一種導(dǎo)電3d打印耗材的制備方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種導(dǎo)電3D打印耗材的制備方法。以多壁碳納米管作為導(dǎo)電劑，通過把粉碎后的SAN塑膠粉末、ABS高膠粉和多壁碳納米管均勻混合，在降低導(dǎo)電3D打印耗材所需多壁碳納米管用量的前提下，提高導(dǎo)電3D打印耗材的導(dǎo)電性，防止樹脂變脆，同時(shí)降低材料成本，然后通過單螺桿或者雙螺桿擠出機(jī)制備出不同直徑的導(dǎo)電3D打印耗材。本發(fā)明方法制備工藝簡(jiǎn)單，生產(chǎn)成本低，便于推廣和應(yīng)用，且所制得的導(dǎo)電3D打印耗材穩(wěn)定性好，主要適用于熱熔性3D打印，打印使用溫度在180~250℃。
【專利說明】
_種導(dǎo)電3 D打印耗材的制備方法
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本發(fā)明屬于3D打印技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種利用ABS高膠粉、SAN塑膠和多壁碳納米管混合制備導(dǎo)電3D打印耗材的方法。
【背景技術(shù)】
[0002]與傳統(tǒng)材料加工方法不同，增材制造主要基于三維CAD模型數(shù)據(jù)，通過增加材料、逐層制造方式，直接制造出與相應(yīng)數(shù)學(xué)模型完全一致的三維物理實(shí)體，俗稱“三維打印”或者“3D打印”。由于可以自動(dòng)、直接、快速、精確地將設(shè)計(jì)思想轉(zhuǎn)變?yōu)榫哂幸欢üδ艿脑突蛑苯又圃炝慵瑥亩鵀榱慵椭谱?、新設(shè)計(jì)思想的校驗(yàn)等方面提供了一種高效低成本的實(shí)現(xiàn)手段，3D打印在電子產(chǎn)品、汽車、航天航空、醫(yī)療、軍工、地理信息及藝術(shù)設(shè)計(jì)等領(lǐng)域被廣泛應(yīng)用，可制造傳統(tǒng)方法難加工(如自由曲面葉片、復(fù)雜內(nèi)流道等)、甚至是無法加工(如內(nèi)部鏤空結(jié)構(gòu))的零部件等。但是，3D打印技術(shù)要進(jìn)一步擴(kuò)展其產(chǎn)業(yè)應(yīng)用空間仍面臨著諸多挑戰(zhàn)，除了打印成本、精度、速度和效率以及產(chǎn)業(yè)環(huán)境等方面的問題外，打印材料方面的問題被認(rèn)為是其進(jìn)一步普及應(yīng)用的瓶頸。
[0003]3D打印的材料成型方法一般包括粘結(jié)劑噴射成型、光敏聚合物固化成型、材料擠出成型(又稱熔融沉積制造，F(xiàn)DM)、激光粉末燒結(jié)成型、定向能沉積成型等。FDM是3D打印消費(fèi)市場(chǎng)最常用的打印方法，其設(shè)備結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，價(jià)格低廉，是最為常見的3D打印設(shè)備。常用的3D打印成型材料多采用化學(xué)聚合物，包括ABS、PLA、PC、PVA、尼龍等。由于化學(xué)聚合物的物理特性所限，塑料3D打印件常常無法直接作為機(jī)械零件或者功能性器件。納米復(fù)合技術(shù)能夠有效地提高3D打印材料的性能，不僅能夠有效地提高塑料的力學(xué)性能、熱穩(wěn)定性和阻燃安全性能，同時(shí)還能賦予其一定的功能性，如導(dǎo)熱、防滲、防靜電、導(dǎo)電、電磁屏蔽、電磁波吸收等。
