用于熔融層積技術的塑料耗材及其制備方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了用于熔融層積技術的塑料耗材，包括塑料基體和增強材料，所述塑料基體為聚酰亞胺、聚醚酰亞胺、聚芳醚酮、聚芳砜、聚醚砜、聯苯聚醚砜、聚苯硫醚、聚酯液晶或氟樹脂，所述增強材料為碳纖維粉、玻纖粉或無機礦物材料，所述增強材料尺寸為0.05～0.2毫米，所述增強材料質量為塑料耗材的5％-30％，本發(fā)明的塑料耗材呈實心圓形、空心絲狀結構、扁形帶狀結構或波浪形結構，其直徑為1～5mm。本發(fā)明向塑料基體中加入增強材料之后可以降低材料在打印過程中的由于收率導致的產品變形，同時可以更進一步提高材料的強度和耐溫等級，獲得更高精度、更優(yōu)良打印效果的打印產品。
【專利說明】用于熔融層積技術的塑料耗材及其制備方法

【技術領域】
[0001] 本發(fā)明屬于三維增材制造【技術領域】，涉及三維增材制造原材料，特別涉及一種用 于熔融層積技術的塑料耗材及其制備方法。

【背景技術】
[0002] 增材制造技術又稱為"3D打印技術"，是當前受到高度關注的新型制造技術，它與 機器人技術、人工智能技術一起被稱為推動第三次工業(yè)革命的關鍵技術。熔融沉積法是一 種應用非常廣泛的3D打印技術，它是將絲狀的熱熔性材料加熱融化，同時三維噴頭在計算 機的控制下，根據截面輪廓信息，將材料選擇性地涂敷在工作臺上，快速冷卻后形成一層截 面；然后重復以上過程，繼續(xù)熔噴沉積，直至形成整個實體造型。
[0003] 目前，常使用的打印耗材是PLA或ABS這類工程塑料耗材，但是這類耗材打印所得 制品的強度較低，實用性差，只用于制造模型或玩具。為拓展熔融層積技術的應用范圍，需 要開發(fā)新型打印耗材，使用該耗材打印得到的產品可以直接應用于工業(yè)領域，作為功能件 來使用。
[0004] 特種工程塑料主要用于高科技，軍事和宇航、航空等工業(yè)，如聚酰亞胺PI、聚醚酰 亞胺PEI、聚芳醚酮PAEK、聚芳砜PSF、聚醚砜PES、聯苯聚醚砜PPSU，聚苯硫醚PPS、聚酯液 晶LCP、氟樹脂PFA等，這類塑料長期使用溫度在150°C以上，具有耐高溫、高強度、高模量等 優(yōu)點，可用于3D打印。
[0005] 然而，特種工程塑料純樹脂在3D打印過程中也存在收縮率過大，強度仍然無法滿 足要求的缺點。


