本發(fā)明涉及3D打印技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種用于三維打印中的改性復(fù)合材料。

背景技術(shù)：

三維快速成型技術(shù)是現(xiàn)在制造技術(shù)中較為熱門(mén)的技術(shù)，是一種疊層制造技術(shù)，其原理是通過(guò)向物品分層添加材料創(chuàng)造實(shí)物。其通過(guò)離散獲得堆積的路徑、限制和方式，通過(guò)堆積材料疊加形成三維實(shí)體，與計(jì)算機(jī)系統(tǒng)結(jié)合，以提高快速成型效率和精度，與傳統(tǒng)的去除成型形成鮮明的對(duì)照，其工藝流程主要包括三維模型構(gòu)造、近似處理、切片處理、截面加工、截面疊加、后處理等。

其中3DP工藝采用三維立體成型，通過(guò)噴頭用粘結(jié)劑將零件的截面打印在材料粉末上面，或者將成型樹(shù)脂一層一層噴出，分別固化粘結(jié)成型，其成型過(guò)程是將各個(gè)二維截面重疊粘結(jié)成為一個(gè)三維實(shí)體，該方法具有速度快的有點(diǎn)，適合制造各種復(fù)雜形狀的零部件，并且無(wú)污染。

不同的快速成型技術(shù)對(duì)成型材料有不同的要求，但是快速精確成型是對(duì)三維打印材料的要求，成型材料很大程度上決定了快速成型技術(shù)的成敗，但是現(xiàn)在常用的三維快速成型材料存在以下缺陷：(1)材料中含有大量難以降解的組分，對(duì)環(huán)境造成壓力；(2)材料的成本較高，對(duì)小型企業(yè)來(lái)說(shuō)，生產(chǎn)成本壓力較高；(3)粉末材料的流動(dòng)性較差，會(huì)出現(xiàn)在模具中積料的現(xiàn)象，不但影響打印效率，而且會(huì)造成產(chǎn)品表面不光滑的現(xiàn)象，影響打印成型產(chǎn)品的質(zhì)量；(4)材料成型固化較慢，影響打印效率和打印精度。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)存在的以上問(wèn)題，提供一種用于三維打印中的改性復(fù)合材料，本發(fā)明通過(guò)調(diào)整材料的配方，使整個(gè)復(fù)合材料易于粘結(jié)，提高了成型速度，并且對(duì)淀粉材料進(jìn)行改性，提高了材料成型穩(wěn)定性和力學(xué)性能，并且該材料是一種生物降解改性復(fù)合材料，提高了材料的降解性能，是一種環(huán)境友好型材料。

為實(shí)現(xiàn)上述技術(shù)目的，達(dá)到上述技術(shù)效果，本發(fā)明通過(guò)以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)：

一種用于三維打印中的改性復(fù)合材料，按照重量份數(shù)計(jì)，所述基礎(chǔ)材料包括：

其中，所述淀粉的粒徑為10μm，所述木纖維粉碎后過(guò)200目篩，所述木纖維在氯化鋰和二甲基甲酰胺混合溶液中浸泡40min，浸泡溫度為30-40℃。

進(jìn)一步優(yōu)選地，所述改性劑為N-(2，3-環(huán)氧丙基)三甲銨鹽或氧化劑。

進(jìn)一步優(yōu)選地，所述氧化劑包括以下中的一種或幾種：過(guò)氧化氫、高錳酸鉀、次氯酸鈉、2,2,6,6-四甲基哌啶氧化物。

進(jìn)一步優(yōu)選地，使用所述氧化劑作為所述淀粉改性劑時(shí)，以醇為改性介質(zhì)，并且在改性體系中添加催化劑。

進(jìn)一步優(yōu)選地，所述醇包括以下中的一種或幾種：甲醇、乙醇、丁醇、乙二醇、丙三醇。

進(jìn)一步優(yōu)選地，所述催化劑包括以下中的一種或幾種：濃硫酸、濃鹽酸、濃磷酸、高氯酸。

進(jìn)一步優(yōu)選地，所述無(wú)機(jī)填料包括：硫酸鈣、硫酸鋇、碳酸鈣、滑石粉、氣相二氧化硅。

本發(fā)明的有益效果是:

在本發(fā)明的材料配方中，添加改性劑對(duì)淀粉進(jìn)行改性，改性后的淀粉無(wú)需外加增塑劑，可以與高密度聚乙烯形成力學(xué)性能較好的塑料材料，并且在配方中添加甘油，輔助增塑，使淀粉與高密度聚乙烯相容性更好。

