[发明专利]一种浸渍增强的3D打印复合材料及其制造方法

说明书

本发明提出一种浸渍增强的3D打印复合材料及其制作方法，该复合材料包括3D打印木塑复合材料和热固性树脂‑添加剂的混合物，其制造方法为将热塑性聚合物和木质纤维原料按照一定比例混合通过双螺杆挤出机混合制备粒料；将粒料通过单螺杆挤出机制备成线材；然后将线材通过3D打印机制备成3D打印木塑复合材料；之后将3D打印木塑复合材料浸渍于热固性聚合物‑添加剂的混合物中；最后将浸渍的3D打印木塑复合材料固化一定时间制备浸渍增强的3D打印复合材料。解决了现有技术的3D打印木塑复合材料在应用过程中存在综合力学性能差、各项异性高等问题。本发明制备的高强度、低各向异性的3D打印复合材料，生产成本低，有效利用了木质纤维原料，对环境无污染。

技术领域

本发明涉及一种3D打印复合材料及其制造方法，具体涉及一种浸渍增强的3D打印复合材料及其制造方法，属于材料加工领域。

背景技术

增材制造又叫3D打印，是一种按照电脑辅助设计模型逐层生产并最终形成完整产品(金属、聚合物、陶瓷以及复合材料等)的材料加工方法。随着增材制造技术的不断提高和发展，3D打印已经被广泛应用于生物、医学、电子、建筑以及手工制造等行业。相对于传统制造方法，如挤出成型、模压成型等，3D打印以其能够快速成型结构复杂而精细产品的优势而越来越受到为满足日益丰富的物质精神需求的人们的重视和关注，越来越多的3D打印气息已经逐渐渗透到人们的生活当中，大到房屋制造，小到微纳米电子设备。

随着3D打印技术的不断更新和提高，3D打印技术和材料已经被推广到教育、娱乐、生产等与人们生活工作息息相关的众多领域。但在更多功能性方面的应用如建筑、电子器件、生物支架、组织替换等，3D打印技术成型材料还不能满足这些特殊应用条件下的性能需求，如力学强度、热稳定性、性能均一性等。3D打印在成型过程中，高温下熔融挤出的聚合物在打印平台迅速冷却沉积，当下一层聚合物继续打印时两层之间的聚合物并不能完全熔为一体，二者界面结合较差，而导致材料性能降低，同时，熔融沉积材料的力学性能还依赖于打印方向的选择，使材料表现出较大的各向异性，这很大程度上限制了材料的广泛应用。

同时，3D打印复合材料的性能具有较强的打印方向依赖性，一般沿打印方向的性能要好于垂直打印方向，同时在同一平面上，不同打印位置的力学性质也各有差异，这主要是由打印过程中聚合物彼此之间在一定温差作用下的不均衡熔融所致。借助热固性树脂的各向同性特征，将其与其它材料的混合物在一定条件下与3D打印的热塑性材料复合，制备高强度、同质性能的纳米复合材料成为3D打印材料的新趋势。

木质纤维原料如木粉、农作物秸秆和甘蔗渣等以其高强重比、来源广、成本低的特点，已经被用来增强3D打印材料制备高强度多功能的复合材料。因此，利用木质纤维原料来增强3D打印材料，同时通过热固性树脂浸渍3D打印复合材料，将为3D打印强度高、性能均一的复合材料开辟一条新途径。

发明内容

本发明的目的在于提供一种浸渍增强的3D打印材料及其制造方法，以解决上述背景技术中提出的现有3D打印木塑复合材料在应用过程中存在综合力学性能差、各项异性高等问题。

为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：

一种浸渍增强的3D打印复合材料包括3D打印木塑复合材料和热固性树脂-添加剂的混合物。

优选地，所述3D打印木塑复合材料包括热塑性聚合物和木质纤维原料，所述热塑性聚合物为聚乳酸、丙烯腈-丁二烯-苯乙烯、热塑性聚氨酯、聚醚醚酮、聚对苯二甲酸乙二醇酯、尼龙、聚碳酸酯、聚甲醛和聚丙烯中的一种或其中几种的混合物；所述木质纤维原料为木粉、农作物秸秆粉和竹粉中的一种或者其中几种的混合物；所述农作物秸秆粉为水稻秸秆、黄豆秸秆、玉米秸秆、棉秆或剑麻秆的一种或几种的混合物。