[發(fā)明專利]一種用于3D打印的PLA復(fù)合材料及其制備方法

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• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201711236120.1
• 申請(qǐng)日: 2017-11-30
• 公開（公告）號(hào): CN108164942A
• 公開（公告）日: 2018-06-15
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 呂月林
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 蕪湖林一電子科技有限公司
• 主分類號(hào): C08L67/04
• 分類號(hào): C08L67/04;C08L23/08;C08K13/06;C08K9/12;C08K3/36;C08K7/14;B33Y80/00
• 代理公司: 合肥市長遠(yuǎn)專利代理事務(wù)所(普通合伙) 34119
• 代理人: 楊霞;翟攀攀

本發(fā)明公開了一種用于3D打印的PLA復(fù)合材料及其制備方法，涉及3D打印技術(shù)領(lǐng)域，由以下重量份的原料制成：PLA 80?100份、E?MA?GMA三元共聚物10?20份、硅烷偶聯(lián)劑2?5份、玻璃纖維負(fù)載二氧化硅納米粒子10?20份、白炭黑7?15份、潤滑劑0.2?1份、抗氧劑0.2?1份；其制備方法是將PLA、E?MA?GMA三元共聚物加入高混機(jī)中混合均勻，然后加入玻璃纖維負(fù)載二氧化硅納米粒子混合5?10min，加入到雙螺桿擠出機(jī)中擠出造粒，得粒料；將粒料加入到高混機(jī)中，然后再加入硅烷偶聯(lián)劑、白炭黑、潤滑劑、抗氧劑，混合5?10min，加入到單螺桿擠出機(jī)中擠出拉絲，冷卻成型，收卷，即得。本發(fā)明制得的PLA復(fù)合材料具有優(yōu)異的強(qiáng)度、韌性、沖擊強(qiáng)度，綜合性能優(yōu)異，打印制件的收縮率小，有很好的強(qiáng)度和韌性。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及3D打印技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種用于3D打印的PLA復(fù)合材料及其制備方法。

背景技術(shù)

3D打印是快速原型制造(RPM)技術(shù)之一，誕生于20世紀(jì)80年代后期，它是以高分子及金屬為耗材，利用其可粘合特性，通過逐層堆積成型方式將數(shù)字模型文件打印成實(shí)體的成型技術(shù)。該技術(shù)能夠簡化產(chǎn)品制造程序，縮短產(chǎn)品研制周期，提高效率、降低成本，可廣泛應(yīng)用于國防、航天、汽車及金屬制造等產(chǎn)業(yè)，被認(rèn)為是近年來制造領(lǐng)域的一個(gè)重大技術(shù)成果。基于熔融沉積快速成型(RPM)原理的3D打印快速成型技術(shù)是目前最具有生命力的快速成型技術(shù)之一，使用的耗材一般為熱塑性高分子材料，利用電加熱方式將絲材加熱至高于其熔融溫度，在計(jì)算機(jī)的控制下，噴頭作x–y平面運(yùn)動(dòng)，將熔融的材料涂覆在工作臺(tái)上，逐層堆積形成三維工件。

目前，可用于FDM成型的高分子絲材有丙烯腈–丁二烯–苯乙烯塑料(ABS)、聚乳酸(PLA)、尼龍、聚碳酸酯和聚苯砜等。由于3D打印技術(shù)還未完全實(shí)現(xiàn)工業(yè)化應(yīng)用，更多是用于工業(yè)模型的打印，制品經(jīng)展出一段時(shí)間后棄置不用，故可生物降解的高分子材料PLA得到廣泛應(yīng)用。PLA來源于可再生資源，主要來源于淀粉和糖類，通過乳酸直接縮合或由丙交酯開環(huán)聚合而成，具有以下優(yōu)點(diǎn)：無毒，無刺鼻性氣味，熔融溫度較低，可降解無污染，冷卻收縮率小，透明容易染色等，這些特性均符合3D打印技術(shù)對(duì)聚合物材料的要求；但PLA也存在結(jié)晶度較小、分子鏈中酯鍵鍵能小，容易斷裂的因素造成PLA的熱變形溫度低、沖擊強(qiáng)度低、韌性不好等缺陷，這導(dǎo)致由PLA打印出來的產(chǎn)品應(yīng)用范圍受到很大的限制。

發(fā)明內(nèi)容

基于背景技術(shù)存在的技術(shù)問題，本發(fā)明提出了一種用于3D打印的PLA復(fù)合材料及其制備方法，制得的PLA復(fù)合材料具有優(yōu)異的強(qiáng)度、韌性、沖擊強(qiáng)度，綜合性能優(yōu)異。

本發(fā)明提出的一種用于3D打印的PLA復(fù)合材料及其制備方法，其技術(shù)方案如下：

一種用于3D打印的PLA復(fù)合材料，由以下重量份的原料制成：PLA 80-100份、E-MA-GMA三元共聚物10-20份、硅烷偶聯(lián)劑2-5份、玻璃纖維負(fù)載二氧化硅納米粒子10-20份、白炭黑7-15份、潤滑劑0.2-1份、抗氧劑0.2-1份。

優(yōu)選地，所述玻璃纖維負(fù)載二氧化硅納米粒子的制備方法如下：1)將玻璃纖維放入氧氣低溫等離子體處理器中，放電處理，取出；2)將玻璃纖維加入反應(yīng)器中，加入無水乙醇，攪拌，再加入正硅酸乙酯，攪拌，最后滴加65-75％的氨水水溶液，攪拌反應(yīng)；3)向反應(yīng)器中加入硅烷偶聯(lián)劑KH-550，攪拌反應(yīng)，反應(yīng)結(jié)束后過濾，干燥，即得玻璃纖維負(fù)載二氧化硅納米粒子。

優(yōu)選地，所述玻璃纖維為短切玻璃纖維。

優(yōu)選地，所述步驟1)氧氣低溫等離子體中充氧氣壓為50-60Pa，放電處理5-10min，電流強(qiáng)度為300-400mA。

優(yōu)選地，所述步驟2)中玻璃纖維和無水乙醇的質(zhì)量體積比(g/mL)為1：10-20。

優(yōu)選地，所述步驟2)中玻璃纖維和正硅酸乙酯的質(zhì)量體積比(g/mL)為1：2-6。