[发明专利]一种3D打印用连续纤维复合材料及其制备方法及装置

权利要求书

1.一种3D打印用连续纤维复合材料的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：

将若干连续纤维束进行预热、反应液预浸、合纱处理，所述反应液为己内酰胺单体及催化剂；

将浸于连续纤维内的反应液加热反应生成聚合物，在反应液加热反应过程中不断排除反应体系中的水汽，之后将连续纤维经冷却、牵引，得到3D打印用连续纤维复合材料的前体；

将3D打印用连续纤维复合材料的前体在牵引时与尼龙熔体通过共挤模具共挤出，将挤出的复合材料经冷却、牵引，得到3D打印用连续纤维复合材料。

2.根据权利要求1所述的3D打印用连续纤维复合材料的制备方法，其特征在于，所述催化剂为强碱、己内酰胺盐及2,6-甲苯二异氰酸酯的混合物，所述强碱、己内酰胺盐及2,6-甲苯二异氰酸酯与己内酰胺单体的质量比优选为1.5-2.5:0.5-1.5:3-5:1000。

3.根据权利要求1或2所述的3D打印用连续纤维复合材料的制备方法，其特征在于，所述连续纤维的预热温度为75-90℃；反应液预浸的温度优选为75-90℃；反应液加热聚合的加热温度优选为100-200℃，优选为梯度升温的方式进行加热；共挤模具的温度优选为220-250℃。

4.根据权利要求1-3任一项所述的3D打印用连续纤维复合材料的制备方法，其特征在于，将反应液预浸前的若干连续纤维束分别散开；优选地，将3D打印用连续纤维复合材料的前体在牵引时与尼龙熔体通过共挤模具共挤出前，对3D打印用连续纤维复合材料的前体及尼龙材料进行干燥，所述对3D打印用连续纤维复合材料的前体的干燥温度优选为100-135℃。

5.根据权利要求1-3任一项所述的3D打印用连续纤维复合材料的制备方法，其特征在于，所述连续纤维为碳纤维、玻璃纤维、芳纶纤维、玄武岩纤维、碳化硅纤维中的至少一种；所述尼龙材料优选为挤出级PA12、挤出级PA11、挤出级PA12与PA6的共混物、挤出级PA11与PA6的共混物，所述共混物中PA6的含量在30％以内，所述尼龙材料中优选为含有0.2％-0.3％的抗氧剂。

6.一种利用权利要求1-5任一项所述的方法制备的3D打印用连续纤维复合材料。

7.一种3D打印用连续纤维复合材料的制备装置，其特征在于，包括：用于制备3D打印用连续纤维复合材料前体的预浸组件及用于制备3D打印用连续纤维复合材料的共挤出组件；

所述预浸组件包括沿连续纤维(1)运行方向依次设置的第一放卷筒(2)、预热器(3)、预浸槽(4)、加热管(5)、第一冷却槽(6)、第一牵引机(7)、第一收卷筒(8)；所述第一放卷筒(2)用于放置预浸前的连续纤维(1)；所述预热器(3)用于对若干连续纤维束(1)进行预热；所述预浸槽(4)用于对所述连续纤维(1)浸渍反应液；所述加热管(5)用于加热连续纤维(1)上浸渍的反应液，所述加热管(5)连接有与其内部连通的真空泵(13)；所述第一冷却槽(6)用于冷却经过加热管(7)的连续纤维束(1)，所述第一收卷筒(8)用于收卷经过第一牵引机(7)的3D打印用连续纤维复合材料前体；

所述共挤出组件包括沿连续纤维(1)运行方向依次设置的第二放卷筒(14)、共挤模具(15)、第二冷却槽(16)、第二牵引机(18)、第二收卷筒(19)；所述第一放卷筒(14)用于放置3D打印用连续纤维复合材料前体；所述共挤模具(15)开设有供连续纤维(1)穿过的腔体，所述共挤模具(15)上设置有与其腔体连通的用于向共挤模具(15)中挤出物料熔体的挤出机(16)；所述第二冷却槽(17)、第二牵引机(18)、第二收卷筒(19)用于对经过共挤模具(15)的连续纤维(1)冷却、牵引、收卷。

8.根据权利要求7所述的3D打印用连续纤维复合材料的制备装置，其特征在于，所述第一放卷筒(2)与预热器(3)之间和预浸槽(6)内设置有滚轮组(9)，所述滚轮组(9)包括若干组平行放置的滚轮，每组滚轮间隔放置，用于将若干连续纤维(1)分别通过间隔处散开。