一种3D打印用聚碳酸酯基纳米复合材料及其制备方法与流程

本发明涉及3d打印高分子材料，具体涉及一种3d打印用聚碳酸酯基纳米复合材料及其制备方法。

背景技术：

1、聚碳酸酯是一种综合性能优异的通用工程塑料，并且是工程塑料中唯一具有较好透光性的树脂材料，已经被广泛地应用于汽车、电子电器、生物医疗等领域。例如聚碳酸酯被用于汽车中的仪器表盘、照明系统、保险杠等，出于轻量化考虑也可将聚碳酸酯用于汽车挡风玻璃，在汽车减重方面取得了较好的效果。由于聚碳酸酯优良的力学性能和电绝缘性，聚碳酸酯也可用于电子电器领域，如电子产品外壳、支架、零部件等。在生物医疗领域，透明的聚碳酸酯可用来制备一次性输液瓶、高压注射器等。

2、众所周知聚碳酸酯材料是一种热塑性聚合物树脂，常见的加工成型方式有挤出、注塑、热压等。尽管如此，由于苛刻的加工条件，如较高的熔融温度和玻璃化转变温度，聚碳酸酯并不适用于熔融沉积成型3d打印技术。熔融沉积成型是一种将各种热熔性的丝状材料加热熔化成形的方法，因其操作简便、设备成本较低而成为目前应用最为广泛的一种3d打印技术。新型打印材料的开发是熔融沉积成型技术中一个非常重要的研究方向。然而该技术对材料的3d打印性能有较高要求，聚碳酸酯材料虽然是一种综合性能优异的通用工程塑料，但其缺口冲击强度不理想，且直接应用于3d打印材料成品会出现翘曲且表面不规整，打印出的制品容易弯曲断裂，综合力学性能较差。针对上述问题，亟需本领域技术人员提出一种综合力学性能优异、成品优良、操作简便且高效的3d打印用聚碳酸酯基纳米复合材料及其制备方法。

技术实现思路

1、本发明针对上述技术问题，提供了一种3d打印用聚碳酸酯基纳米复合材料及其制备方法。解决了现有技术中制品翘曲、表面不规整且综合力学性能差的问题。

2、为了实现上述目的，本发明所采用的技术方案如下：

3、本发明的一种3d打印用聚碳酸酯基纳米复合材料，包括如下按重量百分数计的原料制成：聚碳酸酯基体60-80%、聚合物树脂10-30%、增容剂2-6%、纳米增强填料1-4%。

4、进一步地，所述聚碳酸酯基体的熔融指数为8-12ml/min（300℃，1.2kg）。

5、进一步地，所述聚合物树脂为丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物、聚对苯二甲酸丁二酯、聚己二酸/对苯二甲酸丁二酯、聚对苯二甲酸乙二醇酯中的一种；所述增容剂为苯乙烯-丙烯腈-马来酸酐共聚物、乙烯辛烯-马来酸酐共聚物、甲基丙烯酸甲酯-丁二烯-苯乙烯共聚物、乙烯-丙烯酸丁酯-甲基丙烯酸甘油酯共聚物中的一种或多种；所述纳米增强填料为纳米二氧化硅、纳米蒙脱土或纳米碳酸钙中的一种。

6、本发明还提供了一种3d打印用聚碳酸酯基纳米复合材料的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：

7、s1：将聚碳酸酯基体、聚合物树脂、增容剂以及纳米增强填料烘干，按重量百分比将上述原料混合均匀；

8、s2：将步骤s1中混合均匀后的原料送入双螺杆挤出机中进行熔融挤出造粒，得到聚碳酸酯基纳米复合粒料；

9、s3：将聚碳酸酯基纳米复合粒料干燥后重新送入双螺杆挤出机中制备熔融沉积成型3d打印线材；

10、s4：将步骤s3中得到的3d打印线材送入熔融沉积式3d打印机中，设置打印参数制备3d打印制品。

11、进一步地，所述步骤s1中采用鼓风干燥箱进行烘干，所述鼓风干燥箱的烘干温度为60℃，烘干时间为12h。

12、所述步骤s1中采用高速混合机进行混合，所述高速混合机的混合速度为600rpm，混合时间为10min。

13、进一步地，所述步骤s2中双螺杆挤出机的挤出温度为280℃，双螺杆挤出机的螺杆转速为100r/min。

14、进一步地，所述步骤s3中采用鼓风干燥箱进行烘干，所述鼓风干燥箱的烘干温度为80℃，烘干时间为6h，双螺杆挤出机的挤出温度为260℃，螺杆转速不超过40r/min。

15、进一步地，所述步骤s4中打印参数包括光栅角度、层厚、打印速度、喷嘴温度和打印平台温度。

16、更进一步地，所述光栅角度为0-60°，所述层厚为0.1mm，所述打印速度为20-80mm/s，所述喷嘴温度为260-280℃，所述打印平台温度为60-100℃。

17、与现有技术相比，本发明的有益效果：

18、本发明的一种3d打印用聚碳酸酯基纳米复合材料，通过加入聚合物树脂能够有效降低加工转矩和剪切粘度，调控聚碳酸酯基体的加工性能，可应用于桌面级熔融沉积式3d打印设备。

