[發明專利]一種用于3D打印成型的高性能木塑材料及其制備方法

在審

• 申請號: 201710015129.3
• 申請日: 2017-01-10
• 公開（公告）號: CN106752012A
• 公開（公告）日: 2017-05-31
• 發明（設計）人: 王海剛;張京發;王清文;宋永明
• 申請（專利權）人: 東北林業大學
• 主分類號: C08L97/02
• 分類號: C08L97/02;C08L77/00;C08L23/06;C08L69/00;C08K13/02;C08K3/26;C08K3/38;C08K5/57;C08K3/34;B33Y70/00
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技術領域

本發明屬于木塑復合材料及其制備方法的技術領域，特別是涉及一種用于3D打印成型的木塑材料及其制備方法領域。

背景技術

3D打印又稱為快速成型技術，也稱為增材制造技術，是一種不需要傳統刀具、夾具和機床，而是以數字模型文件為基礎，使用金屬粉末或塑料等具有黏合性的材料逐層打印來制造任意形狀物品的技術。3D打印技術是機械工程、計算機技術、數控技術、材料科學等多學科技術的集成。3D打印最難最核心的技術是打印材料的開發。因此開發更為多樣多功能的3D打印材料成為未來研究與應用的熱點與關鍵。

目前關于木塑復合材料用于3D打印材料的研究多集中在聚乳酸、聚丁二酸丁二醇酯基木塑復合材料和聚乙烯、聚丙烯、聚氯乙烯等通用塑料基木塑復合材料。這主要是因為植物纖維主要是由纖維素、半纖維素和木質素三種高分子化合物組成，當溫度超過200℃時，植物纖維開始發生熱降解，特別是植物纖維中的木質素和半纖維素發生降解情況比較嚴重，導致植物纖維發生變色和自身強度降低，從而導致木塑復合材料強度降低。

工程塑料是具有較高力學性能及耐熱、耐腐蝕，可以作為結構性材料，具有優異的綜合性能(如機械性能、電性能、耐熱性能、耐化學性能等)，可在較寬闊的溫度范圍內和較長的時間內能良好地保持這種性能，并能在承受機械應力和較為苛刻的化學、物理環境中長期使用。但是，工程塑料的熔點較高，一般均超過220℃。植物纖維的降解溫度低于工程塑料的熔融溫度，兩者加工溫度不匹配導致工程塑料基木塑復合材料難以制備。

發明內容

本發明的目的是為了解決現有3D打印木塑復合材料尺寸穩定性差、力學強度低的問題，而提供一種用于3D打印成型的高性能木塑材料及其制備方法。

本發明的用于3D打印成型的高性能木塑材料包括改性植物材料、工程塑料或塑料合金、偶聯劑或界面相容劑、潤滑劑、熱穩定劑和礦物質填料；所述改性植物材料為經改性劑改性的植物材料。

按重量份數改性植物材料為10～100份，工程塑料或工程塑料合金為20～100份，偶聯劑或界面相容劑為0～20份，潤滑劑為0～15份，熱穩定劑為0～15份和0～10份的礦物質填料。

所述偶聯劑為硅烷類偶聯劑、鈦酸酯類偶聯劑、馬來酸酐、馬來酸酐接枝聚烯烴、異氰酸酯中的一種或幾種的混合物；所述的潤滑劑為聚乙烯蠟、聚丙烯蠟、石蠟、硬脂酸、硬脂酸鋅、硬脂酸鈣中的一種或幾種的混合物；所述的熱穩定劑是二月桂酸二丁基錫、二月桂酸二辛基錫、馬來酸二烷基錫、雙(馬來酸單丁酯)二丁基錫、馬來酸二辛基錫、二辛基錫雙(巰基乙酸異丁酯)、二辛基錫雙(巰基乙酸異辛酯)中的一種或幾種的混合物；所述的礦物質填料為碳酸鈣粉、硅酸鈣粉、滑石粉、熱粉煤灰中的一種或幾種的混合物。

所述工程塑料為聚酰胺、聚碳酸酯、聚甲醛、改性聚苯醚、熱塑性聚酯中一種或幾種的混合物。

所述工程塑料合金為聚酰胺、聚碳酸酯、聚甲醛、改性聚苯醚、熱塑性聚酯中的一種或多種塑料混合物與聚乙烯、聚丙烯、聚氯乙烯、聚乳酸、聚丁二酸丁二醇酯、丙烯腈-丁二烯-苯乙烯塑料中的一種或多種塑料混合后得到的混合物。

所述改性劑包括硼酸、可溶性硼酸鹽、硅酸和可溶性硅酸鹽中的一種或幾種的混合物。

所述植物材料為木材、稻殼、竹材、麻、秸稈、咖啡殼、果殼中的一種或幾種的混合物。

所述改性劑的重量占改性劑與植物材料總重量的0.1％～50％。

所述改性劑改性植物材料的溫度為50℃～250℃。

本發明的用于3D打印成型的工程塑料基木塑復合材料的制備方法按以下步驟進行：

一、首先配置改性劑溶液，然后將植物材料制成纖維狀或粉狀，并和改性劑溶液均勻混合，得混合物，再將混合物烘干，得改性的植物材料；

二、將步驟一制備的植物材料與工程塑料或工程塑料合金、偶聯劑或界面相容劑、潤滑劑、熱穩定劑和礦物質填料混合均勻，得到混合物；

三、將步驟二得到的混合物通過雙螺桿熔融共混，得共混料，加工溫度為160℃～300℃；再將共混料加入到擠出機中擠出拉絲得到用于3D打印的高性能木塑線材；

或者該制備方法按以下步驟進行：

一、采用高混機將改性劑固體、植物材料與工程塑料或工程塑料合金、偶聯劑或界面相容劑、潤滑劑、熱穩定劑和礦物質填料混合均勻，得到混合物；

二、將得到的混合物通過雙螺桿熔融共混，得共混料，加工溫度為160℃～300℃；再將共混料加入到擠出機中擠出拉絲得到用于3D打印的工程塑料基木塑線材。

所述將共混料擠出的溫度為180℃～300℃。