在本發(fā)明的材料配方中，選用的填料能夠很好的增強(qiáng)淀粉基復(fù)合粉末的流動(dòng)性，提高材料的流動(dòng)性，材料平滑通過(guò)模具，不會(huì)出現(xiàn)積料現(xiàn)象，提高了打印效率，并且提高了打印產(chǎn)品表面的光滑度，提高打印產(chǎn)品的精度。

在本發(fā)明中，將整個(gè)淀粉基復(fù)合粉末的粒度控制在200-400目，而且主要粉末組分的粒徑也嚴(yán)格控制，在上述粒度范圍內(nèi)，淀粉基復(fù)合粉末與粘結(jié)溶液作用后，成型的產(chǎn)品抗壓強(qiáng)度高，提高了三維快速成型復(fù)合粉末材料成型產(chǎn)品的質(zhì)量。

上述說(shuō)明僅是本發(fā)明技術(shù)方案的概述，為了能夠更清楚了解本發(fā)明的技術(shù)手段，并可依照說(shuō)明書(shū)的內(nèi)容予以實(shí)施，本發(fā)明的具體實(shí)施方式由以下實(shí)施例詳細(xì)給出。

具體實(shí)施方式

下面將對(duì)本發(fā)明實(shí)施例中的技術(shù)方案進(jìn)行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實(shí)施例僅僅是本發(fā)明一部分實(shí)施例，而不是全部的實(shí)施例?；诒景l(fā)明中的實(shí)施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒(méi)有作出創(chuàng)造性勞動(dòng)前提下所獲得的所有其他實(shí)施例，都屬于本發(fā)明保護(hù)的范圍。

實(shí)施例1

實(shí)施例1中公開(kāi)了一種用于三維打印中的改性復(fù)合材料，該材料以改性淀粉和高密度聚乙烯為主要組分，通過(guò)對(duì)淀粉改性，增加其與高密度聚乙烯的相容作用，獲得能夠降解的聚乙烯塑料材料。

上述材料的配方如表1中所示。

表1實(shí)施例1中的配方表

實(shí)施例2

實(shí)施例2中的材料配方表如表2中所示。

表2實(shí)施例2中的配方表

實(shí)施例3

實(shí)施例3中的材料配方如表3中所示。

表3實(shí)施例3的配方表

其中，在上述實(shí)施例1-3中，上述淀粉的粒徑為10μm，上述木纖維粉碎后過(guò)200目篩。無(wú)機(jī)填料包括：硫酸鈣、硫酸鋇、碳酸鈣、滑石粉、氣相二氧化硅。

(1)對(duì)上述木纖維進(jìn)行處理：

將上述木纖維在氯化鋰和二甲基甲酰胺混合溶液中浸泡40min，浸泡溫度為30-40℃。

(2)淀粉改性：

將淀粉與改性劑N-(2，3-環(huán)氧丙基)三甲銨鹽反應(yīng)40min，將改性后的淀粉和改性劑的混合物分為兩份，其中一份加入60℃熱水，進(jìn)行糊化60min,另一份未糊化的待用；

(3)將處理后的木纖維、甘油、糊化的淀粉加入高速混合機(jī)中，混合30min，再加入高密度聚乙烯、無(wú)機(jī)填料、以及剩余的未糊化的淀粉，混合15min。

(4)將混合好的物料通過(guò)雙螺桿擠出機(jī)擠出造粒，制得改性后的材料，干燥后，為三維打印備用。

實(shí)施例4

實(shí)施例4與實(shí)施例1中配方的區(qū)別是改性劑不同，改性劑不同，對(duì)應(yīng)著改性方法也不同。

表4實(shí)施例4中的配方表

上述氧化劑可以是：過(guò)氧化氫、高錳酸鉀、次氯酸鈉、2,2,6,6-四甲基哌啶氧化物。使用上述氧化劑作為上述淀粉改性劑時(shí)，以醇為改性介質(zhì)，并且在改性體系中添加催化劑。

具體的，上述醇包括：甲醇、乙醇、丁醇、乙二醇、丙三醇。

上述催化劑包括：濃硫酸、濃鹽酸、濃磷酸、高氯酸。

使用氧化劑對(duì)上述淀粉改性的方法為：

將水、氧化劑、淀粉在45℃下反應(yīng)10h，反應(yīng)結(jié)束，收集固體；

向上述固體中加入醇和催化劑，在60-90℃下回流45h，反應(yīng)結(jié)束后收集固體，得到改性淀粉備用。

對(duì)比例

對(duì)比例以實(shí)施例1中對(duì)比，對(duì)淀粉不做改性處理。

表5對(duì)比例的配方表

性能測(cè)試

按照表1-5和對(duì)比例中的配方，配置5組復(fù)合粉末，每組粉末混合充分并且干燥，過(guò)200目篩，然后對(duì)上述的五組復(fù)合粉末分別進(jìn)行三維打印成型試驗(yàn)，獲得成型產(chǎn)品。

