[发明专利]一种磁性石墨烯3D打印耗材的制备方法

摘要

本发明公开了一种磁性石墨烯3D打印耗材的制备方法。通过采用改进的Hummers法制备氧化石墨烯，然后通过沉淀法制备氧化石墨烯/四氧化三铁复合材料作为磁性填料，通过把热塑性塑料粉碎后，与抗氧化剂、内部润滑剂、外部润滑剂、磁性复合填料通过双螺杆共混制备磁性复合材料颗粒作为3D打印耗材制备的原材料，再通过单螺杆或者双螺杆挤出机制成不同直径的磁性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，且所制备的磁性3D打印材料稳定性好，主要适用于热熔性3D打印，打印使用温度在180~250℃。

主权项

1.一种磁性石墨烯3D打印耗材的制备方法，其特征在于具体步骤为：(1)在冰水浴中，将69 mL浓硫酸缓慢加入3.0 g鳞片石墨和1.5 g硝酸钠中混合均匀，在低于10℃的温度下搅拌1~2 h，再缓慢分多次加入9.0 g 高锰酸钾，恒温35 ℃搅拌6~9 h，然后将另一份9.0 g 高锰酸钾一次性加入，继续恒温35 ℃搅拌8~14 h，反应物冷却至室温后，将其倒入事先制备的400 mL 冰中搅拌，待冰融化后加入质量分数为30%的双氧水溶液，中和未反应的高锰酸和二氧化锰，反应物由棕褐色变成亮黄色，生成氧化石墨，通过去离子水以8000 r/min是转速离心洗涤除去产物中的酸和盐，然后将纯化后的氧化石墨分散液超声3 h，静置12 h除去沉淀物，得到氧化石墨烯在水中的分散液，即GO分散液；(2)量取步骤(1)制得的GO分散液，用氨水调节其pH值到11，按照质量比GO:FeCl2·4H2O=1:7.5加入FeCl2·4H2O，然后在80℃的水浴中搅拌反应4 h，产物用去离子水离心洗涤至中性，70℃鼓风干燥12h，研磨得到氧化石墨烯/四氧化三铁复合填料粉末；(3)按照以下质量百分比称取原料：步骤(2)制得的氧化石墨烯/四氧化三铁复合填料粉末10~30%，热塑性树脂粉末70~88.6%，抗氧剂1010 0.3~0.8%，塑料通用内部润滑剂0.8~1.0%，塑料通用外部润滑剂0.3~0.8%，所有原料质量百分比之和为100%；(4)将步骤(3)称取的原料混合并用密炼机于30~100℃混炼60~120分钟，然后放入恒温干燥箱，于60~80 ℃下干燥2~6 h，制得复合材料；(5)将步骤(4)制得的复合材料用双螺杆挤出机造粒，得到直径为1~3.5mm，长度为4~6mm的复合磁性粒料，于80℃下干燥10 h备用，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35~60MPa，出料口压力为35~60MPa；(6)使用单螺杆挤出机或双螺杆挤出机对步骤(5)制得的复合磁性粒料再次进行挤出，根据树脂成分控制加热温度、螺杆速度以及进料口和出料口的压力，使复合物能够连续均匀挤出，挤出物经冷却后，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3.0 mm，即制得磁性石墨烯3D打印耗材；所述热塑性树脂粉末是将热塑性塑料粉碎成粉状，并控制其粒径在40~200目，热塑性塑料选用丙烯腈‑丁二烯‑苯乙烯共聚物、聚乳酸、聚丙烯、聚乙烯、聚丙烯酸和聚甲醛中的一种；当选用丙烯腈‑丁二烯‑苯乙烯共聚物时，是通过ABS高胶粉和SAN塑胶粉末按照质量百分比为23~27%和77~73%进行混合，二者质量百分比之和为100%，其中SAN塑胶粉末是将SAN塑胶颗粒放入塑胶粉碎机中粉碎3~10min，得到40~200目的SAN塑胶粉末。