本發(fā)明涉及3D打印材料，具體涉及碳纖維增強(qiáng)聚乳酸3D打印線材及其制備方法。
背景技術(shù)：
：3D打印機(jī)隨著科技的不斷進(jìn)步，其能夠打印的類型也越來(lái)越多，金屬作為其中重要的打印耗材，其在實(shí)際打印過(guò)程中，往往存在硬度較高，不易成型的缺陷，進(jìn)而影響制得的產(chǎn)品的質(zhì)量。聚乳酸(PLA)具有一定的抗拉強(qiáng)度及延展度，聚乳酸加工方法眾多，成型工藝簡(jiǎn)單，在3D打印中廣泛應(yīng)用，可以采用各種普通加工方式生產(chǎn)，例如：熔化擠出成型，射出成型，吹膜成型，發(fā)泡成型及真空成型，與廣泛使用的聚合物有類似的成形條件，此外它也具有與傳統(tǒng)薄膜相同的印刷性能。3D打印機(jī)具有操作簡(jiǎn)單，設(shè)備便宜等特點(diǎn)，但是由于目前打印材料強(qiáng)度不夠，韌性小、延伸率小的特性，因此在工業(yè)中應(yīng)用受限，目前PLA3D打印線材通常只能用于小型玩具、力學(xué)性能低的模型打印問(wèn)題，產(chǎn)品的開(kāi)發(fā)將進(jìn)一步提高3D打印的應(yīng)用范圍，提高PLA3D打印線材的應(yīng)用范圍。技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：本發(fā)明的目的之一是提供條件溫和，操作簡(jiǎn)單的碳纖維增強(qiáng)聚乳酸3D打印線材的制備方法。本發(fā)明的另一目的是提供具有優(yōu)異的機(jī)械力學(xué)性能的碳纖維增強(qiáng)聚乳酸3D打印線材。本發(fā)明提供的碳纖維增強(qiáng)聚乳酸3D打印線材的制備方法，包括：(1)將碳纖維進(jìn)行氧化處理；(2)將氧化處理后的所述碳纖維浸泡在硅烷偶聯(lián)劑中以制得碳纖維短棒；(3)將聚乳酸與所述碳纖維短棒混合，接著進(jìn)行機(jī)械成型、冷卻以制得碳纖維增強(qiáng)聚乳酸3D打印線材；其中，所述碳纖維短棒的長(zhǎng)度小于100μm。在上述制備方法的步驟(1)中，氧化處理的溫度和時(shí)間可以在寬的范圍內(nèi)選擇，從氧化處理的效果上考慮，優(yōu)選地，于150-200℃氧化處理30min以上。在上述制備方法的步驟(2)中，浸泡的溫度和時(shí)間可以在寬的范圍內(nèi)選擇，為提高碳纖維短棒的制備效率，優(yōu)選地，浸泡的時(shí)間為20-30min，浸泡的溫度為50-65℃。在上述制備方法的步驟(2)中，硅烷偶聯(lián)劑的濃度可以在寬的范圍內(nèi)選擇，為提高碳纖維短棒的制備效率，優(yōu)選地，硅烷偶聯(lián)劑的體積濃度為35％-65％。在上述制備方法的步驟(3)中，聚乳酸的形狀可以在寬的范圍內(nèi)選擇，可以為棒狀，線狀，顆粒狀等，為提高所制得的3D打印線材的強(qiáng)度，優(yōu)選地，聚乳酸為聚乳酸顆粒；聚乳酸顆粒的大小可以在寬的范圍內(nèi)選擇，同樣為提高所制得的3D打印線材的強(qiáng)度，優(yōu)選地，顆粒的粒徑為35-40μm。在上述制備方法的步驟(3)中，碳纖維短棒和聚乳酸的用量可以在寬的范圍內(nèi)選擇，為提高所制得的3D打印線材的強(qiáng)度，優(yōu)選地，碳纖維短棒與聚乳酸的重量比為8-12：92-88。在上述制備方法的步驟(3)中，混合的溫度和時(shí)間可以在寬的范圍內(nèi)選擇，但是為了進(jìn)一步提高該3D打印線材的制備效率，優(yōu)選地，混合的溫度為155-175℃，混合的時(shí)間為30min以上。在上述制備方法的步驟(3)中，冷卻的方式可以在寬的范圍內(nèi)選擇，從冷卻效果與成本上考慮，優(yōu)選地，冷卻是采用的水冷的方式。在上述制備方法的步驟(3)中，冷卻的溫度可以在寬的范圍內(nèi)選擇，從冷卻效果上考慮，優(yōu)選地，冷卻的溫度50-65℃。本發(fā)明還提供了上述碳纖維增強(qiáng)聚乳酸3D打印線材，該3D打印線材通過(guò)上述的方法制備而成。通過(guò)上述技術(shù)方案，本發(fā)明通過(guò)先對(duì)碳纖維進(jìn)行氧化處理；再將氧化處理后的碳纖維浸泡在硅烷偶聯(lián)劑中以制得碳纖維短棒；最后將聚乳酸與上述碳纖維短棒混合，接著進(jìn)行機(jī)械成型、冷卻以制得碳纖維增強(qiáng)聚乳酸3D打印線材。在此過(guò)程中，氧化處理使碳纖維表面產(chǎn)生-C＝O的含氧活性基團(tuán)，含氧基團(tuán)可顯著提高碳纖維與硅烷偶聯(lián)劑的反應(yīng)能力，使界面形成化學(xué)鍵，大大地改善了界面粘結(jié)強(qiáng)度；硅烷偶聯(lián)劑能夠增強(qiáng)材料之間的界面結(jié)合強(qiáng)度。