分別稱量上述五組成型產(chǎn)品的重量，并且對(duì)五組成型產(chǎn)品的X、Y、Z三個(gè)方向上的尺寸進(jìn)行測(cè)量，計(jì)算出成型產(chǎn)品尺寸的相對(duì)變形量和密度。測(cè)量X、Y、Z方向上的抗壓強(qiáng)度，五組產(chǎn)品在X方向上抗壓強(qiáng)度最強(qiáng)，Z方向上抗壓強(qiáng)度最小。

在3D成型過(guò)程中，Y方向?yàn)檩佪喴苿?dòng)方向，容易形成錯(cuò)層和階梯狀缺陷，成型件在Y方向上的強(qiáng)度要比X方向上小；Z方向?yàn)閷佣逊e方向，強(qiáng)度最小，并且Z方向上受到材料性能的影響最大，因此，評(píng)價(jià)一種材料的好壞，其制備的成型件在Z方向上的強(qiáng)度最關(guān)鍵，因此，在本測(cè)試實(shí)施例中，僅僅對(duì)成型件Z方向上的抗壓強(qiáng)度進(jìn)行測(cè)量即可。

然后再對(duì)上述五組成型產(chǎn)品的表面質(zhì)量進(jìn)行評(píng)價(jià)，可以根據(jù)表面平整光滑程度、分辨率、表面有無(wú)顆粒感、有無(wú)氣孔、裂紋或者表面剝落作為成型產(chǎn)品表面評(píng)價(jià)的依據(jù)，平切將表面質(zhì)量分為1-10個(gè)取值，其中10的表面質(zhì)量最好。

上述測(cè)試結(jié)果如表6中所示。

表6測(cè)試結(jié)果表

由表6中的結(jié)果可以看出，實(shí)施例1中制備的成型產(chǎn)品的表面質(zhì)量評(píng)價(jià)最好，因此，在實(shí)施例1作為最佳實(shí)施例。實(shí)施例4制備的產(chǎn)品質(zhì)量評(píng)價(jià)與實(shí)施例1中相差不大，說(shuō)明改性劑的種類(lèi)對(duì)最終材料制成產(chǎn)品的影響不大，反而對(duì)比例中產(chǎn)品質(zhì)量評(píng)價(jià)較差，說(shuō)明淀粉改性對(duì)整體材料的性能影響較大。

添加改性劑對(duì)淀粉進(jìn)行改性，改性后的淀粉無(wú)需外加增塑劑，可以與高密度聚乙烯形成力學(xué)性能較好的塑料材料，并且在配方中添加甘油，輔助增塑，使淀粉與高密度聚乙烯相容性更好。

在上述實(shí)施例的材料配方中，選用的填料能夠很好的增強(qiáng)淀粉基復(fù)合粉末的流動(dòng)性，提高材料的流動(dòng)性，材料平滑通過(guò)模具，不會(huì)出現(xiàn)積料現(xiàn)象，提高了打印效率，并且提高了打印產(chǎn)品表面的光滑度，提高打印產(chǎn)品的精度。

將整個(gè)淀粉基復(fù)合粉末的粒度控制在200-400目，而且主要粉末組分的粒徑也嚴(yán)格控制，在上述粒度范圍內(nèi)，淀粉基復(fù)合粉末與粘結(jié)溶液作用后，成型的產(chǎn)品抗壓強(qiáng)度高，提高了三維快速成型復(fù)合粉末材料成型產(chǎn)品的質(zhì)量。

對(duì)所公開(kāi)的實(shí)施例的上述說(shuō)明，使本領(lǐng)域?qū)I(yè)技術(shù)人員能夠?qū)崿F(xiàn)或使用本發(fā)明。對(duì)這些實(shí)施例的多種修改對(duì)本領(lǐng)域的專(zhuān)業(yè)技術(shù)人員來(lái)說(shuō)將是顯而易見(jiàn)的，本文中所定義的一般原理可以在不脫離本發(fā)明的精神或范圍的情況下，在其它實(shí)施例中實(shí)現(xiàn)。因此，本發(fā)明將不會(huì)被限制于本文所示的這些實(shí)施例，而是要符合與本文所公開(kāi)的原理和新穎特點(diǎn)相一致的最寬的范圍。