[0004]添加納米導(dǎo)電材料，如超細(xì)碳粉、納米金屬粉、碳納米管及石墨烯等，可以顯著改變熱塑性樹脂的導(dǎo)電性，同時(shí)可以保證3D打印品質(zhì)量不受影響。美國(guó)3D打印技術(shù)公司Graphene3DLab報(bào)道了一種石墨稀/PLA導(dǎo)電耗材，其體積電阻率為I cm，直徑1.75 mm。又如，美國(guó)的Funct1nalize公司制造了一種碳納米管/PLA導(dǎo)電耗材，其體積電阻率為0.75Ω.cm，直徑有1.75 mm和3 mm兩種。America Instrument公司也提供一種導(dǎo)電ABS耗材，直徑分為1.75 mm和3 mm兩種。比較可知，具有大長(zhǎng)徑比的碳納米管比二維片狀的石墨烯對(duì)PLA導(dǎo)電性改善的效果更好。國(guó)內(nèi)目前尚未見導(dǎo)電耗材產(chǎn)品。
[0005]但是，制備導(dǎo)電打印耗材所需納米導(dǎo)電劑的添加量往往較大，會(huì)使材料變脆，延展性變差。此外，納米導(dǎo)電材料本身價(jià)格較高，因此也增加了打印耗材的制造成本。目前，尚未見文獻(xiàn)報(bào)道能夠兼顧復(fù)合材料導(dǎo)電特性和力學(xué)性能的解決方案。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明的目的是提供一種利用ABS高膠粉、SAN塑膠和多壁碳納米管混合制備導(dǎo)電3D打印耗材的方法。
[0007]本發(fā)明思路:以多壁碳納米管作為導(dǎo)電劑，通過把粉碎后的SAN塑膠粉末、ABS高膠粉和多壁碳納米管均勻混合，在降低導(dǎo)電3D打印耗材所需多壁碳納米管用量的前提下，提高導(dǎo)電3D打印耗材的導(dǎo)電性，防止樹脂變脆，同時(shí)降低材料成本，然后通過單螺桿或者雙螺桿擠出機(jī)制備出不同直徑的導(dǎo)電3D打印耗材，使3D打印耗材兼具導(dǎo)電性和良好的力學(xué)性會(huì)K。
[0008]具體步驟為:
(1)按照以下重量配比稱取原料，多壁碳納米管3~14%^83高膠粉23~28%，341^塑膠62~77%，抗氧劑1010 0.3-0.8%，ABS內(nèi)部潤(rùn)滑劑0.8-1.0%，ABS外部潤(rùn)滑劑0.3-0.8%，所有原料重量配比之和為100%。
[0009](2)將步驟(I)稱取的SAN塑膠顆粒放入塑膠粉碎機(jī)中粉碎3~10min，得到40?200目的SAN塑膠粉末。
[0010](3)將步驟(2)制得的SAN塑膠粉末與步驟(I)稱取的其余原料混合并用密煉機(jī)在30~100°(:混煉60~1201^11，然后置入60~801€的恒溫干燥箱干燥2?6h，制得復(fù)合物料。
[0011 ] (4)將步驟(3)制得的復(fù)合物料用雙螺桿擠出機(jī)造粒，制得復(fù)合導(dǎo)電粒料。
[0012](5)使用單螺桿擠出機(jī)或雙螺桿擠出機(jī)對(duì)步驟(4)制得的復(fù)合導(dǎo)電粒料再次進(jìn)行擠出并冷卻至室溫，即制得含有多壁碳納米管的導(dǎo)電3D打印耗材。
[0013]所述擠出機(jī)的加熱溫度、速度、進(jìn)/出料口壓力均根據(jù)原料成分進(jìn)行設(shè)置。
[0014]本發(fā)明制得的含有多壁碳納米管的導(dǎo)電3D打印耗材由纏繞機(jī)收集，通過調(diào)整牽引力和牽引速度將導(dǎo)電3D打印耗材的直徑控制在1.75 mm或3.0 mm。
[0015]本發(fā)明方法制備工藝簡(jiǎn)單，生產(chǎn)成本低，便于推廣和應(yīng)用，且所制得的導(dǎo)電3D打印耗材穩(wěn)定性好，主要適用于熱熔性3D打印，打印使用溫度在180?250°C。
【具體實(shí)施方式】
[0016]實(shí)施例:
