[发明专利]一种石墨烯改性的阻燃型竹塑材料、制备方法及其应用

说明书

【技术领域】

本发明属于3D打印用材料制备技术领域，具体涉及一种石墨烯改性的阻燃型竹塑材料、制备方法及其应用。

【背景技术】

3D打印又称为快速成型技术，也称为增材制造技术，是一种不需要传统刀具、夹具和机床，而是以数字模型文件为基础，使用金属粉末或塑料等具有黏合性的材料逐层打印来制造任意形状物品的技术。3D打印机可以制造的物品很多，如飞机、手枪，再如食物、人体器官、儿童玩具等。3D打印技术是最近20年来世界制造技术领域的一次重大突破。是机械工程、计算机技术、数控技术、材料科学等多学科技术的集成。3D打印最难最核心的技术是打印材料的开发。因此开发更为多样多功能的3D打印材料成为未来研究与应用的热点与关键。本发明的3D打印材料是一种新材料，兼具竹材和塑料的性能，为3D打印提供了更多的材料方面的选择。

聚丙烯具有无毒、无味，力学性能好，易加工，耐腐蚀，熔融温度较低，流动性好，冷却速度快，透明易染色等优点都符合3D打印技术对聚合物材料的要求，且聚丙烯原料来源广、价格低；竹材纤维/聚丙烯复合材料使得其兼具竹材和塑料的双重特性，竹材纤维的加入进一步降低了聚丙烯的冷凝收缩率，且打印出来的物品具有竹质感，更具亲近感。

2004年英国曼彻斯顿大学的Geim和Novoselov通过胶带剥离高定向石墨获得了独立存在的二维石墨烯(Gra-phene，GN)晶体以来，石墨烯已经成为材料科学领域极受关注的研究热点之一。石墨烯，实际上就是单原子层的石墨，它拥有独特的二维结构和优异的力学、热力学、光学和电学性能。

石墨烯是目前世界上最薄却也是最坚硬的纳米材料，它几乎是完全透明的，至吸收2.3％的光，导热系数高达5300W/m·k，高于碳纳米管和金刚石。石墨烯是一种由碳原子构成的单层片状结构的新材料，具有强度高，比表面积大，高化学反应活性，高填充性的特点。

目前植物纤维/聚丙烯复合材料作为3D打印材料的文献很少。

中国专利公开号为102276920A公开了一种聚丙烯复合材料，采用玻璃纤维、增韧剂、偶联剂、抗氧剂、润滑剂、成核剂对聚丙烯进行改性，改性后的聚丙烯复合材料的械强度较高且抗蠕变性能较好。但其对聚丙烯复合材料的亲和性和热变形温度改性少，不能很好地满足打印需求。

中国专利公开号为101781472A公开了一种植物纤维复合材料的制程，其添加偶合剂成混合材料，以高马力混练机将混合材料均匀混合，添加滑剂以混合成胶粒并制出复合材料成品其采用，改性后的材料有重量减轻、不易热变形、热收缩力小的特性。但其亲和性并不高，不能很好地满足3D打印需求。

单一的性能提升并不能满足3D打印技术对植物纤维/聚丙烯复合材料的性能需求，急需一种新的植物纤维/聚丙烯复合材料在3D打印技术中广泛地应用。

【发明内容】

本发明提供一种石墨烯改性的阻燃型竹塑材料、制备方法及其应用，以解决现有植物纤维/聚丙烯复合材料热变形温度改性低、力学性能和阻燃效果差等问题。本发明的石墨烯改性的阻燃型竹塑材料阻燃效果好，抗冲击能力强，韧性强，是一种性能优的阻燃石墨烯改性竹塑材料，可推广应用，有显著的经济和社会效益。

为解决以上技术问题，本发明采用以下技术方案：

一种石墨烯改性的阻燃型竹塑材料，以重量份为单位，包括以下原料：废弃塑料165-224份、竹粉100-153份、聚乳酸40-54份、二聚磷酸钠30-42份、丙烯酸硬脂酸酯24-30份、石墨烯2-4份、表面活性剂1-1.6份、调节剂0.4-0.8份、发生剂0.3-0.5份、交联剂0.5-0.8份、催化剂0.3-0.5份、增塑剂0.4-0.7份、分散剂0.3-0.5份、增粘剂0.3-0.4份、固化剂1-2份、抗氧剂0.2-0.4份、热稳定剂0.2-0.4份、抗老剂0.8-1.5份、阻燃剂1.3-1.8份、抑烟剂1-1.5份；

所述表面活性剂为聚氧乙烯-聚氧丙烯共聚物；

所述调节剂为ACR；

所述发生剂为气溶胶发生剂；

所述交联剂为交联剂SAC-100；

所述阻燃剂以重量份为单位，包括以下原料：乙二醇乙醚醋酸酯60-68份、辛酸癸酸甘油三酯25-28份、壬基酚聚氧乙烯醚硫酸铵22-24份、聚氧化丙烯三醇18-22份、尿素14-16份、氧化铝10-12份、三氧化二锑9-11份、氧化铅7-10份、膨润土8-12份、渗透剂1-2份；