本發(fā)明專利技術(shù)公開了一種用于熱熔型3D打印的阻燃型可降解復(fù)合材料及其制備方法，將設(shè)定的原材料按配方比例加入到高速混合機中進行混合；原料中的各組分的質(zhì)量百分比范圍為：40%~95%的可降解的基體材料；2%~40%的膨脹阻燃體系；1%~40%的改性增強纖維；將混合物加入螺桿擠出機中進行熔融混煉后并拉成直徑為1.75?mm或者3?mm的絲條備用。該復(fù)合材料具有降解性能好、阻燃性能強、高韌性、高強度的特點，適用于熔融沉積3D打印快速成型。
【技術(shù)實現(xiàn)步驟摘要】
本專利技術(shù)屬于阻燃型可降解復(fù)合材料及其制備方法
，進一步涉及一種用于3D打印的阻燃型可降解復(fù)合材料及其制備方法。
技術(shù)介紹
3D打印技術(shù)是以計算機為三維設(shè)計模型為基礎(chǔ)，運用金屬粉末、聚合物材料通過逐層打印的方式構(gòu)建起來的技術(shù)。目前較為成熟的3D打印技術(shù)主要有：立體光固化，激光燒結(jié)法，熔融層積法（FDM）等。其中FDM主要原理是在略高于打印材料的熔點溫度下通過對熱塑性材料加熱使其熔融從噴嘴擠出，通過電腦控制，一層層堆積成成品。石油資源的日漸匱乏和環(huán)境保護的壓力促使發(fā)展低碳、環(huán)境友好的高分子復(fù)合材料成為重要的工作。阻燃型短纖維增強可降解聚合物復(fù)合材料是一種新型的綠色可降解阻燃復(fù)合材料。輔以3D打印技術(shù)，可賦予該復(fù)合材料更廣泛的應(yīng)用領(lǐng)域及更靈活的加工成型方式。脂肪族聚酯（如PLA、PBS、PBAT等）是已商品化的高分子材料，具有優(yōu)異的生物可降解性能，是一種綠色合成樹脂。但是脂肪族聚酯普遍存在阻燃性能、力學(xué)性能較差等缺點，影響了其工業(yè)化推廣應(yīng)用。增強纖維具有強度高、來源廣泛、價格低廉、對加工設(shè)備磨損小的優(yōu)點，結(jié)合膨脹阻燃體系與脂肪族聚酯材料復(fù)合后得到的復(fù)合材料具有阻燃性和生物降解性。新型、高效、無鹵阻燃劑的應(yīng)用已成為阻燃科學(xué)的重要發(fā)展方向，無鹵阻燃劑的研究主要集中在金屬水合物、紅磷和膨脹型阻燃劑（也稱膨脹阻燃體系）三個方面。膨脹阻燃體系一般是指以磷、氮、碳為主要核心成分的復(fù)合阻燃劑，主要應(yīng)用于塑料行業(yè)，其次為合成纖維、橡膠、涂料、紙張和木材等領(lǐng)域。夏和生等在中國專利申請?zhí)?01510298936.1中公開了一種用于3D打印的聚氨酯復(fù)合材料及其制備方法和用途，以聚氨酯為基體，添加了無機填料、穩(wěn)定劑、抗氧化劑等，得到了具有一定強度的復(fù)合材料。楊明山等在中國專利申請?zhí)?01510142634.5中公開了一種用于熱熔型3D打印的聚乳酸復(fù)合材料的制備方法，添加了增強纖維、抗氧化劑，得到了具有一定強度的可降解的復(fù)合材料。藍碧健等在中國專利申請?zhí)?01410424558.2中公開了3D打印用聚丙烯復(fù)合材料及其制備方法，得到了一種成本低廉具有一定強度的復(fù)合材料。上面的技術(shù)可顯著提高高分子材料的加工技術(shù)和使用途徑，但目前未涉及適用于3D打印且具有阻燃性的增強可降解復(fù)合材料，因此急需進行開發(fā)和產(chǎn)業(yè)化。
技術(shù)實現(xiàn)思路
