[发明专利]一种改性3D打印材料及其制备方法

说明书

技术领域

本发明属于复合材料领域，具体涉及一种改性3D打印材料的制备方法。

背景技术

3D打印技术的原理是叠层制造，逐层增加材料来生成三维实体的技术，所以又被称为增材制造技术该技术在珠宝、鞋类、工业设计、建筑、工程和施工（AEC）、牙科和医疗产业、教育、地理信息系统、土木工程、汽车，航空航天、枪支以及其他领域都有所应用。自3D打印诞生以来，已经从工业、建筑模型打印开始向功能性和服务性产品转变。而在未来的智能制造背景下，3D打印技术将与互联网、云计算、物联网、大数据等其他先进技术融合发展。3D打印技术被誉为颠覆传统制造业的又一次工业革命。但是现有3D打印材料应用在航空航天汽车等领域存在着强度不够的问题，因此亟待开发一种与3D打印机流动性、成型性较为匹配，同时具有足够强度和硬度的3D打印材料。

聚酰胺俗称尼龙(Nylon)，英文名称PolyamideP，它是大分子主链重复单元中含有酰胺基团的高聚物的总称。聚酰胺具有良好的综合性能，包括力学性能、耐热性、耐磨损性、耐化学药品性和自润滑性，且摩擦系数低，有一定的阻燃性，易于加工，适于用玻璃纤维和其它填料填充增强改性，提高性能和扩大应用范围。但是吸水性大，饱和水可达到3%以上，在一定程度影响制件的尺寸稳定性。聚酰胺作为大用量的工程塑料，广泛用于机械、汽车、电器、纺织器材、化工设备、航空、冶金等领域。

单晶蓝宝石晶须(SinglecrystalsapphireWhisker，亦称单晶蓝宝石纤维)是一种具有一定长径比的单晶氧化铝晶须，具有超强机械强度、抗热冲击、比重小、抗氧化、高耐磨量和高耐腐蚀性等优异的物理性能。单晶蓝宝石晶须适合作为陶瓷、金属、塑料及橡胶的增强组元。因此，单晶蓝宝石晶须成为第三代先进复合材料的最佳选择。在聚酰胺中加入单晶蓝宝石晶须后，可以显著提高制品的弯曲弹性模量、抗拉强度、尺寸稳定性和热畸变温度。

发明内容

本发明的目的在于提供一种改性3D打印材料及其制备方法，本发明可以有效提高3D打印用复合材料的力学性能、尺寸稳定性、耐热性、耐老化性能。扩大聚酰胺材料在汽车、航空航天上高端应用范围。

为实现以上目的，本发明的技术方案为：

一种改性3D打印材料，包括按重量计的如下组分：

聚酰胺30~100重量份

环氧树脂30~80重量份

松香树脂20~30重量份

单晶蓝宝石晶须20~60重量份

偶联剂1~10重量份

流平剂0.1~5重量份

脱气剂0.1~5重量份

分散润滑剂1~10重量份。

优选以下重量份的组分：

聚酰胺50~80重量份

环氧树脂30~50重量份

松香树脂20~30重量份

单晶蓝宝石晶须30~50重量份

偶联剂1~10重量份

流平剂0.1~5重量份

脱气剂0.1~5重量份

分散润滑剂1~10重量份。

所述聚酰胺是为市售聚酰胺，分子量为20000-30000；环氧树脂为市售缩水甘油胺类环氧树脂；松香树脂为市售松香树脂。

单晶蓝宝石晶须为直径0.1~5微米，长度为5~100微米，密度为4g/cm3，纯度（wt%）为90-99.9%的单晶蓝宝石晶须。

所述偶联剂为锆类偶联剂；所述流平剂为聚二甲基硅氧烷或丁基纤维素。

所述脱气剂经济环保的蓖麻油；所述分散润滑剂为聚乙烯蜡或双脂肪酸酰胺。

一种改性3D打印材料的制备方法，a、将环氧树脂、松香树脂、分散润滑剂、偶联剂按照所述配方量放入配料罐中，在加热装置中快速搅拌1~3h制成熔融的混合液体；b将单晶蓝宝石晶须加入上述熔融的混合液体在超声下震荡10~30min；c、在100~200℃下向加入单晶蓝宝石纤维的熔融的混合液体中加入聚酰胺、流平剂、脱气剂，继续搅拌1~2h；d、自然冷却，粉碎筛分后即可制得改性后的3D打印材料。

所述步骤a中加热温度为50~100℃，搅拌速度为300~700r/min。

步骤c中搅拌速度为450~750r/min。