一種天然麻纖維增強的3D打印線材及其制備方法技術(shù)

本發(fā)明專利技術(shù)公開了一種麻纖維增強3D打印線材及其制備方法，屬于3D打印材料及其制備領域。原料包括：天然麻纖維、低熔點聚合物、相容劑和其他助劑組成，其中低熔點聚合物含量50～60％，天然麻纖維30～40％，其他助劑。本發(fā)明專利技術(shù)的天然麻纖維增強3D打印線材，利用天然麻纖維和低熔點聚合物纖維，經(jīng)過表面改性處理、混紡、加熱加壓擠出、加捻形成一種3D打印線材，具有環(huán)保性能好、質(zhì)量輕、剛度強度高，可用于替代一般的3D塑料耗材，無毒，環(huán)保，強度高，綜合性能好，具有較高的經(jīng)濟價值和廣泛的發(fā)展空間。

Natural hemp fiber reinforced 3D printing wire and preparation method thereof

The present invention discloses a kind of fiber reinforced 3D print wire and a preparation method thereof, belonging to the field of 3D printing material and its preparation. Raw materials include: natural hemp fiber, low melting point polymer, compatibilizer and other additives, wherein the low melting point of the polymer content of 50 ~ 60%, natural hemp fiber from 30 to 40%, other additives. The invention of the natural fiber reinforced 3D print wire, using natural fiber and low melting polymer fibers after surface modification, blending, heating and pressurizing extrusion, twisting to form a 3D print wire, has good environmental performance, light weight, high stiffness and strength, can be used in 3D plastic material, non-toxic alternative to general, environmental protection, high strength, good comprehensive performance, has high economic value and wide development space.