19、本发明的一种3d打印用聚碳酸酯基纳米复合材料，通过加入增容剂有效的改善了聚碳酸酯与聚合物树脂的相容性，降低了聚碳酸酯基体的玻璃化转变温度，从而使聚碳酸酯基纳米复合材料具备优异的3d打印性能，如可以在适当温度下软化并粘附在打印平台上、层与层之间粘附良好、3d打印制品无翘曲和缺陷。

20、本发明的一种3d打印用聚碳酸酯基纳米复合材料，通过加入纳米增强材料确保了聚碳酸酯基纳米复合材料拥有良好的综合力学性能。

21、本发明提供的一种3d打印用聚碳酸酯基纳米复合材料的制备方法操作简单，高效且无污染，便于工业化生产。

22、综上所述，本发明的一种3d打印用聚碳酸酯基纳米复合材料具备优异的3d打印性能，特别适用于熔融沉积成型3d打印；且配合该发明中的3d打印用聚碳酸酯基纳米复合材料的制备方法打印出的成品无翘曲、无缺陷，具有良好的综合力学性能，可以满足不同的实际应用需求。本发明提供的3d打印用聚碳酸酯基纳米复合材料的制备方法不仅操作简便，而且高效且无污染，便于工业化生产。

技术特征：

1.一种3d打印用聚碳酸酯基纳米复合材料，其特征在于，所述复合材料包括如下按重量百分数计的原料制成：聚碳酸酯基体60-80%、聚合物树脂10-30%、增容剂2-6%、纳米增强填料1-4%。

2.根据权利要求1所述的一种3d打印用聚碳酸酯基纳米复合材料，其特征在于：所述聚碳酸酯基体的熔融指数为8-12ml/min。

3.根据权利要求2所述的一种3d打印用聚碳酸酯基纳米复合材料，其特征在于：所述聚合物树脂为丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物、聚对苯二甲酸丁二酯、聚己二酸/对苯二甲酸丁二酯、聚对苯二甲酸乙二醇酯中的一种；所述增容剂为苯乙烯-丙烯腈-马来酸酐共聚物、乙烯辛烯-马来酸酐共聚物、甲基丙烯酸甲酯-丁二烯-苯乙烯共聚物、乙烯-丙烯酸丁酯-甲基丙烯酸甘油酯共聚物中的一种或多种；所述纳米增强填料为纳米二氧化硅、纳米蒙脱土或纳米碳酸钙中的一种。

4.一种根据权利要求1-3所述的3d打印用聚碳酸酯基纳米复合材料的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：

5.根据权利要求4所述的一种3d打印用聚碳酸酯基纳米复合材料的制备方法，其特征在于：所述步骤s1中采用鼓风干燥箱进行烘干，所述鼓风干燥箱的烘干温度为60℃，烘干时间为12h。

6.根据权利要求4所述的一种3d打印用聚碳酸酯基纳米复合材料的制备方法，其特征在于：所述步骤s1中采用高速混合机进行混合，所述高速混合机的混合速度为600rpm，混合时间为10min。

7.根据权利要求4所述的一种3d打印用聚碳酸酯基纳米复合材料的制备方法，其特征在于：所述步骤s2中双螺杆挤出机的挤出温度为280℃，双螺杆挤出机的螺杆转速为100r/min。

8.根据权利要求4所述的一种3d打印用聚碳酸酯基纳米复合材料的制备方法，其特征在于：所述步骤s3中采用鼓风干燥箱进行烘干，所述鼓风干燥箱的烘干温度为80℃，烘干时间为6h，双螺杆挤出机的挤出温度为260℃，螺杆转速不超过40r/min。

9.根据权利要求4所述的一种3d打印用聚碳酸酯基纳米复合材料的制备方法，其特征在于：所述步骤s4中打印参数包括光栅角度、层厚、打印速度、喷嘴温度和打印平台温度。

10.根据权利要求9所述的一种3d打印用聚碳酸酯基纳米复合材料的制备方法，其特征在于：所述光栅角度为0-60°，所述层厚为0.1mm，所述打印速度为20-80mm/s，所述喷嘴温度为260-280℃，所述打印平台温度为60-100℃。

技术总结本发明涉及3D打印高分子材料技术领域，公开了一种3D打印用聚碳酸酯基纳米复合材料及其制备方法，包括如下按重量百分数计的原料：聚碳酸酯基体60‑80%、聚合物树脂10‑30%、增容剂2‑6%和纳米增强填料1‑4%。将上述原料烘干后按重量百分比混合均匀，随后送入双螺杆挤出机中进行熔融挤出造粒，再将粒料干燥后送入双螺杆挤出机中制备3D打印线材，最后将得到的3D打印线材送入熔融沉积式3D打印机中制备3D打印制品。本发明的聚碳酸酯基纳米复合材料具备优异的3D打印性能，特别适用于熔融沉积成型3D打印；采用本发明制备方法打印出的成品无翘曲、无缺陷，具有良好的综合力学性能，可满足不同的实际应用需求。本发明的制备方法操作简便且高效无污染，便于工业化生产。技术研发人员：刘灏,王春敏,贾雲超受保护的技术使用者：嘉兴领科材料技术有限公司技术研发日：技术公布日：2024/6/18