該方法是條件溫和，操作簡(jiǎn)單的制備方法，制得的3D打印線材具有優(yōu)異的機(jī)械力學(xué)性能。本發(fā)明的其他特征和優(yōu)點(diǎn)將在隨后的具體實(shí)施方式部分予以詳細(xì)說(shuō)明。具體實(shí)施方式以下對(duì)本發(fā)明的具體實(shí)施方式進(jìn)行詳細(xì)說(shuō)明。應(yīng)當(dāng)理解的是，此處所描述的具體實(shí)施方式僅用于說(shuō)明和解釋本發(fā)明，并不用于限制本發(fā)明。實(shí)施例1(1)將碳纖維于150℃的溫度下進(jìn)行30min的氧化處理；(2)將氧化處理后的碳纖維置于溫度為50℃，體積濃度為35％的硅烷偶聯(lián)劑中，浸泡20min以制得碳纖維短棒；(3)將92重量份粒徑為35μm的聚乳酸顆粒與8重量份長(zhǎng)度為20μm的碳纖維短棒于155℃的溫度下混合30min，接著進(jìn)行機(jī)械成型，并經(jīng)50℃的水冷卻以制得碳纖維增強(qiáng)聚乳酸3D打印線材A1。實(shí)施例2(1)將碳纖維于200℃的溫度下進(jìn)行40min的氧化處理；(2)將氧化處理后的碳纖維置于溫度為65℃，體積濃度為65％的硅烷偶聯(lián)劑中，浸泡30min以制得碳纖維短棒；(3)將88重量份粒徑為40μm的聚乳酸顆粒與12重量份長(zhǎng)度為80μm的碳纖維短棒于175℃的溫度下混合40min，接著進(jìn)行機(jī)械成型，并經(jīng)65℃的水冷卻以制得碳纖維增強(qiáng)聚乳酸3D打印線材A2。實(shí)施例3(1)將碳纖維于180℃的溫度下進(jìn)行35min的氧化處理；(2)將氧化處理后的碳纖維置于溫度為60℃，體積濃度為50％的硅烷偶聯(lián)劑中，浸泡25min以制得碳纖維短棒；(3)將90重量份粒徑為38μm的聚乳酸顆粒與10重量份長(zhǎng)度為50μm的碳纖維短棒于160℃的溫度下混合35min，接著進(jìn)行機(jī)械成型，并經(jīng)55℃的水冷卻以制得碳纖維增強(qiáng)聚乳酸3D打印線材A3。對(duì)比例1按照實(shí)施例1的方法進(jìn)行制得3D打印線材B1，所不同的是，未進(jìn)行步驟(1)中對(duì)碳纖維的氧化處理。對(duì)比例2按照實(shí)施例2的方法進(jìn)行制得3D打印線材B2，所不同的是，在步驟(2)中加入的偶聯(lián)劑為鈦酸酯偶聯(lián)劑。對(duì)比例3按照實(shí)施例2的方法進(jìn)行制得3D打印線材B3，所不同的是，在步驟(3)中未加入碳纖維短棒。檢測(cè)例1對(duì)上述實(shí)施例和對(duì)比例制得的3D打印線材進(jìn)行抗張強(qiáng)度、韌性和軟化點(diǎn)的測(cè)試，具體結(jié)果見(jiàn)表1。表1抗張強(qiáng)度/MPa韌性/MPa軟化點(diǎn)/℃A18198170A27997172A37898169B15694151B25994154B34070130通過(guò)上述檢測(cè)例可知，上述實(shí)施例所制備的3D打印線材具有優(yōu)異的抗張強(qiáng)度、韌性和軟化點(diǎn)。通過(guò)上述實(shí)施例的檢測(cè)結(jié)果得知，本發(fā)明提供的碳纖維增強(qiáng)聚乳酸3D打印線材具有優(yōu)異的機(jī)械力學(xué)性能。此外，從本發(fā)明的制備過(guò)程可以看出，本發(fā)明提供的碳纖維增強(qiáng)聚乳酸3D打印線材的制備方法條件溫和，操作簡(jiǎn)單。以上詳細(xì)描述了本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方式，但是，本發(fā)明并不限于上述實(shí)施方式中的具體細(xì)節(jié)，在本發(fā)明的技術(shù)構(gòu)思范圍內(nèi)，可以對(duì)本發(fā)明的技術(shù)方案進(jìn)行多種簡(jiǎn)單變型，這些簡(jiǎn)單變型均屬于本發(fā)明的保護(hù)范圍。另外需要說(shuō)明的是，在上述具體實(shí)施方式中所描述的各個(gè)具體技術(shù)特征，在不矛盾的情況下，可以通過(guò)任何合適的方式進(jìn)行組合，為了避免不必要的重復(fù)，本發(fā)明對(duì)各種可能的組合方式不再另行說(shuō)明。此外，本發(fā)明的各種不同的實(shí)施方式之間也可以進(jìn)行任意組合，只要其不違背本發(fā)明的思想，通過(guò)先將碳纖維進(jìn)行處理，再用處理后的碳纖維對(duì)聚乳酸進(jìn)行改性處理，增強(qiáng)材料的強(qiáng)度，從而制得3D打印線材，其同樣應(yīng)當(dāng)視為本發(fā)明所公開(kāi)的內(nèi)容。當(dāng)前第1頁(yè)1 2 3