【技術(shù)實現(xiàn)步驟摘要】

本專利技術(shù)屬于3D打印材料

技術(shù)介紹
3D打印是運用粉末狀金屬或塑料等可粘合材料，通過逐層打印的方式來構(gòu)造物體的技術(shù)。隨著社會的進步，3D打印材料單一性在某種程度上也是制約了3D打印技術(shù)的發(fā)展。以FDM打印為例，能夠?qū)崿F(xiàn)打印的材料為ABS塑料類、熔絲線材、FDM陶瓷材料、木塑復合材料、FDM支撐材料等幾種常規(guī)的材料。3D打印為了滿足發(fā)展的需求，就仍然需要不斷地開發(fā)新材料，使得3D打印材料向多元化發(fā)展，并能夠建立相應的材料供應體系，這必將極大地拓寬3D打印技術(shù)應用場合。現(xiàn)有的3D打印材料大都是高分子聚合物為主，例如：ABS、PP、PE等，ABS塑料，大多采用FDM打印，是目前使用最常見的塑料。然而，這是不完全環(huán)保的，而且其融化時會釋放有害氣體。現(xiàn)在人們對環(huán)境保護的意思越來越高，所以一種環(huán)保的，可降解的3D打印材料就顯得越來越重要。目前常見的熔絲線材大都是顆粒狀的固體熔混，然后制成線狀3D打印材料。對于3D打印耗材，目前有采用秸稈為原材料的3D打印耗材，雖然解決了環(huán)保的問題，但是普遍都是采用粉碎秸稈形成顆粒物后，再和聚合物混合造粒。由于都是短纖維，制品的強度和剛度不能得到顯著提高，對于需要高強度和剛度的零件來說就存在不足了。天然麻纖維具有較高的強度，可再生、降解，環(huán)保性能好，是來自自然界的產(chǎn)物。用天然麻纖維增強聚合物，制備一種新型的環(huán)保3D打印材料就能很好的解決和匹配產(chǎn)品的環(huán)保和性能要求。聚乳酸(PLA)可以自然降解，是一種新型的環(huán)保聚合物材料。PLA一般情況下不需要加熱床，所以PLA容易使用，但是強度和剛度不好，比較脆。雖然PLA也能打印出強度相當高的物體，卻比其他塑料脆弱。此外，PLA的打印溫度為180～200℃。PLA的玻璃轉(zhuǎn)化溫度也是這種材料最大的缺點，僅有60℃左右，因此其應用受到很大的限制。PLA熔化后容易附著和延展經(jīng)常會堵塞熱端(尤其是全金屬制的熱端更是如此)，也不利于對其進行加工。
技術(shù)實現(xiàn)思路
本專利技術(shù)針對上述問題提出了一種環(huán)保型的3D線材，提出了一種利用天然麻纖維增強的3D打印線材。一種天然麻纖維增強3D打印材料，其配方按照質(zhì)量百分比計算，具體如下：所述低熔點聚合物為平均分子量8000～15000mol.wt的聚乳酸(PLA)、聚丙烯(PP)、聚乙烯(PE)和ABS塑料中的一種，優(yōu)選PLA。天然麻纖維為漢麻纖維、黃麻纖維、亞麻纖維、劍麻纖維、苧麻纖維、竹纖維和椰殼纖維中一種或多種。所述的相容劑為硅烷偶聯(lián)劑和馬來酸酐中的一種；助劑為潤滑劑、分散劑、熱氧穩(wěn)定劑中的一種或多種的混合。天然纖維增強3D打印線材制備方法，如下：1)、稱量：按照原料配方進行稱量。2)、預處理：將麻纖維進行機械脫膠處理，對進行機械脫膠處理后的麻纖維通過噴淋相容劑和助劑對麻纖維進行表面改性處理，以改善麻纖維表面的極性；對選用的低熔點纖維噴淋相容劑和助劑處理。3)、將低熔點聚合物纖維和麻纖維進行混紡混合：鋪設一層精開松的低熔點聚合物纖維，再鋪設一層精開松的麻纖維，交替鋪設多層低熔點聚合物纖維和麻纖維以形成毛氈。4)、對毛氈進行針刺處理，然后將毛氈收攏，卷成條狀。5)、將條狀的毛氈通過加熱加壓設備進行在120～220℃條件下加熱3～5分鐘，經(jīng)過擠出設備進行以3.2～4.5MPa的壓力進行加壓擠出，擠出成線材的同時對線材進行加捻處理。6)、對加工好的線材進行冷卻處理，得到產(chǎn)品。本專利技術(shù)的有益效果：本專利技術(shù)采用鋪設纖維的方式進行纖維混合，對纖維分別進行精細梳理并鋪層，控制每層纖維鋪設的厚度，以利于兩種纖維充分的接觸，并增加針刺工藝，實現(xiàn)纖維間的勾連結(jié)合，待低熔點纖維熱熔時能夠充分的包裹麻纖維。本專利技術(shù)采用的加熱加壓成型中，加壓成型通過一個錐形的通道對加熱后的線材進行擠出成型，擠出之后對成型線材通過加捻裝置進行加捻處理。因此，該線材具有環(huán)保性能好、質(zhì)量輕、剛度強度高、用途廣泛。可廣泛應用于汽車內(nèi)飾、工藝品、家具、玩具、塑料制品等領域，具有良好的應用前景，是一種環(huán)保輕質(zhì)多功能的新型3D復合線材。附圖說明圖1麻纖維增強3D打印線材生產(chǎn)流水線示意圖；圖2麻纖維增強3D打印線材生產(chǎn)流水線側(cè)視圖；圖3加熱加壓裝置中擠出口的剖面圖；圖4纖維鋪設示意圖。具體實施方式實施例1本實施例中的原料配方如下(按照質(zhì)量百分比計，以下均同本實施例)：低熔點聚合物纖維60％；天然麻纖維35％；硅烷偶聯(lián)劑3％；乙撐雙硬脂酸酰胺1％硬脂酸1％；低熔點纖維為PLA，天然麻纖維為漢麻。1、將漢麻纖維進行機械脫膠處理，并對麻纖維表面進行改性處理；噴淋偶聯(lián)劑和相應的助劑對漢麻纖維進行處理，改善漢麻纖維的極性。將選用的低熔點纖維PLA進行預處理，噴淋偶聯(lián)劑和相應的助劑對PLA纖維進行處理。2、將低熔點聚合物纖維和漢麻纖維進行混紡混合：鋪設一層精開松的低熔點聚合物纖維，再鋪設一層精開松的漢麻纖維，交替鋪設多層低熔點聚合物纖維和麻纖維，形成毛氈。3、對毛氈進行針刺處理，然后收攏卷成條狀。4、將條狀的毛氈通過加熱加壓設備進行在120℃條件下加熱5分鐘，經(jīng)過擠出設備進行以3.2MPa的壓力進行加壓擠出，擠出成線材的同時對線材進行加捻處理。5、對加工好的線材進行冷卻處理，得到產(chǎn)品。實施例2本實施例中的原料配方如下：低熔點聚合物纖維55％；天然麻纖維42％；馬來酸酐2％；硬脂酸1％；低熔點纖維為ABS，天然麻纖維為黃麻。1、將黃麻纖維進行機械脫膠處理，并對麻纖維表面進行改性處理，噴淋偶聯(lián)劑和相應的助劑對黃麻纖維進行處理，改善黃麻纖維的極性。將選用的低熔點纖維ABS進行預處理，噴淋偶聯(lián)劑和相應的助劑對ABS纖維進行處理。2、將低熔點聚合物纖維和黃麻纖維進行混紡混合：鋪設一層精開松的低熔點聚合物纖維，再鋪設一層精開松的黃麻纖維，交替鋪設多層低熔點聚合物纖維和黃麻纖維，形成毛氈。3、對毛氈進行針刺處理，然后收攏卷成條狀。4、將條狀的毛氈通過加熱加壓設備在加熱溫度為220℃條件下加熱時間為3分鐘。經(jīng)過擠出設備進行加壓擠出成線材，加壓壓力為4.2MPa，再在擠出過程中，對線材進行加捻處理。5、對加工好的線材進行冷卻處理，得到產(chǎn)品。實施例3本實施例中的原料配方如下：低熔點聚合物纖維50％；天然麻纖維45％；硅烷偶聯(lián)劑2％；硬脂酸1％；低熔點纖維為PP，天然麻纖維為亞麻。1、將亞麻纖維進行機械脫膠處理，并對亞麻纖維表面進行改性處理，噴淋偶聯(lián)劑和相應的助劑對亞麻纖維進行處理，改善亞麻纖維的極性。將選用的低熔點纖維PP進行預處理，噴淋偶聯(lián)劑和相應的助劑對PP纖維進行處理。2、將低熔點聚合物纖維和亞麻纖維進行混紡混合：鋪設一層精開松的低熔點聚合物纖維PP，再鋪設一層精開松的亞麻纖維，交替鋪設多層低熔點聚合物纖維和亞麻纖維，形成毛氈。3、對毛氈進行針刺處理，然后收攏卷成條狀。4、將條狀的毛氈通過加熱加壓設備進行在165℃條件下加熱4分鐘，經(jīng)過擠出設備進行以4.5MPa的壓力進行加壓擠出，擠出成線材的同時對線材進行加捻處理。5、對加工好的線材進行冷卻處理，得到產(chǎn)品。以上實施例中所采用的加工流水線如圖1和圖2所示，由纖維混合設備1、針刺設備2、纖維成卷裝置3、加熱加壓裝置4、加捻裝置5、冷卻裝置6和3D打印線材打卷裝置7組成。加熱加壓裝置4中擠出口的剖面圖如圖3所示。纖維混合設備1中交替鋪設后的毛氈本文檔來自技高網(wǎng)...

