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CN106380805A - 一种pbs/pla导电3d打印耗材的制备方法 - Google Patents

一种pbs/pla导电3d打印耗材的制备方法 Download PDF

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CN106380805A
CN106380805A CN201610845615.3A CN201610845615A CN106380805A CN 106380805 A CN106380805 A CN 106380805A CN 201610845615 A CN201610845615 A CN 201610845615A CN 106380805 A CN106380805 A CN 106380805A
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pbs
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罗鲲
诸葛祥群
朱旻
向利
胡承亮
罗志虹
赵玉振
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Guilin University of Technology
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Guilin University of Technology
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Abstract

本发明公开了一种PBS/PLA导电3D打印耗材的制备方法。以多壁碳纳米管(MWNTs)为导电填料,聚乳酸(PLA)粉末为基体,聚丁二酸丁二醇酯(PBS)粉末为增韧剂,经密炼机混炼后,由双螺杆挤出机共混挤出造粒制备导电复合材料颗粒,将导电复合材料颗粒再次通过单螺杆或者双螺杆挤出机挤出,即制成不同直径的PBS/PLA导电3D打印耗材。本发明方法制备工艺简单,生产成本低,便于推广和应用,且所制得的PBS/PLA导电3D打印耗材稳定性好,兼具导电性和良好的力学性能,主要适用于热熔性3D打印,打印使用温度在180~250℃。

