[發明專利]一種三維自動注漿成型用石膏基復合材料及其制備方法

在審

• 申請號: 201710172662.0
• 申請日: 2017-03-21
• 公開（公告）號: CN106915943A
• 公開（公告）日: 2017-07-04
• 發明（設計）人: 高建明;劉川北;吳葉
• 申請（專利權）人: 東南大學
• 主分類號: C04B28/14
• 分類號: C04B28/14;B33Y70/00
• 代理公司: 南京蘇高專利商標事務所(普通合伙)32204
• 代理人: 柏尚春

技術領域

本發明涉及一種用于三維自動注漿成型的石膏基復合材料及其制備方法，屬于3D打印材料領域。

背景技術

石膏基復合材料是指以半水石膏為主，并通過添加適量水和其他外加劑組分(如減水劑、緩凝劑、保水劑、纖維、有機聚合物等)制備得到的復合材料，利用其制備的石膏制品具有質輕、耐火、隔音、絕熱性好等優點，是當今公認的綠色環保的三維快速成型(3D打印)材料。目前，石膏材料的3D打印均采用粉末打印，并依次經過鋪粉、打印、除粉以及后處理等步驟，過程較為繁瑣。同時由于石膏粉末是通過水基膠水粘接在一起，其水化程度低，石膏顆粒間的孔隙較多，因此利用3D粉末打印制備的石膏制品強度低(≤4MPa)、耐水性等各項使用性能差，往往只能用于石膏玩偶、模型等領域，這嚴重限制了3D打印石膏制品的應用。

三維自動注漿成型是一種新型的3D打印技術，該技術以膠體漿料為打印的原材料，并通過逐層堆疊的方式注漿成型來制備復雜的三維結構。三維自動注漿成型技術與一般的3D打印技術如選擇性激光燒結(SLS)、光固化成型(SLA)和熱熔融堆積成型(FDM)相比，具有材料適用性廣、打印設備簡單和成本低等優點，并廣泛用于復雜結構材料、電子材料以及生物材料的制備。用于三維自動注漿成型的膠體漿料必須滿足兩個基本條件：一是要具有良好剪切變稀的流變行為，使膠體漿料在打印過程中既能從噴嘴穩定的擠出，同時擠出后能像固體一樣保持形狀并支撐自身的重量；二是要求膠體漿料具有合適的水化凝結時間，使其在擠出前能穩定的存在加料容器中，擠出后又能快速凝結硬化并形成強度。

因此，本發明通過調整石膏基復合材料的流變性能和水化凝結性能，制備可用于三維自動注漿成型的石膏基復合材料，這對于降低3D打印成本、提高3D打印石膏制品的使用性能意義重大。

發明內容

技術問題：為了克服現有技術的不足，本發明提供了一種能用于三維自動注漿成型的石膏基復合材料及其制備方法，該復合材料具有良好的剪切變稀流變行為和合適的水化凝結時間，并能顯著提升3D打印石膏制品的抗壓強度和各項使用性能。

技術方案：本發明所述的一種三維自動注漿成型用石膏基復合材料以重量份計包括：

所述的無機納米粉體為納米氧化硅SiO₂、納米氧化鋁Al₂O₃、納米氧化鈦TiO₂或納米碳酸鈣CaCO₃的一種。

所述的外加劑以重量計包括：

減水劑 40～60％

緩凝劑 10％～20％

保水劑 20～40％。

所述的外加劑中減水劑為高效聚羧酸粉末減水劑。

所述的外加劑中緩凝劑為檸檬酸、三聚磷酸鈉或骨膠粉中的一種。

所述的外加劑中保水劑為纖維素醚類保水劑。

所述的纖維素醚類保水劑具體為羧甲基纖維素、羥乙基纖維素或羥丙基甲基纖維素中的一種。

本發明的三維自動注漿成型用石膏基復合材料的制備方法為：

1)取0.5～2份無機納米粉體和19～25份去離子水于燒杯中，超聲分散60min得到均勻混合溶液；

2)取72～80份高強石膏粉和0.5～1份外加劑組分于水泥凈漿攪拌機中低速攪拌5min混合均勻，隨即加入超聲分散過的均勻混合溶液，高速下攪拌2min得到石膏基復合材料。

有益效果：與現有技術相比，本發明具有下列優點：

1：本發明為一種可用于三維自動注漿成型的石膏基復合材料，與現有技術相比，利用其制備得到的3D打印石膏制品強度更高、耐水性及各項使用性能更好。

2：本發明選擇無機納米粉體可以顯著提高石膏基復合材料漿體結構的粘聚性，從而提高漿體的塑性粘度和屈服應力值，增強漿體擠出后保持自身形狀的能力，同時可以改善3D打印石膏制品的韌性、耐水性和耐候性等各項使用性能。

3：本發明選擇的外加劑組分中，減水劑、緩凝劑和保水劑配合使用，可以調整石膏基復合材料漿體結構中分散相的體積分數，使漿體具有良好剪切變稀的流變行為，同時可以控制漿體的水化凝結時間在合適范圍內。

具體實施方式

為了更好的理解本發明，下面對本發明作進一步說明，但不能理解為本發明僅適用于下面實例，該領域的技術人員根據上述本發明的內容對本發明作出的一些非本質的改進和調整，仍屬于本發明的保護范圍。

實例1：一種三維自動注漿成型用石膏基復合材料，各組分配比如下：(按重量份)

高強石膏粉：72

納米氧化硅粉末：2