本發(fā)明涉及材料科學(xué)領(lǐng)域，尤其是一種原位微玻纖增強(qiáng)聚合物3D打印耗材及其制備方法與設(shè)備。

背景技術(shù)：

3D打印相關(guān)技術(shù)越來(lái)越受到世界各發(fā)達(dá)國(guó)家重視，國(guó)家已將3D打印相關(guān)技術(shù)作為《中國(guó)制造2025》規(guī)劃的重點(diǎn)支持領(lǐng)域。3D打印耗材技術(shù)的發(fā)展是3D打印技術(shù)能否普及的技術(shù)關(guān)鍵之一，提高3D打印耗材的力學(xué)強(qiáng)度具有非常重要的意義。玻纖增強(qiáng)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(qiáng)度和缺口沖擊強(qiáng)度3倍以上。玻纖增強(qiáng)聚合物在越來(lái)越多的領(lǐng)域獲得應(yīng)用。但是在FEM模式3D打印耗材制備過(guò)程中，加入玻纖非常困難，原因玻纖容易纏結(jié)，很難分散均一，在打印時(shí)很容易造成噴頭堵塞。磷酸鹽玻璃纖維具有與傳統(tǒng)玻璃纖維相似的力學(xué)性能，且具有更低玻璃化轉(zhuǎn)變溫度，具有很好的增強(qiáng)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(qiáng)聚合物基3D打印耗材，還未見(jiàn)報(bào)道。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的是：提供一種原位微玻纖增強(qiáng)聚合物3D打印耗材及其制備方法與設(shè)備，它能顯著提高FDM模式聚合物基3D打印耗材的力學(xué)性能，并且不會(huì)造成打印時(shí)堵塞噴頭，能很容易的實(shí)現(xiàn)連續(xù)生產(chǎn)，生產(chǎn)方法簡(jiǎn)單，易于實(shí)現(xiàn)規(guī)?；a(chǎn)，以克服現(xiàn)有技術(shù)的不足。

本發(fā)明是這樣實(shí)現(xiàn)的：原位微玻纖增強(qiáng)聚合物3D打印耗材，按質(zhì)量份數(shù)計(jì)算，包括聚合物基體40-95份、磷酸鹽微晶玻璃5-60份及偶聯(lián)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(zhuǎn)變溫度區(qū)間在70-300℃中的一種或幾種的組合。

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

原位微玻纖增強(qiáng)聚合物3D打印耗材的制備方法，按上述質(zhì)量份數(shù)取各組分，將聚合物基體、磷酸鹽微晶玻璃以及偶聯(lián)劑預(yù)混均勻后，采用原位玻纖增強(qiáng)聚合物3D打印耗材生產(chǎn)設(shè)備進(jìn)行擠出，擠出后經(jīng)拉伸、冷卻、收卷流程后，制備得到原位微玻纖增強(qiáng)聚合物3D打印耗材。

原位玻纖增強(qiáng)聚合物3D打印耗材生產(chǎn)設(shè)備，包括擠出機(jī)，在擠出機(jī)前端連接有靜態(tài)混合器，在靜態(tài)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(cè)徑儀；在激光測(cè)徑儀前端設(shè)置有拉伸牽引輥；在拉伸牽引輥前端設(shè)置有收卷裝置。

耗材成型模具的出口直徑比傳統(tǒng)的3D打印耗材生產(chǎn)設(shè)備模具直徑大5％-50％。傳統(tǒng)是1.75或3。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明采取磷酸鹽微晶玻璃與聚合物基體復(fù)合，能顯著提高FDM模式聚合物基3D打印耗材的力學(xué)性能，并且不會(huì)造成打印時(shí)堵塞噴頭；并采用了靜態(tài)混合器進(jìn)行進(jìn)一步混合，減小了磷酸鹽微晶玻璃在產(chǎn)品中的尺寸，再經(jīng)過(guò)牽引裝置進(jìn)一步的拉伸，大幅提升材料的力學(xué)性能，解決了3D打印耗材的增強(qiáng)和堵塞噴頭之間的矛盾。本發(fā)明材料來(lái)源廣泛，能很容易的實(shí)現(xiàn)連續(xù)生產(chǎn)，生產(chǎn)方法簡(jiǎn)單，易于實(shí)現(xiàn)規(guī)?；a(chǎn)，成本低廉，使用效果好。

附圖說(shuō)明

附圖1為本發(fā)明的設(shè)備的結(jié)構(gòu)示意圖。

具體實(shí)施方式

本發(fā)明的實(shí)施例1：原位微玻纖增強(qiáng)聚合物3D打印耗材，按質(zhì)量份數(shù)計(jì)算，包括PLA 80份、磷酸鹽微晶玻璃18份及硅烷偶聯(lián)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(zhì)量百分比在500℃燒制25分鐘制備，其玻璃化轉(zhuǎn)變溫度為215℃。

原位微玻纖增強(qiáng)聚合物3D打印耗材的制備方法，按上述質(zhì)量份數(shù)取各組分，將聚合物基體、磷酸鹽微晶玻璃以及偶聯(lián)劑預(yù)混均勻后，采用原位玻纖增強(qiáng)聚合物3D打印耗材生產(chǎn)設(shè)備進(jìn)行擠出，擠出后經(jīng)拉伸、冷卻、收卷流程后，制備得到原位微玻纖增強(qiáng)聚合物3D打印耗材。

原位玻纖增強(qiáng)聚合物3D打印耗材生產(chǎn)設(shè)備，包括擠出機(jī)1，在擠出機(jī)1前端連接有靜態(tài)混合器2，在靜態(tài)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(cè)徑儀6；在激光測(cè)徑儀6前端設(shè)置有拉伸牽引輥7；在拉伸牽引輥7前端設(shè)置有收卷裝置8。

本實(shí)施例中靜態(tài)混合器可采用SK型、SX型或SH型靜態(tài)混合器。

本發(fā)明的實(shí)施例2：原位微玻纖增強(qiáng)聚合物3D打印耗材，按質(zhì)量份數(shù)計(jì)算，包括EVA 84份、磷酸鹽微晶玻璃15份及鈦酸酯偶聯(lián)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(zhì)量百分比在500℃燒制25分鐘制備，其玻璃化轉(zhuǎn)變溫度為215℃。

制備方法及生產(chǎn)設(shè)備同實(shí)施例1。

為了驗(yàn)證本發(fā)明的效果，將上述實(shí)施實(shí)例制備的原位微玻纖增強(qiáng)聚合物3D打印耗材做了力學(xué)性能測(cè)試，結(jié)果如下表所示：