【發(fā)明內容】

[0006] 有鑒于此，本發(fā)明的目的在于提供一種用于熔融層積技術的塑料耗材以及制備該 塑料耗材的方法。
[0007] 為達到上述目的，本發(fā)明提供如下技術方案：
[0008] 用于熔融層積技術的塑料耗材，包括塑料基體和增強材料，所述塑料基體為聚酰 亞胺、聚醚酰亞胺、聚芳醚酮、聚芳砜、聚醚砜、聯苯聚醚砜、聚苯硫醚、聚酯液晶或氟樹脂中 的任意一種或多種，所述增強材料為碳纖維粉、玻纖粉、鈦白粉、二氧化硅、氫氧化鋁、氫氧 化鎂或滑石粉，所述增強材料尺寸為〇. 05?0. 2毫米，所述增強材料質量為塑料耗材的 5% -30%。
[0009] 作為本發(fā)明用于熔融層積技術塑料耗材的優(yōu)選，所述塑料耗材呈實心圓形、空心 絲狀結構、扁形帶狀結構或波浪形結構，其直徑為1?5_。
[0010] 作為本發(fā)明用于熔融層積技術塑料耗材的優(yōu)選，所述塑料耗材由塑料基體和增強 材料共混擠出成型制得。
[0011] 作為本發(fā)明用于熔融層積技術塑料耗材的另一種優(yōu)選，還包括偶聯劑，所述偶聯 劑為硅烷偶聯劑、鈦酸酯偶聯劑、鉻絡合物偶聯劑或鋯偶聯劑，所述增強材料經偶聯劑改性 后與增強材料共混擠出成型。
[0012] 作為本發(fā)明用于熔融層積技術塑料耗材的進一步優(yōu)選，所述偶聯劑質量為增強材 料的0. 5?5%。
[0013] 本發(fā)明制備用于熔融層積技術的塑料耗材的方法，首先按配比選取塑料基體和增 強材料，然后混合所選原材料并用雙螺桿或單螺桿擠出機熔融擠出成型得產品。
[0014] 作為本發(fā)明制備用于熔融層積技術塑料耗材方法的優(yōu)選，混合增強材料和塑料基 體前還包括采用硅烷偶聯劑、鈦酸酯偶聯劑、鉻絡合物偶聯劑或鋯偶聯劑對增強材料改性 的步驟。
[0015] 本發(fā)明的有益效果在于：
[0016] 1、本發(fā)明向塑料基體中加入適量的增強材料，加入增強材料之后可以降低材料在 打印過程中的由于收率導致的產品變形，同時可以更進一步提高材料的強度和耐溫等級， 獲得更高精度、更優(yōu)良打印效果的打印產品。
[0017] 2、本發(fā)明用硅烷偶聯劑、鈦酸酯偶聯劑、鉻絡合物偶聯劑或鋯偶聯劑對增強材料 改性，改性后的增強材料可以快速均勻的分散在熔融的塑料流體中；另外，本發(fā)明改性劑與 基體塑料親和性強，可以與基體塑料通過類似于互穿聚合物網絡交聯機理緊密結合；最后， 本發(fā)明所添加的改性劑可以起到潤滑、增強增韌、阻燃以及提高加工性能的作用。

