本發明屬于石墨烯復合材料制備技術，涉及一種聚醚酰亞胺基石墨烯復合材料及其制備方法。
背景技術：
3d打印技術又稱為增材制造，可以直接根據三維數據，通過3d打印機實現逐層加工、疊加成形的工藝，以此生成實體；其區別于傳統模具加工的制作方法，這種無模具自由成形的技術擺脫了空間幾何及設計工藝的束縛，可將任何創意設計轉變為實體產品，拓展了巨大的創造空間。而且與傳統樹脂加工方式相比，縮短了研發周期，降低了研發成本；拓寬了材料選擇范圍和產品應用領域；成型件可直接制造終端零部件；也就減少了材料的消耗，尤其小批量生產可大大降低產品成本。近年來，3d打印技術迅速發展起來，受到了國內外的廣泛認可和關注。
3d打印技術中，得到廣泛應用的有激光粉末燒結(sls)，熔融沉積成型(fdm)以及光固化成型(sla)這幾種，其中，熔融沉積成型(fdm)技術是一種可將各種熱塑性聚合物絲材加熱熔化進而堆積成型的打印技術方法，此法原理較簡單、打印成本低、操作簡單易行，在眾多3d打印技術中應用最廣泛，同時在3d打印領域有著至關重要的地位。
目前，應用于fdm打印技術的聚合物絲材主要以abs、pla、pc等常用熱塑性工程塑料居多，但是這些聚合物普遍存在使用溫度低，力學強度差，實際應用范圍有限的問題，尤其是在航空航天等工程應用方面，現有3d打印材料已經難以滿足日益增長的市場需求。
聚醚酰亞胺(pei)是一種未定型高性能聚合物，同時也是一種常用的航空材料，其具有優異的力學性能，呈現杰出的耐高溫、強度好、模量大、廣譜耐化學性、抗燃燒性和低致煙性，抗蠕變及尺寸穩定性優良，可以應用于消防員頭盔，飛機內飾，艙外航空航天組件，汽車各部位組件等。其具備針對任何fdm熱塑性塑料的最高耐熱性、耐化學性和力學強度，是作為高性能3d打印復合材料聚合物基體的最佳選擇；但是其抗沖擊性能仍然不夠優異，有待于進一步改善。
石墨烯作為一種新型材料，具有特殊的二維結構，優越的電學、熱學、力學性能、較高化學穩定性，由于石墨烯的上述優異機械以及功能型性能，通常將其作為增強填充物加入到聚合物基體中，進而有效地提高聚合物基體的各項相關性能。
技術實現要素：
本發明的目的是：提供一種聚醚酰亞胺基石墨烯復合材料及其制備方法，以便提高3d打印復合材料的使用溫度上限以及使用環境范圍，改善力學強度，重點提高其抗沖擊強度，拓展聚醚酰亞胺以及石墨烯在3d打印方面的應用，創造卓越的經濟效益和社會效益。
本發明的技術方案是：一種聚醚酰亞胺基石墨烯3d打印復合材料，其特征在于，它的各組分的質量百分比為：石墨烯粉末：0.1％～15％；偶聯劑：0.1％～5％；潤滑劑：0.1％～5％；余量為聚醚酰亞胺樹脂；所述的偶聯劑為硅烷偶聯劑、鈦酸酯偶聯劑、鋁酸酯偶聯劑其中之一；所述的潤滑劑為氧化聚乙烯蠟、聚丙烯、硬脂酸、硬脂酸丁酯其中之一；所述聚醚酰亞胺樹脂的重均分子量mw為4萬g/mol～5萬g/mol。
如上面所述的聚醚酰亞胺基石墨烯3d打印復合材料的制備方法，其特征在于，制備的步驟如下：
1、制備聚醚酰亞胺基石墨烯復合材料母粒：
將稱好的石墨烯、偶聯劑和潤滑劑添加到干燥后的聚醚酰亞胺樹脂中，反復攪拌混合均勻后經雙螺桿擠出機，在溫度為350℃～420℃的條件下進行熔融共混并擠出造粒，得到復合材料母粒；
2、制備聚醚酰亞胺基石墨烯復合材料線材：
將復合材料母粒干燥除濕后，經樹脂拉絲機制成聚醚酰亞胺基復合材料線材，所述拉絲機的加入溫度為320℃～400℃，線材的直徑為1mm～4mm。
本發明的優點是：提供了一種聚醚酰亞胺基石墨烯復合材料及其制備方法，提高了3d打印復合材料的使用溫度上限以及使用環境范圍，改善了力學強度，重點提高了其抗沖擊強度，拓展了聚醚酰亞胺以及石墨烯在3d打印方面的應用，創造卓越的經濟效益和社會效益。
