA680份，硅烷偶联剂3份；长玄武岩纤维束纱由100根直径为6μm的玄武岩纤维单丝组成，长玄武岩纤维束纱的卷重为6kg。
本实施例的3D打印用长玄武岩纤维热塑性耗材按照实施例4的制备方法在实施例1的制备装置上制备得到。
实施例9
本实施例提供了一种3D打印用长玄武岩纤维热塑性耗材，是由长玄武岩纤维束纱浸渍包裹PA6制备得到的连续线材；连续线材包括如下重量份的组分：玄武岩纤维40份，PA660份，硅烷偶联剂3份；长玄武岩纤维束纱由300根直径为9μm的玄武岩纤维单丝组成，长玄武岩纤维束纱的卷重为10kg。
本实施例的3D打印用长玄武岩纤维热塑性耗材按照实施例4的制备方法在实施例1的制备装置上制备得到。
实施例10
本实施例提供了一种3D打印用长玄武岩纤维热塑性耗材，是由长玄武岩纤维束纱浸渍包裹PA6制备得到的连续线材；连续线材包括如下重量份的组分：玄武岩纤维50份，PA650份，硅烷偶联剂3份；长玄武岩纤维束纱由500根直径为4μm的玄武岩纤维单丝组成，长玄武岩纤维束纱的卷重为9kg。
本实施例的3D打印用长玄武岩纤维热塑性耗材按照实施例4的制备方法在实施例1的制备装置上制备得到。
对比例1
本对比例提供了一种3D打印用玻璃纤维热塑性耗材，是由玻璃纤维束纱浸渍包裹PA6制备得到的连续线材；连续线材包括如下重量份的组分：玻璃纤维20份，PA6 80份，硅烷偶联剂3份；玻璃纤维束纱由300根直径为9μm的玄武岩纤维单丝组成，玻璃纤维束纱的卷重为10kg。
本对比例的3D打印用玻璃纤维热塑性耗材按照实施例4的制备方法在实施例1的制备装置上制备得到。
对比例2
本实施例提供了一种3D打印用长玄武岩纤维热塑性耗材，是由长玄武岩纤维束纱浸渍包裹PA6制备得到的连续线材；连续线材包括如下重量份的组分：玄武岩纤维20份，PA680份，硅烷偶联剂3份；长玄武岩纤维束纱由800根直径为9μm的玄武岩纤维单丝组成，长玄武岩纤维束纱的卷重为15kg。
本对比例的3D打印用长玄武岩纤维热塑性耗材按照实施例4的制备方法在实施例1的制备装置上制备得到。
对比例3
本实施例提供了一种3D打印用长玄武岩纤维热塑性耗材，是由长玄武岩纤维束纱浸渍包裹PA6制备得到的连续线材；连续线材包括如下重量份的组分：玄武岩纤维20份，PA680份，硅烷偶联剂3份；长玄武岩纤维束纱由300根直径为9μm的玄武岩纤维单丝组成，长玄武岩纤维束纱的卷重为10kg。
本实施例的3D打印用长玄武岩纤维热塑性耗材的制备方法与实施例8的区别在于，在纤维浸渍前不进行预热处理。
实验例
本实验例采用上述实施例5-10和对比例1-3制备得到的连续线材采用同一3D打印设备在相同的参数条件下打印出同样尺寸的试样，并测定各试样的性能参数，结果如表1所示：
表1各实施例和对比例试样的性能参数
由表1的实验结果可以得知：采用本发明的制备方法制备得到的3D打印用长玄武岩纤维热塑性耗材的力学性能远远优于现有技术，且浸渍的纤维束纱包含的纤维根数越少，其浸渍效果越好，得到的连续线材的力学性能越优；在浸渍前对纤维进行预热处理对纤维的浸渍效果有明显的提升，且预热温度与浸渍温度越接近，得到的线材打印出来的试样的力学性能越佳。
综上，本发明的3D打印用长玄武岩纤维热塑性耗材各项性能均有明显提升，能够适用于打印各种结构的型材，可以扩展其应用范围，开发3D打印在航天材料上的应用。
以上仅为本申请的优选实施例而已，并不用于限制本申请，对于本领域的技术人员来说，本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种3D打印用长玄武岩纤维热塑性耗材，其特征在于，是由长玄武岩纤维束纱浸渍包裹热塑性树脂制备得到的连续线材；所述连续线材包括如下重量份的组分：玄武岩纤维5～50份，热塑性树脂50～95份，偶联剂1～5份；所述长玄武岩纤维束纱由1～500根直径为3～11μm的玄武岩纤维单丝组成。
2.根据权利要求1所述的3D打印用长玄武岩纤维热塑性耗材，其特征在于，所述长玄武岩纤维束纱的卷重为6～10kg。
3.根据权利要求1所述的3D打印用长玄武岩纤维热塑性耗材，其特征在于，所述热塑性树脂选自聚丙烯、聚乙烯、聚苯乙烯、尼龙、聚氯乙烯、聚醚醚酮中的至少一种。
4.一种权利要求1-3任意所述的3D打印用长玄武岩纤维热塑性耗材的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：牵引长玄武岩纤维束纱，使所述长玄武岩纤维束纱依次进行预热、浸渍热塑性树脂、冷却、最终卷绕成连续线材。
5.根据权利要求4所述的3D打印用长玄武岩纤维热塑性耗材的制备方法，其特征在于，所述预热温度为170-230℃，所述浸渍温度为180-240℃。
6.一种权利要求1-3任意所述的3D打印用长玄武岩纤维热塑性耗材的制备装置，其特征在于，包括依次设置的送纱系统、预热系统、浸渍系统、冷却系统、检测系统、张紧系统和卷绕系统。
