[發(fā)明專利]連續(xù)碳納米管復(fù)合纖維3D打印線材及其制備方法與應(yīng)用

在審

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• 申請日: 2021-09-10
• 公開（公告）號: CN113583435A
• 公開（公告）日: 2021-11-02
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 張永毅;陳立;傅慧麗;李清文
• 申請（專利權(quán)）人: 中國科學(xué)院蘇州納米技術(shù)與納米仿生研究所
• 主分類號: C08L77/00
• 分類號: C08L77/00;C08L29/04;C08L71/10;C08L67/04;C08L81/02;C08K7/06;B29B15/12;B29B15/14;B29C64/10;B33Y70/10
• 代理公司: 南京利豐知識產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(特殊普通合伙) 32256
• 代理人: 王茹;王鋒

本發(fā)明公開了一種連續(xù)碳納米管復(fù)合纖維3D打印線材及其制備方法與應(yīng)用。所述連續(xù)碳納米管復(fù)合纖維3D打印線材包括作為骨架結(jié)構(gòu)的并股碳納米管纖維及熱塑性高分子，所述并股碳納米管纖維由復(fù)數(shù)根碳納米管纖維聚集形成，所述熱塑性高分子均勻分散于復(fù)數(shù)根碳納米管纖維之間以及包裹于復(fù)數(shù)根碳納米管纖維的表面，所述熱塑性高分子至少使復(fù)數(shù)根碳納米管纖維之間實現(xiàn)粘接。本發(fā)明采用并股碳納米管纖維制備的3D打印線材相具有優(yōu)異的力學(xué)性能，同時本發(fā)明的制備方法簡單，適合大規(guī)模的生產(chǎn)，為碳納米管纖維應(yīng)用于3D打印領(lǐng)域提供了很好的技術(shù)支持。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于復(fù)合纖維技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種連續(xù)碳納米管復(fù)合纖維3D打印線材及其制備方法與應(yīng)用。

背景技術(shù)

3D打印連續(xù)纖維增強熱塑性高分子，具備高效率和低成本的潛力，極具開發(fā)前景。3D打印纖維增強高分子，尤其是連續(xù)纖維增強熱塑性高分子，在輕量化、高性能的復(fù)雜結(jié)構(gòu)部件的低成本、高效率制造有巨大潛力。連續(xù)碳纖維增強高分子的3D打印目前已經(jīng)實現(xiàn)商業(yè)化的發(fā)展。碳納米管由于其具有優(yōu)異的電化學(xué)性能、力學(xué)性能和熱學(xué)性能，相對于傳統(tǒng)材料在力學(xué)和電學(xué)性能方面存在著更大的優(yōu)勢。目前，人們普遍采用的方式是將碳納米管作為填料應(yīng)用于3D打印領(lǐng)域。然而，在碳納米管油墨3D打印中碳管分散性不好、得添加大量分散劑、碳管難以取向、碳管含量低，分散劑難以除去以及粉體碳納米管的力學(xué)強度很難達(dá)到碳納米管纖維的水平。因此，利用碳納米管纖維增強熱塑性高分子獲得復(fù)合纖維應(yīng)用于3D打印領(lǐng)域有著更為廣泛的研究價值。聚酰胺具有力學(xué)性能優(yōu)良、耐磨、自潤滑、耐油及耐弱酸弱堿等優(yōu)良的綜合性能，但也存在吸水性大、尺寸穩(wěn)定性差、抗蠕變性差，不宜在高于80℃、潮濕及高負(fù)荷下長期使用等缺點，對其增強增韌改性是研究的熱點。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的主要目的在于提供一種連續(xù)碳納米管復(fù)合纖維3D打印線材及其制備方法與應(yīng)用，以克服現(xiàn)有技術(shù)的不足。

為實現(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)明實施例提供了一種連續(xù)碳納米管復(fù)合纖維3D打印線材，其包括：作為骨架結(jié)構(gòu)的并股碳納米管纖維及熱塑性高分子，所述并股碳納米管纖維由復(fù)數(shù)根碳納米管纖維聚集形成，所述熱塑性高分子均勻分散于復(fù)數(shù)根碳納米管纖維之間以及包裹于復(fù)數(shù)根碳納米管纖維的表面，所述熱塑性高分子至少使復(fù)數(shù)根碳納米管纖維之間實現(xiàn)粘接。

本發(fā)明實施例還提供了前述連續(xù)碳納米管復(fù)合纖維3D打印線材的制備方法，其包括：

將復(fù)數(shù)根碳納米管纖維進(jìn)行并股處理，制得并股碳納米管纖維；

以及，將所述并股碳納米管纖維與熱塑性高分子溶液或者熔融態(tài)的熱塑性高分子接觸，使熱塑性高分子均勻分散于復(fù)數(shù)根碳納米管纖維之間以及包裹于復(fù)數(shù)根碳納米管纖維的表面，制得連續(xù)碳納米管復(fù)合纖維3D打印線材。

在一些實施方式中，所述碳納米管纖維是采用浮動催化化學(xué)氣相沉積法制備的連續(xù)纖維。

本發(fā)明實施例還提供了前述的連續(xù)碳納米管復(fù)合纖維3D打印線材于3D打印領(lǐng)域中的用途。

本發(fā)明實施例還提供了一種3D打印工件的制備方法，其包括：提供前述的連續(xù)碳納米管復(fù)合纖維3D打印線材，以3D打印設(shè)備進(jìn)行打印，制得3D打印工件。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果在于：本發(fā)明提供的連續(xù)碳納米管復(fù)合纖維3D打印線材具有更高的力學(xué)強度；同時，熱塑性高分子(尼龍高分子)可以均勻的分散于碳納米管纖維的纖維束之間，作為粘合劑實現(xiàn)多股碳納米管纖維之間的粘接，并且在3D打印過程中起到粘結(jié)劑的作用，同時本發(fā)明提供的連續(xù)碳納米管復(fù)合纖維3D打印線材的制備方法簡單，適合大規(guī)模的生產(chǎn)，為碳納米管纖維應(yīng)用于3D打印領(lǐng)域提供了很好的技術(shù)支持。

附圖說明