[發明專利]一種3D打印用PLA木塑復合材料及其制備方法

在審

• 申請號: 201610073933.2
• 申請日: 2016-02-03
• 公開（公告）號: CN105542415A
• 公開（公告）日: 2016-05-04
• 發明（設計）人: 馬洪宇;李文巖;林航
• 申請（專利權）人: 黑龍江鑫達企業集團有限公司
• 主分類號: C08L67/04
• 分類號: C08L67/04;C08L23/06;C08L97/02;C08K13/06;C08K9/00;C08K7/22;B29C47/00;B29C47/92;B29B9/06;B33Y70/00
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技術領域

本發明屬于3D打印技術領域，尤其是涉及一種3D打印用PLA木塑復合材 料及其制備方法。

背景技術

3D打印技術出現至今已有20多年歷史，該技術基于離散一堆積原理，是一 種先進的增材制造技術。目前現有的3D打印耗材主要是單一的PLA，ABS，PVA 等材料，但以上材料均存在著自身的局限性，PLA材料的成本較高、材料在55℃ 以上就容易變形，易堵塞設備噴嘴；ABS材料對溫度和剪切速率較敏感，在加工 過程中氣味重、易變形且耐候性差；而PVA水溶性材料主要用于打印支撐型材 料，用量少，且PVA分解時會產生有毒氣體。總之，目前市場上廣泛使用的3D 打印耗材具有價格高、能耗高、加工條件要求復雜苛刻、難成型、易斷料等缺 點。

PLA木塑復合材料，其不僅價格低廉，綠色低碳環保、尺寸穩定性好、強度 高、具有加工過程中不堵孔、不斷絲、無翹曲變形等優點，并且所生產的制品 具有較好的物理機械性能和耐候性。目前，PLA主要由丙交酯開環聚合法和直接 聚合法合成直接合成的聚乳酸如果不進行改性加工，則PLA力學性能不佳、氣 體阻隔性差、熱穩定性等缺陷將會限制其應用。為了擴大PLA的應用范圍，就 必須對聚乳酸進行改性加工，常用的改性方法包括增韌改性、共混改性以及共 聚改性。在共混改性的方法中，通過加入木粉對其進行物理改性可以有效地增 加PLA的力學強度。

然而，在直接混合后通過注射成型得到的PLA木塑復合材料中，雖然木粉 能夠均勻地分散在PLA基體中，并得到聚乳酸大分子的有效包裹，但界面相容 性比較差，降低了木塑復合材料的沖擊韌性。同時，木粉的加入限制了PLA大 分子的運動、降低了PLA的立構規整度,導致PLA結晶能力明顯下降。

發明內容

針對以上技術問題，本發明設計開發了一種3D打印用PLA木塑復合材料及 其制備方法，提供一種價格低廉，低碳環保，可百分百循環回收再利用，具有 木材的天然親近感、打印時會產生天然木質芳香氣味、尺寸穩定性好、不堵孔、 不翹曲、加工條件要求低，且制品具有較好的物理機械性能以及耐酸堿、防蟲 蛀、抗紫外性能力強等耐候性的3D打印耗材。

為達到上述目的，本發明提供如下技術方案：

一種3D打印用PLA木塑復合材料，由UHMWPE、木粉、相容劑、偶聯劑、空 心微珠、潤滑劑、增韌劑混合構成，各材料的重量份數為：UHMWPE8-30份；木 粉20-30份；相容劑2-7份；偶聯劑3-6份；空心微珠8-15份；潤滑劑1-3份； 增韌劑1-3份。

作為優選，所述3D打印用PLA木塑復合材料的最佳組成為：UHMWPE10份； 木粉25份；相容劑4份；偶聯劑4份；空心微珠9份；潤滑劑2份；增韌劑3 份。

上述3D打印用PLA木塑復合材料的制備方法，包括以下具體步驟：

1)將木粉放入到微波干燥機內以80℃-100℃的溫度干燥1小時以上，使其 含水量降至2％以下；

2)將干燥得到的木粉、空心微珠、偶聯劑加入到高速混合機中進行活化處 理，充分混合5-10分鐘，得到混合物；

3)將步驟2中得到的混合物與PLA、UHMWPE、相容劑、潤滑劑、增韌劑加入 到雙錐式混合機中混合50分鐘至分散均勻，得到預混料；

4)將混合均勻的預混料加入到行星螺桿造粒機中進行擠出造粒，其中行星 螺桿造粒機從加料口到機頭各區的機筒加熱溫度依次為：一區150℃-180℃、二 區180℃-200℃、三區170℃-230℃、四區160℃-90℃；

5)將步驟4制得的顆粒料加入到35mmΦ3D打印生產線擠出拉絲，控制絲材 的直徑為1.75mm；其中加料口到機頭各區的機筒加熱溫度依次為：一區150℃ -170℃、二區180℃-200℃、三區170℃-200℃、四區160℃-170℃；

6)所述絲材通過水槽冷卻后進入卷線機收卷成成品。

進一步，作為優選，在步驟1)中，干燥溫度為90℃。

進一步，作為優選，在步驟4)中，行星螺桿造粒機從加料口到機頭各區的 機筒加熱溫度依次為：一區175℃、二區180℃、三區230℃、四區90℃。

進一步，作為優選，在步驟5)中，加料口到機頭各區的機筒加熱溫度依次 為：一區170℃、二區200℃、三區200℃、四區170℃。

本發明的有益效果為：