7.根据权利要求6所述的3D打印用长玄武岩纤维热塑性耗材的制备装置，其特征在于，所述送纱系统包括强制退绕装置，张力传感器和旋转针距旋钮装置，超声波纤维束纱定位装置，以及纤维束纱C型乌斯条干均匀度仪和波谱仪装置。
8.根据权利要求6所述的3D打印用长玄武岩纤维热塑性耗材的制备装置，其特征在于，所述预热系统包括碳纤维发热体以及与所述碳纤维发热体电连接的预热控温器。
9.根据权利要求6所述的3D打印用长玄武岩纤维热塑性耗材的制备装置，其特征在于，所述浸渍系统包括依次连通的熔融树脂加热罐、熔融树脂恒温罐和恒温浸渍槽；所述熔融树脂加热罐配置有加热控温器和熔体流动速率仪；所述恒温浸渍槽配置有恒压过滤常数测定装置和数字显示千分表。
10.根据权利要求6所述的3D打印用长玄武岩纤维热塑性耗材的制备装置，其特征在于，所述检测系统包括瑕疵在线检测装置和NF系列线长度测试仪装置。
Priority Applications (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202010997566.1A CN112063167B (zh) | 2020-09-21 | 2020-09-21 | 3d打印用长玄武岩纤维热塑性耗材、其制备方法及制备装置 |
| PCT/CN2021/095083 WO2022057298A1 (zh) | 2020-09-21 | 2021-05-21 | 3d打印用长玄武岩纤维热塑性耗材、其制备方法及制备装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202010997566.1A CN112063167B (zh) | 2020-09-21 | 2020-09-21 | 3d打印用长玄武岩纤维热塑性耗材、其制备方法及制备装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN112063167A true CN112063167A (zh) | 2020-12-11 |
| CN112063167B CN112063167B (zh) | 2023-04-11 |
Family
ID=73682309
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN202010997566.1A Active CN112063167B (zh) | 2020-09-21 | 2020-09-21 | 3d打印用长玄武岩纤维热塑性耗材、其制备方法及制备装置 |
Country Status (2)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN112063167B (zh) |
| WO (1) | WO2022057298A1 (zh) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN113387606A (zh) * | 2021-07-01 | 2021-09-14 | 四川谦宜复合材料有限公司 | 3d打印用水泥基玄武岩纤维粒料及其制备、使用方法 |
| CN113831629A (zh) * | 2021-11-03 | 2021-12-24 | 中科华坤(北京)科技有限公司 | 一种高强度玄武岩纤维3d打印复合材料 |
| WO2022057298A1 (zh) * | 2020-09-21 | 2022-03-24 | 四川谦宜复合材料有限公司 | 3d打印用长玄武岩纤维热塑性耗材、其制备方法及制备装置 |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN117534421B (zh) * | 2024-01-09 | 2024-03-26 | 长江岩土工程有限公司 | 一种防渗材料、制备方法及在坝体建筑方面的应用 |
Citations (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN105694444A (zh) * | 2016-04-05 | 2016-06-22 | 中北大学 | 一种长玄武岩纤维增强pa6复合材料及其熔融浸渍制备方法 |
| CN107984775A (zh) * | 2016-10-26 | 2018-05-04 | 航天特种材料及工艺技术研究所 | 一种用于制备3d打印耗材的浸胶装置及方法 |
| CN108297302A (zh) * | 2017-04-25 | 2018-07-20 | 航天特种材料及工艺技术研究所 | 一种制备3d打印耗材的浸胶装置及方法 |
