[发明专利]纳米增韧碳纤维增强聚乳酸3D打印材料及制备方法

说明书

本发明公开了一种纳米增韧碳纤维增强聚乳酸3D打印材料及制备方法，涉及3D打印材料技术领域。通过添加纳米增韧剂，以及采用反应挤出的方法制备得到的碳纤维增强聚乳酸3D打印材料，具有良好的3D打印性能，不堵塞打印喷头，打印过程气味较小，打印件具有较好的层间结合力，力学性能优异，解决了采用现有技术中的配方和制备方法得到的聚乳酸3D打印材料，在打印过程中产生气味较重、打印材料容易堵塞打印机喷头和打印件力学性能中等的问题。

技术领域

本发明涉及3D打印材料技术领域，尤其涉及一种纳米增韧碳纤维增强聚乳酸3D打印材料及制备方法。

背景技术

3D打印技术，作为今年来发展最快和最具潜力的技术之一，给人们的生活和工作带来了深远的影响。3D打印常用的丙烯酸-丁二烯-苯乙烯(ABS)和聚乳酸(PLA)材料与设计人员的接触日益广泛。然而，3D打印技术仍然存在一定的问题，比如由熔融沉积打印方式带来的层间结合力差造成打印件力学性能弱的问题、容易堵塞打印喷头、打印过程气味较重、污染环境和影响实验人员健康等问题，这些问题也给3D打印技术提出了改进的空间。因此，能够广泛用于3D打印技术的材料至少需要满足，打印时无刺鼻气味、熔融后流动性强、硬度高且强度好并且价格低廉。

发明内容

本发明的目的在于提供一种纳米增韧碳纤维增强聚乳酸3D打印材料及制备方法，从而解决现有技术中存在的前述问题。

为了实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：

一种纳米增韧碳纤维增强聚乳酸3D打印材料，由以下重量百分比的原料组成的配方制备而成：聚乳酸，60-80wt％；短切碳纤维，5-30wt％；纳米增韧剂，1-10wt％；硅烷偶联剂，0.1-2wt％；紫外吸收剂剂，0.1-1wt％；加工助剂，0.1-2wt％。

优选地，所述短切碳纤维的长度为1-10mm，直径为4-12μm。

优选地，所述纳米增韧剂为蒙脱土、二氧化硅、聚倍半硅氧烷、石墨烯、氧化石墨烯或碳纳米管中的一种。

优选地，所述硅烷偶联剂为3-氨丙基三乙氧基硅烷、γ-(2,3-环氧丙氧)丙基三甲氧基硅烷、γ-(甲基丙烯酰氧)丙基三甲氧基硅烷、乙烯基三甲氧基硅烷或乙烯基三(2-甲氧基乙氧基)硅烷中的一种。

优选地，所述紫外吸收剂为三(1，2，2，6，6-五甲哌啶基)亚磷酸酯、2-羟基-4-正辛氧基二苯甲酮或2-(2'-羟基-3',5'-二叔丁基苯基)苯并三氮唑中的一种。

优选地，所述加工助剂为聚乙烯蜡、氧化聚乙烯蜡或硬脂酸锌中的一种。

优选地，由以下重量百分比的原料组成的配方制备而成：聚乳酸，65-75wt％；短切碳纤维，20-25wt％；纳米增韧剂，3-6wt％；硅烷偶联剂，0.5-1wt％；紫外吸收剂剂，0.5-1wt％；加工助剂，0.5-1.5wt％。

一种纳米增韧碳纤维增强聚乳酸3D打印材料的制备方法，利用上述配方，采用反应挤出的方法进行制备。

优选地，包括如下步骤：

步骤一，按照配方称取原料；

步骤二，将纳米增韧剂和硅烷偶联剂通过高速混合机或球磨机充分混合得到物料A；

步骤三，将得到的物料A与短切碳纤维、聚乳酸、抗紫外吸收剂混合后，得到物料B；

步骤四，将物料B加入双螺杆挤出机中熔融挤出，冷却后得到纳米增韧碳纤维增强聚乳酸3D打印材料。

优选地，步骤四中，所述熔融挤出的温度为：180-220℃。