【技術(shù)保護點】
一種天然麻纖維增強3D打印材料，其特征在于，其組成配方按照質(zhì)量百分比計算，具體如下：所述低熔點聚合物為平均分子量8000～15000mol.wt的聚乳酸、聚丙烯、聚乙烯和ABS塑料中的一種；天然麻纖維為漢麻纖維、黃麻纖維、亞麻纖維、劍麻纖維、苧麻纖維、竹纖維和椰殼纖維中的一種或多種；所述的相容劑為硅烷偶聯(lián)劑和馬來酸酐中的一種；助劑為潤滑劑、分散劑和熱氧穩(wěn)定劑中的一種或多種的混合。

【技術(shù)特征摘要】
1.一種天然麻纖維增強3D打印材料，其特征在于，其組成配方按照質(zhì)量百分比計算，具體如下：所述低熔點聚合物為平均分子量8000～15000mol.wt的聚乳酸、聚丙烯、聚乙烯和ABS塑料中的一種；天然麻纖維為漢麻纖維、黃麻纖維、亞麻纖維、劍麻纖維、苧麻纖維、竹纖維和椰殼纖維中的一種或多種；所述的相容劑為硅烷偶聯(lián)劑和馬來酸酐中的一種；助劑為潤滑劑、分散劑和熱氧穩(wěn)定劑中的一種或多種的混合。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的天然麻纖維增強3D打印材料，其特征在于，所述低熔點聚合物為聚乳酸。3.一種如權(quán)利要求1所述天然麻纖維增強3D打印材料的制備方法，具體步驟如下：1)、稱量步驟：按照質(zhì)量百分比稱量如下原料：所述低熔點聚合物為平均分子量8000～15000mol.wt的聚乳酸、聚丙烯、聚乙烯和ABS塑料中的一種，天然麻纖維為漢麻纖維、黃麻纖維、亞麻纖維、劍麻纖維、苧麻纖維、竹纖維和椰殼纖維中一種或多種；所述的相容劑為硅烷偶聯(lián)劑和馬來酸酐中的一種；助劑為潤滑劑、分散劑和熱氧穩(wěn)定劑中一種或多種的混合；2)、預處理：將麻纖維進行機械脫膠處理，對進行機械脫膠處理后的麻纖維...

【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：李志剛，劉雪強，韓洪江，馬品奎，徐進，
申請(專利權(quán))人：吉林大學，
類型：發(fā)明
國別省市：吉林;22