有鑒于此，本專利技術(shù)的目的在于提供一種用于3D打印的阻燃性型可降解復(fù)合材料及其制備方法，通過表面改性劑對增強纖維進行疏水處理，經(jīng)疏水處理的增強纖維在聚合物中的分散程度增大，對可降解基體起到增強作用，同時結(jié)合膨脹阻燃體系的添加，使復(fù)合材料具有良好的阻燃性能、力學(xué)性能，且增強纖維在復(fù)合材料中還起到協(xié)效阻燃劑的作用，得到了一種適用于3D打印具有高強度、良好阻燃性能的可降解的復(fù)合材料。為了實現(xiàn)上述目的，本專利技術(shù)通過以下技術(shù)方案予以實現(xiàn)：一種用于3D打印的阻燃型可降解復(fù)合材料，包括以下質(zhì)量百分比的原料：可降解脂肪族聚酯基體40%~95%；膨脹阻燃體系2%~40%；改性增強纖維1~40%；其中，所述改性增強纖維為經(jīng)表面改性劑處理的增強纖維，所述膨脹阻燃體系為由磷酸鹽和銨鹽混合而成的體系。進一步地，所述增強纖維為硫酸鎂晶須或氫氧化鎂晶須增強材料的一種。進一步地，所述表面改性劑為硬脂酸鈉、硬脂酸鋅、硬脂酸、硅烷偶聯(lián)劑中的一種。進一步地，所述磷酸鹽為聚磷酸銨、磷酸銨鎂或磷酸酯中的一種。進一步地，所述銨鹽為三聚氰胺、雙氰胺或尿素中的一種。進一步地，所述可降解脂肪族聚酯基體至少為聚乳酸或聚丁二酸丁二醇酯中的一種。本專利技術(shù)提供的一種用于3D打印的阻燃型可降解復(fù)合材料的制備方法，包括以下步驟：增強纖維的預(yù)處理：首先，通過溶劑將表面改性劑配成質(zhì)量分數(shù)為0.2%~10%的表面活性劑溶液，將增強纖維經(jīng)30℃~105℃真空干燥1~48h后得到絕干增強纖維；其次，將所述絕干增強纖維倒入所述表面活性劑溶液中，配制成質(zhì)量濃度為0.1%~10%的懸浮液，將懸浮液攪拌1min-60min后冷卻，用去離子水清洗2-6次，抽濾；再次，將抽濾得到的固體在30℃~105℃真空干燥1~48h，通過接觸角測試證明懸浮液中的增強纖維表面由親水性變?yōu)槭杷约吹妙A(yù)處理后的增強纖維；將懸浮液攪拌1min-60min后冷卻，用去離子水清洗幾次，抽濾，并在30℃~105℃真空干燥1~48h。通過接觸角測試證明懸浮液中的增強纖維表面由親水性變?yōu)槭杷裕慌蛎涀枞俭w系的制備：分別將磷酸鹽和胺鹽于30℃~105℃溫度下干燥1~24h后自然降溫至室溫，然后將磷酸鹽和銨鹽按質(zhì)量比為2:1~15:1均勻混合后得膨脹阻燃體系；阻燃型可降解復(fù)合材料的獲得：將預(yù)處理后的增強纖維、膨脹阻燃體系和可降解脂肪族聚酯基體加入到高速混合機中進行混合得混合物；將混合物料加入螺桿擠出機中進行熔融擠出成1.75mm或3mm的絲條，即得阻燃型可降解復(fù)合材料。進一步地，所述增強纖維的預(yù)處理步驟中，所述溶劑至少為水、甲醇或乙醇中的一種。進一步地，所述增強纖維的預(yù)處理步驟中，所述攪拌中，溫度為60℃~90℃，攪拌速度為50rpm-1000rpm。進一步地，所述阻燃型可降解復(fù)合材料的獲得步驟中，所述螺桿擠出機為銷釘式單螺桿擠出機、雙螺桿擠出機或往復(fù)式單螺桿擠出機中的一種。本專利技術(shù)的有益效果如下：本專利技術(shù)中通過改性劑對增強纖維進行表面疏水處理，經(jīng)疏水處理的增強纖維在聚合物中的分散程度增大，同時結(jié)合膨脹阻燃體系，從而使復(fù)合材料具有優(yōu)異的阻燃性能、力學(xué)性能。同時不影響脂肪族聚酯材料的生物可降解性，且成本低廉，打印精度高，適用于3D打印快速成型。具體實施方式為了使本專利技術(shù)實現(xiàn)的技術(shù)手段、創(chuàng)作特征、達成目的與功效易于明白了解，下面結(jié)合具體實施例，進一步闡述本專利技術(shù)。一種用于3D打印的阻燃型可降解復(fù)合材料，包括以下質(zhì)量百分比的原料：可降解脂肪族聚酯基體40%~95%；膨脹阻燃體系2%~40%；改性增強纖維1~40%；其中，所述改性增強纖維為經(jīng)表面改性劑處理的增強纖維，所述膨脹阻燃體系為由磷酸鹽和銨鹽混合而成的體系。其中，增強纖維為硫酸鎂晶須或氫氧化鎂晶須增強材料中的一種。其中，表面改性劑為硬脂酸鈉、硬脂酸鋅、硬脂酸、硅烷偶聯(lián)劑中的一種。進一步地，磷酸鹽為聚磷酸銨、磷酸銨鎂或磷酸酯中的一種。進一步地，所述銨鹽為三聚氰胺、雙氰胺或尿素中的一種。