[發明專利]一種可用于熔融沉積成型的增強線材及其制備方法

有效

• 申請號: 201911332433.6
• 申請日: 2019-12-22
• 公開（公告）號: CN111117103B
• 公開（公告）日: 2021-12-31
• 發明（設計）人: 嚴鵬飛;許元初;陳卓;孫瀟;嚴彪
• 申請（專利權）人: 同濟大學
• 主分類號: C08L27/06
• 分類號: C08L27/06;C08L67/04;C08L55/02;C08K9/10;C08K7/06;B29B11/10;B33Y70/10
• 代理公司: 上海科盛知識產權代理有限公司 31225
• 代理人: 劉燕武

本發明涉及一種可用于熔融沉積成型的增強線材及其制備方法，具體步驟如下：(1)制備芯材：將光固化樹脂浸涂到單根碳纖維上，得到包覆有光固化樹脂的增強芯材；(2)制備線材：將熱塑性樹脂和步驟(1)制備得到的芯材擠壓成型，得到增強線材。與現有技術相比，本發明制備的線材強度高，性質穩定，不需要重新設計3D打印機，制備工藝無污染。

技術領域

本發明涉及一種，尤其是涉及一種可用于熔融沉積成型的增強線材及其制備方法。

背景技術

熔融沉積成型(Fused Deposition Modeling，FDM)，又稱熔絲沉積，是一種增材制造(又稱為3D打印)技術。FDM熔融層積成型技術是將絲狀的熱熔性材料加熱融化，同時三維噴頭在計算機的控制下，根據截面輪廓信息，將材料選擇性地涂敷在工作臺上，快速冷卻后形成一層截面。一層成型完成后，機器工作臺下降一個高度(即分層厚度)再成型下一層，直至形成整個實體造型。目前，市面上現有的可用于熔融沉積線材強度不高，抗拉性能差，且工藝復雜，污染大、效率低，難以滿足日益多樣化、復雜化的可用于熔融沉積成型構件需求。

發明內容

本發明的目的就是為了克服上述現有技術存在的缺陷而提供一種可用于熔融沉積成型的增強線材及其制備方法。

本發明的目的可以通過以下技術方案來實現：

一種可用于熔融沉積成型的增強線材，包括增強芯材，以及包裹在芯材外的熱塑性樹脂，所述增強芯材包括位于中心的碳纖維和包覆在碳纖維外的光固化樹脂。

進一步的，所述熱塑性樹脂為PVC(聚氯乙烯)、PLA(聚乳酸)或ABS。

進一步的，所述碳纖維的直徑為80-120微米。

進一步的，所述光固化樹脂的耐受熱溫度為255℃及以上。

進一步的，所述光固化樹脂為TPU樹脂。

進一步的，所述碳纖維的耐受熱溫度為300℃及以上。

一種可用于熔融沉積成型的增強線材的制備方法，具體步驟如下：

(1)制備芯材：將光固化樹脂浸涂到單根碳纖維上，得到包覆有光固化樹脂的增強芯材；

(2)制備線材：將熱塑性樹脂和步驟(1)制備得到的增強芯材擠壓成型，得到增強線材。

進一步的，所述芯材的直徑為380-420微米。

進一步的，步驟(1)中：浸涂采用用于極細纖維絲保護膜加工的浸涂設備，該浸涂設備主要由浸涂機構、傳送機構、固化機構組成。浸涂機構包括浸涂池，儲液池，加熱模塊，浸涂液傳輸管道；傳送機構由原料線盤，浸涂池中的傳動中繼滑輪，帶有電機的傳動滑輪，傳動中繼滑輪，高摩擦滑輪組成；固化機構由蒸發烘箱，回流導管，光固化腔，直徑測量儀組成。碳纖維原材料纏繞于原料線盤上，送至浸涂池后，在光固化腔中接受紫外線照射，之后于蒸發烘箱中烘干，全程受到中繼滑輪輸送和調節。

進一步的，步驟(2)中：擠壓成型采用

用于帶芯熔融沉積成型線材制造的擠壓成型設備，該設備該擠壓成型設備主要由擠壓機構和傳動機構組成。擠壓機構包括原料缸，擠壓活塞，可替換內芯，冷卻池；傳動機構包括帶轉速傳感器與電機的傳動滑輪，引導通道，直流電機，纏繞輪盤。設備運作時，芯材由引導通道遞入，而用于包覆的熱塑性材料在預熱熔化后由注射器注入已經預熱完畢的原料缸中。芯材和包覆材料受推拉或擠壓由出料口離開，形成包裹了熱塑性樹脂的半成品線材，之后線材經冷卻機構冷卻，則獲得包裹了熱熔性材料的線材。

與現有技術相比，本發明的制備方法具有無污染、高效率的優勢，且不需要重新設計3D打印機，所獲得的線材在強度上相較于傳統的可用于熔融沉積線材有著巨大的提升，尤其在抗拉性能上有著顯著的提高，性質穩定，能滿足日益多樣化、復雜化的可用于熔融沉積成型構件需求。