(I)按照以下重量稱取原料，多壁碳納米管50g，ABS高膠粉125g，SAN塑膠400g，抗氧劑1010 4g，ABS內(nèi)部潤(rùn)滑劑3g，ABS外部潤(rùn)滑劑3g。
[0017](2)將步驟(I)稱取的SAN塑膠顆粒放入塑膠粉碎機(jī)中粉碎5min，用40目篩子進(jìn)行篩取，得到SAN塑膠粉末375g。
[0018](3)將步驟(2)制得的SAN塑膠粉末與步驟(I)稱取的其余原料混合并用密煉機(jī)在80 0C混煉60min，然后置入80 °C的恒溫干燥箱干燥6h，制得復(fù)合物料。
[0019 ] (4)將步驟(3)制得的復(fù)合物料用雙螺桿擠出機(jī)造粒，制得復(fù)合導(dǎo)電粒料。
[0020](5)使用雙螺桿擠出機(jī)對(duì)步驟(4)制得的復(fù)合導(dǎo)電粒料再次進(jìn)行擠出并冷卻至室溫，設(shè)置雙螺桿擠出機(jī)的入口段加熱溫度為190°C，出口處加熱溫度為225°C，雙螺桿速度為20 r/min，進(jìn)料口壓力為40?60 MPa，出料口壓力為20?55 MPa，即制得含有多壁碳納米管的導(dǎo)電3D打印耗材。
[0021]本實(shí)施例制得的含有多壁碳納米管的導(dǎo)電3D打印耗材由纏繞機(jī)收集，通過調(diào)整牽引力和牽引速度將導(dǎo)電3D打印耗材的直徑控制在1.75 mm。
[0022]將本實(shí)施例制得的含有多壁碳納米管的導(dǎo)電3D打印耗材采用四電極法進(jìn)行測(cè)量，其電阻率為2.05 Ω.cm，且仍保持較好柔韌性，力學(xué)性能較原料ABS擠出絲無明顯變化。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種導(dǎo)電3D打印耗材的制備方法，其特征在于具體步驟為: (1)按照以下重量配比稱取原料，多壁碳納米管3?14%，ABS高膠粉23?28%，SAN塑膠62?77%，抗氧劑1010 0.3-0.8%，ABS內(nèi)部潤(rùn)滑劑0.8-1.0%，ABS外部潤(rùn)滑劑0.3-0.8%，所有原料重量配比之和為100%; (2)將步驟(I)稱取的SAN塑膠顆粒放入塑膠粉碎機(jī)中粉碎3?lOmin，得到40?200目的SAN塑膠粉末； (3)將步驟(2)制得的SAN塑膠粉末與步驟(I)稱取的其余原料混合并用密煉機(jī)在30?100 °C混煉60?120min，然后置入60?80 °C的恒溫干燥箱干燥2?6h，制得復(fù)合物料； (4)將步驟(3)制得的復(fù)合物料用雙螺桿擠出機(jī)造粒，制得復(fù)合導(dǎo)電粒料； (5)使用單螺桿擠出機(jī)或雙螺桿擠出機(jī)對(duì)步驟(4)制得的復(fù)合導(dǎo)電粒料再次進(jìn)行擠出并冷卻至室溫，即制得含有多壁碳納米管的導(dǎo)電3D打印耗材； 所述擠出機(jī)的加熱溫度、速度、進(jìn)/出料口壓力均根據(jù)原料成分進(jìn)行設(shè)置。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述導(dǎo)電3D打印耗材的制備方法制備的含有多壁碳納米管的導(dǎo)電3D打印耗材，其特征在于該含有多壁碳納米管的導(dǎo)電3D打印耗材由纏繞機(jī)收集，通過調(diào)整牽引力和牽引速度將導(dǎo)電3D打印耗材的直徑控制在1.75 mm或3.0 mm。
【文檔編號(hào)】C08K5/134GK105885267SQ201610337270
【公開日】2016年8月24日
【申請(qǐng)日】2016年5月21日
【發(fā)明人】羅鯤, 諸葛祥群, 郭珺, 羅志虹, 趙玉振, 楊超
【申請(qǐng)人】桂林理工大學(xué)