進一步地，所述可降解脂肪族聚酯基體為聚乳酸或聚丁二酸丁二醇酯中的一種。本專利技術(shù)提供的一種用于3D打印的阻燃型可降解復(fù)合材料的制備方法，包括以下步驟：增強纖維的預(yù)處理：首先，通過溶劑將表面改性劑配成質(zhì)量分數(shù)為0.2%~10%的表面活性劑溶液，將增強纖維經(jīng)30℃~105℃真空干燥1~48h后得到絕干增強纖維；其次，將所述絕干增強纖維倒入所述表面活性劑溶液中，配制成質(zhì)量濃度為0.1%~10%的懸浮液，將懸浮液攪拌1min-60min后冷卻，用去離子水清洗2-6次，抽濾；再次，將抽濾得到的固體在30℃~105℃真空干燥1~48h，通過接觸角測試證明懸浮液中的增強纖維表面由親水性變?yōu)槭杷约吹妙A(yù)處理后的增強纖維；上述溶劑至少為水、甲醇或乙醇中的一種。攪拌時，溫度為60℃~90℃，攪拌速度為50rpm-1000rpm。膨脹阻燃體系的制備：分別將磷酸鹽和胺鹽于30℃~105℃溫度下干燥1~24h后自然降溫至室溫，然后將磷酸本文檔來自技高網(wǎng)...
【技術(shù)保護點】
一種用于3D打印的阻燃型可降解復(fù)合材料，其特征在于，包括以下質(zhì)量百分比的原料：可降解脂肪族聚酯基體40%~95%；膨脹阻燃體系2%~40%；改性增強纖維1~40%；其中，所述改性增強纖維為經(jīng)表面改性劑處理的增強纖維，所述膨脹阻燃體系為由磷酸鹽和銨鹽混合而成的體系。
【技術(shù)特征摘要】
1.一種用于3D打印的阻燃型可降解復(fù)合材料，其特征在于，包括以下質(zhì)量百分比的原料：可降解脂肪族聚酯基體40%~95%；膨脹阻燃體系2%~40%；改性增強纖維1~40%；其中，所述改性增強纖維為經(jīng)表面改性劑處理的增強纖維，所述膨脹阻燃體系為由磷酸鹽和銨鹽混合而成的體系。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種用于3D打印的阻燃型可降解復(fù)合材料，其特征在于，所述增強纖維為硫酸鎂晶須或氫氧化鎂晶須增強材料中的一種。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種用于3D打印的阻燃型可降解復(fù)合材料，其特征在于，所述表面改性劑為硬脂酸鈉、硬脂酸鋅、硬脂酸或硅烷偶聯(lián)劑中的一種。4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種用于3D打印的阻燃型可降解復(fù)合材料，其特征在于，所述磷酸鹽為聚磷酸銨、磷酸銨鎂或磷酸酯中的一種。5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種用于3D打印的阻燃型可降解復(fù)合材料，其特征在于，所述銨鹽為三聚氰胺、雙氰胺或尿素中的一種。6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種用于3D打印的阻燃型可降解復(fù)合材料，其特征在于，所述可降解脂肪族聚酯基體為聚乳酸或聚丁二酸丁二醇酯中的一種。7.一種如權(quán)利要求1-6任一所述的用于3D打印的阻燃型可降解復(fù)合材料的制備方法，其特征在于，包括以下步驟：增強纖維的預(yù)處理：首先，通過溶劑將表面改性劑配成質(zhì)量分數(shù)為0.2%~10%的表面活性劑溶液，將增強纖維經(jīng)30℃~105℃真空干燥1~48h后得到絕干增強纖維；其次，將所述絕干增...
【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：岳小鵬，杜鑫，梁巧萍，
申請(專利權(quán))人：陜西科技大學(xué)，
類型：發(fā)明
國別省市：陜西;61
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