[发明专利]一种石墨烯3D打印线材及其制备方法

摘要

本发明涉及一种石墨烯3D打印线材及其制备方法，所述的石墨烯3D打印线材由功能化石墨烯粉末和热塑性树脂组成。其制备过程为首先将热塑性树脂粉末倒入宽度可调的金属模具型腔中，刮平、加热，获得熔融的薄膜基材，然后采取微粉喷射的方式将功能化石墨烯粉末喷射到薄膜基材中，经一次冷却、脱模，获得不同宽度的石墨烯线材预制体，最后将这些预制体有序组装在一起，并放入带有孔洞的金属模具中，在加热条件下挤压，使之变形、融合在一起，经二次冷却后获得所需的石墨烯3D打印线材。该方法制得的石墨烯3D打印线材具有良好的力学性能、导电性能和柔韧性，并易于实现规模化生产和控制成本。

主权项

一种石墨烯3D打印线材的制备方法，由功能化石墨烯粉末的制备、薄膜基材制备、微粉喷射、一次冷却、脱模、预制体组装、加热挤压变形、二次冷却工艺组成，其特征在于，包括以下步骤：（1）将高倍率膨胀石墨粉末、偶联剂和溶剂混合，放入磁力搅拌器中，搅拌后混合均匀，再在60℃~70℃水浴条件下超声5~10h，最后将溶液干燥、研磨，制得功能化石墨烯粉末；（2）将热塑性树脂倒入宽度可调的金属模具型腔中，铺平后，进行加热，所述的加热的方式为电阻加热或电磁感应加热，加热温度为170℃~230℃，熔融树脂薄膜厚度为0.1~0.6mm，宽度为0.2~3.5mm，使之熔融，刮平，获得熔融树脂薄膜基材；（3）将功能化石墨烯粉末以微粉喷射的方式均匀喷射到熔融树脂薄膜基材中，微粉喷射工艺参数：喷管出口直径为φ2~6mm，喷射速度为220~800m/s，喷射压强为0.2~0.8Mpa，喷射距离为10~40mm；在空气中进行一次冷却，一次冷却过程在空气中进行，冷却温度为20℃~24℃，脱模后获得石墨烯线材预制体；（4）将步骤（3）制得的N个预制体有序叠合，从而组装在一起，所述的N大于1；（5）将步骤（4）中组装好的线材放入带有孔洞的金属模具中，金属模具孔洞大小为φ1.75~3.5 mm，加热挤压参数：温度为60℃~120℃，压力为10~20N，在加热条件下挤压，使之变形、融合在一起，在空气中对线材进行二次冷却，二次冷却过程在空气中进行，冷却温度为20℃~24℃，得到最终制品；所述功能化石墨烯粉末为石墨烯和偶联剂的混合物，偶联剂为γ‑氨基三乙氧基硅烷偶联剂，其质量为石墨烯质量的0.6%~2%；所述的热塑性树脂为聚乳酸、丙烯腈‑丁二烯‑苯乙烯、尼龙或聚碳酸酯中的任意一种；按重量计，功能化石墨烯粉末1~10份，热塑性树脂90~99份。