[发明专利]一种耐盐雾腐蚀的石墨烯3D打印材料及其制备方法

说明书

本发明属于石墨烯复合材料制备及应用领域，具体为一种耐盐雾腐蚀的石墨烯3D打印材料及其制备方法。本发明制备并遴选出适宜微观形貌的石墨烯，具体为含氧量在30％‑35％之间的氧化石墨烯微片，片层数不大于10层，微观尺寸为100um‑500um的占80％、小于100um的占10％、大于500um的占10％，并将氧化石墨烯微片按微观尺度大小在不同工段分批加入。所述特定形貌氧化石墨烯微片呈褶皱状嵌入聚醚醚酮树脂并与高分子链段充分接触，能够增大与树脂基体的有效结合面积，实现较理想的两相界面调控，从而提升复合材料的微观结构稳定性，并赋予了优异的耐盐雾腐蚀性能。本发明所制备的石墨烯3D打印线材具有优异的耐候性、力学强度高、稳定性强、耐盐雾腐蚀性能突出等特点，适用于FDM型3D打印工艺技术，可广泛应用于航空航天、武器装备等服役环境复杂的领域。

技术领域

本发明属于石墨烯复合材料制备技术，涉及一种用于3D打印的石墨烯聚醚醚酮基复合材料及其制备方法。

背景技术

3D打印技术这种无模具自由成形的技术摆脱了空间几何及设计工艺的束缚，可成型各种复杂结构及传统工艺制造难度大的零部件。同时，该技术还可整体设计零件，减少装配步骤，缩短制造周期，提高材料利用率，降低维修成本，结合拓扑优化实现减重等。此外增材制造技术在快速原型验证方面也具有极大优势，可大大缩短这一过程所用的时间，实现快速试制响应。可用于增材制造的聚合物耗材是增材制造技术发展的重要物质基础和关键材料，也是限制增材制造技术进一步发展的瓶颈。

目前，在工程实际应用中，舰船、舰载机、各类军机民机、水陆两栖特种装备、各类航天器等装备的部分零部件若要采用3D打印方式制备可为其大大降低生产成本、缩短生产时间、实现装备减重、提高装备能效比。但这些装备长期在高盐雾环境下服役，3D打印零部件需具备较好的耐盐雾腐蚀性能，才能真正实现在各类装备上的应用，才能将3D打印这项先进制造技术真正应用在航空航天等服役环境苛刻的领域。

聚醚醚酮(PEEK)是一种综合性能非常优异的特种工程塑料，具有力学性能突出、耐高温、抗腐蚀等特性，可作为3D打印耗材材料来制备航空航天、机械制造、电子电工、生物医学等很多领域的零部件，具有很大的应用潜力。由于PEEK加工成型较为困难、与其他填料相容性差等问题而限制其实际应用，因此还需要进一步提升PEEK的性能，拓展其应用范围。

石墨烯因其独特的二维结构，极其优异的力学性能及功能特性而成为备受关注的新型微纳米增强体石墨烯作为一种具有特殊二维结构的材料，用来提高复合材料的力学性能和功能特性，进而有效地扩宽聚合物基体的应用范围。

中国专利CN201810266849.1公开了一种高耐盐雾的石墨烯锈固化涂料及其制备方法，该方法通过制备纳米石墨烯分散液和添加各类助剂来制备锈固化涂料，达到耐腐蚀、抗盐雾的功能，以实现固定铁锈，提高涂层的耐磨性、抗压性、致密性和抗渗性。该方法所使用的抗盐雾腐蚀涂料对其自身附着力、成膜性、涂覆均匀性的要求很高；也对后期施工操作时的工艺技术要求很高，如涂层厚度、层数，底材类型与处理，脱落与养护等。其中任何环节没有处理好可能就会引起涂层胀起、皱纹、起泡等现象，无法起到保护作用，反而成为腐蚀点延伸开来；且该方法使用大量助剂，工艺步骤繁多。

发明内容

本发明的目的是：提供一种耐盐雾腐蚀的石墨烯3D打印材料及其制备方法。本发明遴选适宜形貌的石墨烯作为增强剂，在保持聚醚醚酮树脂固有优异特性的基础上，显著提高了其耐盐雾腐蚀性能，以便解决复合材料3D打印制件耐候性差的问题，实现3D打印零部件在高盐雾环境下的工程应用。本发明还提供了上述材料的制备方法，具有复合工艺绿色环保、操作简单安全、可批量稳定生产等特点；所制备的线材线径均匀稳定，可顺畅地进行3D打印制件。

为解决上述问题，本发明采用以下技术方案：

一种耐盐雾腐蚀的石墨烯3D打印材料，其特征在于，包括如下重量份数的下列组分：

聚醚醚酮：100份

石墨烯：0.1-12份