Description

一种PBS/PLA导电3D打印耗材的制备方法
技术领域
本发明属于3D打印技术领域,特别涉及一种PBS/PLA导电3D打印耗材的制备方法。
背景技术
增材制造主要基于三维CAD模型数据,通过增加材料、逐层制造方式,直接制造出与相应数学模型完全一致的三维物理实体,俗称 “3D打印”。3D打印可以自动、直接、快速、精确地将设计思想转变为具有一定功能的原型或直接制造零件,可制造传统方法难加工(如自由曲面叶片、复杂内流道等)、甚至是无法加工(如内部镂空结构)的零部件等,在电子产品、汽车、航天航空、医疗、军工、地理信息及艺术设计等领域被广泛应用。
3D打印的材料成型方法一般包括粘结剂喷射成型、光敏聚合物固化成型、材料挤出成型(又称熔融沉积制造,FDM)、激光粉末烧结成型、定向能沉积成型等。FDM是3D打印消费市场最常用的打印方法,其设备结构简单,价格低廉,是最为常见的3D打印设备。常用的3D打印成型材料多采用化学聚合物,包括ABS、PLA、PC、PVA、尼龙等。由于化学聚合物的物理特性所限,塑料3D打印件常常无法直接作为机械零件或者功能性器件。
添加纳米导电材料,如超细碳粉、纳米金属粉、碳纳米管(MWNTs)及石墨烯等,在保证3D打印品质不受影响的情况下显著改善热塑性树脂的耐磨性、硬度和热稳定性,同时具备防静电、电磁屏蔽和导电等功能。在国外,美国3D打印技术公司Graphene 3D Lab开发了一种石墨烯/PLA导电耗材,其体积电阻率为1 Ω·cm,直径1.75 mm。美国的Functionalize公司制造了一种碳纳米管/PLA导电耗材,其体积电阻率为0.75 Ω·cm,直径有1.75 mm和3mm两种。America Instrument公司也提供一种导电ABS耗材,直径分为1.75 mm和3 mm两种。国内目前尚未见导电耗材产品。
由于制备导电打印耗材所需纳米导电剂的添加量往往较大,会使材料变脆,延展性变差,从而影响导电3D打印耗材的生产与使用。目前,尚未见能够兼顾复合材料导电特性和力学性能解决方案。
发明内容
本发明的目的是提供一种PBS/PLA导电3D打印耗材的制备方法。
本发明的思路:以多壁碳纳米管(MWNTs)作为导电剂,以聚乳酸(PLA)粉末为基体,聚丁二酸丁二醇酯(PBS)粉末为增韧剂,改善塑料基体的韧性,将MWNTs、PLA、PBS按比例混合均匀后,通过单螺杆或者双螺杆挤出机制成不同直径的导电3D打印耗材;在提高3D打印耗材导电性的同时防止树脂变脆,使3D打印耗材兼具导电性和良好的力学性能。
具体步骤为:
(1)将PLA和PBS分别经锤击式粉碎机粉碎成粉状,粉末粒径控制在40~200目,分别制得PLA粉和PBS粉。
(2)按以下重量百分比称取原料, MWNTs为5~15%,步骤(1)制得的PLA粉为60~80%,步骤(1)制得的PBS粉为5~35%,所述原料重量百分比之和为100%,将称取的原料用密炼机在30~100℃下混炼60~120分钟,然后,再放入恒温干燥箱中于60~100℃下干燥4~12 小时,制得复合材料。
(3)将步骤(2)制得的复合材料用双螺杆挤出机共混挤出造粒,得到直径为1~3.5mm、长度为4~6 mm的复合导电粒料;挤出过程螺杆转速控制在15~30 r/min,温度控制在175~225℃,进料口压力为35~60 MPa,出料口压力为35~60 MPa。
(4)将步骤(3)制得的复合导电粒料用单螺杆挤出机或双螺杆挤出机再次进行挤出,挤出的复合物经冷却后由缠绕机收集,通过调整牵引力和牵引速度,将挤出物直径控制在1.75 mm或3.5 mm,即制得PBS/PLA导电3D打印耗材。
本发明根据树脂成分变化,适当调整加热温度、双螺杆速度、进/出料口压力等参数,使复合物能够连续均匀挤出。
本发明方法制备工艺简单,生产成本低,便于推广和应用,且所制得的PBS/PLA导电3D打印耗材稳定性好,兼具导电性和良好的力学性能,主要适用于热熔性3D打印,打印使用温度在180~250℃。
具体实施方式
实施例:
称取PLA 400 g,用锤击式粉碎机粉碎5 min,用40目筛子进行筛取。
称取PBS 400 g,用锤击式粉碎机粉碎5 min,用40目筛子进行筛取。
称取过筛后的PLA粉160 g,过筛后的PBS粉40 g,MWNTs 22 g,然后将称取的原料用密炼机在80℃下混炼60 min,接着再放入恒温干燥箱中于80℃下干燥6小时,制得复合材料。
干燥后的复合材料加入双螺杆挤出机共混挤出造粒,得到直径为1~3.5 mm、长度为4~6 mm的复合导电粒料;控制入口段的温度为190℃,出口处的温度为225℃,螺杆转速控制在20 r/min,进料口压力为40~60 MPa,出料口压力为40~55 MPa。
使用单螺杆挤出机,对上述得到的复合导电粒料再次进行挤出,挤出的复合物经冷却后由缠绕机收集,通过调整牵引力和牵引速度将挤出物直径控制在1.75 mm,即制得PBS/PLA导电3D打印耗材。
本实施例制得的PBS/PLA导电3D打印耗材采用四电极法进行电阻率测量,并进行力学性能的测量,其电阻率为1.45Ω·cm,且仍保持较好柔韧性,力学性能较原料PLA挤出丝无明显变化。

Claims (1)

1.一种PBS/PLA导电3D打印耗材的制备方法,其特征在于具体步骤为:
(1)将PLA和PBS分别经锤击式粉碎机粉碎成粉状,粉末粒径控制在40~200目,分别制得PLA粉和PBS粉;
(2)按以下重量百分比称取原料,MWNTs为5~15%,步骤(1)制得的PLA粉为60~80%,步骤(1)制得的PBS粉为5~35%,所述原料重量百分比之和为100%,将称取的原料用密炼机在30~100℃下混炼60~120分钟,然后,再放入恒温干燥箱中于60~100℃下干燥4~12 小时,制得复合材料;
(3)将步骤(2)制得的复合材料用双螺杆挤出机共混挤出造粒,得到直径为1~3.5 mm、长度为4~6 mm的复合导电粒料;挤出过程螺杆转速控制在15~30 r/min,温度控制在175~225℃,进料口压力为35~60 MPa,出料口压力为35~60 MPa;
(4)将步骤(3)制得的复合导电粒料用单螺杆挤出机或双螺杆挤出机再次进行挤出,挤出的复合物经冷却后由缠绕机收集,通过调整牵引力和牵引速度,将挤出物直径控制在1.75 mm或3.5 mm,即制得PBS/PLA导电3D打印耗材。
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