[发明专利]一种3D打印用ABS纳米线材的制备方法

说明书

本发明公开了一种3D打印用ABS纳米线材的制备方法。该方法先用碱处理法从植物纤维粉末中制备出纤维素，再采用硫酸水解纤维素制备出纳米微晶纤维素，随后采用溶胶‑凝胶法，以正硅酸乙酯作为前驱体，氨水作用下在水和乙醇混合溶剂中水解缩合出SiO₂溶胶并沉积生长在纳米纤维素表面，从而制备出热稳定性良好的有机—无机杂化材料，并将其作为纳米填料与ABS塑料熔融共混挤出制备新型3D打印线材。本发明提供的线材性能稳定，力学性能良好，翘曲收缩率小，具有较高的经济价值和广阔的市场环境。

技术领域

本发明属于3D打印材料领域，具体涉及用于3D打印的纳米微晶纤维素—二氧化硅杂化材料改性ABS复合线材的制备。

背景技术

熔融沉积成型(FDM)是3D打印技术的一种，是以数字模型文件为基础，运用塑料或金属粉末等可黏合特性，通过逐层打印的方式来构造物体的快速成形技术。在产品原型制作、模具制造、生物医用材料制备以及3D打印机家庭化方面均有广泛的应用。ABS因其具有耐热、耐低温、抗冲击、制品尺寸稳定、表面光泽性好、易着色等优点，成为3D打印最的常用原料之一。但ABS塑料打印成型的制品同样存在各种瓶颈问题，如层粘结强度低、气味大、易翘曲变形、力学性能低于传统注塑工艺、力学向异性明显。

目前，改善ABS塑料3D打印综合性能的研究主要集中在以下方面：(1)制备聚合物合金，如ABS/PC、ABS/PLA、ABS/TPS等，但因体系之间相容性差，改善效果有限。(2)常规填料增强改性，如在基体中加入植物纤维、金属粉末、陶瓷等熔融共混，虽然此法在一定程度上增强了ABS打印制品的强度，但通常填料分散性差，用量大，易影响打印过程熔丝挤出的流畅性，甚至堵塞喷头，制品的表面光洁度也随之降低。(3)优化打印工艺，虽然3D打印产品的质量与喷头温度、层厚、打印速度、构建取向等参数密不可分，但依旧无法从根源上解决3D打印耗材的问题。

纤维素是一种可再生，储量丰富的天然高分子聚合物之一。随着纳米技术的发展，从天然纤维中分离出的纳米纤维素因具有强度高、模量大、成本低、密度小及可生物降解等优点而成为目前最强最硬的天然材料之一。但是，纳米微晶纤维素热稳定性差，在和热塑性聚合物基体常规挤出、注塑等熔融共混时易出现降解变黑的现象，因而很难发挥纳米粒子原有的协同改性效果。目前，纳米纤维素热性能的改善主要集中在：改进提取工艺，如以盐酸、硝酸等代替硫酸水解纤维原料；或者在纳米纤维素表面引入乙酰基等耐热基团，但整体耐热性能提升有限。

发明内容

本发明是为了解决现有的3D打印材料综合性能差的问题，而提供了3D打印用ABS纳米线材的制备方法，通过纳米微晶纤维素—二氧化硅杂化材料改性ABS塑料，制备出一种力学强度高、层粘结性强、收缩率低、翘曲变形小的3D打印用新型耗材。

为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：

一种3D打印用ABS纳米线材的制备方法，包括如下步骤：

1)将植物纤维粉末分散在NaOH碱溶液中，在70-100℃下蒸煮2-10小时，用离子水清洗并烘干后，再用亚氯酸钠溶液在70-100℃下漂白2-10小时，期间加入冰醋酸将PH值调到4以下，得到提纯的纤维素；

2)将所述提纯的纤维素加入到硫酸中，在40-60℃下搅拌水解，然后加入5-15倍于硫酸液体积的去离子水进行稀释，离心后用去离子水洗涤得悬浮液，将悬浮液的pH调节至7-9，冷冻干燥，得到纳米微晶纤维素；

3)将所述纳米微晶纤维素溶于预先配置的无水乙醇/水混合液中，超声处理10-40min；滴加正硅酸乙酯后继续超声处理10-40min，得到混合液，纳米微晶纤维素与正硅酸乙酯的质量比为5/1～20/1；

4)在搅拌条件下向所述混合液中滴加浓度为10～30％氨水，调节pH值为7.0～11；室温持续搅拌反应5～48h，得溶胶；