| CN108407300A (zh) * | 2018-04-02 | 2018-08-17 | 西安交通大学 | 连续纤维增强树脂基复合材料3d打印丝材制备方法及装置 |
| KR101905710B1 (ko) * | 2017-07-10 | 2018-10-11 | 한국과학기술연구원 | 현무암 섬유가 충진된 3d 프린팅용 열가소성 필라멘트 및 이를 이용해 제조된 섬유강화 복합재료 |
| CN110271113A (zh) * | 2018-03-15 | 2019-09-24 | 深圳前海赛恩科三维科技有限公司 | 一种连续纤维束的耗材制备方法和装置 |
| CN111186138A (zh) * | 2020-04-13 | 2020-05-22 | 北京化工大学 | 一种连续纤维熔融浸渍的3d打印装置及工艺 |
| CN111662545A (zh) * | 2020-07-09 | 2020-09-15 | 四川拜赛特高新科技有限公司 | 长玄武岩纤维增强热塑性树脂复合母粒、其制备方法及应用 |
Family Cites Families (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN112063167B (zh) * | 2020-09-21 | 2023-04-11 | 四川谦宜复合材料有限公司 | 3d打印用长玄武岩纤维热塑性耗材、其制备方法及制备装置 |
-
2020
- 2020-09-21 CN CN202010997566.1A patent/CN112063167B/zh active Active
-
2021
- 2021-05-21 WO PCT/CN2021/095083 patent/WO2022057298A1/zh active Application Filing
Patent Citations (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN105694444A (zh) * | 2016-04-05 | 2016-06-22 | 中北大学 | 一种长玄武岩纤维增强pa6复合材料及其熔融浸渍制备方法 |
| CN107984775A (zh) * | 2016-10-26 | 2018-05-04 | 航天特种材料及工艺技术研究所 | 一种用于制备3d打印耗材的浸胶装置及方法 |
| CN108297302A (zh) * | 2017-04-25 | 2018-07-20 | 航天特种材料及工艺技术研究所 | 一种制备3d打印耗材的浸胶装置及方法 |
| KR101905710B1 (ko) * | 2017-07-10 | 2018-10-11 | 한국과학기술연구원 | 현무암 섬유가 충진된 3d 프린팅용 열가소성 필라멘트 및 이를 이용해 제조된 섬유강화 복합재료 |
| CN110271113A (zh) * | 2018-03-15 | 2019-09-24 | 深圳前海赛恩科三维科技有限公司 | 一种连续纤维束的耗材制备方法和装置 |
| CN108407300A (zh) * | 2018-04-02 | 2018-08-17 | 西安交通大学 | 连续纤维增强树脂基复合材料3d打印丝材制备方法及装置 |
| CN111186138A (zh) * | 2020-04-13 | 2020-05-22 | 北京化工大学 | 一种连续纤维熔融浸渍的3d打印装置及工艺 |
| CN111662545A (zh) * | 2020-07-09 | 2020-09-15 | 四川拜赛特高新科技有限公司 | 长玄武岩纤维增强热塑性树脂复合母粒、其制备方法及应用 |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2022057298A1 (zh) * | 2020-09-21 | 2022-03-24 | 四川谦宜复合材料有限公司 | 3d打印用长玄武岩纤维热塑性耗材、其制备方法及制备装置 |
| CN113387606A (zh) * | 2021-07-01 | 2021-09-14 | 四川谦宜复合材料有限公司 | 3d打印用水泥基玄武岩纤维粒料及其制备、使用方法 |
| CN113831629A (zh) * | 2021-11-03 | 2021-12-24 | 中科华坤(北京)科技有限公司 | 一种高强度玄武岩纤维3d打印复合材料 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| WO2022057298A1 (zh) | 2022-03-24 |
| CN112063167B (zh) | 2023-04-11 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN112063167B (zh) | 3d打印用长玄武岩纤维热塑性耗材、其制备方法及制备装置 | |
