原位微玻纖增強聚合物3D打印耗材及其制備方法與設備與流程

本發明涉及材料科學領域，尤其是一種原位微玻纖增強聚合物3D打印耗材及其制備方法與設備。

背景技術：

3D打印相關技術越來越受到世界各發達國家重視，國家已將3D打印相關技術作為《中國制造2025》規劃的重點支持領域。3D打印耗材技術的發展是3D打印技術能否普及的技術關鍵之一，提高3D打印耗材的力學強度具有非常重要的意義。玻纖增強聚合物材料是提高聚合物性能的有效方法，玻纖的加入可以提高聚合物拉伸強度和缺口沖擊強度3倍以上。玻纖增強聚合物在越來越多的領域獲得應用。但是在FEM模式3D打印耗材制備過程中，加入玻纖非常困難，原因玻纖容易纏結，很難分散均一，在打印時很容易造成噴頭堵塞。磷酸鹽玻璃纖維具有與傳統玻璃纖維相似的力學性能，且具有更低玻璃化轉變溫度，具有很好的增強聚合物的潛力。但是，采用磷酸鹽玻璃纖維，特別是原位微纖增強聚合物基3D打印耗材，還未見報道。

技術實現要素：

本發明的目的是：提供一種原位微玻纖增強聚合物3D打印耗材及其制備方法與設備，它能顯著提高FDM模式聚合物基3D打印耗材的力學性能，并且不會造成打印時堵塞噴頭，能很容易的實現連續生產，生產方法簡單，易于實現規模化生產，以克服現有技術的不足。

本發明是這樣實現的：原位微玻纖增強聚合物3D打印耗材，按質量份數計算，包括聚合物基體40-95份、磷酸鹽微晶玻璃5-60份及偶聯劑1-10份。

所述聚合物基體為PP、PE、PLA、PBAT、EVA、PBS、PA、PET、PBT、PC、PEEK、PK或PI中的一種或幾種的任意比例組合。

所述的磷酸鹽微晶玻璃是指玻璃化轉變溫度區間在70-300℃中的一種或幾種的組合。

所述偶聯劑為硅烷偶聯劑或鈦酸酯偶聯劑；硅烷偶聯劑為KH550，KH560或KH590；鈦酸酯偶聯劑為KR-238S，201，101，ZJ101或ZJ105。

原位微玻纖增強聚合物3D打印耗材的制備方法，按上述質量份數取各組分，將聚合物基體、磷酸鹽微晶玻璃以及偶聯劑預混均勻后，采用原位玻纖增強聚合物3D打印耗材生產設備進行擠出，擠出后經拉伸、冷卻、收卷流程后，制備得到原位微玻纖增強聚合物3D打印耗材。

原位玻纖增強聚合物3D打印耗材生產設備，包括擠出機，在擠出機前端連接有靜態混合器，在靜態混合器前端連接有耗材成型模具；在耗材成型模具前端放置有加熱裝置；在加熱裝置前端放置有冷卻定型水槽；在冷卻定型水槽前端放置有激光測徑儀；在激光測徑儀前端設置有拉伸牽引輥；在拉伸牽引輥前端設置有收卷裝置。

耗材成型模具的出口直徑比傳統的3D打印耗材生產設備模具直徑大5％-50％。傳統是1.75或3。

與現有技術相比，本發明采取磷酸鹽微晶玻璃與聚合物基體復合，能顯著提高FDM模式聚合物基3D打印耗材的力學性能，并且不會造成打印時堵塞噴頭；并采用了靜態混合器進行進一步混合，減小了磷酸鹽微晶玻璃在產品中的尺寸，再經過牽引裝置進一步的拉伸，大幅提升材料的力學性能，解決了3D打印耗材的增強和堵塞噴頭之間的矛盾。本發明材料來源廣泛，能很容易的實現連續生產，生產方法簡單，易于實現規模化生產，成本低廉，使用效果好。

附圖說明

附圖1為本發明的設備的結構示意圖。

具體實施方式

本發明的實施例1：原位微玻纖增強聚合物3D打印耗材，按質量份數計算，包括PLA 80份、磷酸鹽微晶玻璃18份及硅烷偶聯劑Kh5502份。磷酸鹽微晶玻璃采用氯化亞錫與磷酸二氫銨以1:1的質量百分比在500℃燒制25分鐘制備，其玻璃化轉變溫度為215℃。

原位微玻纖增強聚合物3D打印耗材的制備方法，按上述質量份數取各組分，將聚合物基體、磷酸鹽微晶玻璃以及偶聯劑預混均勻后，采用原位玻纖增強聚合物3D打印耗材生產設備進行擠出，擠出后經拉伸、冷卻、收卷流程后，制備得到原位微玻纖增強聚合物3D打印耗材。

原位玻纖增強聚合物3D打印耗材生產設備，包括擠出機1，在擠出機1前端連接有靜態混合器2，在靜態混合器2前端連接有耗材成型模具3；在耗材成型模具3前端放置有加熱裝置4；在加熱裝置4前端放置有冷卻定型水槽5；在冷卻定型水槽5前端放置有激光測徑儀6；在激光測徑儀6前端設置有拉伸牽引輥7；在拉伸牽引輥7前端設置有收卷裝置8。

本實施例中靜態混合器可采用SK型、SX型或SH型靜態混合器。

本發明的實施例2：原位微玻纖增強聚合物3D打印耗材，按質量份數計算，包括EVA 84份、磷酸鹽微晶玻璃15份及鈦酸酯偶聯劑KR101 1份。磷酸鹽微晶玻璃采用氯化亞錫與磷酸二氫銨以1:1的質量百分比在500℃燒制25分鐘制備，其玻璃化轉變溫度為215℃。

制備方法及生產設備同實施例1。

為了驗證本發明的效果，將上述實施實例制備的原位微玻纖增強聚合物3D打印耗材做了力學性能測試，結果如下表所示：