[發(fā)明專利]石墨烯微片/尼龍納米復(fù)合材料、其制備方法及應(yīng)用

在審

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201710515372.1
• 申請(qǐng)日: 2017-06-29
• 公開（公告）號(hào): CN107312326A
• 公開（公告）日: 2017-11-03
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 劉豐華;朱丁純;江圣龍;郭建軍;許高杰
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 中國(guó)科學(xué)院寧波材料技術(shù)與工程研究所
• 主分類號(hào): C08L77/02
• 分類號(hào): C08L77/02;C08K13/04;C08K3/04;C08K7/00;C08K5/18;C08K5/42;B29B9/06;B29C47/92;B33Y70/00
• 代理公司: 南京利豐知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(特殊普通合伙)32256
• 代理人: 王茹,王鋒

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于高分子材料領(lǐng)域，特別是涉及一種石墨烯微片/尼龍納米復(fù)合材料、其制備方法以及作為3D打印材料的應(yīng)用技術(shù)。

背景技術(shù)

3D打印，也稱增材制造(additive manufacturing,AM)，屬于快速成型(rapid prototyping,RP)技術(shù)的一種，是基于計(jì)算機(jī)三維CAD模型，采用逐層堆積的方式直接制造三維物理實(shí)體的方法。增材制造技術(shù)不受成型幾何實(shí)體外形限制，直接將三維的立體模型加工變?yōu)槠矫婕庸ぃ梢栽谝慌_(tái)設(shè)備上快速精密地制造出任意復(fù)雜形狀和結(jié)構(gòu)的零部件，從而實(shí)現(xiàn)“自由制造”。在目前的3D打印技術(shù)中，熔融沉積成型(fused deposition modeling,FDM)是應(yīng)用的最廣泛并且增長(zhǎng)速度最快的一種成型工藝。參見圖1所示，F(xiàn)DM的工作原理一般是直徑均勻的絲狀熱塑性高分子材料通過夾送輥被送進(jìn)塑化腔內(nèi)，經(jīng)過加熱塊的加熱而熔融塑化，在后續(xù)未來得及熔融塑化絲材的推力作用下，經(jīng)過噴頭擠出，進(jìn)而在熱床上沉積、固化。按照機(jī)器指令，在材料被擠出的同時(shí)，噴頭在x、y軸方向運(yùn)動(dòng)，從而在熱床上沉積一層材料；在一層材料沉積完成后，熱床在z軸方向下沉一個(gè)固定單位，繼而在上一層材料的表面繼續(xù)沉積一層材料，即沉積材料通過“層層疊加”的方式，最終打印出所需三維模型。FDM作為一種基于噴射技術(shù)的成型工藝，其設(shè)備簡(jiǎn)單、工藝潔凈、運(yùn)行成本低且不產(chǎn)生過多加工殘留物等優(yōu)點(diǎn)，是應(yīng)用的最廣泛并且增長(zhǎng)速度最快的一種成型工藝。

但是，現(xiàn)有的FDM成型工藝采用現(xiàn)有打印材料所獲打印產(chǎn)品的質(zhì)量不甚理想，亦無法滿足實(shí)際應(yīng)用的需求。

綜上所述，開發(fā)一種適用于3D打印的石墨烯微片/尼龍納米復(fù)合材料無論對(duì)于實(shí)現(xiàn)尼龍基復(fù)合材料的FDM成型，還是對(duì)于實(shí)現(xiàn)其3D打印制品綜合性能的提高都具有重要的理論指導(dǎo)意義和現(xiàn)實(shí)應(yīng)用價(jià)值。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的主要目的在于提供一種石墨烯微片/尼龍納米復(fù)合材料及其制備方法，以克服現(xiàn)有技術(shù)中的不足。

本發(fā)明的另一目的在于提供所述石墨烯微片/尼龍納米復(fù)合材料在3D打印中的應(yīng)用。

為實(shí)現(xiàn)前述發(fā)明目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案包括：

本發(fā)明實(shí)施例提供了一種石墨烯微片/尼龍納米復(fù)合材料，其包括按照質(zhì)量百分比計(jì)算的如下組分：50％≤尼龍樹脂＜100％，0％＜石墨烯微片≤40％，0％＜表面活性劑≤5％，0％＜抗氧劑≤5％，其中所述石墨烯微片以二維片狀形式均勻分散在所述尼龍樹脂中。

本發(fā)明實(shí)施例還提供了一種制備前述的石墨烯微片/尼龍納米復(fù)合材料的方法，其包括：

將石墨烯微片、尼龍樹脂、表面活性劑、抗氧劑充分熔融混合均勻，獲得所述石墨烯微片/尼龍納米復(fù)合材料。

作為較佳優(yōu)選實(shí)施方案之一，所述制備方法包括：

(1)將尼龍樹脂、石墨烯微片、表面活性劑、抗氧劑分別置于80～100℃真空烘箱中干燥8～12h，之后置于高速混合機(jī)中，以200～300rpm的轉(zhuǎn)速混合5～10min，得到預(yù)混物；

(2)將步驟(1)所獲預(yù)混物置于雙螺桿擠出機(jī)中進(jìn)行熔融混合，擠出，冷卻，切粒，形成所述石墨烯微片/尼龍納米復(fù)合材料；其中，所述雙螺桿擠出機(jī)的一區(qū)溫度為220～260℃，二區(qū)溫度為220～260℃，三區(qū)溫度為220～260℃，四區(qū)溫度為220～260℃，五區(qū)溫度為220～260℃，模頭溫度為220～250℃，螺桿轉(zhuǎn)速為30～80rpm。

本發(fā)明實(shí)施例還提供了前述的石墨烯微片/尼龍納米復(fù)合材料于3D打印中的應(yīng)用。

本發(fā)明實(shí)施例還提供了一種3D打印材料，其包含前述的石墨烯微片/尼龍納米復(fù)合材料或者由前述方法制備的石墨烯微片/尼龍納米復(fù)合材料。

相應(yīng)的，本發(fā)明實(shí)施例還提供了前述3D打印材料的制備方法，其包括：

將石墨烯微片/尼龍納米復(fù)合材料置于耗材擠出機(jī)中，并于220～250℃下擠出，形成3D打印材料。

本發(fā)明實(shí)施例還提供了一種3D打印方法，其包括：將前述石墨烯微片/尼龍納米復(fù)合材料或3D打印材料以3D打印設(shè)備進(jìn)行3D打印。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果包括：

1)本發(fā)明提供的石墨烯微片/尼龍納米復(fù)合材料通過添加石墨烯微片，能夠明顯地提高尼龍材料的拉伸彈性模量、尺寸精度、導(dǎo)熱系數(shù)和電導(dǎo)率，使所獲納米復(fù)合材料作為一種新型的3D打印材料一方面可以很好地滿足FDM過程的工藝要求，實(shí)現(xiàn)尼龍基納米復(fù)合材料的FDM成型；另一方面其3D打印產(chǎn)品的力學(xué)、熱學(xué)和電學(xué)等性能得到明顯的提高；