[发明专利]一种用于3D打印成型的高性能木塑材料及其制备方法

说明书

技术领域

本发明属于木塑复合材料及其制备方法的技术领域，特别是涉及一种用于3D打印成型的木塑材料及其制备方法领域。

背景技术

3D打印又称为快速成型技术，也称为增材制造技术，是一种不需要传统刀具、夹具和机床，而是以数字模型文件为基础，使用金属粉末或塑料等具有黏合性的材料逐层打印来制造任意形状物品的技术。3D打印技术是机械工程、计算机技术、数控技术、材料科学等多学科技术的集成。3D打印最难最核心的技术是打印材料的开发。因此开发更为多样多功能的3D打印材料成为未来研究与应用的热点与关键。

目前关于木塑复合材料用于3D打印材料的研究多集中在聚乳酸、聚丁二酸丁二醇酯基木塑复合材料和聚乙烯、聚丙烯、聚氯乙烯等通用塑料基木塑复合材料。这主要是因为植物纤维主要是由纤维素、半纤维素和木质素三种高分子化合物组成，当温度超过200℃时，植物纤维开始发生热降解，特别是植物纤维中的木质素和半纤维素发生降解情况比较严重，导致植物纤维发生变色和自身强度降低，从而导致木塑复合材料强度降低。

工程塑料是具有较高力学性能及耐热、耐腐蚀，可以作为结构性材料，具有优异的综合性能(如机械性能、电性能、耐热性能、耐化学性能等)，可在较宽阔的温度范围内和较长的时间内能良好地保持这种性能，并能在承受机械应力和较为苛刻的化学、物理环境中长期使用。但是，工程塑料的熔点较高，一般均超过220℃。植物纤维的降解温度低于工程塑料的熔融温度，两者加工温度不匹配导致工程塑料基木塑复合材料难以制备。

发明内容

本发明的目的是为了解决现有3D打印木塑复合材料尺寸稳定性差、力学强度低的问题，而提供一种用于3D打印成型的高性能木塑材料及其制备方法。

本发明的用于3D打印成型的高性能木塑材料包括改性植物材料、工程塑料或塑料合金、偶联剂或界面相容剂、润滑剂、热稳定剂和矿物质填料；所述改性植物材料为经改性剂改性的植物材料。

按重量份数改性植物材料为10～100份，工程塑料或工程塑料合金为20～100份，偶联剂或界面相容剂为0～20份，润滑剂为0～15份，热稳定剂为0～15份和0～10份的矿物质填料。

所述偶联剂为硅烷类偶联剂、钛酸酯类偶联剂、马来酸酐、马来酸酐接枝聚烯烃、异氰酸酯中的一种或几种的混合物；所述的润滑剂为聚乙烯蜡、聚丙烯蜡、石蜡、硬脂酸、硬脂酸锌、硬脂酸钙中的一种或几种的混合物；所述的热稳定剂是二月桂酸二丁基锡、二月桂酸二辛基锡、马来酸二烷基锡、双(马来酸单丁酯)二丁基锡、马来酸二辛基锡、二辛基锡双(巯基乙酸异丁酯)、二辛基锡双(巯基乙酸异辛酯)中的一种或几种的混合物；所述的矿物质填料为碳酸钙粉、硅酸钙粉、滑石粉、热粉煤灰中的一种或几种的混合物。

所述工程塑料为聚酰胺、聚碳酸酯、聚甲醛、改性聚苯醚、热塑性聚酯中一种或几种的混合物。

所述工程塑料合金为聚酰胺、聚碳酸酯、聚甲醛、改性聚苯醚、热塑性聚酯中的一种或多种塑料混合物与聚乙烯、聚丙烯、聚氯乙烯、聚乳酸、聚丁二酸丁二醇酯、丙烯腈-丁二烯-苯乙烯塑料中的一种或多种塑料混合后得到的混合物。

所述改性剂包括硼酸、可溶性硼酸盐、硅酸和可溶性硅酸盐中的一种或几种的混合物。

所述植物材料为木材、稻壳、竹材、麻、秸秆、咖啡壳、果壳中的一种或几种的混合物。

所述改性剂的重量占改性剂与植物材料总重量的0.1％～50％。

所述改性剂改性植物材料的温度为50℃～250℃。

本发明的用于3D打印成型的工程塑料基木塑复合材料的制备方法按以下步骤进行：

一、首先配置改性剂溶液，然后将植物材料制成纤维状或粉状，并和改性剂溶液均匀混合，得混合物，再将混合物烘干，得改性的植物材料；

二、将步骤一制备的植物材料与工程塑料或工程塑料合金、偶联剂或界面相容剂、润滑剂、热稳定剂和矿物质填料混合均匀，得到混合物；

三、将步骤二得到的混合物通过双螺杆熔融共混，得共混料，加工温度为160℃～300℃；再将共混料加入到挤出机中挤出拉丝得到用于3D打印的高性能木塑线材；

或者该制备方法按以下步骤进行：

一、采用高混机将改性剂固体、植物材料与工程塑料或工程塑料合金、偶联剂或界面相容剂、润滑剂、热稳定剂和矿物质填料混合均匀，得到混合物；

二、将得到的混合物通过双螺杆熔融共混，得共混料，加工温度为160℃～300℃；再将共混料加入到挤出机中挤出拉丝得到用于3D打印的工程塑料基木塑线材。

所述将共混料挤出的温度为180℃～300℃。