具體實施方式
下面對本發明做進一步詳細說明。一種聚醚酰亞胺基石墨烯3d打印復合材料，其特征在于，它的各組分的質量百分比為：石墨烯粉末：0.1％～15％；偶聯劑：0.1％～5％；潤滑劑：0.1％～5％；余量為聚醚酰亞胺樹脂；所述的偶聯劑為硅烷偶聯劑、鈦酸酯偶聯劑、鋁酸酯偶聯劑其中之一；所述的潤滑劑為氧化聚乙烯蠟、聚丙烯、硬脂酸、硬脂酸丁酯其中之一；所述聚醚酰亞胺樹脂的重均分子量mw為4萬g/mol～5萬g/mol。
如上面所述的聚醚酰亞胺基石墨烯3d打印復合材料的制備方法，其特征在于，制備的步驟如下：
1、制備聚醚酰亞胺基石墨烯復合材料母粒：
將稱好的石墨烯、偶聯劑和潤滑劑添加到干燥后的聚醚酰亞胺樹脂中，反復攪拌混合均勻后經雙螺桿擠出機，在溫度為350℃～420℃的條件下進行熔融共混并擠出造粒，得到復合材料母粒；
2、制備聚醚酰亞胺基石墨烯復合材料線材：
將復合材料母粒干燥除濕后，經樹脂拉絲機制成聚醚酰亞胺基復合材料線材，所述拉絲機的加入溫度為320℃～400℃，線材的直徑為1mm～4mm。
本發明的工作原理是：復合工藝簡單易行、操作安全、易于實現批量穩定生產，復合過程中添加劑少、環保無毒，所制備的聚醚酰亞胺基石墨烯復合材料線材均勻，可直接應用于3d打印，研發周期短、成本低、材料消耗少，較傳統加工制造方式有突出的優勢；所得到的聚醚酰亞胺基石墨烯復合材料，力學性能顯著提高，尤其是抗沖擊性能明顯改善，彌補了純聚醚酰亞胺抗沖擊性能差的不足，且可在高溫高強度高腐蝕等惡劣環境下持久使用，作為一種新型高性能復合材料，更加適于應用在航空航天，機械制造等對材料有高要求的相關領域，為拓展聚醚酰亞胺以及石墨烯在3d打印方面的應用奠定了基礎。
實施例1
稱取0.3g的石墨烯粉末、0.3g的偶聯劑、0.3g的潤滑劑以及299.1g的聚醚酰亞胺樹脂；
將上述原料反復攪拌混合均勻后經雙螺桿擠出機，在溫度為380℃的條件下充分熔融共混后擠出造粒，得到復合材料母粒；將復合材料母粒干燥除濕后經拉絲機在加入溫度為350℃的條件下制成聚醚酰亞胺基復合材料線材。
實施例2
稱取3g的石墨烯粉末、3g的偶聯劑、3g的潤滑劑以及291g的聚醚酰亞胺樹脂；
將上述原料反復攪拌混合均勻后經雙螺桿擠出機，在溫度為400℃的條件下充分熔融共混后擠出造粒，得到復合材料母粒；將復合材料母粒干燥除濕后經拉絲機在加入溫度為370℃的條件下制成聚醚酰亞胺基復合材料線材。
實施例3
稱取15g的石墨烯粉末、4.5g的偶聯劑、4.5g的潤滑劑以及276g的聚醚酰亞胺樹脂；
將上述原料反復攪拌混合均勻后經雙螺桿擠出機，在溫度為420℃的條件下充分熔融共混后擠出造粒，得到復合材料母粒；將復合材料母粒干燥除濕后經拉絲機在加入溫度為400℃的條件下制成聚醚酰亞胺基復合材料線材。
實施例4
稱取30g的石墨烯粉末、7.5g的偶聯劑、7.5g的潤滑劑以及255g的聚醚酰亞胺樹脂；
將上述原料反復攪拌混合均勻后經雙螺桿擠出機，在溫度為350℃的條件下充分熔融共混后擠出造粒，得到復合材料母粒；將復合材料母粒干燥除濕后經拉絲機在加入溫度為320℃的條件下制成聚醚酰亞胺基復合材料線材。
實施例5
稱取45g的石墨烯粉末、15g的偶聯劑、15g的潤滑劑以及225g的聚醚酰亞胺樹脂；
將上述原料反復攪拌混合均勻后經雙螺桿擠出機，在溫度為370℃的條件下充分熔融共混后擠出造粒，得到復合材料母粒；將復合材料母粒干燥除濕后經拉絲機在加入溫度為340℃的條件下制成聚醚酰亞胺基復合材料線材。