[发明专利]一种高性能3D打印用生物复合材料及其制备方法

说明书

一种高性能3D打印用生物复合材料，包括以下重量份的组分：2～20份干燥的改性木粉、80～98份干燥的聚烯烃树脂、5～15份弹性体、2～10份偶联剂、0.2～1份抗氧化剂、0.2～2份润滑剂；改性木粉的制备步骤为：将木粉浸渍在预处理液中不断搅拌15～24h得木粉浸渍混合液；预处理液中碱：尿素：水的质量比为(4～7)：(8～12)：(50～81)；将木粉浸渍混合液与石墨烯及其衍生物在5℃条件下搅拌均匀得到改性木粉混合液，洗涤至中性，100～105℃干燥4～8h备用。该生物复合材料可改善木粉受热膨胀的缺点，避免堵塞喷嘴，增加打印的稳定性，并且改性后的木粉熔融降解温度与许多高聚物树脂熔融温度匹配度高。

技术领域

本发明涉及一种3D打印耗材领域，具体是一种高性能3D打印用生物复合 材料及其制备方法。

背景技术

3D打印即快速成型技术的一种，熔融挤压堆积成型(FDM)技术是3D打 印常用的一种技术，此技术利用热塑性聚合物在熔融状态下，从打印喷头挤出， 然后凝固成轮廓薄层，再一层一层的叠加而成。传统的3D打印耗材大多为PLA (聚乳酸)、ABS塑料、PS塑料以及尼龙，这些材料由于易变形、造价昂贵， 对于强度和精度都有很高要求的工业铸造领域来说，应用受到限制。

近年来出现了以生物质材料制成生物质复合材料或制成木塑复合材料的 FDM打印技术，即原材料可以从木粉、秸秆、稻壳、陶土、石墨等多种材料中 自由选择并与相适应的高分子聚合物混合制成。采用木塑等生物质复合材料作为 3D激光打印耗材可以自由打印出不同性能要求的材料，制作出各种工艺品、装 饰品，还可以成为新产品、样品或小批量产品的快速原型产品。

目前，3D打印木塑复合材料大多数选择PLA粉末、生物质木塑粉末、 UHMWPE、木粉，但是木粉受热迅速膨胀，其稳定性难以控制，对打印机的打 印能力要求很高并且会堵塞喷嘴，会影响打印的稳定性；并且木粉的熔融降解温 度与许多高聚物树脂熔融温度不匹配，也限制了3D打印木塑复合材料树脂的选 择范围。

发明内容

本发明的目的在于提供一种高性能3D打印用生物复合材料及其制备方法， 该生物复合材料可改善木粉受热膨胀的缺点，避免堵塞喷嘴，增加打印的稳定性， 并且改性后的木粉熔融降解温度与许多高聚物树脂熔融温度匹配度高。

为实现上述目的，本发明提供了一种高性能3D打印用生物复合材料，其特 征在于，包括以下重量份的组分：2～20份干燥的改性木粉、80～98份干燥的聚烯 烃树脂、5～15份弹性体、2～10份偶联剂、0.2～1份抗氧化剂、0.2～2份润滑剂；

所述干燥的改性木粉制备步骤如下：

(1)将木粉浸渍在预处理液中不断搅拌15～24h得木粉浸渍混合液；所述预 处理液中碱：尿素：水的质量比为(4～7)：(8～12)：(50～81)；

(2)将木粉浸渍混合液与石墨烯及其衍生物在5℃条件下搅拌均匀得到改 性木粉混合液，所述石墨烯及其衍生物与木粉的重量份比为(0.03～0.05)：1， 并用盐酸溶液将改性木粉混合液洗涤至中性，最后放置在烘箱中于100～105℃ 条件下干燥4～8h，备用。

优选的，所述石墨烯及其衍生物包括石墨烯、氧化石墨烯、碳纳米管、富勒 烯、石墨炔或石墨烷中的一种或几种。

优选的，所述碱为氢氧化钠、氢氧化钾、氢氧化钙或氢氧化钡中的一种或几 种。

优选的，所述聚烯烃树脂为ABS、PP、HDPE、PA、PS中的一种或几种。

优选的，所述弹性体为EVA、SBS、POE、SEBS中一种或几种。

优选的，所述偶联剂为硅烷偶联剂和马来酸酐接枝物中的一种或两种，所述 硅烷偶联剂为KH550、KH570、KH560中一种或几种。