一种改性3d打印材料及其制备方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于复合材料领域，具体涉及一种改性3D打印材料的制备方法。
【背景技术】
[0002] 3D打印技术的原理是叠层制造，逐层增加材料来生成三维实体的技术，所以又被 称为增材制造技术该技术在珠宝、鞋类、工业设计、建筑、工程和施工（AEC)、牙科和医疗产 业、教育、地理信息系统、土木工程、汽车，航空航天、枪支以及其他领域都有所应用。自3D 打印诞生以来，已经从工业、建筑模型打印开始向功能性和服务性产品转变。而在未来的智 能制造背景下，3D打印技术将与互联网、云计算、物联网、大数据等其他先进技术融合发展。 3D打印技术被誉为颠覆传统制造业的又一次工业革命。但是现有3D打印材料应用在航空 航天汽车等领域存在着强度不够的问题，因此亟待开发一种与3D打印机流动性、成型性较 为匹配，同时具有足够强度和硬度的3D打印材料。
[0003] 聚酰胺俗称尼龙（Nylon)，英文名称Polyamid eP，它是大分子主链重复单元中含 有酰胺基团的高聚物的总称。聚酰胺具有良好的综合性能，包括力学性能、耐热性、耐磨损 性、耐化学药品性和自润滑性，且摩擦系数低，有一定的阻燃性，易于加工，适于用玻璃纤维 和其它填料填充增强改性，提高性能和扩大应用范围。但是吸水性大，饱和水可达到3%以 上，在一定程度影响制件的尺寸稳定性。聚酰胺作为大用量的工程塑料，广泛用于机械、汽 车、电器、纺织器材、化工设备、航空、冶金等领域。
[0004] 单晶蓝宝石晶须（Single crystal sapphire Whisker，亦称单晶蓝宝石纤维）是 一种具有一定长径比的单晶氧化铝晶须，具有超强机械强度、抗热冲击、比重小、抗氧化、高 耐磨量和高耐腐蚀性等优异的物理性能。单晶蓝宝石晶须适合作为陶瓷、金属、塑料及橡胶 的增强组元。因此，单晶蓝宝石晶须成为第三代先进复合材料的最佳选择。在聚酰胺中加 入单晶蓝宝石晶须后，可以显著提高制品的弯曲弹性模量、抗拉强度、尺寸稳定性和热畸变 温度。
【发明内容】
[0005] 本发明的目的在于提供一种改性3D打印材料及其制备方法，本发明可以有效提 高3D打印用复合材料的力学性能、尺寸稳定性、耐热性、耐老化性能。扩大聚酰胺材料在汽 车、航空航天上高端应用范围。
[0006] 为实现以上目的，本发明的技术方案为： 一种改性3D打印材料，包括按重量计的如下组分： 聚酰胺 30~100重量份 环氧树脂 30~80重量份 松香树脂 20~30重量份 单晶蓝宝石晶须 20~60重量份 偶联剂 1~1〇重量份 流平剂 0. 1~5重量份 脱气剂 〇. 1~5重量份 分散润滑剂 1~1〇重量份。
[0007] 优选以下重量份的组分： 聚酰胺 50~80重量份 环氧树脂 30~50重量份 松香树脂 20~30重量份 单晶蓝宝石晶须 30~50重量份 偶联剂 1~1〇重量份 流平剂 〇. 1~5重量份 脱气剂 〇. 1~5重量份 分散润滑剂 1~1〇重量份。
[0008] 所述聚酰胺是为市售聚酰胺，分子量为20000-30000 ;环氧树脂为市售缩水甘油 胺类环氧树脂；松香树脂为市售松香树脂。
[0009] 单晶蓝宝石晶须为直径0. 1~5微米，长度为5~100微米，密度为4g/cm3,纯度 (wt%)为90-99· 9%的单晶蓝宝石晶须。
[0010] 所述偶联剂为锆类偶联剂；所述流平剂为聚二甲基硅氧烷或丁基纤维素。
[0011] 所述脱气剂经济环保的蓖麻油；所述分散润滑剂为聚乙烯蜡或双脂肪酸酰胺。
[0012] -种改性3D打印材料的制备方法，a、将环氧树脂、松香树脂、分散润滑剂、偶联剂 按照所述配方量放入配料罐中，在加热装置中快速搅拌l~3h制成熔融的混合液体；b将单 晶蓝宝石晶须加入上述熔融的混合液体在超声下震荡10~30min ;c、在100~200°C下向加入 单晶蓝宝石纤维的熔融的混合液体中加入聚酰胺、流平剂、脱气剂，继续搅拌l~2h ;d、自然 冷却，粉碎筛分后即可制得改性后的3D打印材料。
[0013] 所述步骤a中加热温度为50~100°C，搅拌速度为300~700 r/min。
[0014] 步骤c中搅拌速度为450~750r/min。
[0015] 使用EOS P 396型号3D打印机，采用粉末烧结成型（Selected Laser Sintering， 简称SLS)技术，利用红外激光器对粉末材料进行粉末烧结成型。所述单晶蓝宝石晶须是由 东莞深圳清华大学研究院创新中心单晶蓝宝石晶须团队研发制备，选择直径〇. 1~5微米， 长度为5~100微米的单晶蓝宝石晶须。所选单晶蓝宝石晶须密度为4g/cm3,纯度（wt%)约 为 99%。
[0016] 本发明的有益效果是： 有益效果： (1)本发明的一种改性3D打印材料与传统的聚酰胺材料相比，本发明的改性3D打印材 料具有较高的弯曲弹性模量、抗拉强度、尺寸稳定性和热畸变温度，可以在高温下使用。
[0017] (2)本发明的一种改性3D打印材料过程简单，易于工业化生产 (3)本发明的一种改性3D打印材料原料便宜，来源广泛，而且具有良好的环境效益和 经济效益。
【附图说明】
[0018] 附图1示出改性3D打印材料的制备流程图。
【具体实施方式】
[0019] 通过实施例进一步详述本发明。
[0020] 实施例1 (1)将30重量份水甘油胺类环氧树脂、50重量份松香树脂、1重量份聚乙烯蜡、5重量 份错类偶联剂放入配料罐中，在80°C中以300 r/min搅拌lh。
[0021] (2)将30重量份单晶蓝宝石晶须加入上述熔融的混合液体在超声下震荡IOmin。
[0022] (3)在100°C下向上述混合液中加入50重量份聚酰胺、0. 1重量份聚二甲基硅氧 烷、0. 2重量份蓖麻油，450r/min继续搅拌2h。
[0023] (4)自然冷却，粉碎，筛分后即可制得改性后的3D打印材料。
[0024] 实施例2 (1)将40重量份水甘油胺类环氧树脂、40重量份松香树脂、3重量份双脂肪酸酰胺、7 重量份锆类偶联剂放入配料罐中，在50°C中以450 r/min搅拌2h。
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