| EP3012077B1 (en) | Deposition of extruded fiber reinforced polymers | |
| CN107399076B (zh) | 三维打印 | |
| CN106863772A (zh) | 热塑性树脂基连续纤维预浸料的双喷头3d打印系统和方法 | |
| CN101631822B (zh) | 圆形纤维强化塑料线材及其制造方法、以及纤维强化片 | |
| CN109176962A (zh) | 一种预分散和表面处理的连续纤维增强热塑性树脂基浸渍条带成型一体化装置及其成型方法 | |
| US20160129643A1 (en) | Three dimensional printing | |
| CN108214980A (zh) | 一种制备连续纤维增强热塑性预浸带的设备及方法 | |
| EP2376272A1 (en) | Fibre reinforced theromplastic composite tubes | |
| CN108724769A (zh) | 制造丝束预浸料的设备和方法 | |
| EP0207938B1 (en) | Method and apparatus for producing fiber-reinforced plastics bodies | |
| US3281299A (en) | Method and apparatus for making fiber reinforced cylindrical articles | |
| CN107415286A (zh) | 一种可在线调整张力的纤维增强复合材料熔融浸渍装置及制备方法 | |
| JPH09176346A (ja) | トウプリプレグの製造方法 | |
| US4717589A (en) | Method for manufacturing a silicon carbide fiber reinforced glass composite | |
| CN108527838A (zh) | 3d打印耗材拉丝设备 | |
| CN110877428A (zh) | 一种用于高性能预浸纱线制备的装置及制备方法 | |
| CN110126308A (zh) | 一种拉缠同步制造纤维复合箭杆的方法 | |
| CN211772005U (zh) | 增强纤维浸胶纱制样中的定量控制装置 | |
| JPS61220808A (ja) | プリプレグの製造方法 | |
| MXPA04008778A (es) | Producto de fibra de vidrio que incorpora aglutinantes de fibra. | |
| EP3700848B1 (en) | Unwinding of materials | |
| CN102503182A (zh) | 碳（玻璃）纤维在线涂胶生产线 | |
| JPH0550434A (ja) | ロツド状繊維補強樹脂材の連続製造方法及びその装置 | |
| CN211994207U (zh) | 一种用于熔融沉积成型的智能增强线材 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| TR01 | Transfer of patent right | ||
| TR01 | Transfer of patent right |
Effective date of registration: 20240506 Address after: 638600 Xuanwu Street, Guanghua Industrial New City, Huaying City, Guang'an City, Sichuan Province Patentee after: Sichuan Qianyi Composite Material Co.,Ltd. Country or region after: China Patentee after: Sichuan Helian Basalt Fiber Technology Co.,Ltd. Address before: 638600 Yulan Avenue, Guanghua Industrial New Town, Huaying City, Guang'an City, Sichuan Province Patentee before: Sichuan Qianyi Composite Material Co.,Ltd. Country or region before: China |