【具體實施方式】
[0018] 下面對本發(fā)明的優(yōu)選實施例進行詳細的描述。
[0019] 以下實施例將公開一種用于熔融層積技術的塑料耗材，包括塑料基體和增強材 料，所述塑料基體為聚酰亞胺、聚醚酰亞胺、聚芳醚酮、聚芳砜、聚醚砜、聯苯聚醚砜、聚苯硫 醚、聚酯液晶或氟樹脂，所述增強材料為碳纖維粉、玻纖粉、鈦白粉、二氧化硅、氫氧化鋁、氫 氧化鎂或滑石粉，所述增強材料尺寸為〇. 05?0. 2毫米，所述增強材料質量為塑料耗材的 5% -30%。
[0020] 其中：所述塑料耗材呈實心圓形、空心絲狀結構、扁形帶狀結構或波浪形結構，其 直徑為1?5mm ;
[0021] 所述塑料耗材由塑料基體和增強材料共混擠出成型制得；
[0022] 作為以下實施例的優(yōu)選，還包括偶聯劑，所述偶聯劑為硅烷偶聯劑、鈦酸酯偶聯 齊U、鉻絡合物偶聯劑或鋯偶聯劑，所述增強材料經偶聯劑改性后與增強材料共混擠出成型， 其中，偶聯劑質量為增強材料的〇. 5?5%。
[0023] 實施例1 :
[0024] 本實施例制備用于熔融層積技術的塑料耗材的方法，包括以下步驟：
[0025] 1)選取9份塑料基體材料和1份增強材料；其中塑料基體為粒徑為1mm的熱塑性 聚酰亞胺粉體，增強材料是粒徑為〇. 08-0. 12mm的碳纖維粉；
[0026] 2)取0. 01份硅烷偶聯劑與步驟1)的增強材料混合加熱，得到改性的增強材料；
[0027] 3)混合步驟1)的塑料基體材料與步驟2)改性的增強材料，并加入單螺桿擠出機 擠出成型；
[0028] 擠出工藝過程如下：
[0029] 首先混合所選原材料并加入適量的添加劑，然后將原料在150°C下烘烤干燥3小 時；接著在單螺桿擠出機中熔融后通過模頭擠出，最后利用水冷或風冷冷卻。
[0030] 本實施例通過調整模頭、溫度和牽引速率，最終得到直徑為1. 6-1. 8mm的實心圓 形塑料耗材。
[0031] 實施例2:
[0032] 本實施例制備用于熔融層積技術的塑料耗材的方法，包括以下步驟：
[0033] 1)選取8份塑料基體材料和2份增強材料；其中塑料基體為粒徑為5mm的聚芳醚 酮粉體，增強材料是粒徑為〇. 1-0. 18mm的玻璃纖維；
[0034] 2)取0. 05份鈦酸酯偶聯劑與步驟1)的增強材料混合加入乙醇溶液中，采用高能 量超聲波（20kHz，4000W)處理2h，混合后過濾掉乙醇，洗滌3-5次，再干燥得打改性的增強 材料；
[0035] 3)混合步驟1)的塑料基體材料與步驟2)改性的增強材料，并加入雙螺桿擠出機 擠出成型。擠出工藝過程如實施例1，不同的是在擠出模頭變?yōu)榭招哪ｎ^。
[0036] 本實施例所制得的塑料耗材呈空心絲狀結構，其直徑為3mm。
[0037] 需要說明的是，上優(yōu)選實施例僅用以說明本發(fā)明的技術方案而非限制，當塑料基 體為聚酰亞胺、聚醚酰亞胺、聚芳醚酮、聚芳砜、聚醚砜、聯苯聚醚砜、聚苯硫醚、聚酯液晶或 氟樹脂，增強材料為碳纖維粉、玻纖粉、鈦白粉、二氧化硅、氫氧化鋁、氫氧化鎂或滑石粉，增 強材料尺寸為0. 05?0. 2毫米，增強材料質量為塑料耗材的5% -30%;所采用的還可以是 鉻絡合物偶聯劑或鋯偶聯劑，偶聯劑質量為增強材料的〇. 5?5%時，均能夠獲得具有優(yōu)異 性能的適用于熔融層積技術的塑料耗材。本發(fā)明所制得的塑料耗材的形狀還可以是扁形帶 狀結構或波浪形結構，其直徑可以是1?5mm的任意值。
[0038] 最后說明的是，以上優(yōu)選實施例僅用以說明本發(fā)明的技術方案而非限制，盡管通 過上述優(yōu)選實施例已經對本發(fā)明進行了詳細的描述，但本領域技術人員應當理解，可以在 形式上和細節(jié)上對其作出各種各樣的改變，而不偏離本發(fā)明權利要求書所限定的范圍。
【權利要求】
1. 用于熔融層積技術的塑料耗材，其特征在于：包括塑料基體和增強材料，所述塑料 基體為聚酰亞胺、聚醚酰亞胺、聚芳醚酮、聚芳砜、聚醚砜、聯苯聚醚砜、聚苯硫醚、聚酯液晶 或氟樹脂中的任意一種或多種，所述增強材料為碳纖維粉、玻纖粉、鈦白粉、二氧化硅、氫氧 化鋁、氫氧化鎂或滑石粉，所述增強材料尺寸為0. 05?0. 2毫米，所述增強材料質量為塑料 耗材的5% -30%。
2. 根據權利要求1所述用于熔融層積技術的塑料耗材，其特征在于：所述塑料耗材呈 實心圓形、空心絲狀結構、扁形帶狀結構或波浪形結構，其直徑為1?5_。
3. 根據權利要求1所述用于熔融層積技術的塑料耗材，其特征在于：所述塑料耗材由 塑料基體和增強材料共混擠出成型制得。
4. 根據權利要求1所述用于熔融層積技術的塑料耗材，其特征在于：還包括偶聯劑，所 述偶聯劑為硅烷偶聯劑、鈦酸酯偶聯劑、鉻絡合物偶聯劑或鋯偶聯劑，所述增強材料經偶聯 劑改性后與增強材料共混擠出成型。
5. 根據權利要求4所述用于熔融層積技術的塑料耗材，其特征在于：所述偶聯劑質量 為增強材料的0.5?5%。
6. 制備權利要求1-5任意一項所述用于熔融層積技術的塑料耗材的方法，其特征在 于：首先按配比選取塑料基體和增強材料，然后混合所選原材料并用雙螺桿或單螺桿擠出 機熔融擠出成型得產品。
7. 根據權利要求6所述制備用于熔融層積技術的塑料耗材的方法，其特征在于：混合 增強材料和塑料基體前還包括采用硅烷偶聯劑、鈦酸酯偶聯劑、鉻絡合物偶聯劑或鋯偶聯 劑對增強材料改性的步驟。
【文檔編號】C08L81/02GK104194334SQ201410366006
【公開日】2014年12月10日 申請日期:2014年7月29日 優(yōu)先權日:2014年7月29日
【發(fā)明者】饒先花 申請人:中國科學院重慶綠色智能技術研究院