[发明专利]一种石墨烯改性的3D打印用橡胶材料的制备工艺

说明书

【技术领域】

本发明属于3D打印用材料制备技术领域，具体涉及一种石墨烯改性的3D打印用橡胶材料的制备工艺。

【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，使用金属粉末或橡胶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打印机可以制造的物品很多，如飞机、手枪，再如食物、人体器官、儿童玩具等。3D打印技术是最近20年来世界制造技术领域的一次重大突破。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。

2004年英国曼彻斯顿大学的Geim和Novoselov通过胶带剥离高定向石墨获得了独立存在的二维石墨烯(Gra-phene，GN)晶体以来，石墨烯已经成为材料科学领域极受关注的研究热点之一。石墨烯，实际上就是单原子层的石墨，它拥有独特的二维结构和优异的力学、热力学、光学和电学性能。

石墨烯是目前世界上最薄却也是最坚硬的纳米材料，它几乎是完全透明的，至吸收2.3％的光，导热系数高达5300W/m·k，高于碳纳米管和金刚石。石墨烯是一种由碳原子构成的单层片状结构的新材料，具有强度高，比表面积大，高化学反应活性，高填充性的特点。

在高度文明和高度发达的新世纪里，人们面临的严重问题之一是废弃处理问题。为了满足不断提高的材料性能要求，橡胶朝着高强、耐磨、稳定和耐老化的方向发展，但同时造成了废弃后的橡胶长期不能自然降解的问题，如大量废弃的轮胎造成了比塑料污染(白色污染)更难处理的黑色污染。如此，一方面造成了对环境的严重损害，另一方面浪费了宝贵的橡胶资源。故回收和再生废弃的橡胶，可以减少对环境的污染，尤其是橡胶的再生，可以节约大量的橡胶资源。当人们面对堆积如山的废弃橡胶制品无奈地当着燃料将其焚烧时，也在寻求其它解决途径。因此，如何处理废弃橡胶，成为了一种难题。

【发明内容】

本发明提供一种石墨烯改性的3D打印用橡胶材料的制备工艺，以解决废弃橡胶处理的问题。本发明制得的石墨烯改性的3D打印用橡胶材料的耐磨性和拉伸强度明显优于现有技术的橡胶材料，同时本发明的橡胶材料可应用于3D打印轮胎制品中。

为解决以上技术问题，本发明采用以下技术方案：

一种石墨烯改性的3D打印用橡胶材料的制备工艺，包括以下步骤：

S1：将废弃橡胶72-135份清洗后烘干至含水量≤0.8％，接着将烘干橡胶粉碎后过200-300目筛子，制得橡胶粉末；

S2：向步骤S1制得的橡胶粉末中加入表面活性剂1-1.6份，在温度为72-78℃，转速为140-200r/min下活化1-2h，制得活化橡胶粉末；

S3：将石墨烯1.6-3.8份粉碎，过200-300目筛子，制得粉末，所得粉末在磁场强度为7000-8200GS，超声波功率为520-650W，温度为52-56℃，转速为200-300r/min下，搅拌42-55min，制得石墨烯能量粉末；

S4：在氮气保护下，向步骤S2制得的活化橡胶粉末中加入步骤S3制得的石墨烯能量粉末、聚乳酸32-50份、二聚磷酸钠30-42份、2-羟基-4-辛氧基二苯丁酮15-22份、丁烯基双硬脂酰胺18-30份、PBT树脂6-12份、丙烯酸硬脂酸酯12-18份、三(2，4-二叔丁基苯基)亚磷酸酯9-15份、聚酰亚胺纤维7-12份、碳纤维6-9份、调节剂0.5-0.9份、发生剂0.4-0.6份、交联剂0.4-0.7份、相容剂0.5-1份、架桥剂0.6-1.2份、催化剂0.2-0.4份、增塑剂0.4-0.8份、分散剂0.3-0.6份、增粘剂0.4-0.6份，在微波功率为320-380W，温度为142-146℃，转速为200-400r/min下搅拌2.5-3.6h，制得混合物Ⅰ；

S5：向步骤S4制得的混合物Ⅰ中加入固化剂1-2.2份、抗氧剂0.2-0.4份、稳定剂0.3-0.5份、抗老剂0.8-1.2份、阻燃剂1.4-1.8份、抑烟剂1.7-3.5份，在温度为73-82℃，转速为160-240r/min下搅拌1.8-2.2h，制得混合物Ⅱ；

S6：将步骤S5制得的混合物Ⅱ放入螺杆挤压成型机中，在温度为190-200℃，转速为130-140r/min下，经挤压丝条，制得石墨烯改性的3D打印用橡胶材料。

优选地，步骤S2中所述表面活性剂为聚氧乙烯-聚氧丙烯共聚物。