[发明专利]一种3D打印用复合线材及其制备方法

说明书

本发明属于3D打印技术领域，具体涉及一种3D打印用复合线材及其制备方法。本发明的3D打印用复合线材的组分及质量百分比为：聚醚酰亚胺(PEI)：65％～85％；聚醚醚酮(PEEK)：10％～30％；碳纤维：0.1％～10％；偶联剂：0.1％～3％；润滑剂：0.2％～4％。制备方法包括熔融挤出造粒和熔融挤出拉丝。本发明解决了现有3D打印线材无法满足航空部件的制造要求；适用于对复杂飞机部件进行定制化3D打印，简化了制造过程，节约了制造成本，提高了线材的使用温度上限及机械性能，拓宽了3D打印线材的适用领域。

技术领域

本发明属于3D打印技术领域，具体涉及一种3D打印用复合线材及其制备方法。

背景技术

3D打印，又称为增材制造，即直接根据三维数据，通过机器实现逐层加工、叠加成形的工艺，以此生成实体。不同于传统采用制作模具和传统压铸的方法，这种无模具自由成形的技术摆脱了空间几何及设计工艺的束缚，可将任意结构设计转变成实体产品，大大拓宽了制造空间，缩短了制造周期，降低了制造成本和风险，成为了现如今新兴智能制造领域的领头羊。2017年12月，工业和信息化部、发展改革委等十二部门印发《增材制造(3D打印)产业发展行动计划(2017－2020年)》，计划中提到，到2020年，增材制造产业年销售收入超过200亿元，年均增速在30％以上。关键核心技术达到国际同步发展水平，工艺装备基本满足行业应用需求，生态体系建设显著完善，在部分领域实现规模化应用，国际发展能力明显提升。对于在“中国制造”向“中国智造”过程中的角色定位，3D打印是发展智能制造的核心技术之一，有不可替代的作用。

目前，3D打印技术中，应用最广泛的仍然是熔融沉积成型(FDM)技术，其作为一种可将各种热塑性聚合物线材加热熔化进而逐层堆积成型的打印技术方法，原理简单、操作易行、节约原料、打印成本低周期短，在众多3D打印技术中应用最为广泛，也就有着至关重要的地位。

然而，应用于FDM打印技术的聚合物线材仍然主要以ABS、PLA、PC、PP、PE、尼龙等各类常用热塑性工程塑料以及其改性增强的复合材料居多，这些材料普遍存在使用温度低，力学强度差，复合工艺复杂，添加剂繁多，实际应用范围非常有限的问题，尤其在航空航天等工程应用方面几乎无法实际应用，目前现有的3D打印耗材种类早已难以满足日益增长的市场需求。

聚醚酰亚胺(PEI)及聚醚醚酮(PEEK)均为常用的航空材料，热变形温度高，兼具优异的力学性能，具有广谱耐化学性、抗燃烧性和低致烟性，并且抗蠕变及尺寸稳定性优良，广泛应用于消防员头盔，飞机内饰，舱外航空航天组件和汽车各部位组件等。它们作为航空级特种热塑性树脂，具备针对市面上任何FDM热塑性塑料都无法企及的高耐热性、耐化学性以及优异的力学性能。碳纤维是一种含碳量在95％以上的力学性能非常优异兼具良好加工性能的碳材料，作为发展国防军工与国民经济的重要战略物资，属于非常关键的增强材料。碳纤维增强的复合材料广泛应用于飞机制造、船舶制造、火箭制造等军工领域。因此，以聚醚酰亚胺(PEI)、聚醚醚酮(PEEK)为二元树脂基体，再配以碳纤维的高效增强作用，是作为3D打印飞机部件线材的最佳复合材料体系；至今还没有这样的3D打印复合材料体系可应用于制造飞机部件或其他领域。

发明内容

鉴于现有技术的上述情况，本发明的目的是提供一种3D打印用复合线材及其制备方法。本发明的3D打印用复合线材，解决现有3D打印线材无法满足航空部件的制造要求，可适用于对复杂飞机部件进行定制化3D打印，简化制造过程，节约制造成本，提高线材的使用温度上限及机械性能，拓宽3D打印线材的适用领域。

在本发明的第一方面，提供一种3D打印用复合线材，其组分和质量百分比为：聚醚酰亚胺(PEI)：65％～85％；聚醚醚酮(PEEK)：10％～30％；碳纤维：0.1％～10％；偶联剂：0.1％～3％；润滑剂：0.2％～4％。

所述聚醚酰亚胺的重均分子量Mw为4万g/mol～6万g/mol，聚醚醚酮的重均分子量Mw为3万g/mol～5万g/mol。