[发明专利]适用于3D打印的尼龙/有机化凹凸棒石纳米复合材料及其制备方法

说明书

本发明公开了一种尼龙/凹凸棒石/碳纤维复合粉末及其制备方法和在选择性激光烧结技术中的应用，该制备方法包括将尼龙粉末、凹凸棒石粉末通过液相混合、升温加压溶解、降温解压复合的方法制备得到尼龙/凹凸棒石复合粉末，再将该尼龙/凹凸棒石复合粉末与碳纤维、流动助剂、抗氧剂通过机械混合得到尼龙/凹凸棒石/碳纤维复合粉末。本发明提供了一种尼龙/凹凸棒石/碳纤维复合粉末的制备方法，以该方法制备的尼龙/凹凸棒石/碳纤维复合粉末为原料，经选择性激光烧结技术获得的激光烧结件具有良好的综合机械性能。

技术领域

本发明属于3D打印高分子复合材料领域，具体涉及一种适用于3D打印的尼龙/有机化凹凸棒石纳米复合材料及其制备方法。

背景技术

3D打印，也称增材制造(additive manufacturing, AM)，属于快速成型(rapidprototyping, RP) 技术的一种，是基于计算机三维CAD模型，采用逐层堆积的方式直接制造三维物理实体的方法。增材制造技术不受成型几何实体外形限制，直接将三维的立体模型加工变为平面加工，可以在一台设备上快速精密地制造出任意复杂形状和结构的零部件，从而实现“自由制造”。在目前的3D打印技术中，熔融沉积成型 (fused depositionmodeling, FDM) 是应用的最广泛并且增长速度最快的一种成型工艺。参见图1所示，FDM的工作原理一般是由直径均匀的丝状热塑性高分子材料通过夹送辊被送进塑化腔内，经过加热块的加热而熔融塑化，在后续未来得及熔融塑化丝材的推力作用下，经过喷头挤出，进而在热床上沉积、固化。按照机器指令，在材料被挤出的同时，喷头在x、y轴方向运动，从而在热床上沉积一层材料；在一层材料沉积完成后，热床在z轴方向下沉一个固定单位，继而在上一层材料的表面继续沉积一层材料，即沉积材料通过“层层叠加”的方式，最终打印出所需三维模型。FDM作为一种基于喷射技术的成型工艺，其设备简单、工艺洁净、运行成本低且不产生过多加工残留物等优点，是应用最广泛并且增长速度最快的一种成型工艺。

尼龙材料是一种半结晶聚合物，具有良好的热塑性能及较低的熔融粘度，通过FDM工艺直接成型密度较高、力学性能较好的功能零件，成为目前应用最为广泛的FDM成型材料之一。但通过FDM技术成型的纯尼龙产品强度和刚性较低，不能满足某些成型件机械性能测试要求或直接作为最终产品使用的性能需求。

发明内容

本发明的目的是：提供适用于3D打印的尼龙/有机化凹凸棒石纳米复合材料及其制备方法，通过添加有机化凹凸棒石，提高尼龙的强度、韧性和刚性，同时提高其耐热温度，使材料能够更好地满足现有FDM工艺的需要，使打印样品的综合性能得到明显的增强。

本发明的技术解决方案是：该适用于3D打印的尼龙/有机化凹凸棒石纳米复合材料的质量比组成为：尼龙80-98.5%；有机化凹凸棒石1-15%；抗氧剂0.5-5%。

其中，所述有机化凹凸棒石的制备方法采用如下步骤：

（1）将凹凸棒石粉末分散在一定浓度酒石酸水溶液中，加热机械搅拌进行酸化反应，反应温度为85℃，时间为3小时；

（2）将步骤（1）所得混合液进行抽滤，在120℃烘箱中干燥15小时，得到块状固体；

（3）将步骤（2）所得块状固体进行研磨，过500目分样筛，得到固体粉末；

（4）将步骤（3）所得固体粉末加入二甲苯溶剂中，加入一定质量分数的钛酸酯偶联剂，将体系超声搅拌50分钟，然后加热机械搅拌进行偶联反应，反应温度为90℃，时间为10小时；

（5）将步骤（4）所得混合液进行抽滤，用乙醇进行多次洗涤、抽滤，在120℃烘箱中干燥15小时，得到块状固体；

（6）将步骤（5）所得块状固体进行研磨，过500目分样筛，得到固体粉末。